故障树分析
(完整版)故障树分析法
什么是故障树分析法故障树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、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。
体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。
一般来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。
1974年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，即“拉姆森报告”，大量、有效地应用了FTA，从而迅速推动了它的发展。
什么是故障树图(FTD)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。
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。
故障树分析中常用符号故障树分析中常用符号见下表:故障树分析法的数学基础1.数学基础(1)基本概念集: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。
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。
故障树分析法
什么是故障树分析法故障树分析（FTA）技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以定性分析，也可以做定量分析。
体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。
一般来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。
1974年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，即“拉姆森报告”，大量、有效地应用YFTA，从而迅速推动了它的发展。
什么是故障树图（FTD）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。
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。
故障树分析中常用符号故障树分析中常用符号见下表:技降树分析中常用符号售件符号）符号名称定义©:与门患示仅当所膏锦人李祥发生M ，黯出事伴才发生Mh或门表示至少一4幅欢事伴发生时，鼎W 事件就发生6非门表示输出多作足鞠人事件的酎立第祚「门表洪门表示忸当n 个铺人事件中有k 梯k 并磅上的L 事作淀叟时，辅四事俸才爱生«fthA_推序与n 表示仅当输小孝怦按规定的顺序发生忖，标 出事祚才发生L PC ・…L ）巡 TT 耳门舜用:集或门表示仅当单个辅人李件发生忖，翱出事件才会______ （二pO —）T 燃r 】学门表示仅当条件送生忖输为事件的发生方导敢谢 出事件的发生AA相同隹椁拜号同缝塔明F 浦的惶或，除向用轼引字母人于《 V代玲相同仲浦声号iTtiv*r、^加7革……X”吆■相似隹喀符号用用指明用似于眼的位部 转向和彼此\/ X M . ■» KX字田代号用冏，事作的标垮不团4GM 用制果蛙蚪就故障树分析法的数学基础1.数学基础（1）基本概念 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。
FaultTreeanalysis故障树分析
操作工面临辞职， 心态有变化，操作 时粗心
对釜进行加压 原因是什么釜底阀堵塞了 上述两者之间存在因果关系吗？ 是 这是唯一的原因吗？ 不是
快速接口连接处是 水平方向
快速接口的卡扣未 拧紧
K462的快速接口崩 开，物料水平飞溅出
K462的快速接口崩开，物料水平飞溅出 原因是什么快速接口连接处是水平方向 上述两者之间存在因果关系吗？ 是 这是唯一的原因吗？ 是
解决方法1：将水平方向改成垂直方向（已打入工单） 解决方法2：更换了连接的胶管，连接处的卡扣更加安全了（已打入工单）
提问和回答
提问 和 回答
谢 谢！
这是唯一的原因吗？ 不是
保温层未及时维修
产生的絮状物DPS落入裂开的保温层 原因是什么操作人员未完全清理掉DPS 上述两者之间存在因果关系吗？ 是
这是唯一的原因吗？ 是
制作执行的标准不 符合聚合釜的要求
生产设备不能完全 回收絮状物DPS
操作人员未完全清 理掉DPS
保温层裂开了
产生的絮状物DPS 落入裂开的保温层
生产设备不能完全回 收絮状物DPS
