可靠性理论及应用-故障树分析
系统的可靠性分析方法
系统的可靠性分析方法系统的可靠性分析是指对系统的性能和功能进行定量分析，以评估系统在特定条件下正确运行的概率。
可靠性分析是系统工程中的重要环节，对于确保系统的可靠性和稳定性非常关键。
本文将介绍可靠性分析的方法和步骤，并从定性和定量两个层面进行阐述。
首先，可靠性分析的方法主要分为定性和定量两个层面。
定性方法是通过对系统进行全面的分析和评估，以识别系统的潜在故障模式和机制。
定性方法一般包括故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）等。
故障树分析通过将系统的故障事件和故障模式构建成故障树，采用逻辑门的方式进行事件关系的推演，找出导致系统故障的主要因素和路径。
事件树分析则是通过对系统事件和故障模式进行分析，识别出导致系统失效的主要事件和概率。
定性方法的主要目的是识别系统的潜在风险和故障点，为后续的定量分析提供基础。
定量方法是在定性分析的基础上，通过数学模型和统计分析来评估系统的可靠性。
定量方法可以采用可靠性模型和可靠性评估技术。
可靠性模型是通过数学建模来描述系统的可靠性和失效行为，常用的模型包括可靠性估计模型、Markov模型和Monte Carlo模拟模型等。
可靠性评估技术则是通过统计方法和可靠性理论，对系统的故障和失效数据进行分析和处理，得出系统的可靠性参数和性能指标。
常用的可靠性评估技术包括可靠性增长试验、可靠性预测和可靠度增长模型等。
定量方法的主要目的是对系统的可靠性进行定量评估，为系统设计和改进提供依据。
接下来，我们将以一个例子来说明可靠性分析的步骤和方法。
假设我们要分析一个银行的自助提款机（ATM）的可靠性。
首先，我们可以采用故障树分析的方法来识别ATM系统的故障模式和机制。
我们可以将ATM系统的故障事件和故障模式构建成故障树，例如ATM设备故障、软件故障、网络故障和黑客攻击等。
然后通过逻辑门的方式进行事件关系的推演，找出导致系统故障的主要因素和路径。
其次，我们可以采用可靠性模型和可靠性评估技术来定量评估ATM系统的可靠性。
故障树分析及应用综述
故障树分析法及其应用方玉茹（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072）摘要：本文研究了故障树分析法(FTA)的基本原理，介绍了从选择顶事件，建立故障树，利用结构函数进行简化，再对故障树模型进行定性和定量分析的具体实施过程。
然后展示了FTA目前在各行业故障诊断的应用现状，并结合制粉系统磨煤机故障、外国长壁采煤机系统故障及自身课题研究相关的实例，阐述了FTA在机械故障诊断中的实际应用。
最后简单介绍了由故障树形成专家系统知识库的过程。
基于故障树的诊断方法有快速、易修改等优点，也存在人为因素大、不能处理模糊概率等缺点，故今后的研究应当尽量改善FTA的缺点使其适用性更强。
关键词：故障树分析法；故障诊断；机械；专家系统Fault Tree Analysis Method and ApplicationFANG Yu-ru(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract: In this paper, the basic principle of the fault tree analysis (FTA) is studied, and the specific implementation process from selecting top event, establishing the fault tree , simplifying the tree using structure function, to qualitative and quantitative analysis of fault tree model. Then the application status of FTA in fault diagnosis of various industries is shown, and actual application of FTA on mechanical fault diagnosis is expounded with instances of ball pulverizer failure, foreign longwall shearer system failure and program related instances. Finally, a brief introduction to the process of the formation of the expert system knowledge base by the fault tree is given. The diagnosis based on FTA is both quick and easy to modify, etc., but shortcomings are the human factors is big and it can not deal with the fuzzy probability. So future research should try to improve the shortcomings to make it more applicable.Key words: FTA；fault diagnosis；mechanical；expert system随着科学技术发展，系统的能力和现代化水平日益提高，系统规模越来越大，复杂性也越来越高．这类系统一旦发生故障，便会造成巨大损失。
