汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)IATF16949中，針對(duì)問(wèn)題解決和產(chǎn)品設(shè)計(jì)防錯(cuò)推薦了很多工具和方法，其中故障樹分析(FTA)是非常適合企業(yè)應(yīng)用的工具和方法，不管是分析解決系統(tǒng)性問(wèn)題，還是為設(shè)計(jì)防錯(cuò)提供方向和思路，都值得大力推廣。

故障樹是一種特殊的倒立樹狀的邏輯因果關(guān)系圖。故障樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)是以一個(gè)不希望發(fā)生的產(chǎn)品故障事件或?yàn)?zāi)害性危險(xiǎn)事件即頂事件作為分析的對(duì)象，通過(guò)由上向下的嚴(yán)格按層次的故障因果邏輯分析，逐層找出故障事件的必要而充分的直接原因，畫出故障樹，最終找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能原因和原因組合，在有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)可計(jì)算出頂事件發(fā)生的概率和底事件重要度。

FTA是系統(tǒng)分析的一種技術(shù)，它從單個(gè)的潛在失效模式來(lái)識(shí)別所有的可能原因，分析系統(tǒng)失誤。FTA考慮的是相互關(guān)聯(lián)的原因以及獨(dú)立原因。除了故障樹結(jié)構(gòu)和所有的邏輯關(guān)聯(lián)，通常FTA還包括了失效可能性的識(shí)別， 從而可以從零部件的可靠性來(lái)計(jì)算系統(tǒng)可靠性。

1961年，F(xiàn)TA由美國(guó)貝爾電話研究室的華特先生首先提出的。它采用邏輯的方法，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，可以做定性分析，也可以做定量分析。FTA體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問(wèn)題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。

FTA推行的意義：

判明可能發(fā)生的故障模式和原因;

發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，采取改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性和安全性;

計(jì)算故障發(fā)生概率;

發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持;

指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。

1、FTA有哪些特點(diǎn)?

1、故障樹分析是一種圖形演繹法。是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。它不局限于對(duì)系統(tǒng)作一般的可靠性分析，它可以圍繞一個(gè)或一些特定的失效狀態(tài)，作層層追蹤分析。因而，在清晰的故障樹圖形下，表達(dá)了系統(tǒng)故障事件的內(nèi)在聯(lián)系，并指出了單元故障與系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系;

2、由于故障樹能把系統(tǒng)故障的各種可能因素聯(lián)系起來(lái)，因此，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的故障譜;

3、故障樹可以作為管理人員及維修人員的一個(gè)形象的管理、維修指南，因此，用來(lái)培訓(xùn)長(zhǎng)期使用大型復(fù)雜系統(tǒng)的人員更有意義;

4、通過(guò)故障樹可以定量的求出復(fù)雜系統(tǒng)的失效概率和其他可靠性特征量，為改進(jìn)和評(píng)估系統(tǒng)的可靠性提供定量數(shù)據(jù);

5、故障樹分析的發(fā)展與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相聯(lián)，圖像信息技術(shù) 也已經(jīng)應(yīng)用在故障樹分析中，因此，編制計(jì)算程序是故障樹分析中不可缺少的一部分;

6、故障樹分析的理論基礎(chǔ)，除概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)外，布爾代數(shù)及可靠性數(shù)學(xué)中用到的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)同樣應(yīng)用于故障村分析的定量分析中;

7、故障樹分析方法不僅應(yīng)用于解決工程技術(shù)問(wèn)題，而且開(kāi)始應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)管理的系統(tǒng)工程之中;

8、故障樹分析首先需要建樹，建樹過(guò)程復(fù)雜，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員、操作及維修人員參加，而且不同的人所建造的故障樹不會(huì)完全相同;

9、系統(tǒng)越復(fù)雜，建樹越困難，耗時(shí)越長(zhǎng);

10、數(shù)據(jù)收集困難。

2、FTA和FMEA的區(qū)別

1、按層次的分析方向：

FTA：自結(jié)果，不希望發(fā)生的頂事件(上級(jí)事件)向原因方面(下級(jí)事件)做樹形圖分解，自上而下，逆向

FMEA:自原因，單一故障模式(錯(cuò)誤模式)方面向結(jié)果，上級(jí)系統(tǒng)的故障方面分析，自下而上，順向

方法：

FTA：由頂事件經(jīng)過(guò)中間事件至最下級(jí)的基本事件用邏輯符號(hào)聯(lián)結(jié)，形成樹形圖，再計(jì)算不可靠度。

FMEA: 填寫故障模式對(duì)裝置、系統(tǒng)的影響，對(duì)故障模式的評(píng)價(jià)，改進(jìn)措施，并將致命項(xiàng)目(模式)列表

2、定性與定量分析的功能：

FTA: 將樹形圖簡(jiǎn)化，求最小割集并計(jì)算頂事件發(fā)生的概率

FMEA：FMEA是定性的，歸納性的方法，不需要計(jì)算

特點(diǎn)：

FTA：以不希望發(fā)生的故障為頂事件。

優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行深入的分析。它不僅可以分析部件錯(cuò)誤，軟件錯(cuò)誤，控制錯(cuò)誤，環(huán)境應(yīng)力等引起的故障，及進(jìn)行多重故障分析，也可以從邏輯上明確故障的發(fā)生過(guò)程定量計(jì)算頂事件發(fā)生的概率。

缺點(diǎn)：其不利的一面是需要熟悉布爾代數(shù)和最小割集知識(shí)

FMEA:

優(yōu)點(diǎn)是利用表格，簡(jiǎn)單列舉系統(tǒng)構(gòu)成零部件的所有故障模式，并假定其發(fā)生，可找出系統(tǒng)可能發(fā)生的故障。

缺點(diǎn)是只輸入硬件的單一故障模式，因而是孤立的分析。對(duì)于含大量部件，具有多重功能的工作模式和維修措施的復(fù)雜系統(tǒng)，以及環(huán)境影響大的系統(tǒng)，在應(yīng)用上有困難。

應(yīng)注意事項(xiàng)：兩者都是可靠性分析方法，需要相輔相成的應(yīng)用。但這兩者都是重視功能性的靜態(tài)分析方法，在考慮事件序列與外部因素等共同原因方面，即動(dòng)態(tài)分析不完善。

3、如何做FTA及具體內(nèi)容?