操作人员未完全清理 干净DPS
保温层裂开了
产生的絮状物DPS落 入裂开的保温层
顶事件 直接原因 间接原因 根本原因
生产过程中保温层内 有絮状DPS
生产过程中釜保温层 冒烟
工厂实例
根据根本原因，执行具体行动
未上报维修部门 施工监督不到位 工艺、设备的原因 没有清扫标准的规定
按导致事故可能性的顺序、用图解的方法来推断结果。结果 推断的图表看上去像一棵有很多分枝的树，每个分枝代表一 个独立的推断方向，从顶事件逐步列出连续的事件（故障） 。
EHS 事件事故调查
事故/事件的起因通常是复杂的。 一起事故可能由多于10种以上的因素引发而来。详细的事故分析一般分为三种 原因：根本原因，间接原因和直接原因。
故障树分析
故障树分析故障树分析是一种用于系统安全性和可靠性评估的方法。
它是一种图形化工具，用于识别系统中可能导致故障发生的根本原因和相关因素，并评估这些故障的概率。
故障树分析依靠逻辑关系和概率计算，能够帮助工程师们更好地了解和改进系统的可靠性，从而减少故障的发生。
故障树分析的基本原理是将系统故障看作是一系列事件的组合。
在故障树分析中，故障可以被看作是一个系统灾难的最终结果。
而故障树则是从故障结果向上追溯故障发生的事件和条件的逻辑图。
这些事件和条件被称为基本事件，它们是系统中最小的可独立发生的故障现象。
故障树分析的核心思想是通过将系统故障拆解成各个基本事件，并根据这些基本事件之间的逻辑关系构建故障树，从而得到系统故障发生的概率。
故障树的构建过程是一个逆向的过程，从最终故障结果反向推导出可能导致故障发生的原因和条件。
通过对故障树的分析，可以识别出导致故障发生的关键事件，进而提出相应的改进措施。
在进行故障树分析时，需要进行以下几个步骤：1. 确定故障模式：故障模式是故障树分析的起点，它描述了可能发生的故障类型以及与之相关的因素。
通过对系统的历史故障数据和专家经验的分析，可以确定系统中可能存在的故障模式。
2. 确定顶事件：顶事件是故障树分析的终点，它描述了最终故障结果。
通过对系统设计和运行条件的分析，以及对顶事件的定义，可以识别出系统中可能发生的最终故障结果。
3. 确定基本事件：基本事件是故障树的组成部分，它描述了导致故障发生的最小故障现象。
基本事件是通过对故障模式和顶事件的分析，确定可能导致故障发生的条件和事件。
4. 构建故障树：根据顶事件和基本事件之间的逻辑关系，构建故障树的结构。
故障树使用逻辑门（如与门、或门、非门）表示事件之间的关系。
通过逻辑门的组合和连接，可以得到导致故障发生的组合逻辑。
5. 计算概率：通过概率计算的方法，计算故障树中各个事件的发生概率。
概率计算可以使用布尔代数、概率论等方法进行。
6. 分析故障树：通过对故障树的分析，可以识别出导致故障发生的关键事件。
故障树分析法
故障树分析法故障树分析法是一种常用的系统分析工具，用于分析和解决系统故障问题。
它是基于树状结构的逻辑推理方法，通过将系统故障现象从根本原因向下逐步细分，最终找出故障产生的根源，从而提供有效的解决方案。
故障树分析法由冯·邓明、吕培堂等人提出，旨在解决复杂的系统故障问题。
它借鉴了概率论、逻辑学和数学统计学等学科的理论和方法，通过建立故障树模型，分析系统故障的发生概率和故障根本原因，以便进行故障预防和改进工作。
故障树分析法的基本思想是通过对系统故障事件的分析，找出导致故障的基本事件和事件之间的逻辑关系，进而构建起一个全面而准确的故障树模型。
在故障树中，根事件表示系统的故障事件，中间事件表示造成故障事件的基本事件，而最底层的事件则是导致基本事件发生的可能性事件。
在进行故障树分析时，首先需要明确系统故障的范围和目标，然后收集相关的故障数据和现象，建立故障树模型，并进行逻辑推导和计算分析。
通过对故障树模型的分析，可以找出导致故障的主要因素和关键环节，进而制定相应的故障排除和改进措施，以提高系统的稳定性和可靠性。
在实际应用中，故障树分析法通常与其他分析方法相结合，如故障模式和影响分析法、追溯分析法等。
通过多种方法的综合应用，可以更全面地了解系统故障的性质和根本原因，并提出科学合理的解决方案。
总之，故障树分析法是一种有效的系统分析工具，可以帮助我们找出故障的根源并提供解决方案。
在实际应用中，我们需要熟练掌握故障树分析的基本原理和方法，结合实际情况进行具体分析。
通过不断改进和完善故障树模型，提高系统的可靠性和稳定性，从而确保系统正常运行。
故障树分析法作为一种重要的系统工具，将在各行各业发挥重要作用。
故障树分析法(FTA)
故障树分析法（FTA）故障树分析法(Fault Tree Analysis，简称FTA)，就是在系统（过程）设计过程中，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及其发生概率，以计算系统故障概率，采取相应的纠正措施，提高系统可靠性的一种设计分析方法。
