故障树分析

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故障树分析范文第1篇

关键词：液压舵机 故障 故障树分析法 故障树

中图分类号：U664.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-02

液压舵机作为中小型船舶最重要的辅机之一，其具有体积紧凑、惯性小、运转平稳等优点，目前已被广泛应用[1]。据笔者不完全统计，北部湾地区拥有中小型船舶2～3万艘，约有八成船舶安装了液压舵机。液压舵机的质量与性能好坏直接关系到船舶安全航行，据相关资料分析，相当大比例的海损事故是与液压舵机的故障有关，因此，如何准确、快速地查找出其故障发生的原因至关重要。液压舵机融合了机械结构、液压系统和电气控制系统，故障原因繁多，该文选用故障树分析法对液压舵机的故障进行分析。在故障发生的前期做出及时、准确的判断，判明故障发生的薄弱环节，找出故障原因和排除方法，这样可大大减少修理的盲目性，提高经济性和安全性。

1 故障树分析法

故障树分析法简称FTA（Fault Tree Analysis）是一种将系统故障形成的原因作为总体至部分按树枝状逐级细化的分析方法，它可以围绕一个或一些特定的故障模式，进行层层追踪，从而在清晰的故障树下，表达了系统故障事件的内在联系，并提出了单元故障之间的逻辑关系，有利于找出系统的薄弱环节[2]。在该文中应用故障树理论对液压舵机的故障进行分析研究，绘出故障树图，从而可以看出事件的成因与形成过程，能发现潜在的问题，有利于液压舵机整个系统故障的预防、预测和控制[3]。

2 液压舵机常见故障分析

2.1 液压舵机常见故障分类

对于液压舵机日常比较容易出现的故障主要分为两大部分：一是软件类故障，亦即是与舵机运行有关的管理制度和船员对舵机的操作存在的问题。二是硬件类故障，是指与舵机相关的机器、设备发生了功能性的障碍。

2.2 液压舵机硬件故障分析

硬件类故障是舵机故障的主要原因，根据故障导致的结果分为以下8小类：

2.2.1 舵不能转动导致舵不能转动的原因主要有：1）舵令信号输出，常见原因是电控线路故障和机械杠杆故障；2）主泵不能正常供液，变量机构故障、储能弹簧太软、辅泵连锁故障等都会导致到主泵不能正常供液；3）主油路故障，备用油泵反转、控制阀调整不当、接口处不密封导致的严重泄露都会形成旁通导致主油路无油；4）液压缸油路不通，检查液压缸阀、泵阀、锁舵阀是否没开，或者安全阀机械故障

2.2.2 单向舵，不回舵导致单向舵和不能回舵的原因主要有：1）一侧电磁阀磁铁故障或伺服液压缸一侧泄露导致只有单向舵令信号；2）主泵只能单向供液；3）换向阀故障；4）主油路单向不通或旁通。

2.2.3 转舵过慢1）转舵速度的快慢取决于供入转舵油缸的油量，所以故障多由主泵流量不足引起；2）主油路有旁通泄露，旁通阀和安全阀关闭不严，也会使转舵速度下降；3）舵令输出滞后也会影响转舵的速度。

2.2.4 滞舵滞舵是指舵的转动明显滞后于操舵动作，其主要原因有：1）主油路空气过多；2）舵令输出滞后，电液式系统内有空气、机械杠杆间隙过大、激磁电流不足或反馈信号过强；3）主油路泄露严重或有旁通现象。

2.2.5 冲舵造成冲舵的原因有：1）换向阀不能及时回中；2）反馈机构故障，比如机械杠杆连续松动、反馈电路故障等；3）泵变量机构不能及时回中；4）主油路锁闭不严。

2.2.6 跑舵跑舵是指在没有发出操舵动作的情况下自动转舵，导致的原因主要有：1）主油路泄露；2）双泵工作时中位不一致。

2.2.7 空舵空舵即舵轮空转一定角度后才来舵，主要原因是油路中有空气，转动舵轮时必须先压缩空气，带系统压力上升到一定值时才能推动舵。另一个原因是主油路泄露、旁通阀或安全阀关闭不严，也会产生空舵，管理中不可忽视。

2.2.8 异常噪声与振动异常噪声分两种：一是液体噪声，主要是油位过低、吸入管漏气和换向冲击过大引起。二是机械噪声，由于联轴器不对中、管路固定差和运动件不好都会产生噪声。

