故障树分析(FTA)
故障树FTA分析
故障树分析（FTA）方法概念：FTA (Failure Tree Analysis) 故障树分析，又称失效树分析。
在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素）进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，已计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。
故障分析(FTA)是以故障树作为模型对系统经可靠性分析的一种方法。
故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故障树中称为顶事件，继而找出导致这一故障状态发生的所有可能直接原因，在故障树中称为中间事件。
再跟踪找出导致这些中间故障事件发生的所有可能直接原因。
直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。
用相应的代表符号及逻辑们把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图，责成此树形逻辑图为故障树。
故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。
故障树分析（FTA）方法故障树分析法由美国贝尔电话研究所的沃森（Watson）和默恩斯(Mearns)于1961年首次提出并应用于分析民兵式导弹发射控制系统的。
其后，波音公司的哈斯尔（Hasse）、舒劳德（Schroder）、杰克逊（Jackson）等人研制出故障树分析法计算程序，标志着故障树分析法进入了以波音公司为中心的宇航领域。
1974年，美国原子能委员会发表了以麻省理工学院（MIT）拉斯穆森（Rasmussen）为首的有60名专家参与的安全组进行了两年研究而编写的长达3000页的“商用轻水反应堆核电站事故危险性评价”的报告，该报告采用了美国国家航空和管理部于60年代发展起来的事件树（ET: Event Tree）和故障树分析方法，以美国100座核电反应堆为对象对核电站进行了风险评价，使FTA的应用得到很大发展。
FTA故障树分析
FTA故障树分析故障树分析（FTA）是一种系统性的、结构性的故障分析方法，通过分析系统中的可能性故障和相互之间的关系，确定导致系统故障的主要原因。
FTA是一种量化的方法，可以帮助工程师找出潜在的故障模式，预测系统的可靠性，从而采取预防措施，保证系统运行的稳定性和可靠性。
下面将对FTA的基本原理、步骤和应用进行详细介绍。
FTA的基本原理是基于逻辑关系的思想，通过建立一个树状结构图来描述系统中可能出现的故障和各种原因之间的逻辑关系。
故障树的根节点是系统的故障，树的其他节点是导致系统故障的基本事件或子系统故障。
每个节点之间通过逻辑门（如与门、或门、非门等）连接起来，表示它们之间的逻辑关系。
通过逻辑运算，可以计算出导致系统故障的可能性。
FTA的步骤主要包括：1.确定系统边界：首先要确定系统的边界，明确需要进行故障分析的系统范围。
2.确定系统故障：确定系统中可能出现的故障，这些故障可以是设备故障、人为错误、设计缺陷等。
3.确定基本事件：针对每种故障，确定导致这种故障的基本事件，也就是这种故障发生的最小单位。
4.建立故障树：根据基本事件之间的逻辑关系，建立故障树，将所有的基本事件和故障之间通过逻辑门相连接。
5.分析故障树：通过对故障树的逻辑运算和评估，计算出导致系统故障的可能性。
6.识别潜在故障模式：通过对故障树的分析，找出导致系统故障的主要原因，识别潜在的故障模式。
7.制定预防措施：根据故障树的分析结果，制定相应的预防措施，避免系统故障的发生。
FTA的应用范围非常广泛，可以应用于各种行业和领域的系统分析和故障预测中。
以下是FTA的一些应用场景：1.工业生产：在工业生产中，FTA可以用于分析生产系统中可能出现的故障，预测生产设备的可靠性，帮助企业提前发现潜在的故障隐患，确保生产线的正常运行。
2.航空航天：在航空航天领域，FTA可以用于分析飞机系统的故障原因，预测飞机的可靠性，提高航空器的安全性和可靠性。
