故障树分析.
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。
故障树分析法
一、故障树基础知识
(一)、概述（从结果到原因） （二）、分类（七类） （三）、编制内容 （四）、特点 （五）、优缺点及使用范围
（六）、基本概念
• • • • • • 故障事件→成功事件 底事件 结果事件 特殊事件（开关事件、条件事件） 割集→最小割集；径集→最小径集 结构重要度、概率重要度、临界重要度
I C i
P T q i
P T qi
谢谢！
？
（七）、符号
•1 • 基本事件 • 中间事件 • 或门 • 2 • 与门 • 结果事件、省略事件 开关事件、条件事件、 表决门、异或门、禁门、 • 3 条件与门、条件或门
• 4
故障树分析法一
定性分析
定性分析概述
故障树的定性分析仅按故障树的结 构和事故的因果关系进行。分析过程中 不考虑各事件的发生概率，或认为各事 件的发生概率相等。内容包括求基本事 件的最小割集、最小径集及其结构重要 度。
求顶上事件的概率
一、最小割集法求顶上事件的概率 二、最小径集法求顶上事件的概率 三、直接法求顶上事件的概率 四、状态枚举法、首项近似法 五、概率重要度 六、临界重要度分析
五、概率重要度分析
事故树的概率重要度分析是依靠各基本事 件的概率重要系数大小进行定量分析。它的使 用需要根据基本事件对顶上事件的影响，也就 是要知道或利用其他科技和实验求出基本事件 发生的概率，这是前提也是基础。
P T I q i qi
六、临界重要度分析
临界重要度即是关键 重要度，当各基本事件发 生的概率不相等时，一般 情况下，改变大的概率比 改变小的概率要容易，但 是基本事件的概率重要度 系数并未反映这一事实， 因而它不能从本质上反映 各基本事件在故障树中的 重要程度，因此我们需要 知道哪一基本事件对顶上 事件有较大的影响
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》课件
编制方法
02
03
编制注意事项
采用演绎法，从上至下逐层展开 ，将上一级故障与下一级故障之 间用逻辑门连接。
确保故障树完整、准确，避免遗 漏重要故障路径，同时简化不必 要的细节。
故障树的规范化
规范化目的
为了便于分析和比较不同系统的故障树，需要 将故障树规范化。
规范化方法
采用统一的符号和格式表示各级故障事件和逻 辑门，制定规范化的故障树绘制标准。
详细描述
航天器故障分析涉及多个子系统，如推进系统、控制系统、通信系统等，每个子系统又包含多个部件。通过故障 树分析，可以识别出导致航天器故障的关键因素，进而采取相应的预防措施，提高航天器的可靠性。
案例二：核电站故障分析
总结词
严重后果、安全重要性
详细描述
核电站的故障可能导致放射性物质泄漏、环境污染等严重后果。通过故障树分析，可以识别出导致核 电站故障的潜在因素，如设备故障、人为操作失误等，并制定相应的预防措施，确保核电站的安全运 行。
故障树软件的优势与局限性
01
需要一定的学习成本，需要用户具备一定的故障树分
析基础；
02
对于大型和复杂的故障树，可能需要较长时间进行建
模和分析；
03
对于某些特定领域或复杂系统，可能需要定制化的故
障树软件或结合其他工具进行综合分析。
05
故障树分析案例
案例一：航天器故障分析
总结词
复杂系统、高可靠性要求
规范化要求
确保规范化后的故障树结构清晰、易于理解，同时保持原有的逻辑关系。
故障树的简化
简化目的
为了提高故障树分析的效率和实用性，需要对过于复杂的故障树进 行简化。
简化方法
合并重复或相似的基本事件，去除对顶事件影响微弱的基本事件， 简化复杂的逻辑关系。
机械设计中的故障树和事件树分析
机械设计中的故障树和事件树分析在机械设计领域，故障树和事件树分析是常用的方法，用于识别和评估机械系统中可能发生的故障和事故事件。