可靠性理论在工程管理中的应用研究
可靠性理论在工程管理中的应用研究随着科技的不断进步和应用，人们对于产品和服务的质量要求越来越高，尤其在工程领域中，制造商和服务提供商亟需确保其产品和服务的可靠性，以满足客户的需求。
可靠性理论在工程管理中的应用，已经发展成为一门重要的学科，对于提高产品和服务的质量、降低成本、提高效率等方面都有着重要的作用。
一、可靠性理论简介可靠性理论是一门研究什么情况下系统才能正常运行的学科。
它可以帮助人们确定产品和服务的可靠性水平，从而为产品和服务的设计、制造、测试、运行和维护等各个阶段提供了指导。
可靠性理论主要通过概率统计方法来描述系统的可靠性，并基于故障原理和故障树等方法来进行可靠性分析和可靠性设计。
二、可靠性理论在工程管理中的应用1. 可靠性分析在工程领域中，产品和服务的可靠性分析是一项非常重要的任务。
可靠性分析可以帮助制造商和服务提供商确定产品和服务的可靠性水平，并找出导致系统故障的原因。
通过可靠性分析，可以确定哪些系统部件是故障的主要来源，从而为设计更可靠的产品或服务提供灵感和指导。
2. 可靠性设计可靠性设计是指在产品和服务的设计和制造阶段，有效降低系统故障率和提高整个系统的可靠性水平。
可靠性设计要考虑各个子系统之间的相互影响，以确定风险，并寻找最佳平衡点，以确保整个系统的可靠性达到最佳水平。
可靠性设计一般采用优化方法，以寻求最佳的决策方案。
通过系统的可靠性分析和模拟，可以找出最优的组件数量、组件性能、维护间隔时间等系统参数，并使之达到成本和性能的平衡。
3. 可靠性测试可靠性测试是通过实验和测试来检测产品和服务的质量，以确保它们的可靠性水平。
在可靠性测试中，人们可以测试产品和服务的可靠性，以检测哪些部件和子系统是不可靠的。
可靠性测试可以使用加速环境测试、失效模式分析、可靠性策略分析等方法。
通过这些方法，可以评估出产品和服务的质量，提前发现潜在的故障和问题，并采取有效的措施加以解决。
三、结语作为一门重要的学科，可靠性理论在工程管理中的应用已经是不可或缺的。
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。
可靠性工程的理论与实践
可靠性工程的理论与实践可靠性工程是一门致力于提高产品可靠性的技术学科，它通过对产品失效率、寿命、维修保养等因素的分析和研究，帮助企业提高产品质量和有效降低成本。
这门学科在工程领域拥有广泛的应用，从航空航天、汽车制造到电子电器等各个领域都有其身影。
那么，可靠性工程的理论与实践是什么样的呢？一、可靠性工程的理论可靠性工程的核心理论是可靠性分析，其目的是为了识别和评估系统或设备存在的风险和失效的可能性。
可靠性分析主要有三种方法：故障模式与效应分析（FMEA）、故障树分析（FTA）和可靠性块图法（RBD）。
FMEA是一种逐级分析系统或设备因故障可能性和影响的方法，主要分析可能性较高但影响程度较小的故障，并采取纠正和预防措施。
FTA用树形图表示系统或设备失效的逻辑关系，可以评估故障因素对系统或设备性能影响的程度。
RBD则是用块图来表示系统或设备的可靠性，通过块图分析来找出故障源头的位置和故障因素，并采取相应的纠正措施。
除了可靠性分析，可靠性工程的理论还包括可靠性设计、可靠性维修和可靠性测试。
可靠性设计是指在产品设计或工程设计中，通过考虑各种故障可能性，采取相应的设计措施来保证产品或设备的可靠性。
可靠性测试则是通过模拟实际使用环境下的情况来评估产品或设备的可靠性。
可靠性维修则是指在产品或设备使用过程中，采取相应维修措施，以保持其可靠性。
二、可靠性工程的实践可靠性工程理论中虽然有很多的方法和技术，但是在实践中我们也需要结合实际情况进行适当的调整和实施。
下面笔者将分别从可靠性设计、可靠性分析和可靠性测试三个方面来介绍一下可靠性工程的实践。
1. 可靠性设计在可靠性设计方面，我们可以采用模块化设计来提高产品或设备的可靠性。
模块化设计是将产品或设备的不同部分分为独立的模块，通过模块之间的结构和接口进行连接，提高产品或设备的可靠性和维修性，同时还可以提高产品或设备的灵活性和可扩展性。
同时，在可靠性设计方面，我们还需要考虑到可靠性增长。
可靠性故障树分析共67页文档
END
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— 。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