3.核电站：在核电站领域，FTA可以用于分析核电站系统中可能出现的故障，评估核电站的安全性和可靠性，确保核电站的运行安全。
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。
fta故障树分析法
fta故障树分析法故障树分析法（FTA）是一种系统性的故障分析方法，用于识别和分析故障根本原因。
它是在20世纪50年代初由美国国防军工业界引入的，并在之后的几十年中得到了广泛应用和发展。
故障树分析法可以帮助工程师和专业人士深入了解故障发生的机制，以便采取相应的预防和修复措施，保证系统的可靠性和安全性。
故障树分析法的基本原理是将系统的故障看作是一个树形结构，通过逐步推导和分析，找到导致故障的基本事件，并最终找出根本的故障原因。
在进行故障树分析时，首先需要确定故障的定义和边界条件，即明确故障的性质和发生的条件。
然后，将故障定义为顶事件，通过逆向分析确定导致顶事件的基本事件，并根据逻辑关系构建树形结构。
基本事件可以是设备故障，也可以是人为操作失误等。
最后，通过定量或定性的方法对整个故障树进行评估，确定哪些事件是关键事件，从而确定系统的可靠性和安全性。
故障树分析法在实际应用中具有广泛的适用性。
首先，它可以在系统设计阶段进行故障分析，早期发现和解决潜在的故障隐患。
其次，它可以作为一种预防性的分析工具，帮助工程师识别系统中的薄弱环节，并制定相应的改进和加固措施。
此外，它还可以作为事故调查和故障分析的方法之一，帮助工程师找出故障的根本原因，防止类似故障的再次发生。
故障树分析法的应用领域非常广泛，涵盖了航空航天、电力、铁路、化工、石油等众多行业。
以航空航天领域为例，故障树分析可以用于分析飞机系统的各个故障模式和失效原因，帮助工程师设计出更加可靠和安全的飞行器。
在电力系统中，故障树分析可以用于分析电网中的各种故障模式，比如短路、断路等，以确保电力系统的稳定性和可靠性。
在化工和石油行业中，故障树分析可以用于分析装置的各种故障模式和失效原因，以避免事故和事故扩大。
然而，故障树分析法也存在一些局限性和挑战。
首先，故障树分析需要大量的数据和专业知识，对分析人员的要求较高。
其次，故障树分析只能分析单一故障模式，对复杂系统的分析比较困难。
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
故障树分析故障树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）是一种系统性、定量的故障分析方法，广泛应用于工程领域，有助于预测和预防系统故障的发生。
故障树分析将系统或者设备的故障看作是由一个或多个基本事件（Basic Event）的特定组合引起的，通过构建故障树来分析系统的故障演化过程，从而找出一系列可能导致故障的路径，提供预防、检测和修复的方法。
1.确定所要分析的系统：首先明确需要进行故障树分析的系统，并确定系统的功能、结构、输入和输出等重要参数。
2.确定故障模式：通过调研、数据收集等方式，确定系统可能出现的故障模式，包括组件失效、负载超限、环境因素等等。
3. 构建故障树：根据系统的功能和结构，确定顶事件（Top Event），即整个系统故障的最终结果，然后逐级地构建故障树，包括中间事件和基本事件。
中间事件是由一个或多个基本事件组合而成，表达了一系列故障发生的可能性。
4.确定事件发生概率：对于每个基本事件，通过分析历史数据、可靠性测试等方式，确定其发生概率。
5.分析故障路径：通过分析故障树，找出导致顶事件发生的可能路径，即从根事件到顶事件的所有组合。
6.评估系统可靠性：根据基本事件的发生概率和路径的组合方式，计算系统的失效概率，评估系统的可靠性。
7.提出预防和修复措施：根据故障树分析的结果，找出导致故障的根本原因，并提出相应的预防和修复措施，以提高系统的可靠性。
1.可定量分析：通过计算基本事件的发生概率和故障路径的组合方式，对系统的可靠性进行定量评估，提供了客观的数据支持。
2.易于理解和沟通：故障树结构清晰、简明，易于理解和沟通，使得各方能够共同参与故障分析工作。