这两种分析方法通过图形化的方式，帮助工程师们系统地分析和理解机械系统的可靠性，并提供相应的改进措施。
一、故障树分析故障树分析（Fault Tree Analysis, FTA）是一种定性和定量分析方法，用于识别导致系统故障的各种可能性。
它基于布尔代数的原理，通过将不同的事件与逻辑门连接，形成一棵树状结构，给出导致特定故障的所有可能故障事件的逻辑关系。
这样可以帮助工程师们深入分析系统的瓶颈，并提供改进的方向。
故障树分析通常从顶事件（Top Event）开始，这是所关注的主要系统故障。
然后，通过逆向推导分析，将顶事件分解为导致该事件发生的一系列基本事件或故障模式。
基本事件可以是硬件故障、人为失误、环境因素等。
当所有的基本事件都被识别出来，并通过逻辑门进行逻辑关系的连接后，故障树就构建完成了。
故障树分析的优点在于可以清晰地揭示系统故障的根本原因，并提供改进方案。
然而，它也存在一些限制，比如需要大量的数据支持和专业知识，以及难以处理复杂系统的问题。
二、事件树分析事件树分析（Event Tree Analysis, ETA）是一种定性和定量分析方法，用于评估机械系统中的事件发生概率和严重程度。
它通过图形化的方式，展示了系统事件的发展过程和结果，并提供了相应的风险评估。
事件树分析主要从一个初始事件（Initiating Event）开始，这是导致系统事件链的第一个事件。
然后，通过逻辑门的组合，确定出各种可能的事件序列和结果。
在每个逻辑门的选择中，考虑了不同的事件发生概率和条件。
最后，事件树形成了一个树状结构，直到最终事件（Final Event）为止。
事件树分析可以帮助工程师们全面了解系统事件的发展过程，并评估事件链中各个事件的发生概率和影响程度。
这有助于制定相应的风险控制策略和预防措施。
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。
故障树分析FTA
析的事件。
它表示省略事件，主要用于表示不必 菱形の枠 进一步剖析的事件和由于信息不足，
不能进一步分析的事件 。
ａ ａ FTA图示上表示关联部分的移动或者 (IN) (OUT) 三角形の是枠 连接。三角形顶上的线表示向此方
向移动，横向的表示横向移动。
X
表示出现所有输入现象时才会引起输
故障树分析 (Fault Tree Analysis)
何谓FTA？
原因
问题
原因
原因
• 一个问题不只有一个原因。
何谓FTA？
滑跤了
跌跤了
绊倒了
踩空了
何谓FTA？
原因
原因 = 问题
原因
原因
• 有时原因也是问题。 • 此外,对于问题也有很多的原因。
何谓FTA？
鞋底磨光
滑倒了 = 为什么滑倒了？
（※在原理上是摩擦 系数太小）
火种
起火 and
燃烧物
起火是因为有「火种」而且还有 「燃烧物」才会发生。
→双方只要一个不存在,就不会 发生「and」。
车祸 or
打瞌睡 速度太快
交通事故因「打瞌睡」发生,也会 因「速度太快」而发生。
→只要有一个存在,就会发生 「or」。
FMEA与FTA
目的 对象
重点 方法 输入 输出
FMEA 分析识别缺陷
故障树分析的基本程序
6.画出故障树: 从顶上事件开始，采取演绎分析方法，逐层 向下找出直接原因事件，直到所有最基本的事件为止。每 一层事件都按照输入（原因）与输出（结果）之间逻辑关 系用逻辑门连接起来。这样得到的图形就是事故树图。要 注意，任何一个逻辑门都有输入与输出事件，门与门之间 不能直接相连。初步编好的事故树应进行整理和简化，将 多余事件或上下两层逻辑门相同的事件去掉或合并。如有 相同的子树，可以用转移符号表示省略其中一个，以求结 构简洁、清晰。
故障树分析详细范文
故障树分析详细范文1.确定系统故障：首先，需要明确定义系统的故障。
故障可以是系统无法达到预期性能、无法执行特定功能或完全失效等。
