故障树外文文献(一)
文献综述-基于故障树的可靠性分析
文献综述
基于故障树的可靠性分析
一.故障树研究
1.什么是故障树图
故障树图（或者负分析树)是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。就像可靠性框图(RBDs)，故障树图也是一种图形化设计方法，并且作为可靠性框图的一种可替代的方法。
一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化“模型”路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可预知的故障事件（失效），路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号(与，或等等)表示。在故障树图中最基础的构造单元为门和事件，这些事件与在可靠性框图中有相同的意义并且门是条件。
[编辑]故障树和可靠性框图(RBD)
FTD和RBD最基本的区别在于RBD工作在“成功的空间”，从而系统看上去是成功的集合，然而，故障树图工作在“故障空间”并且系统看起来是故障的集合。传统上，故障树已经习惯使用固定概率(也就是，组成树的每一个事件都有一个发生的固定概率)然而可靠性框图对于成功(可靠度公式)来说可以包括以时间而变化的分布，并且其他特点。
2.故障树分析方法
故障数分析的方法有定性分析和定量分析两种：
定性分析是找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式,既求出故障的所有最小割集(MCS).
定量分析主要有两方面的内容:一是由输入系统各单元(底事件)的失效概率求出系统的失效概率；二是求出各单元(底事件)的结构重要度，概率重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度，概率重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度的大小排序出最佳故障诊断和修理顺序，同时也可作为首先改善相对不大可靠的单元的数据。
3.故障树分析的基本程序
（1）熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置
图。
（2）调查事故：收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能发生的事故。
（3）确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。
（4）确定目标值：根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率(频率)，以此作为要控制的事故目标值。
（5）调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。
（6）画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。
（7）分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。
（8）事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故障树上，并进而求出顶上事件(事故)的发生概率。
（9）比较：比较分可维修系统和不可维修系统进行讨论，前者要进行对比，后者求出顶上事件发生概率即可。
（10）分析：原则上是上述10个步骤，在分析时可视具体问题灵活掌握，如果故障树规模很大，可借助计算机进行。目前我国故障树分析一般都考虑到第7步进行定性分析为止，也能取得较好效果。
3.故障树分析法的数学基础
1）数学基础
(1)基本概念
①集:从最普遍的意义上说，集就是具有某种共同可识别特点的项(事件)的集合。这些共同特点使之能够区别于他类事物。
②并集：把集合A的元素和集合B的元素合并在一起，这些元素的全体构成的集合叫做A与B的并集，记为A∪B或A+B。若A与B有公共元素，则公共元素在并集中只出现一次。
例若A={a、b、c、d}；
B={c、d、e、f}；
A∪B= {a、b、c、d、e、f}。【故障树外文文献】
③交集：两个集合A与B的交集是两个集合的公共元素所构成的集合，记为A∪B或A+B。根据定义，交是可以交换的，即A∩B。
例若A={a、b、c、d}；
B={c、d、e}；
则A∩B={c、d}。
④补集
在整个集合(Ω)中集合A的补集为一个不属于A集的所有元素的集，补集又称余集。
2）布尔代数规则
布尔代数用于集的运算，与普通代数运算法则不同。它可用于故障讨分析，布尔代数可以帮助我们将事件表达为另一些基本事件的组合。将系统失效表达为基本元件失效的组合。演算这些方程即可求出导致系统失效的元件失效组合(即最小割集)，进而根据元件失效概率，计算出系统失效的概率。布尔代数规则如下(X、Y代表两个集合)：