FTA實(shí)施主要有以下三個(gè)步驟：故障樹的建立，定性分析和定量計(jì)算。

第一步：故障樹的建立

故障樹的建立有人工建樹和計(jì)算機(jī)建樹兩類方法，它們的思路相同，都是首先確定頂事件，建立邊界條件，通過(guò)逐級(jí)分解得到的原始故障樹，然后將原始故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到最終的故障樹，供后續(xù)的分析計(jì)算用。

1、確定頂事件

在故障診斷中，頂事件本身就是診斷對(duì)象的系統(tǒng)級(jí)(總體的)故障部件。而在系統(tǒng)的可靠性分析中，頂事件有若干的選擇余地，選擇得當(dāng)可以使系統(tǒng)內(nèi)部許多典型故障(做為中間事件和底事件)合乎邏輯地聯(lián)系起來(lái)，便于分析。所選的頂事件應(yīng)該滿足：

① 要有明確的定義;

② 要能進(jìn)行分解，使之便于分析頂事件和底事件之間的關(guān)系;

③ 要能度量以便于定量分析。

選擇頂事件，首先要明確系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)的定義;其次要對(duì)系統(tǒng)的故障作為初步分析，找出系統(tǒng)組成部分(元件、組件、部件)可能存在的缺陷，設(shè)想可能發(fā)生的各種的人為因素，推出這些底事件導(dǎo)致系統(tǒng)故障發(fā)生的各種可能途徑(因果鏈)，在各種可能的系統(tǒng)故障中選出最不希望發(fā)生的事件作為頂事件。

對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，頂事件不是唯一的，必要時(shí)還可以把大型復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個(gè)相關(guān)的子系統(tǒng)，以典型中間事件當(dāng)作故障樹的頂事件進(jìn)行建樹分析，最后加以綜合，這樣可使任務(wù)簡(jiǎn)化并可同時(shí)組織多人分工合作參與建樹工作。

2、建立邊界條件

建立邊界條件的目的是為了簡(jiǎn)化建樹工作，所謂邊界條件是指：

① 不允許出現(xiàn)的事件;

② 不可能發(fā)生的事件，實(shí)際中常把小概率事件當(dāng)作不可能事件;

③ 必然事件;

④ 某些事件發(fā)生的概率;

⑤ 初始狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中的部件有數(shù)種工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)指明與頂事件發(fā)生有關(guān)的部件的工作狀態(tài)。

建立邊界條件和建樹時(shí)應(yīng)該注意的是:

① 小概率事件不等同于小部件的故障和小故障事件;

② 有的故障發(fā)生概率雖小，但一旦發(fā)生則后果嚴(yán)重，為安全起見(jiàn)，這種小概率故障就不能忽略;

③ 故障定義必須明確，避免多義性，以免使故障樹邏輯混亂;

④ 先抓主要矛盾，開(kāi)始建樹時(shí)應(yīng)先考慮主要的、可能性很大的以及關(guān)鍵性的故障事件，然后再逐步細(xì)化分解過(guò)程中再考慮次要的、不經(jīng)常發(fā)生的以及后果不嚴(yán)重的次要故障事件;

⑤ 強(qiáng)調(diào)嚴(yán)密的邏輯性和系統(tǒng)中事件的邏輯關(guān)系，條件必須清楚，不可紊亂和自相矛盾。

3、建樹符號(hào)

建樹符號(hào)包括故障事件符號(hào)、邏輯門符號(hào)和轉(zhuǎn)移符號(hào)等，如下圖所示。

第二步：定性分析

(1)定義

定性分析是指研究者運(yùn)用歷史回顧、文獻(xiàn)分析、訪問(wèn)、觀察、參與經(jīng)驗(yàn)等方法獲得教育研究的資料，并用非量化的手段對(duì)其進(jìn)行分析，獲得研究結(jié)論的方法。

(2)目的

尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合(最小割集);發(fā)現(xiàn)潛在的故障;發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)設(shè)計(jì);指導(dǎo)故障診斷，改進(jìn)使用和維修方案。

(3)割集、最小割集

割集：故障樹中一些底事件的集合，當(dāng)這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生;最小割集：若將割集中所含的底事件任意去掉一個(gè)就不再成為割集了，這樣的割集就是最小割集。

第三步：定量計(jì)算

(1)定義

定量計(jì)算的結(jié)果通常是由大量的數(shù)據(jù)來(lái)表示的，研究設(shè)計(jì)是為了使研究者通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的比較和分析作出有效的解釋。

(2)特性

獨(dú)立性：底事件之間相互獨(dú)立;兩態(tài)性：元、部件和系統(tǒng)只有正常和故障兩種狀態(tài)指數(shù)分布：元、部件和系統(tǒng)壽命

(3)故障樹的數(shù)學(xué)描述

(4)典型邏輯門的概率計(jì)算

(5)頂事件發(fā)生概率計(jì)算

①最小割集之間不相交

②最小割集之間相交

1—全概率法

2—直接化法

3—遞推化法

4—近似算法

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