2.确定故障起因：然后，需要确定导致系统故障的起因。
这可以是单个组件的故障、操作员错误、环境因素等。
3.创建故障树：接下来，需要创建故障树。
故障树是一个逻辑结构图，用来表示系统故障的可能起因和后果之间的关系。
树的根表示系统故障，分支表示可能的故障起因，叶节点表示故障的具体原因。
4.评估故障概率：在故障树中，需要为每个故障事件分配一个概率值，以表示该事件发生的概率。
这可以通过专家评估、数据分析或以往经验得出。
5.分析故障树：在故障树中，如果存在从顶部到底部的路径，即从根节点到叶节点的路径，表示系统发生故障的逻辑。
通过分析故障树，可以识别导致系统故障的关键故障事件。
6.提出改进措施：最后，根据故障树分析结果，可以提出改进措施，减少系统故障的概率。
例如，可以通过增加备用设备、改进操作程序或提供培训来提高系统的可靠性。
然而，故障树分析也存在一些限制。
首先，它需要大量的时间和专业知识来创建和分析故障树。
其次，故障树分析通常只考虑故障发生的可能性，并未考虑故障的后果严重性。
因此，在进行故障树分析时，需要考虑到这些限制，并结合其他方法来综合评估系统的可靠性和安全性。
总之，故障树分析是一种有效的故障分析方法，能够帮助工程师理解和评估系统的可靠性。
通过详细的故障树分析，可以准确地识别系统故障的起因，并提出相应的改进措施，以提高系统的可靠性和安全性。
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禁门打开条件
B
顺序与门：
A 顺序条件 B
仅当输入事件B按规定的“顺序条件”发生时，输出事 件A才发生。
A B
非
门：
输出事件A是输入事件B的逆事件。
故障树分析（ FTA ）
通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环 境、人为因素进行分析，画出故障树，从而 确定产品故障原因的各种可能组合方式和 (或)其发生概率。 故障树分析分定性分析和定量分析。
2018/8/5
7
FTA目的
目的
帮助判明可能发生的故障模式和原因； 发现可靠性和安全性薄弱环节，采取改进措 施，以提高产品可靠性和安全性； 计算故障发生概率； 发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的 一种有效手段，可以系统而全面地分析事故 原因，为故障“归零”提供支持； 指导故障诊断、改进使用和维修方案等。
2018/8/5
12
故障树常用事件符号
符号
开 关事 件：
已经发生或必将要发生的特殊事件
说明
条件事件：
描述逻辑门起作用的具体限制的特殊事件
入三角形：位于故障树的底部，表示树的A部分分支在另外地方。 出三角形：位于故障树的顶部，表示树A是在另外部分绘制的一棵 故障树的子树。
A
2018/8/5 13
2018/8/5 10
FTA工作要求
FTA输出的设计改进措施，必须落实到图纸和 有关技术文件中 应采用计算机辅助进行FTA
由于故障树定性、定量分析工作量十分庞大，因此 建立故障树后，应采用计算机辅助进行，以提高其 分析精度、效率。
2018/8/5
11
故障树常用事件符号
符号 说明
元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事件，故障分布已 知
故障树定义
故障树指用以表明产品哪些组成部分的故障 或外界事件或它们的组合将导致产品发生一 种给定故障的逻辑图。 故障树是一种逻辑因果关系图，构图的元素 是事件和逻辑门 图中的事件用来描述系统和元、部件故障的 状态，逻辑门把事件联系起来，表示事件之 间的逻辑关系
பைடு நூலகம்
2018/8/5
6
基本概念
故障树分析
Fault Tree Analysis
北京航空航天大学工程系统工程系
2018/8/5
1