可靠性故障树分析
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
故障树与可靠性框图
故障树与可靠性框图故障树分析(FTA)的历史故障树分析(FTA)是可靠性和安全分析的另外一种技术。
1962年美国贝尔实验室为美国空军在民兵导弹发射控制系统而发展了该理论，以后被Boeing公司引进并扩展。
故障树分析是许多建立在运筹学和系统可靠性之中的符号"逻辑分析方法"的其中一种方法。
其他方法包括可靠性框图( RBDs)。
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FTDs 和RBDs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。
画故障树：门和事件故障树是由门和事件(块)建立，通常在故障树中运用最多的两个门与门和或门。
例如，由2个事件(或块or blocks)组成一个顶事件(或一个系统)。
如果任何一个事件的发生都引起顶事件发生，那么这些事件(块)用一个或门连接。
再者，如果两个事件同时发生才能引起顶事件的发生，那么它们用与门连接。
用一个可视化的例子，假设由组件A和B组成系统的一个简单案例，任何一个组件发生故障都会导致系统故障。
系统可靠性设计中的故障树分析案例解读(五)
系统可靠性设计中的故障树分析案例解读在现代科技发展的浪潮中，系统可靠性设计日益受到重视。
无论是航空航天、汽车工业还是电子设备制造，都需要在设计阶段对系统的可靠性进行充分评估和分析。
而在这个过程中，故障树分析作为一种重要的工具，被广泛应用于系统可靠性设计中。
本文将通过一个故障树分析案例，来探讨系统可靠性设计中故障树分析的应用和解读。
案例背景某国内航空公司引进了一款新型飞机，经过一段时间的运营后，发现了一些飞机系统的故障。
这些故障包括发动机停转、液压系统失效、飞行控制系统故障等，给飞机的运营安全带来了一定的隐患。
为了解决这些问题，航空公司决定进行系统可靠性设计分析，通过故障树分析找出导致这些故障的根本原因，从而制定相应的改进措施。
故障树分析首先，对于飞机系统的故障进行了分类，然后对每类故障进行了详细的分析。
以发动机停转为例，故障树分析的过程如下：1. 故障识别：首先确定发动机停转是一个具体的故障事件。
2. 确定基本事件：对于发动机停转这一故障事件，可以确定一些基本事件，比如燃油供应不足、点火系统故障、机械损坏等。
3. 构建故障树：将上述的基本事件作为根节点，然后根据这些基本事件之间的逻辑关系，构建出一个完整的故障树。
比如，燃油供应不足可能由于油泵故障、管路堵塞等原因导致，点火系统故障可能由于电路故障、点火塞老化等原因导致。
4. 定量分析：对于故障树的每一条逻辑路径，可以进行定量分析，得出相应的失效概率。
然后根据这些概率，可以计算出整个系统发生发动机停转的概率。
案例解读通过故障树分析，可以发现发动机停转这一故障事件可能由多种基本事件导致，而这些基本事件又可能相互关联。
这就为我们找出故障的根本原因提供了合理的途径。
首先，对于每一个基本事件，我们可以进一步分析其概率和影响。
比如，燃油供应不足的概率是多少？一旦发生燃油供应不足，对飞机系统的影响有多大？这些定量分析可以帮助我们更加准确地评估飞机系统的可靠性。
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顶事件是故障树分析中所关心的事件，它总位于故
障树的顶端。因此顶事件总是逻辑门的输出事件而 不是输入事件。
中间事件是位于底事件和顶事件之间的结果事件， 它既是某个逻辑门的输入事件，又是另一个逻辑门 的输出事件。
结果事件符号
结果事件
逻辑门符号
或门 与门 非门
A B1 B2 Bn
故障树分析
主讲人:罗敏 同济大学铁道与城市轨道交通研究院
1984年12月3日凌晨，印度中央邦的博帕尔市 （Bhopal）农药厂发生氰化物泄漏事件。 直接导致博帕尔市3150人死亡， 5万多人失明，2万多人受到严重毒害， 近8万人终身残疾，15万人接受治疗，受事件影响的人口多达150余万！
该事件被认为史上最严重的工业灾难之一！
求最小割集的方法
顶事件T
X1
M1
X2
G1
M2
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G2
G3
M4
M5
X3
M6
G4
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G6
X4
X5
X6
X7
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X8
下行法
思路：从顶事件开始，逐层向下寻查，找出割 集 规则：遇到与门增加割集阶数（割集所含底事 件数目），遇到或门增加割集个数。 具体做法：
将寻查过程横向列表 遇到与门就将其输入事件取代输出事件排表格同一 行下一列 遇到或门就将其输入事件纵向依次展开 表格最后一列的每一行都是割集