(1)交换律：X·Y=Y·X X+Y=Y+X
(2)结合律：
(3)分配律：X·(Y ·Z)=(X ·Y)·Z，X+(Y+Z)=(X+Y)+Z，X·(Y+Z)=X ·Y+X·Z，X+(Y·Z)=(X+Y)·(X+Z)
(4)吸收律：X·(X+Y)：X,X+(X·Y)：X
(5)互补律：X+X =Ω=1，X·X =φ(φ表示空集)
(6)幂等律:X·X=X，X+X=X
(7)狄·摩根定律:(x·Y) =X+Y，(X+Y) =X·Y
(8)对合律：(X)=X
(9)重叠律：X+XY=X+Y=Y+Y X
二．可靠性研究
1.可靠性研究概述
可靠性设计是保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。可靠性是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映【故障树外文文献】
产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。
对于一个复杂的产品来说，为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到；这样就使得产品的造价昂贵，有时甚至难以实现（例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品）。事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性，以改善对各个零部件可靠度（表示可靠性的概率）的要求。可靠度的分配是可靠性设计的核心。
可靠性设计准则是一种设计规范，从系统可靠性角度出发，设计人员必须遵守的设计要求，是已有的、相似产品的工程经验的总结，并系统化、科学化、规范化而成。
2.可靠性的研究内容
可靠性工程是为了保证产品在设计、生产及使用过程中达到预定的可靠性指标，应该采取的技术及组织管理措施。这是介于技术和管理科学之间的一门边缘学科，可靠性作为一门工程学科，它有自己的体系、方法和技术。
（1）可靠性管理：完善可靠性组织结构，规划出可靠性组工作的目标制定出相应的流程，规范可靠性工作，监督可靠性工作的实施培训可靠性知识，增强质量意识，规避设计风险。
（2）可靠性设计：通过设计奠定产品的可靠性基础。研究在设计阶段如何预测和预防各种可能发生的故障和隐患。
（3）可靠性试验及分析：通过试验测定和验证产品的可靠性，研究在有限的样本、时间和使用费用下，如何获得合理的评定结果，找出薄弱环节，并研究导致薄弱环节的内因和外因，研究导致薄弱环节的机理，找出规律，提出改进措施提出以提高产品的可靠性。
（4）制造阶段的可靠性：研究制造偏差的控制、缺陷的处理和早期故障的排除，保证设计目标的实现。
3.可靠性研究的意义
对于产品来说，可靠性问题和人身安全，经济效益密切相关。因此，研究产品的可靠性问题，显得十分重要，非常迫切。
（1）提高产品可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的
事故发生。86年1月28日，美航天飞机“挑战者号 ” 由于1个密封圈失效 , 起飞76s后爆炸，其中7名宇航员丧生 , 造成12亿美元的经济损失；92年我国发射“澳星号”时由于一个小小零件的故障，发射失败，造成了巨大的经济损失和政治影响到。
（2） 提高产品的可靠性 , 能使产品总的费用降低。提高产品的可靠性，首先要增加费用，如选用好的元器件，研制部分冗余功能的电路及进行可靠性设计、分析、实验，这些都需要经费。然而，产品可靠性的提高使得维修费及停机检查损失费大大减小，使总费用降低。
（3）提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可顶几台用，可以发挥几倍的效益。美国GE公司经过分析认为，对于发电、冶金、矿山、运输等连续作业的设备，即使可靠性提高1%，成本提高10%也是合算的。【故障树外文文献】
（4）对于公司来讲，提高产品的可靠性，可以改善公司信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。
4.可靠性指标
衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。
1. 可靠度R（t）；它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的数量为 N，从t=0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数 n(t) 逐渐减少，用R（t）表示产品在任意时刻t的可靠度。
R（t）=[N-n(t)]/N
其中：N ：试验样品总数
n(t): 到 t 时刻样品失效的总数
由上式可看出 0≤R(t)≤1, 因此 R(t) 越接近于 1，产品的可靠度越高。显然，不可靠度
F(t)=n(t)/N=1-R(t)