3 液压舵机故障树的建立

液压舵机故障树的建立按如下步骤

进行。

（1）收集资料

广泛收集液压舵机产品设计、运行、维修等技术资料。通过分析故障实例，整理出液压舵机尽可能多的故障以及故障原因。

（2）选择和确定顶事件

顶事件是系统最不希望发生的事件，就液压舵机而言最不希望的事情就是“舵机故障”，因此文中把它定为顶事件。

（3）分析顶事件

液压舵机的构成涉及到机械结构、液压系统和电气控制系统，出现故障的范围广泛，任何一部分工作不良或相互配合不协调均能产生故障，故障与症状的关系并非一一对应，多数情况下有并发症出现。寻找导致液压舵机故障发生的直接的必要和充分原因，并将它们置为顶事件的输入事件，由于成因后果的多层次性，从而形成一连串的因果链[3]。

（4）分析输入事件

像分析顶事件一样，把能继续分解的输入事件作为下一级的顶事件进行处理。

（5）建树

在故障树建立过程中，首先将顶事件作为第一行；所有导致顶事件发生的原因为第二行，重复以上步骤，逐级向下分解，直到所有导致舵机故障的原因不能再分解或不必要再分解为止。这样即建成了一棵倒置的故障树，如图1所示。

4 结语

通过建立液压舵机故障的故障树，不仅能够说明液压舵机故障形成的原因、诸原因之间的层次和因果关系，还能够进一步说明诸原因之间的逻辑关系。故障树分析理论还可以进一步将常规的诊断方法、专家的经验知识和计算机技术有机地结合在一起，形成专家诊断系统。

参考文献

[1] 郑士君，孙永明.船舶辅机教程[M].大连：大连海事大学出版社，2003.

故障树分析范文第2篇

关键词：故障树 分析法 船舶动力

中图分类号：TK43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-01

1 故障树分析法简介

从20世纪60年代以来，在一些复杂系统的故障分析中，形成和发展了一种新的故障树分析法。这是一种从系统到部件再到零件的下降形式分析方法。它是从系统开始，通过逻辑符号与具体单元、零部件相联系；与失效的的状态事件相联系；构成一幅树状分支图，称为故障树。故障树分析法首先将分析的系统故障事件作为第一阶（即第一行―顶事件），再将导致该事件发生的直接原因（包括硬件故障、环境因素、人为差错等）并列为第二阶段。用适当的事件符号表示，用逻辑门把他们与系统故障事件联结起来。其次将导致第二阶段延长事件发生的原因列出为第三阶段。两阶之间同样用事件符号和逻辑门联系。这样逐段展开，直到把最基本的原因都分析出来为止，这样的逻辑图便是故障树。利用故障树去分析系统发生故障的各种途径和可靠性特征量，这就是故障树分析法。

2 故障树分析法主要特点

（1）它是一种直观的图形演绎法。把系统的故障与引起故障的因素，用图形比较形象的表现出来。用它来分析系统失效事件发生的概率，也可用来分析零、部件或子系统的失效事件对系统失效的影响。从故障树图由上往下看可知：系统的故障与那些单元有关系？有怎样的关系？多大关系。从图由下往上看：知道单元故障对系统故障的影响，什么影响？影响途径怎样？程度有多大？（2）故障树分析可作定性分析还可作定量分析；不仅可分析单一机件引起系统失效的影响，而且可以分析多机件构成的子系统对系统影响；不仅可反映系统内部单元与系统故障的关系，也能反映系统外部因素（环境因素和人为因素）对系统的影响。（3）故障树分析不仅可用于指导设计，也可用于指导正确的维修管理。（4）故障树的建造工作量十分繁重和复杂，需要较高的技术。

3 故障树的组成

（1）顶事件的选取。它是系统分析的目标和对象，要选择一个具有明确意义，可用概率度量，能够向下分解，最后找出失效原因的故障事件。（2）故障树的建造。这是故障树分析中的关键一步。要由多方技术人员通力合作，经过细致的综合分析，找出系统失效事件的逻辑关系。首先分析事故链确定主流程，然后确定边界条件，给出故障树的范围，最后利用事件符号和逻辑符号画出故障树。（3）故障树的图形符号。有两种图形符号，即：逻辑符号和事件符号。他们都有各自的具体图形符号和意义。（4）故障树的基本结构。

4 故障树的建造

4.1 确定顶事件和边界条件

顶事件是针对所研究对象的系统故障事件。是在各种可能的系统故障中筛选出来的最危险的事件，对于复杂的系统，顶事件不是唯一的，分析的目标、任务不同，应选择不同的顶事件。在很多情况下，顶事件就选定故障模式和影响分析中识别出来的致命度高的事件。必要时还可把大型复杂系统分解为若干相关的子系统，以典型的中间事件当作若干子故障树的顶事件进行建树分析，最后再加以综合。这样可使任务简单化，并可同时组织多人分工合作参与建树工作。

