故障树分析法在某水处理系统故障诊断中的应用
船舶主机系统故障诊断中故障树分析法的应用
船舶主机系统故障诊断中故障树分析法的应用近年来，随着我国经济及贸易的快速发展，水上运输行业同样取得了广泛的应用；由于船舶的常处于水上作业，各类维修工作及救援工作较陆地存在较大的难度，而一旦船舶在运输过程中发生任何细小的安全事故，带来的各类损失和危害将会十分严重，因此为了保证各类用途船支的行驶稳定性及安全性，对船舶进行日常的故障诊断是必不可少的工作，而船舶主机系统作为整体船舶的核心部件，经历了长时间的工作而产生各类安全隐患是很难避免的，而故障诊断分析方法的出现，能够保证对船舶主机系统存在的细小隐患第一时间进行科学、全面、高效的发现与诊断，从而及时采用相关措施对其出现的各类问题进行针对性的处理和完善，从而为船舶主机系统的平稳健康运行保驾护航。
标签：船舶主机系统；故障诊断；故障树分析法；应用Abstract：In recent years，with the rapid development of economy and trade in our country，the water transportation industry has also obtained the widespread application；because the ships are often in the water operation，each kind of maintenance work and the rescue work has the bigger difficulty than the land. And once the ship in the process of transportation any small safety incidents，the various losses and hazards will be very serious，so in order to ensure the stability and safety of the various uses of the vessel，it is necessary to make daily fault diagnosis for ships，and it is difficult to avoid all kinds of hidden dangers caused by the long time work o f the ship’s main engine system，which is the core part of the whole ship，and the main engine system of the ship is the core part of the whole ship. The fault diagnosis is the emergence of the analysis method，which can ensure the scientific，comprehensive and efficient detection and diagnosis of the small hidden dangers of the ship’s main engine system at the first time，so as to timely make use of relevant measures to deal with and improve the various problems that appear in order to protect the smooth a nd healthy operation of the ship’s main engine system.Keywords：ship main engine system；fault diagnosis；Fault Tree Analysis；application近年来我国水上运输行业得到了快速的发展，国内船舶的数量也在快速增多，而影响各类船舶运行状态及使用寿命的核心部件就是船舶的主机系统，一旦船舶主机系统运行中出现任何事故，带来的危害是难以估量的；同时由于船舶主机系统的工作原理较为繁琐，运行机制相对复杂，同时组成机构包含的设备、部件种类繁多，任何一个环节出现隐患都会对船舶的整体主机系统的正常运行产生严重影响，因此船舶主机系统故障诊断成为了制约水上运输行业发展的重要问题之一；故障树分析法能够为船舶主机系统故障诊断提供科学的措施和方法，通过画出故障树形图，其中划分为树干与分枝，把各类问题以及故障出现的原因清晰的在树形图中体现出来，对船舶主机系统进行全方位、准确化的故障分析；本文首先阐述了船舶主机系统常见的故障及故障分析的重要性，然后分析故障树分析法的基概念，最后就船舶主机系统故障诊断中故障树分析法的应用进行了讨论与研究。