故障树分析主要应用于1.搞清楚初期事件到事故的过程，系统地图示出种种故障与系统成功、失败的关系。
2.提供定义故障树顶未卜事件的手段。
3.可用于事故（设备维修）分析。
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，也能取得较好效果附：故障树分析程序（国家标准）GB7829—87国家标准局1987—06—03批准 1988—01—01实施1 总则1．1 目的故障树分析是系统可靠性和安全性分析的工具之一。
第8章故障树分析
故障树分析的步骤： 1. 建立故障树
故障树建树方法主要有三种：演绎法、合 成法、决策表法。其中第一种方法用于手 工建树，其他两种方法用于计算机辅助建 树。手工建树按如下步骤进行：
选择和确定顶事件。 自上而下地建立故障树
2. 建立故障树的数学模型 对于单调关联系统，顶事件是底事件的 函数。
解：
Top
事件M1发生的概率为： P（M1）= P(X1)P(X2) = 0.04 × 0.02 = 0.0008
M1
X3
顶事件发生的概率为：
P(Top) = 1 – ( 1 – 0.0008) × (1 – 0.01) X1 X2
= 0.010792
系统的可靠度为：
结构重要度
结构重要度表明了零部件在系统结构上的重要度，与零部件本身的失 效概率没有关系。通常由如下公式计算底事件的结构重要度：
Ii
1 2n1
n (xi
1) n (xi
0)
上式中n系统零部件总数，n (xi 1) 表示部件i失效时系统失效的状
态数， n (xi 0) 表示部件i完好时系统失效的状态数。
系统故障树结构函数T=x2x3+x1; 系统失效概率函数：
此处Xi的含义不 同
F(t)=P(T)=P(x2x3+x1)=x2x3 + x1 - x2x3x1 ; 各元件概率重要度：
I1pr
F x1
1
x2 x3
0.9827
I pr 2
F x2
x3
x1x3
0.2345
1970年代利用FTA法作系统分析得到迅速发展， 成为航天、核能、化工等部门对可靠性、安全性 有特别要求的系统不可缺少的分析方法。
故障树分析方法(FTA)
故障树分析方法（FTA）
1.确定系统：首先，确定要进行故障树分析的系统。
这可以是任何类
型的系统，如电力系统、交通系统或工业生产系统。
2.定义故障：确定可能导致系统故障的故障模式。
这些故障可以是硬
件故障、软件故障或运营失误等。
3.构建故障树：根据系统中不同组件之间的逻辑关系，构建故障树。
故障树是一个逆推的树形图，从故障事件开始，逐步追溯到其潜在原因。
4.分析故障树：通过计算不同故障模式的概率，评估系统的可用性。
这可以通过使用概率论的方法，如布尔代数、事件树分析或蒙特卡洛模拟等。
5.识别关键故障：确定导致系统故障的关键故障模式。
这些故障模式
可能会导致系统的重大损失或影响其正常运行。
6.提出解决方案：基于故障树分析的结果，提出改进系统可靠性的解
决方案。
这可以包括改变系统设计、增加备件或实施更严格的维护程序等。
然而，故障树分析方法也有一些限制。
首先，它需要大量的数据和专
业知识来构建和分析故障树。
其次，故障树只能分析已知的故障模式，而
无法处理未知的故障。
总之，故障树分析方法是一种强大的工具，可以帮助评估和分析系统
可靠性。
它可以用于预测潜在的故障模式，并提供改进系统可靠性的解决
方案。
尽管存在一些限制，但故障树分析方法仍然是一种广泛应用于工程
和管理领域的方法。
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化工过程设计概论
自动聚合的反应过程
化工过程设计概论 原因事件
进入该过程反应器的单体和溶剂的流速由包括有流量计，控 制器和控制阀的控制系统来调节。反应器的温度靠冷却水夹 套维持，而冷却水的流速是由热电偶、控制器和流量控制阀 组成的控制系统来调节。这一系统最大的灾难是反应的失控， 引起反应失控的原因如下： 1．流入反应器的单体相对于溶剂的比例过大，反应过失控； 2．反应温度过高，反应不均失控。
障空间"并且系统看起来是故障的集合。 Nhomakorabea•
化工过程设计概论 故障树分析法是以一种逻辑树的形式，定量 地 分析故障产生的内部关系。
• 我们以一个自动聚合的反应过程（流程见图5.2）为例，讨论这 一分析方法。进入该过程反应器的单体和溶剂的流速由包括有 流量计，控制器和控制阀的控制系统来调节。反应器的温度靠 冷却水夹套维持，而冷却水的流速是由热电偶、控制器和流量 控制阀组成的控制系统来调节。这一系统最大的灾难是反应的 失控，引起反应失控的原因如下：