根据选定的顶事件，合理地确定建树的边界条件，以确定故障树的建树范围，故障树的边界条件包括：（1）初始状态。当系统中的部件有数种工作状态时，应指明与顶事件发生有关的部件的工作状态。（2）不容许事件。指在建树的过程中认为不容许发生的事件。（3）必然事件。指系统工作时在一定条件下必然发生在一定条件下必然发生的事件和必然不发生的事件。

4.2 逐层展开建树

从顶事件开始，逐级向下演绎分解展开，一直追踪至底事件，建立所研究的系统故障和导致该系统故障诸因素之间的逻辑关系，并将这种关系用故障树的图形符号表示，构成以顶事件为根，若干中间事件和底事件为干枝和分枝的倒树图形。要明确系统和部件的工作状态，是正态和故障状态；如果是故障状态，就应弄清是什么故障状态，发生某个特定故障事件的条件是什么。建树时不允许门―门直接相连。门的输出必须用一个结果事件清楚定义，不许门的输出不经结果事件符号便直接和另一门连接。在确定边界条件时，一般允许把小概率事件当作不容许事件，在建树时可不考虑。但是，允许忽略小概率事件并不等于可以忽略小部件的故障或小部件事件，这是两个不同的概念。有些小部件故障或多发性的小故障事件的出现，所造成的危害可能远大于一些大部件或重要设备的故障后果，因此，这事件不能忽略。

故障树分析范文第3篇

关键词 安全性设计；故障树分析；产品设计；方法介绍

1 故障树分析方法概述

故障树是一种逻辑因果关系图，呈现出特殊的倒立树状。它通过使用各种逻辑门符号、事件符号和转移符号来描述系统中各种事件和状态之间的因果逻辑关系。通俗来说，故障树中逻辑门的输入事件是输出事件的“因”，逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。

故障树分析自上而下，通过依次展开更为详细（或者叫更低一级）的设计层次逐步向下进行。

2 故障树方法前期准备工作

首先，设计人员应该熟悉设计说明书、原理图（包括流程图、结构图）、运行规程、维修规程和有关数据库以及其余相关资料。熟悉系统，设计人员可以从以下几个方面入手：

1）设计人员应彻底掌握系统的设计意图、结构、功能、边界（包括人机接口）和环境情况；

2）设计人员应辨明人为因素以及软件对系统的影响；

3）设计人员应辨识系统可能采取的各种状态模式以及这些模式之间的相互转换，必要时应绘制状态模式以及转画图以帮助弄清系统成功或故障与单位成功或故障之间的关系，有利于正确建树；

4）根据系统复杂程度和要求，必要时进行系统故障模式及影响分析，以帮助辨识各种故障事件以及人为失误和共因故障；

5）根据系统复杂程度，必要时应绘制系统可靠性框图以帮助正确形成故障树的顶部结构和实现故障树的早期模块化以缩小故障树的规模；

6）为彻底地熟悉系统，设计人员除了完成上述工作外，还应该随时征求有经验的设计人员和运行维修人员意见，最好有上述人员参与建树工作，方能保证故障树分析工作顺利开展，且建成的故障树的正确性，并可以达到预期的分析目的。

在充分熟悉系统后，设计人员应根据系统的任务要求和对系统的了解确定本次故障树分析的目的。在实际工业设计过程中，同一个系统或者设备，因为分析的目的不一样，系统或者设备的模型化结果也会大不相同，反映在故障树上也会不一样。

3 故障树分析方法步骤

故障树分析根据分析对象、分析目的、精细程度等的不同而不同，但一般按如下步骤进行：

1）故障树的建造；

2）故障树规范化、简化和模块分解；

3）定性分析；

4）定量分析；

5）编写故障树分析报告。

故障树的建造首先应选择恰当的顶事件。在确定顶事件时，可以通过在初步故障分析基础上，设计人员找出系统可能发生的所有故障状态，这个过程可以结合故障模式及影响分析进行，也可借鉴其它类似系统使用过程中发生过的故障事件。然后，筛选出最不希望发生的故障状态作为顶事件。

顶事件确定后，自上而下开始建树，应逐级进行。

将确定的顶事件写在顶部的框内，然后将引起顶事件的全部必要而又充分的直接原因事件写在相应事件符号中画出第二排，下一步根据实际设计中它们的逻辑关系用适当的逻辑门进行连结。遵循以上原则逐步建树，直至所有最低一排事件都为底事件。