故障树分析法在汽车故障诊断中的应用
故障树分析法在汽车故障诊断中的应用孙震1.由故障症状、故障原因的层级关系，确定从顶端到中间、再到底端事件的全部事件列表2.在故障树中，首先要分析的系统故障事件称顶端事件，在汽车故障中顶端事件是指最初故障症状。
其次，把不能再分开的基本事件称底端事件，在汽车故障中底端是指最小故障点。
3.最后，把其他事件称中间事件。
故障树是由第一层顶端事件、多层中间事件、最后一层底端事件构成。
注意：故障树中的底端事件不是最终故障原因，而仅仅是最小故障点，如下图所示。
2.由故障症状与故障原因之间的逻辑关系，连接事件与事件之间的逻辑图故障树是根据故障症状与故障原因间的逻辑关系建立起来的，首先将顶端事件用矩形符号表示，底端事件用圆形符号表示绘制成图1的形式。
然后再确定各层事件的逻辑关系，主要由“与”和“或”两种组成，并将各层事件用逻辑符号连接起来。
逻辑“或”用符号表示。
“或”表示低一层事件发生时，上一层事件就会发生。
事件间的“或”关系是汽车故障中最常见的逻辑关系。
例如：各缸没有点火和各缸没有喷油这两个事件中，只要有一个发生，发动机就不能启动。
其逻辑关系图如下图所示。
“与”表示低一层的所有事件都发生时，上一层的事件才发生。
例如：机油滤清器堵塞和旁通阀堵塞这两个事件中。
必须是同时发生才会导致机油压力完全没有。
其逻辑关系图如下图所示。
1.对故障树进行定性分析对故障树定性分析的主要目的是找出导致事件发生的全部可能，也就是导致故障症状发生的所有原因。
弄清发生某种故障到底有多少种可能性。
按逻辑关系，顶端事件为汽车动力不足的故障树如下图所示。
故障树分析法在汽车故障中上实际运用主要体现在汽车制造厂家提供的维修手册中的故障诊断指导表格和流程图，即故障诊断原因对照表和故障诊断流程图，前者是故障树的直接应用，后者是故障树的延伸应用。
因篇幅有限本文只对前者举例说明。
2.实际运用空调系统故障症状原因对照表表格的形式列出，它将顶端事件和对应的全部底端事件用表格的形式表现出来，表格中的一个故障症状与多种可能的故障原因直接对应。
基于故障树的故障诊断
若已知各底事件的故障 数据MTBFi/h(平均故障间 隔时间)及MTTDi/h（平均 故障检测时间），求得 相关数据如表1所示。按 R(t)由大到小排序，确 定该船故障诊断的最优 顺序为：主配电板一电 力分电箱一电源转换开 关一应急电源蓄电池组 一发电机一柴油机一膨 胀水箱一辅机蓄电池组 一充放电板一淡水泵一 海水泵一滑油泵一变压 器一热交换器一80A整流 器一手摇泵一燃油泵。
二、最小割集的求法
以左图为例介绍： 1行列法 2结构法 3布尔代数化简法
1.行列法
我们看到，顶上事件T与中间事件A1、A2是用 “或门”连接的，所以，应当成列摆开，即
A1、A2与下一层事件B1、B2、X1、X2、X4的 连结均为“与门”，所以成行排列：
以此类推： 即：
下面对这四组集合用布尔代数化简， 根据A·A＝A，则X1·X1＝X1，X4·X4＝X4， 即
又根据A＋A·B＝A，则X1·X2＋X1·X2·X3＝ X1·X2，即
得到三个最小割集{X1，X2}，{ X4，X5}，{ X4，X6}。
事故树等效图
2.结构法
理论根据是：事故树的结构完全可以用最小割集 来表示。
A1∪A2＝X1· B 1· X2∪X4· B2 ＝X1· (X1∪X3)· X2∪X4· (C∪X6) ＝X1· X2∪X1· X3· X2∪X4· (X4· X5∪X6) ＝X1· X2∪X1· X2· X3∪X4· X4· X5∪X4· X6 ＝X1· X2∪X1· X2· X3∪X4· X5∪X4· X6 ＝X1· X2∪X4· X5∪X4· X6 这样，得到的三个最小割集{ X1，X2}、{X4，X5}、{X4， X6}完全与上例用行列法得到的结果一致。