3.发现故障原因：通过分析故障树，可以找出导致系统故障的根本原因，从而提出相应的预防和修复措施。
4.预防故障发生：通过分析系统的故障树，可以预测潜在的故障路径，及时采取措施，避免故障的发生。
然而，故障树分析也存在一些局限性：1.数据获取困难：确定基本事件的发生概率需要依赖可靠的数据，但是有时候数据获取困难，可能需要依赖经验估计。
故障树分析法
故障树分析法故障树分析法(Fault Tree Analysis，FTA)是一种系统化、定量化的故障分析方法。
它通过建立故障状态与故障原因之间的逻辑关系，利用布尔代数和逻辑门运算进行故障分析，从而揭示了系统各个组成部分之间故障传递的路径和影响。
故障树的构建过程从顶事件开始，通过逆向思维，将系统故障逐级分解，直至到达最基本的失效单元。
整个过程一般分为以下几个步骤：1.确定顶事件：顶事件是需要进行故障树分析的故障状态。
例如，如果我们要分析一架飞机的失事原因，那么顶事件可以是飞机失事。
2.构建故障树结构：从顶事件逆向推导，将故障状态与故障原因之间的逻辑关系用逻辑门表示。
逻辑门之间的逻辑关系可以通过布尔代数运算进行表示。
3.确定事件概率：对于每个故障事件，需要确定其发生的概率。
通常可以通过历史数据、专家判断或模拟计算等方法得到。
4.进行故障分析：通过逻辑门运算，计算每个事件的发生概率和系统的失效概率。
如果系统的失效概率低于预定的可靠性要求，那么可以认为系统是可靠的；否则，需要进一步分析并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
故障树分析法的优势在于能够Quantitatively evaluate the reliability of the system和Identify the key factors affecting system reliability。
它能够帮助人们深入了解系统的故障传递路径和影响，并定量评估系统的可靠性。
此外，故障树分析法还能够帮助人们确定系统的关键部件和薄弱环节，从而指导系统的设计、维护和改进。
但是，故障树分析法也存在一些不足之处。
首先，故障树分析法需要大量的数据支持，包括故障发生概率、故障传递概率等。
如果缺乏准确可靠的数据，将会影响故障树分析的可信度。
其次，故障树分析法过于理论化，对专业知识和技术要求较高，需要相关领域的专家进行指导和解释。
此外，故障树分析法也比较复杂，需要花费较多的时间和精力来完成。
故障树分析法FTA分析
故障树分析法FTA分析故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）是一种用于对系统或过程中故障发生的可能性进行评估的可靠性分析方法。
故障树通过按照逻辑关系构建树状结构来描述故障事件的发生过程，并通过计算故障树中的逻辑门实现对系统故障概率的定量分析。
故障树分析法已被广泛应用于航空航天、核能、电力、石油化工等高可靠性系统的设计和运行管理中。
故障树分析法的基本思想是将系统故障事件看作是一系列基本事件通过逻辑门连接形成的逻辑链条。
基本事件是指不能再进一步分析的故障原因，而逻辑门则用来描述故障事件之间的逻辑关系。
常用的逻辑门有与门、或门、优先与门和优先或门。
在进行故障树分析时，需要先确定要分析的故障事件，然后根据实际情况选择逻辑门和基本事件。
接下来，需要进行事件树的构建，即先确定最顶层的故障事件，然后逐步分析该事件的各个子事件，直至确定了所有的基本事件。
在故障树中，每个事件都有一个概率分配给它，表示事件发生的可能性。
这些概率可以通过历史数据、专家判断、实验数据等方式进行确定。
对于每个逻辑门，都有一个逻辑关系的运算符，用来计算树状结构上各个事件的概率。
计算方法根据逻辑门的不同而有所不同。
故障树分析法的优点是能够清晰地了解系统中故障发生的逻辑关系和可能性，并能帮助分析人员确定系统中的薄弱环节。
此外，它还能为系统的可靠性和安全性提供科学的依据。
然而，故障树分析法的缺点是分析过程相对繁琐，对专业知识和经验要求较高。
因此，在使用故障树分析法时要慎重选择分析对象，并进行充分的培训和准备。
总之，故障树分析法是一种有效的可靠性分析方法，可以帮助人们全面评估系统的可靠性和安全性。