• 1．流入反应器的单体相对于溶剂的比例过大，反应过失控； • 2．反应温度过高，反应不均失控。 • 图给出了系统初始的故障树的图。图的顶部是反应失控的 损失，引起反应失控的原因紧接写在它的下面，层层给出它们 的因果关系。下面给出图中几个主要符号的说明：
化工过程设计概论
故 障 树 分 析 中 常 用 符 号
1974 年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，
即“拉姆森报告”，大量、有效地应用了FTA，从而迅速推动了它
的发展。
化工过程设计概论 故障树图(FTD)
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。
化工过程设计概论 故障树和可靠性框图
(RBD－Reliability Block Diagrams )
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)； 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
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。
化工过程设计概论 故障树分析的基本程序
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。
化工过程设计概论
系 统 初 始 的 故 障 树 图
• 图给出了系统初始的故障树的图。图的顶部是反应失控的损 失，引起反应失控的原因紧接写在它的下面，层层给出它们的 因果关系。下面给出图中几个主要符号的说明： • *..输出（故障）事件发生的条件是所有的输入都发生了故 障事件，相当并联式事故。 • *+只要任何一个输入发生事故，都会引起输出发生故障事件 相当串联式事故。 • 每一组元有三种故障的模式： P第一种故障的模式：因组元不能执行其设计功能而失效。 S第二种故障的模式：由于外界的环境使某组元不能正常工 作。 ◇指令错误模式：系统过载或输入了错误的信号引起组元 发生故障。这是第三种模式。
化工过程设计概论
化工过程设计概论 • 在图中故障树的分支结束于 PP或□，在□中给出 系统条件指令引起的损失。 • 使用这种分析方法的第一步是估计出比损失的频 率。对于特定的元素i，其故障的平均速率fi（失 败次数/时间）。而故障之间的平均时间即
• 对于化工过程失效速率的数据在文献中已开始有 所记载，但是还没有较完全的数据库可供查阅。 图给出了该系统组元失效的平均速率，并注出了 第一、第二类故障速率。与每一组元的失效模式 相联系的可靠性 ,就是组元不失效的概率， Buttham曾用下式描述：
化工过程设计概论
故 障 树 分 析 中 常 用 符 号
化工过程设计概论 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。
化工过程设计概论
化工设计
第7章 化工过程分析,安全工程与
生态工业系统
王静康 教授
•
本“化工设计” 教材(496页)：是高等教育‘十五’、
化工过程设计概论
‘十二.五’国家级规划教材,希望同学课下参考教材学习。
第7章 化工过程分析,安全工程与生态工业系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 系统可靠性与可靠度分析 安全性与损失的预防 风险性分析与评估 工业系统安全工程 化工厂安全设计概述 单元操作的绿色环保措施 工业生态系统 产品生命周期分析与评价
教材依据
化工过程设计概论
第二节 安全性与损失的预防
化工过程设计概论 7.2.3故障树分析
(Fault Tree Analysis，FTA)
故障树分析 (FTA) 技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于 1962 年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作， 特点是直观、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。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、 准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。一般 来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。