规范化故障树是指仅含有基本事件、结果事件，以及“与”、“或”、“非”三种逻辑门的故障树。要将建好的故障树变成规范化的故障树，必须确定对特殊事件的处理规则和对特殊逻辑门进行逻辑等效的变换规则。

故障树的简化，可根据布尔代数运算规则对故障树进行简化。

对于较大规模的已经规范化和简化的故障树需要进行模块分解，这里的模块是指至少有两个底事件但同时又不是所有底事件的集合，在集合中这些底事件向上可汇集到同一个逻辑门，且又只能通过这个逻辑门才能到达顶事件。同时，故障树中所有的其它底事件向上都不能到达该逻辑门。

对故障树进行定性分析的目的在于寻找导致顶事件发生的原因及原因组合。通过识别引起顶事件发生的全部故障模式，它可以帮助判断潜在故障，达到改进设计的目地；也可以用于进行指导故障诊断，从而改进维护和使用方案。

对于正在设计中的产品，由定性分析的结果可以寻找到产品设计上的薄弱环节、重点部位、重要底事件、试验需求和改进设计应采取的方案等。对于最终设计成型的产品，通过定性分析结果可以确定产品已分析的顶事件的故障概率，检测产品的最佳配置，指导故障定位和使用维护方案的制定；还为技术支持、管理维护提供指导。

故障树定量分析是在已知底事件的发生概率的前提下得到顶事件的故障概率。这要求一开始必须拥有所有底事件的故障数据，从而才能求出故障树最小割集。

在定量分析中，应假定各个底事件的故障是相互独立的。若某些底事件互相不独立，则按照统计独立的假设进行计算时将出现工程上难以接受的误差，此时应参考其它专门文献进行不独立所需的修正。

在故障树分析结束时，应将分析结果写成报告，故障树分析报告应包括下列主要内容：分析任务；分析假设；分析方法；数据源说明；系统的可靠性框图；不希望事件（顶事件）及其发生概率；最小割集及其发生概率和重要度；基本事件和条件事件的重要度；可靠性关键项目及其不能从设计中消除的原因。

4 结论

故障树分析是一种对复杂系统常用的安全性、可靠性分析方法。它通过演绎的故障分析法研究系统特定的顶事件，自上向下严格按事件的层次进行逻辑分析和因果判断，找出故障事件的必要而充分的各类原因，画出逻辑关系图（故障树），最终找出导致顶事件发生的所有原因和原因组合。由分析结果可以确定被分析系统的薄弱环节、关键部位、应采取的措施、对可靠性试验的要求等。这些都显示出其在工业设计过程中的重要性和必要性。广大设计人员只有不断在其设计过程中深刻融合安全性设计理念，让安全可靠成为产品一大亮点，设计出的产品才能真正被业界所肯定，被市场所接受。

参考文献

[1]曹晋华，等.故障树分析指南.国防科学技术工业委员会，1998-03-16.

故障树分析范文第4篇

关键词：故障树分析法；FTA；无人机；定性；定量；应用

中图分类号：TN83 中图分类号：A

1 概述

故障树分析法（FTA——Fault Tree Analysis）是目前国内外进行系统安全性分析和风险评价所普遍采用的方法之一，它用逻辑推理的方法，形象地进行危险的分析工作，直观、明了、思路清晰、逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析，目前已在多个领域得到了广泛应用。

2 创新点

（1）首次定量分析了飞机的安全风险，将FTA技术运用机飞行全阶段的事故分析，填补了安全性量化分析的空白。

（2）首次从可靠性、安全性的角度系统地分析了飞机余度设计的合理性，找出薄弱环节与重点产品，为确定生产与维护中的重点控制范围提供了更为科学的依据。

3 相关概念

FTA技术是通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（即故障树），从而确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，以便采取相应的纠正措施提高系统可靠性的一种设计方法。它不仅能反映单元故障对系统的影响，还能反映几个单元故障组合对系统的影响，并把这种影响的中间过程用故障树清楚地表示出来。这些优点使FTA更适合于对复杂系统故障的全面综合分析。它的指导标准：GJB/Z 768A-98《故障树分析指南》。

故障树分析（FTA）的目的是：通过建造故障树透彻了解系统的故障逻辑关系，找出导致顶事件的所有基本故障原因事件或基本故障原因事件组合，并量化其故障概率，从而辨识出系统在安全性或可靠性设计上的薄弱环节，以便改善设计或完善维修方案，有效降低风险。