它的应用范围广泛，但也存在一些局限性。
未来，随着技术的不断发展，故障树分析法将进一步完善和应用于各个领域的系统。
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故障树分析（FTA）
故障树分析是一种根据系统可能发生的事故或已经发生的事故结果，去寻找与该事故发生有关的原因、条件和规律，同时可以辨识出系统中可能导致事故发生的危险源。
故障树分析是一种严密的逻辑过程分析，分析中所涉及到的各种事件、原因及其相互关系，需要运用一定的符号予以表达。
故障树分析所用符号有三类，即事件符号，逻辑门符号，转移符号。
图1 故障树的事件符号
事件符号如图1所示包括：
（1）矩形符号
矩形符号如图1a）所示。
它表示顶上事件或中间事件，也就是需要往下分析的事件。
将事件扼要记入矩形方框内。
（2）圆形符号
圆形符号如图1b）所示。
它表示基本原因事件，或称基本事件。
它可以是人的差错，也可以是机械、元件的故障，或环境不良因素等。
它表示最基本的、不能继续再往下分析的事件。
（3）屋形符号
屋形符号如图1c）所示。
主要用于表示正常事件，是系统正常状态下发生的正常事件。
（4）菱形符号
菱形符号如图1d）所示。
它表示省略事件，主要用于表示不必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。
图2 故障树逻辑门符号
逻辑门符号如图2所示包括：
——逻辑与门。
表示仅当所有输入事件都发生时，输出事件才发生的逻辑关系，如图
2a）所示。
——逻辑或门。
表示至少有一个输入事件发生，输出事件就发生的逻辑关系，如图2b）所示。
——条件与门。
图2c）所示，表示B1、B2不仅同时发生，而且还必须再满足条件α，输出事件A才会发生的逻辑关系。
——条件或门。
图2d），表示任一输入事件发生时，还必须满足条件α，输出事件A 才发生的逻辑关系。
——排斥或门。
表示几个事件当中，仅当一个输入事件发生时，输出事件才发生的逻辑关系，其符号如图2e）所示。
——限制门。
图2f）所示，表示当输入事件B发生，且满足条件X时，输出事件才会发生，否则，输出事件不发生。
限制门仅有一个输入事件。
——顺序与门。
表示输入事件既要都发生，又要按一定的顺序发生，输出事件才会发生的逻辑关系，其符号如图2g）表示。
——表决门。
表示仅当n个事件中有m（m≤n）个或m个以上事件同时发生时，输出事件才会发生，其符号如图2h）所示。
图3 故障树转移符号
转移符号包括：
——转入符号。
表示转入上面以对应的字母或数字标注的子故障树部分符号，其符号如图3a）。
——转出符号。
表示该部分故障树由此转出，其符号如图3b）。
编制故障树应从以下几方面入手：
——熟悉系统。
了解系统的构造、性能、操作、工艺、元件之间的关系及人、软件、硬件、环境的相互作用和系统工作原理等；
——收集、调查系统事故资料。
收集、调查系统的已有事故资料和类似系统的事故资料。
——确定顶上事件。
根据对系统已掌握的资料，在分析系统一类危险源的基础上，确定系统事故类型作为顶上事件。
——调查分析顶上事件发生的原因，从人、机、物、环境和信息各方面入手调查分析影响顶上事件发生的所有原因。
下面以一液化石油气第一类危险源，选择顶上事件为火灾爆炸事故。
故障树分析如图4。
A1―形成混合气；A2―遇火源；A3―液态烃泄漏；A4―未报警；A5―静电火花；A6―附近有机动车通行；A7―罐爆裂；A8―静电未消除；A9―罐超压；A10―安全阀未起作用；A11―未报警；A12―未报警；A13―无显示；A14―液面未显示；A15―压力无显示
X1―烟头未掐灭；X2―阀门泄漏；X3―法兰垫片断裂；X4―报警器故障；X5―无报警器；X6―收油或油排入事故罐过快；X7―未安装阻火器；X8―阻火器故障；X9―无接地线；X10―接地线断开；X11―收油过量；X12―安全阀下部阀门未开；X13―安全阀故障；X14―无报警器；X15―报警器故障；X16―液面计上下阀门未开；X17―液面计故障；X18―无液面计；X19―无压力表；X20―压力表故障。
图4 液化石油气储罐区火灾爆炸事故故障树分析图。