故障树分析方法

故障树分析方法（精选十篇）

故障树分析方法 篇1

随着大型建筑工程蓬勃兴起,大功率电器设施应用日益广泛,给配电设施工程建设提供广阔发展空间的同时,也增加了电气故障发生的概率[1,2,3]。配电设施作为电力输送管理的重要载体,其电气装置担负着重要的电力能源保障作用,及时妥当的应对措施对阻止由电气故障引起的事故蔓延具有重要作用[4],而对电气故障采取恰当措施的前提是迅速排查故障起因与影响。故加强配电设施电气故障起因的排查与影响分析,及时提出解决对策,是降低电气故障对电力设施运行和用电安全影响的重要手段[6,7]。本文基于故障树进行故障模式与影响分析,设计配电设施电气故障分析及处理方案。

1 配电设施电气故障原因与影响分析

造成配电设施电气故障主要原因包括三相电设计不当、变电设施运行故障、滤波电容漏电等[8]。

1.1 三相电设计不当

三相电设计不当是造成配电设施电气故障的最重要原因,其显著特征为三相电不均衡,即设计的三相电系数较大超出正常幅值,可能给电气设备造成损害,甚至引起运行故障。故障发生时,存在以下安全隐患:1)变压设备的出力效果减小,降低变压器寿命;2)电动机磨损程度加重,减弱电动机的电力承担性能;3)发电机出现不可预见振动和过热情况,出力性能受到损害,影响正常运转;4)加重输电线路损坏程度,增加老化速度;5)若保护装置超过电负荷,直接危害电力网络的可靠运转,导致大范围停电。

1.2 变电设施运行故障

初级线圈是变压设施运行故障集中发生的位置。典型初级线圈故障模式为部分部位短路或线圈线路回流中的熔断设施烧坏。一旦烧断熔体,会引起变压设施出现较大的损坏,产生过大的热量,引起铁芯不牢固,运行时出现噪声。

最常见的排查措施就是对变压设备供应的交流电数值进行测量。故障处理办法有:1)变压设备停止供电,看熔断设施是否出现烧坏的情况;对初级线圈的线路开通系数进行测试;对附属线圈的线路开通系数进行测试;2)变压设施输送过低的电压,停止附属线圈的电力负荷,对供电电压进行测试,如果低压过大,再测初级线圈交流电供电电压,若达到220V,说明供电安全,再检测FU1的连接情况,看附属线圈是否出现匝间短路问题,及时更换出现故障的变压设备;3)变压设施输送过高的电压,是由于变压设备的产品质量不合格,没有电压负荷时比电力负荷过大时承担了更多的电压,施加电力负荷系数导致电压供应水平降低,且初级线圈出现匝间部分位置短路的情况,这时需更换相应地变压设备;4)出现FU1或FU2烧坏的情况,可通过中断FU1供电的办法,取出FU2烧坏的元件,如果FU1没有出现故障,那么可能是变压设备的电路承载性能出现了问题,若中断FU2供电设施,FU1被烧坏,可以中断附属线圈的供电设施;如果FU1没有断开,可能是部分设备出现了连电的情况;如果FU1又断开了,表明可能出现短路的问题。

1.3 滤波电容漏电故障

若电解电容阻抗值过大,无法发挥电解的功能,将使交流电在直接输送电力过程中加重。若电解电容出现漏电故障,将影响电解滤波性能,增加直流电压,减小供应的电压,交流噪音也会加大,甚至会烧断电阻丝。解决这种故障可考虑:1)输送二分之一正常供电的电压,可能是二极管阻抗值太大;2)输送过低电压,可能为VD1或VD2连接不良、承担电压负荷的线路漏电;3)没有直接输送电压,很可能为电解电容发生短路。

1.4 配电设施电气故障原因故障树

将感知对象分为现象级、可测量级[9],则根据上述分析,可得到基于故障树的配电设施电气故障影响及原因图,如图1所示。

根据大型配电设施电气故障树可实现大型配电设施电气故障起因及影响分析。

2 大型建筑工程配电设施电气设施的实例

以南方某29层工程建筑项目为例,该工程涵盖了商场、写字楼和高层居民住宅,其中电力需求涉及民用电、商业用电和非民用电3个方面,同时还有电梯设施、动力泵等辅助电力耗电设施。这种大型高层建筑工程项目,通常需要依据电能需求的安全、可靠性能指标设计电力输送供应的规划。