故障树分析法的内容及其分析
故障树分析法的内容及其分析故障树分析法（Fault Tree Analysis）是1961~1962年间，由美国贝尔电话实验室的沃森（H.A.Watson）在研究民兵火箭的控制系统中提出来的。
首篇论文在1965年由华盛顿大学与波音公司发起的讨论会上发表。
1970年波音公司的哈斯尔（Hassl）、舒洛特（Schroder）与杰克逊（Jackson）等人研制出故障树分析法的计算机程序，使飞机设计有了重要改进。
1974年美国原子能委员会发表了麻省理工学院（MIT）的拉斯穆森（Rasmusson）为首的安全小组所写的“商用轻水核电站事故危险性评价”报告，使故障树分析法从宇航、核能逐步推广到电子、化工和机械等部门。
故障树分析法实际上是研究系统的故障与组成该系统的零件（子系统）故障之间的逻辑关系，根据零件（子系统）故障发生的概率去估计系统故障发生概率的一种方法。
对可能造成系统失效的硬件、软件、环境、人为等因素进行分析，画出故障树，确定系统失效的各种可能组合方式及其发生的概率，从而计算出系统的失效概率，以便采取相的补救措施以提高系统的可靠性。
故障树分析一般有以下一些作用：（1）指导人们去查找系统的故障。
（2）能够指出系统中一些关键零件的失效对于系统的重要性。
（3）在系统的管理中，提供了一种看得见的图解，以便帮助人们对系统进行故障分析，并且对系统的设计有一定的指导作用。
（4）节省了大量的分析系统故障的时间，简化了故障分析过程。
（5）为系统的可靠度的定性与定量分析奠定的基础。
故障树分析一般按以下顺序进行：（1）定义系统，确定分析目的和内容，明确对系统所作的基本假设，对系统有一个详细的、透彻的认识。
（2）选定系统的顶事件。
（3）根据故障之间的逻辑关系，建造故障树。
（4）故障树的定性分析。
分析各故障事件结构的重要度，应用布尔代数对其进行简化，找出故障树的最小割集。
（5）收集并确定故障树中每个基本事件的发生概率或基本事件分布规律及其特性参数。
故障树分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用研究
故障树分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用研究故障树分析法是一种能够对较为复杂的系统进行故障预防和检测的方法，这种方法是目前非常有效，也是最常用的故障诊断方法。
如何将故障树分析法用于船舶柴油机故障的诊断和维修，对于故障树分析法在设备运行中的实际应用具有重要意义。
本文以船舶柴油机为例，通过对故障树分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用研究，主要探讨和分析故障树分析法排除故障的实际操作特点，从而为现实中出现的故障问题提出更好的解决措施及管理方案，才能确保设备的有效运转。
标签：故障树分析法;船舶柴油机;故障诊断采用故障树分析法来对设备的故障进行检修是进行大型杂系统产生故障时必不可少的故障排除方法，对设备系统的长远使用寿命和维修而言有着起着很大的作用。
故障树分析方法可以显著提高故障检测效率，在这一方法的帮助下可以迅速找到故障原因，从而解决问题。
虽然在现如今故障树分析法通常用于检测大型设备故障，但在操作过程中仍然需要不断完善，在实际操作的过程中仍然存在着一些不足之处，还是有很大的需要改进的空间。
因此，研究故障树分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用，对于寻找更多有效可行的故障树搜索策略具有积极意义，同时，也会对解决同类型的设备故障提供更多的参考价值。
1、船舶柴油机故障问题的产生船舶柴油机是一种复杂而重要的船舶机械动力设备。
根据船用船舶柴油机的运行特性，可以得出结论，船用柴油机的故障是由其部件中的问题引起的。
船舶柴油机某个部件发生了问题，会导致影响整个船舶柴油机的正常运转。
在这个思路下继续思考，会发现故障应该是由一个或者多个次组件的失效引起的，采用故障树分析法可以方便查找到故障原因，可以采用树状图的表示方法进行船舶柴油机的故障检测，故障部件的故障排除，进行部件的精确定位以及使用识别技术来解决问题，这就是故障树分析法在船舶柴油机故障诊断上的应用。