4 无人机的FTA工作

为了对无人机首飞的损失概率进行预计评估，将采用FTA技术进行分析。结合工程实际，把这项工作分解成了几个阶段。

（1）系统级FTA

结合工程经验，对飞机在整个典型任务剖面内，从滑跑起飞、爬升、巡航、下滑、着陆等每个阶段可能发生的致命故障作了详细全面的分析，共找出5个顶事件。

（2）设备级FTA

正确建立故障树是FTA工作的基础及关键，它直接影响到最终的分析结论。保证故障树的正确性，要求对各系统对本系统的工作原理、设计意图、工作方式进行清理。在此基础之上，各专业依据FTA工作指南和我们分析得出的各专业的顶事件进行了详细的FTA，并建立设备/组件级故障树分析如图1，通过分析找出4个最小割集如表1。

a.定性分析：按照上行法或下行法分析发现系统最小割集均为2阶割集，无单点故障，但从发生的故障率可以判断系统主要薄弱环节是1#继电器故障断开、2#继电器故障断开，均属于外协成品燃油测量控制盒EUC-15，在产品研制中，应将特别注意保证1#继电器与2#继电器的设计与生产质量；在使用中，应着重注意该薄弱环节的维护检查。

b.定量分析：先根据成品技术协议或统计数据等确定底事件的故障率λ，通过仔细认真的分析，合理确定故障模式频数比，后根据逻辑门的计算公式计算出上一级的事件的故障率λ或故障概率P，这样一级一级从下而上可以推算出顶事件的故障率或故障概率。逻辑门计算公式如下：

根据上述方法最后得出燃油系统不能按要求供油的故障概率。

（3）结论

根据各系统分析出的分系统的顶事件（即飞机顶层原因分析的底事件）的发生概率和故障树，再进行整机的致命故障概率计算，找出顶事件发生的各种原因和原因组合。各设备级的FTA工作结果是系统级FTA的输入，依据逻辑门的计算公式就能计算出各事故的发生概率，从而算出飞机首飞成功的概率为0.99。

5 难点和解决措施

本次工作的难点是准确合理的建树和找出各底事件的发生概率。为了解决这两个难点，采取了以下措施：

（1）熟悉各系统方案，工作原理和工作方式，及各系统之间的交联关系，清理各系统的余度配置情况以及单点故障环节。并与相关设计人员进行了多轮协调讨论，确定了系统级和设备级的故障树。

（2）充分挖掘数据资源，根据产品的协议指标或预计值并结合工程经验进行的初步估算，或根据相似产品的数据进行适当修正而得出的，或查找相关的手册数据。

6 总结

（1）飞机涉及的系统设备很多，工作原理、工作方式等都必须透彻了解，并要理清各系统的复杂交联关系，需要很全面很丰富的专业知识才能正确建立故障树。

（2）在技术审查各专业的FTA报告中要深入、准确，并尽量将资源共享，互相多沟通，尽量多了解一些，以便更快的把握产品的可靠性水平，提升飞机的竞争力。

（3）设计人员应该对可靠性的基础知识有较好的了解，各级审核人员应该认真把关，可靠性人员应该多学习了解各专业知识，以便更好的指导校正各专业开展可靠性工作。

（4）数据缺乏是整个行业普遍的现象，应尽快建立完善的数据信息系统，广泛收集飞机从试飞试验开始到使用报废发生的所有问题和故障，充分利用这些宝贵的资源。

参考文献

故障树分析范文第5篇

中图分类号：O29 文献标识码：O 文章编号：1009914X（2013）34062701

1.引言

随着信息系统规模和系统复杂度的加大，应用系统故障和隐患的发现和诊断难度不断增大，为了有效提升信息系统的稳定性和可用性，开展信息系统可用性评价分析模型研究和实践工作势在必行。

2.故障树分析法（FTA）

故障树分析法（Fault Tree Analysis缩写为FTA）是系统论中的重要分析方法，该方法最早由美国贝尔电话实验室的沃森提出，最先用于导弹发射控制系统的可靠性分析，此后，逐步从军事、航空、核能推广到电子、化工和机械等广泛领域。FTA法是一种由果到因的分析方法，既可作为定性评价依据，也可定量计算系统顶事件的发生概率和底事件的重要度。

故障树的定性分析是寻找引起系统故障的所有故障模式，获得最小割集，确定出各基本事件的结构重要度大小。系统故障树的一个割集代表了系统发生故障的一种可能性，系统故障树的所有割集反应了系统全部的故障模式，引起顶事件发生的底事件的最低限度的集合称为最小割集，最小割集的发生会导致顶事件的必然发生。通过对系统进行故障树分析，可以找出系统薄弱环节，进而提高系统可用性和安全性。

3.基于FTA的协同办公系统可用性评价分析