适用时机
故障树的定义
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。
事件符号（一）
底事件：是导致其它事件发生的原因事件，它 位于故障树的底端，是逻辑门的输入事件而不 是输出事件。 可分为：
A B1 B2 Bn
AB
或门
与门
非门
顶事件的选择
一般从那些显著影响产品技术性能、经 济性、可靠性和安全性的故障中选择 若已进行FME(C)A，则可从严酷度为 类的系统故障模式中选择其中一个故 障模式确定为顶事件 发生重大故障或事故后，可以将此类事 件作为顶事件，通过故障树分析为故障 归零提供依据。
{X1},{X2,X3},{X1,X2,X3},{X2,X1},{X1 ,X3}
x1
顶事件T
或门
中间事件M
与门
该故障树的路集是：
{X1,X2,X3},{X1,X2},{X1,X3}
根据最小割集的定义，找出该故障树 的最小割集是：
{X1},{X2,X3}
x2 故障树示例
x3
该故障树的最小路集是：
故障树分析的基本概念（二）
目的：
知道哪些事件的组合可以导致危及系统安全 的故障，并计算它们的发生概率 通过设计改进和有效的故障监测、维修等措 施，设法减小它们的发生概率
故障树分析的基本概念（三）
适用对象
可能会导致安全或严重影响任务完成的关键、 重要的产品 产品工程研制阶段的设计分析 事故后原因分析
{X1, X2},{X1,X3}
最小割集的意义
对降低复杂系统潜在事故的风险具有重大意义 -每个最小割集中至少有一个底事件恒不发生， 顶事件就恒不发生。 消除可靠性关键系统中的一阶最小割集，可达 到消除其单点故障的目的。-在一阶最小割集 所在层次或更高层次增加与门，并使与门尽可 能接近顶事件。 指导系统的故障诊断和维修。-只有修复同一 最小割集中的全部故障部件，才能恢复系统可 靠性、安全性设计水平。
下行法具体步骤（一）
顶事件T
X1
M1
X2
G1
M2
M3
G2
G3
M4
M5
X3
M6
G4
G5
G6
X4
X5
X6
X7
X6
X8
下行法具体步骤（二）
步骤 过程 1 X1 M1 X2 2 X1 M2 M3 X2 3 X1 M4,M5 M3 X2 4 X1 M4,M5 X3 M6 X2 5 X1 X4,M5 X5,M5 X3 M6 X2 6 X1 X4,X6 X4,X7 X5,X6 X5,X7 X3 X6 X8 X2
主要内容
故障树分析的基本概念
故障树建造
故障树分析
定性分析
定量分析
故障树分ห้องสมุดไป่ตู้示例
故障树分析的基本概念（一）
简称FTA (fault tree analysis)，是用 于大型复杂系统可靠性、安全性分析和 风险评价的一种重要方法。
1961年美国贝尔实验室用于美国民兵导弹 的控制系统设计。 1974年美国“美国商用核电站事故风险评 价报告”采用FTA令人信服地导出了核能安 全的结论。
最小割集：
若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不 再成为割集了，这样的割集就是最小割集。
路集与最小路集
路集：
故障树中一些底事件的集合，当这些底事件 不发生时，顶事件必然不发生。
最小路集：
若将路集中所含的底事件任意去掉一个就不 再成为路集了，这样的路集就是最小路集。
示例
系统共有三个底事件X1,X2,X3 根据与、或门的性质和割集的定义， 可方便找出该故障树的割集是：
基本事件。在特定的故障树分析中无需探明其发生 原因的底事件，一般来说，它的故障分布是已知的。 未探明事件。原则上应进一步探明其原因，但暂时
不必或暂时不能探明其原因的底事件。
底事件符号表示
基本事件
未探明事件
事件符号（二）
结果事件：是由其它事件或事件组合所导致的 事件，它总位于逻辑门的输出端。
目的：
寻找导致顶事件(故障事件) 发生的各种原 因事件及原因事件的组合-识别导致顶事件 发生的所有故障模式集合
帮助发现潜在的故障，发现设计的薄弱环节， 以便改进设计 用于指导故障诊断，改进使用和维修方案
割集与最小割集
割集：
故障树中一些底事件的集合，当这些底事件 同时发生时，顶事件必然发生。
故障树示例
电路开关合上后马达 不转
马达不转
线路上没有电流
马达故障
开关合上后无电源
马达故障 开关未合 开关合上后线 路上无电流
电源 故障
线路 故障 人误使 开关未 合 开关故 障合不 上 电源 故障 线路 故障
“电路 开关合上 后马达 不转”故 障树
顶事件需严格定义！
“马达不 转”故 障树
故障树定性分析的目的
下行法具体步骤（三）
顶事件T
X1
M1
X2
G1
M2
M3
G2
G3
M4
M5
X3
M6
G4
G5
G6
X4
X5
X6
X7
X6
X8
下行法具体步骤（四）
步骤 过程 1 X1 M1 X2 2 X1 M2 M3 X2 3 X1 M4,M5 M3 X2 4 X1 M4,M5 X3 M6 X2 5 X1 X4,M5 X5,M5 X3 M6 X2 6 X1 X4,X6 X4,X7 X5,X6 X5,X7 X3 X6 X8 X2