2、故障树分析法在船舶柴油机故障诊断中的具体应用方法2.1 故障树的构建步骤故障树的构建是分为以下几个步骤：首先，要对相关的技术性文件进行整理、归纳，从中寻找到适合本装备的故障处理方法，通过对资料的分析广泛寻找相关实例，总结故障原因;其次，要明确设备发生故障的事件，确定系统不希望发生的故障事件，也就是项事件;第三点，要规范的寻找到系统的边界条件;第四点，构建故障树[1]。
故障树分析在故障诊断中的应用概述
设备状态监测与故障诊断作业标题：故障树分析在故障诊断中的应用概述故障树分析在故障诊断中的应用概述摘要:在介绍故障树分析基本理论的基础上，分析和总结了故障树分析方法在故障诊断的应用现状，提出了目前故障树分析的主要发展方向。
关键词：故障树分析，故障诊断，模糊故障树ABSTRACT:Based on the introduction of the basic theory of fault tree analysis, the present situation of fault tree analysis in fault diagnosis is analyzed and summarized; the main developing direction of fault tree analysis is given.KEYWORDS：fault tree analysis(FTA), fault diagnosis, fuzzy fault tree前言故障树分析(Fault Tree Analysis，简称FTA)方法，利用故障树将系统故障原因自顶向下逐级进行分析，估计顶事件的发生概率和底事件重要度，是系统可靠性分析、故障检测与诊断常用的一种分析方法。
这种方法通过把系统可能发生或已经发生的事故(即顶事件)作为分析起点，将导致事故的原因事件按因果关系逐层列出，用树形图表示出来，构成一种逻辑模型。
找出事件发生的各种可能途径及发生概率，找出避免事故发生的各种方案并优选出最佳安全对策[1]。
故障树分析既可用定性模型也可以用定量模型。
故障树的果因关系清晰、形象，对导致事故的各种原因及逻辑关系能做出全面、简洁、形象地描述，因而在各行业故障诊断中得到广泛而重要的应用。
1故障树分析的基本理论1.1故障树分析的原理及步骤故障树(FT)模型是一个基于被诊断对象结构、功能特征的行为模型，是一种定性的因果模型，以系统最不希望事件为顶事件，以可能导致顶事件发生的其他事件为中间事件和底事件，并用逻辑门表示事件之间联系的一种倒树状结构。
故障诊断与故障树分析方法在设备维修中的应用与实践
故障诊断与故障树分析方法在设备维修中的应用与实践在设备维修领域，故障诊断是一个至关重要的环节。
它能够帮助维修人员准确找出设备故障的根本原因，并采取相应的措施进行修复。
而故障树分析方法则是一种常用的故障诊断工具，它通过构建故障树来分析系统中可能出现的各种故障，从而找出导致设备故障的主要因素。
本文将探讨故障诊断与故障树分析方法在设备维修中的应用与实践。
一、故障诊断的重要性故障诊断是设备维修中不可或缺的一步。
通过对设备进行全面的故障诊断，可以准确地确定设备故障的原因，避免因为误判导致的不必要的维修工作，提高维修效率。
在故障诊断过程中，维修人员需要运用各种技术手段，如观察、测试、测量等，来获取有关设备故障的信息。
同时，他们还需要运用自己的经验和专业知识，对这些信息进行分析和判断，找出设备故障的根本原因。
二、故障树分析方法的基本原理故障树分析方法是一种常用的故障诊断工具。
它通过构建故障树来分析系统中可能出现的各种故障，从而找出导致设备故障的主要因素。
故障树是一种逻辑图形，它由事件、门和逻辑关系等要素组成。
在故障树中，事件表示系统中可能发生的故障，门表示事件之间的逻辑关系。
通过对故障树的分析，可以找出导致设备故障的主要因素，并确定相应的修复措施。
三、故障诊断与故障树分析方法的应用与实践1. 应用案例一：电子设备维修在电子设备维修中，故障诊断与故障树分析方法被广泛应用。
维修人员通过观察设备的工作状态、进行测试和测量等手段，获取有关设备故障的信息。
然后，他们利用故障树分析方法构建故障树，找出导致设备故障的主要因素。