内容提要
概述 故障树的基本概念
定义 目的、特点 FTA工作要求 常用事件、逻辑门符号
故障树分析
定性分析 定量分析 重要度分析
故障树的简化
2018/8/5 2
概述
2018/8/5
8
FTA特点
特点
是一种自上而下的图形演绎方法； 有很大的灵活性； 综合性：硬件、软件、环境、人素等； 主要用于安全性分析；
2018/8/5
9
FTA工作要求
在产品研制早期就应进行FTA，以便早发现问 题并进行改进。随设计工作进展，FTA应不断 补充、修改、完善。 “谁设计，谁分析。”
或门
A
B1
Bn
A
+
B1BiBn
A B1 B2 B3 Bn
2018/8/5
14
故障树常用逻辑门符号
符号
A
A
r/n
说明
表决门：
n个输入中至少有r个发生，则输出事件发生；否则输出事件 不发生。
r/n
B1 Bn
B1Bi Bn
A
异或门：
B2
输入事件B1，B2中任何一个发生都可引起输出事件A发生， 但B1，B2不能同时发生。相应的逻辑代数表达式为
B1
A
+
B1 B2
不同时发生
A B1 B2 B1 B2
双发电机 电站丧失部分电力
+
不同时发生
发 电 机 I 故 障
发 电 机 II 故 障
2018/8/5
15
故障树常用逻辑门符号
符号
A
说明
禁门：
仅当“禁门打开条件”发生时，输入事件B发生才导致 输出事件A发生； 打开条件写入方框内。
2018/8/5
3
泰坦尼克海难
顶事件
Tatanic号船体沉没，船上三 分之二人员死亡
与 门
海难后果
逻辑门
距其仅20海里的 California号无线电通 讯设备处于关闭状 态，无法收到求救 信号，不能及时救 援 船体钢材不适应海水 低温环境，造成船体 裂纹
2018/8/5
中间事件
船上的救生设备不足， 使大多数落水者被冻 死
切尔诺贝利核泄露事故、美国的挑战者号升空后爆炸 和印度的波泊化学物质泄露 FMECA单因素分析法，只能分析单个故障模式对系 统的影响 FTA可分析多种故障因素（硬件、软件、环境、人为 因素等）的组合对系统的影响 FMECA和FTA是工程中最有效的故障分析方法， FMECA是FTA的基础； 各工程领域广泛应用：核工业、航空、航天、机械、 电子、兵器、船舶、化工等。
船体断裂 4
与 门
3
观察员、驾驶员失误， 造成船体与冰山相撞
2
1
底事件
4
电机故障树
马达不转
顶事件 逻辑门
马达故障
开关
线路上无电源
+
中间事件
电源
M
电机
开关未合 开关合上后线路无电源
a.电机工作原理图
+
+
人误使开 关未合
开关故障 合不上
电源故障
线路故障
底事件
b.“马达不转”故障树
2018/8/5
5
基本概念
底 事 件
实线圆——硬件故障 虚线圆——人为故障
未探明事件
表示该事件可能发生，但是概率较小，可以勿需再进一步 分析的故障事件，在故障树定性、定量分析中一般可以忽 略不计。
顶事 人们不希望发生的显著影响系统技术性能、经济性、 件 可靠性和安全性的故障事件。顶事件可由FMECA分 析确定 中间 包括故障树中除底事件及顶事件之外的所有事件 事件
故障树常用逻辑门符号
符号
与门
A
说明
Bi(i=1,2,…,n)为门的输入事件，A为门的输出事件 Bi同时发生时，A必然发生，这种逻辑关系称为事件交 用逻辑“与门”描述，逻辑表达式为
B1 Bn
A
·
B1BiBn
A B1 B2 B3 Bn
当输入事件中至少有一个发生时，输出事件A发生，称为事 件并 用 “或门”描述，逻辑表达式为
故障树应由设计人员在FMEA基础上建立。可靠性 专业人员协助、指导，并由有关人员审查，以保证 故障树逻辑关系的正确性。
应与FMEA工作相结合
应通过FMEA找出影响安全及任务成功的关键故障 模式（即严酷度的I、II类故障模式）作为顶事件， 建立故障树进行多因素分析，找出各种故障模式组 合，为改进设计提供依据。