可靠度加上不可靠度等于1, 即 R(t)+F(t)=1
2. 失效率（故障率）t；它是指某产品（零部件）工作到时间 t 之后，
故障树外文文献(二)
学生安全事故故障树分析(FTA)论文
学生安全事故故障树分析(FTA)
摘要:故障树分析是社会科学研究中一种常用的研究方法。本文用故障树分析理论对高校学生安全事故进行了分析。
关键词:学生安全 事故 故障树分析
1 故障树分析概述
故障树分析是一种根据系统可能发生的事故或已经发生的事故结果,去寻找与该事故发生有关的原因、条件和规律,同时可以辨识出系统中可能导致事故发生的危险源。
故障树分析是一种严密的逻辑过程分析,分析中所涉及到的各种事件、原因及其相互关系,需要运用一定的符号予以表达。故障树分析所用符号有三类,即事件符号,逻辑门符号,转移符号。 事件符号如图1所示包括:
①矩形符号
矩形符号如图1a)所示。它表示顶上事件或中间事件,也就是需要往下分析的事件。将事件扼要记入矩形方框内。
②圆形符号
圆形符号如图1b)所示。它表示基本原因事件,或称基本事件。它可以是人的差错,也可以是机械、元件的故障,或环境不良因素等。它表示最基本的、不能继续再往下分析的事件。
③屋形符号
屋形符号如图1c)所示。主要用于表示正常事件,是系统正常状态下发生的正常事件。
故障树外文文献(三)
利用故障树分析法建立电气控制系统故障诊断系统
摘 要 在系统设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种原因进行分析叫做故障树分析法，由总体至部分按倒立树状逐级细化分析，画出逻辑框图（故障树），以此确定系统故障原因的各种可能组合模式和其发生概率。故障树图是一种逻辑因果关系图，它根据元件状态来显示系统的状态。 关键词 故障树分析法 电气控制系统 故障诊断
中图分类号：TP277 文献标识码：A
1故障树分析法的特点
故障树分析法简称FTA（Failures Tree Analysis）模型是一个根据被诊断对象结构、功能特征的建立的模型，是一种定性的因果模型，顶事件作为系统最不希望发生的事件，中间事件和底事件是可能导致顶事件发生的其它事件，用逻辑门表示事件与事件之间联系，故障树是一种倒树状的结构。反映了特征向量与故障向量（故障原因）之间的全部逻辑关系。
故障树分析法的特点是：
（1）通过定性分析，可帮助弄清系统的故障模式，找出系统的薄弱环节。通过对各种基本事件进行安全控制的优先级别顺序，采取措施以确定各基本事件对故障影响的程度，为制定科学合理的故障树提供了基本依据。
（2）故障树的因果关系直观、清晰。对导致出现故障的各种原因及逻辑关系可以做出全面、形象、简洁的判断，使有关人员了解故障点的出现原因和处理措施。
（3）通过定量分析，再依据各基本事件可能出现的概率，计算出故障发生的概率，为实现系统的最优安全控制目标提供一个具体量的概念，这也有助于其它各项指标的量化处理。
2故障树的生成方法及步骤
近年来相继出现了一些较好的算法和程序，但计算机建树系统仍不完善，对于近年出现的计算机算法所适用范围各有差异，至今未出现比较规范和系统化的算法。本文采用传统的故障树分析法，由于有前期大量工作的基础，对系统设备故障的统计分析，继而采用传统故障树分析方法。
以系统化和规范化的算法作为故障树分析法的出发点，通过提出的在建立在描述元件（部件）故障模型的基础上，基于系统分析利用邻接矩阵确定系统故障树顶部结构。通过子要素级别分析，强连接关系识别和基本子要素的确定，最终自动生成故障树的方法。应用该方法大大增强了故障树的可读性，简化了系统故障树生成的复杂性，为故障树生成节省大量重复劳动，使生成的故障树具有更强的理论依据和可行性。
根据以上特点，故障树分析法可适用于对复杂的动态系统进行可维修性及可靠性分析。图1为一个简单的故障树原理图。图中顶事件：系统故障，由部件A或部件B引发，而部件A的故障又是由两个元件1、2中的一个失效引起，部件B的故障是在两个元件3、4同时失效时发生。
故障树分析诊断法步骤如下：
（1）调查故障的概率。收集故障发生的概率，进行概率统计；
（2）选择合理的顶事件。一般以待诊断故障为顶事件对象；
（3）建造正确合理的故障树。这是诊断的核心与关键；
（4）故障搜寻与诊断。根据建立的故障树，对故障进行搜寻和诊断，搜寻方法有逻辑推理诊断法、最小割集诊断法等。
在建树之前，应该对所分析的系统深入细致地进行了解。因此，需要广泛收集有关系统的设计、设备技术规范、流程图、运行等技术文件和资料，并进行仔细的分析研究具体方法为：
（1）选择和确定顶事件：最不希望发生的系统故障我们确定为顶事件。一般这个事件具有明显地影响系统的正常运行、产生不稳定因素、使技术性能下降等特征。但顶事件必须有明确的定义，而且一定是可以分解的。有时最不希望发生的故障状态不止一个，因而一个系统需要建几棵树，所以一般顶事件并不是唯一的。