最后，根据故障树的分析结果，采取相应的修复措施。
2. 应用案例二：机械设备维修在机械设备维修中，故障诊断与故障树分析方法同样发挥着重要的作用。
维修人员通过观察设备的运行状态、检查设备的各个部件等手段，获取有关设备故障的信息。
然后，他们利用故障树分析方法构建故障树，找出导致设备故障的主要因素。
最后，根据故障树的分析结果，采取相应的修复措施。
故障树分析法
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• 2.逻辑或和逻辑与还有如下性质 • 乘对加的分配律： A(B+C)=AB+BC • 加对乘的分配律： A+BC=(A+B)(A+C) • 3.逻辑非有如下的基本性质 • 互补律：A+A’=1 A·A’=0 • 双重否律：A’’=A • 三、逻辑代数的两个基本定理 • 1.吸收律： A+AB=A A(A+B)=A • 2.得摩根定理（反演律）
5.制定安全对策：
依据上述分析结果及安全投入的可能，寻求降低事故 概率的最佳方案，以便达到预定概率目标的要求。
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事 故 树 分 析 流 程 图
常用事件及其符号
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常用逻辑门及其符号
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事故树分析法 2021/10/10
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建造事故树时的注意事项：
事故树应用数理逻辑方法，可以对系统中各种危
险进行分析以及预测和评价，它还可以借助计算 机进行分析、计算。
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一、事故树分析方法的特点 2021/10/10
是故障事件在一定条件下的逻辑演绎推理方法，可以就某 些特点的故障状态作逐层次分析，分析各层次之间的各要 素的相互联系与制约关系，应用专门的符号标注出来；
n
QT qi
当各基本事件均是独立i1事件时，凡是或门连接的地 方，可用几个独立事件逻辑和的概率计算公式：
n
n
QT qi 1 (1qi)
i1
i1
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（四）事故树定量分析 2021/10/10
• 如图所示的事故树， 各基本事件的概率分 别是：
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Ｐ１ ０＝ Ｐ１ ６＝５． １ ４＊ ｌ ０—３
Ｐ７＝ Ｐ １ ５＝ ２． ４ ７＊ ｌ ０— ２
作者简介 ： 郭欣 ， 男， 工程师。工作单 位 ： 新疆 乌鲁木齐 ２ ｌ信箱 １ ８ ９分箱 。 通讯地址 ： ８ ４ １ ７ ０ ０新疆乌鲁木齐 ２ １ 信箱 １ ８ ９ 分箱 。
Ｐ＝１ 一Ⅱ［ １ 一Ｐ 凡 ］
靠度为 ９ ５ ． Ｏ ３ ％。
４ 结 论
（ １ ）
即某水 处 理 系 统 发 生 故 障 的 概 率 为 ４ ． ９ ７ ％。其 可
通过 某水处理 系统 的故 障树 模 型 ， 并 通过 最 小 割 集 理论按下 行法对故 障树进 行 了定 性 分 析 和定 量 分 析 ， 得
障， 为提高水处理系统的可靠度 ， 应该改进和提高原水 的
质 量设计 和加强维 护 。
（ ３ ） 一旦水处理系统发生 故障 ， 首先盘式过滤器是 否发
生故障 ， 再依序而来。从而缩短检修时间 ， 节约维修 费用 。
参 考 文 献
水 处 理系统 的故 障树 据 收集 分 析 ， 可 以得 出故 障树 所 有 底 事件 的发 生概 率 ， 从 而 可 以计 算 出该 系 统发 生 故 障的 概率 。根 据设 备实 际运 行 的数据 ， 得 到各底 事件 ， ２ ，
２ ０ ０ ５． １ ８ ２～ １ ９ ２．
，
４ ６
的发 生概率 尸１ ， Ｐ ２ ， …… ， Ｐ ４ ６分别 为 ：