（2）自上而下的建造故障树：在确定顶事件之后，将它作为第一行，找出导致顶事件的所有可能的直接原因，作为第一级中间事件，把它们用相应的事件符号表示出来，并用适合于它们之间逻辑关系的逻辑门符号与顶事件相连接，然后逐级向下发展，直到找出引起系统失效的全部原因，作为底事件。这样，就得到了一棵倒置的故障树。
建立故障树应从以下几方面入手：
（1）收集和调查系统事故资料。收集、调查系统的已有故障资料和类似系统的故障资料。
（2）调查分析顶事件发生的原因，从人、机、物、环境和信息等各方面入手，调查和分析影响顶事件发生的所有原因。
（3）熟悉系统。了解系统的构造、操作、性能、工艺和元件之间的关系，及人、硬件、软件、环境的相互协调作用和系统工作原理的等。
（4）确定顶事件。根据对系统已掌握的资料，在分析系统一类危险源的基础上，确定系统事故的类型作为顶事件。
故障树外文文献(四)
故障树在化学激光器故障诊断中的应用
摘 要：故障树分析法是一种演绎分析的方法，考虑的是基本故障事件，追溯的是系统失效根源，深入到故障组合之中。介绍了基于故障树模型的故障诊断方法，以化学氧碘激光器为例创造出其出光功率失常故障树模型，进行了相应的故障树定性分析和定量分析。为化学氧化碘激光器系统的设计和维修提供理论依据，也对提高激光器系统的可靠性给予参照。 关键词：故障树 定性分析 定量分析 化学氧碘激光器
中图分类号：TN305 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0132-01
1961年，美国人提出了故障树分析（Fault Tree Analysis简称FTA）法，并成功应用于“民兵”导弹系统。我国20世纪80年代引进故障树分析法，在研究和应用方面取得了许多进展。本文就故障树分析法在化学激光器中的应用进行了详细探讨。
1 故障树分析法
故障树分析法是用故障树做为工具，分析系统故障的发生地点，分析各个可靠性特征量，评价系统可靠性的方式。它的根本原则指将系统中最糟糕境遇的故障事件作为故障分析的锚点，从而顺藤摸瓜追寻造成故障的所有诱因，将其作为先头第一层事件，于是再利用这一层中的各个原因事件作为出发点，分别寻找造成所有事件发生的下一级的全部因素，循序渐进，一直寻找至所有原始的、故障机理或概率分布都是已知的因素截止。
故障树分析法流程图如图1所示。???
首先，创造故障树的目原因旨在利用创造故障树全面挖掘系统，追寻系统中的弱项未知项；对故障树定性分析旨在追寻顶事件发生的全部因素的故障模式集合，可运用在发现故障，完善使用和维护方案等；对故障树的定量分析的核心在定量计算顶事件发生可能，从而综合评价该系统的能力。
2 建立故障树
2.1 建树的基本原则
（1）严格定义故障事件，划清边界，合理简化。
（2）由叶到根，循序深入。
（3）共因事件在故障树中必须使用统一标示。
2.2 建树示例
以某化学氧碘激光器系统为例，该激光器由氯气供给分系统、碘供给分系统、氦气供给分系统、氧发生器分系统、光学谐振腔、压力恢复分系统及控制分系统七部分组成。以激光器“激光器功率失常”作为顶事件，经过层层分析，得到代表各种故障形式的底事件。图2为化学氧碘激光器功率失常故障树，由图2可知共有15个底事件，用X1，X2，……，Xn表示。
3 应用故障树进行定性及定量分析
3.1 定性分析
故障树定性分析首先求出故障树割集，所谓割集是能够使顶事件发生的底事件的集合，当这些底事件都出现时，则顶事件肯定出现。若割集中的任何一个底事件不被激活，顶事件就不出现时，则该割集称为最小割集。
采用下行法找出图2的最小割集为X1，X2，X3，
X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11， X12，X13，X14，X15。
由图2可知，15个底事件中任一个发生都将引起激光器出光功率失常。
3.2 定量分析
定量分析是根据各个底事件发生的概率，计算系统故障树顶事件的发生概率。
通过对该化学氧碘激光器的跟踪实验，收集一定数据，得到各底事件X1，X2，……，X15的发生概率P1，P2，……，P15分别为：
未给出具体概率的底事件发生概率很小，可忽略。按式（1）计算顶事件发生的概率：
P=1- （1）
计算得出该化学氧碘激光器激光器出光功率失常发生的概率为4.17%。
4 结语
综上所述，故障树分析法直观性强，能把系统的故障与其成因形象地表现为故障因果链，反映出系统的相应关系，从而查找系统的弱项部分，并分析出系统的故障概率，可为评价和改善化学激光器设备的可靠性、提高工程化应用水平服务。
参考文献
[1] 朱继洲.故障树原理和应用[M].西安：西安交通大学出版社，1981.
[2] 杨为民.可靠性・维修性・保障性・总论[M].北京：国防工业出版社，1996.
[3] 多丽萍.气流化学激光测试诊断技术[M].北京：科学出版社，2005.
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo288702/
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