［ ３ ］ 朱大奇 ， 于盛林 ． 基于故障树最小割集的故障诊断方法研 究［ Ｊ ］．
数 据 采 集 与处 理 ， ２ Ｏ Ｏ ２， １ ７（ ３ ）： ３ ４ １ ～３ ４ ３ ．
没有给出具体概率 的底事件发生概率很小 ， 相对于 给 出概 率 的底 事件来 说 可 以忽 略。而底 事件发生 的概率
（ 上接第 ２ ０页 ）
赵宁 ， 新疆乌鲁木齐 ２ １ 信箱 １ ８ ９ 分箱 （ 乌鲁木齐 ８ ４ １ ７ ０ ０ ） 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ １ —２ ６
出以下结论 ：
向下 ， 与 门增 加割集 的容 量 ， 或 门增 加 割集 的数 量 。图 ２
的最 ｆ ｌ ， ￣ － ］ １ 集 为： ｌ ， ２ ， ３ ， Ｘ ４ ， ５ ， ６ ， Ｘ ７ ， ８ ， Ｘ ９ ， １ ０ ，
Ｘｔ ｌ ， Ｘ１ ２， Ｘ１ ３， Ｘ１ ４， Ｘ１ ５， Ｘ１ ６ ，Ｘ １ ７ ，Ｘ１ ８ ， Ｘ１ ９ ， Ｘ２ ｏ ，Ｘ２ １ ，Ｘ２ ２ ，
顶 事件 发生 的底 事件 的集合 ， 当这些底 事件都 发生 时 ， 则 顶事 件必 然 发 生 。 如果 割 集 中 的任何 一 个 底 事 件 不 发 生， 顶事件 就不 发生 时 ， 则该 割集称 为最小 割集 。 采用 下行 法找 出导致顶 事件 “ 激光器 功率不正 常” 的 所有 故 障模式 。下行 法 的基 本思想 是从顶 事件开始 逐级
（ １ ） 从 定量分 析计算结 果可 以看 出 ， 该水 处理 系统 的 故 障概率为 ３ ． ９ ９ ％， 其 可靠度 为 ９ ６ ． Ｏ １ ％。 （ ２ ） 从 底事件 概率 的数 值可 以看 出 ， 原水 供给 质量 是 系统故 障 的关键 因素 。 由于原 水 的硬度 、 浊度过 高 ， 可 能 加重设 备的工作 负担 ， 导 致部 分 器件 发 生 腐蚀 而 出现 故
… …
［ １ ］ 冯静 ， 孙权 ， 罗鹏程等 编著 ． 装备可靠性与综合保障 ［ Ｍ ］ ． 长沙 ： 国
防科 技 大学 出版 社 ， ２ ０ ０ ８ ． １ １ ９～１ ２ ０ ．
［ ２ ３ 金伟娅 ， 张康达编 著 ． 可靠性 工程 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 化 学工 业 出版 社 ，
对方法 ， 以保证流量装置处于 良好 、 可信 的工作状态 。
参 考 文献
作； 相对 于实验室装置单独进行核查实验 ， 内部 比对 法没有
增加实验量 ， 核查结果 为观察装 置运行状态 提供 了多个角 度， 并为发现、 分析装置存在的问题提供了较为丰富的信息 。 该 方法 也存 在一定 的局 限性 ， 因为 ２套 装 置流 量重
由此可 见 ， 导致 故 障 树顶 事 件 发生 ， 有４ ６种 最低 限
度的基 本事 件组合 。这 对 掌 握事 件 故 障 的发 生规 律 ， 查 找顶 事件故 障 的发生原 因具有 极为重要 的意 义 。 ３ ． ２ 故障树 定量 分析 故障树 的定 量分析 即顶事 件 的发 生概率 。通过对 某
叠 区域 相对 较小 ， 不 能全 面反 映 量程 较 大装 置 的正 常 工
［ １ ］ Ｊ Ｊ Ｆ １ １ １ ７ — ２ ｏ ｌ ｏ （ 计量 比对》 计量技术规范［ ｓ ］ ．
《 计量｜锄试技 本》 ２ Ｑ 、 ３年第 ４ ｏ卷第 ４期
３ ． １ 故 障树 定性分 析
Ｐ ｎ＜０ ． １ ， 因此 ， 可 以将 最 小 割 集 看 作 独 立 事 件 。则 按 （ １ ） 式计 算顶事 件发 生的概率 为 Ｐ＝ ４ ． ９ ７ ％
４ ６
故 障树 定性分 析 的 目的在 于找 出导致顶事 件发生 的 所有 故 障模 式 ， 为 系 统 故 障诊 断 和运 行 维 护 提供 参考 。 定 性分 析需 要求 出系统 的最小 割集 。所谓割集 是能够 使
Ｘ２ ３ ， ２ ４ ， ２ ５ ， Ｘ ２ ６， Ｘ２ ７，Ｘ２ ８ ，Ｘ２ ９ ，Ｘ３ ｏ ，Ｘ３ １ ，Ｘ３ ２，Ｘ３ ３ ， ３ ４ ， Ｘ３ ５ ， ３ ６ ， Ｘ３ ７ ， Ｘ３ ８ ， Ｘｓ ９ ， 加， Ｘ４ １ ， ４ ２ ， ， ４ ４ ， ４ ５ ， ４ ６ 。