以19层为参照局点,19层以下需要安装设计电梯和居民日常生活所用的水泵。水泵、电梯和消防设施电力供应的电气设备和突发事件照明用电的设置,一般采用双回路电源;而普通的电气设施一般可以通过单回路电源的形式进行电力输送。

19层以上包括19层的建筑,安装消防设施需用的电气设备和应对突发停电事件设置的照明设施,使用双回路电源的电力供应设备,其中消防设施的底部增设了双回路电源智能控制箱或转换开关。

配电设施系统采用三相电,但安装设计时出现不均衡,分别按照27 A、64 A和105 A的电流进行施工,经常出现自动空气断路器或开关自行跳闸的情况。维修技术人员将自动空气断路器或开关的级次系数增加1倍,用NM1—225S/3300IN160A的空气自动控制开关换掉DZ10—100/300IN80A开关。虽然电气故障问题基本解决,但又接连出现用电故障,并且较以往更加严重,不仅击穿了自动空气控制装置的一级铝排,出现相间的短路情况,还使整个高层建筑工程出现大范围的停电,给高层建筑内的居民、客户和办公人员的工作、生活造成较大影响。最后对现有配电线路和部分用电设施进行调换,重新安装敷设电气线路,更新电气设施,才使电力资源的正常供应。

3 结语

大型配电设施电气故障影响及原因分析是目前配电设施后期运行维护的关键问题。本文采用基于故障树的方法分析配电设施电气故障原因与影响,有效减少电气故障对电力设施造成的影响,降低二次故障发生率,提高电力设施运行的安全性。

参考文献

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平台稳定系统故障树分析 篇2

针对平台稳定系统的.常见故障模式,介绍了故障树分析的具体方法,建立了故障树,并应用故障树分析方法进行定性和定量分析.

作 者：张斌 沈怀荣 ZHANG Bin SHEN Huai-rong 作者单位：张斌,ZHANG Bin(装备指挥技术学院,研究生管理大队,北京,101416)

沈怀荣,SHEN Huai-rong(装备指挥技术学院,航天装备系,北京,101416)

基于模糊故障树的工程项目风险分析 篇3

[关键词] 模糊故障树 风险分析 工程项目 仿真

故障树分析（FTA）是一种适用于复杂系统可靠性和安全性分析的有效工具。目前，FAT作为一种系统分析方法，已在核能、航空航天、机械、电子工业等系统的可靠性分析中得到较广泛的应用。

故障树工程项目的风险分析主要包括项目风险识别、风险定性分析、风险定量分析。在传统的FTA中，基本因素(底事件)发生概率被作为精确值对待。然而由于风险事件发生的概率，因影响事件发生的因素的复杂或变化或由于统计数据较少而难以精确确定具有模糊性，因而，基于概率模型和统计方法的传统FTA方法难以解决该类问题。为此，本文在传统FTA的基础上，研究基于模糊故障树的工程项目风险分析方法。

一、基本因素的模糊概率和模糊数的运算

1.基本因素的模糊概率

模糊统计是确定基本因素模糊概率的一种方法，但这需要做大量的调研、统计分析工作。在实际工程项目风险分析中，基本因素发生的概率往往由工程管理人员的经验确定，因工程管理人员的经验、知识水平等的不同而不同，基本因素发生的概率值具有很大的模糊性。采用正态模糊数可以较合理的描述事件的模糊概率，本文用正态模糊数描述基本因素的模糊概率，其隶属函数为：

故障树分析方法 篇4

1文献综述及评述

当前对于顾客不满意问题的研究主要集中在: 1服务质量差距[1]; 2顾客不满意的原因分析[2]; 3顾客忠诚[3]; 4某一特定行业顾客不满意的原因及其改进。本文把顾客不满意考虑为服务失效。

目前关于服务失效的研究并不能具体的界定服务失效的底层因素。为了解决这一问题,本文尝试寻求导致服务失效的具体因素,通过服务差距来明确服务失效,将顾客不满意即服务失效作为一次故障事件,运用故障树分析法来表述顾客不满意因素间的逻辑关系,然后仿真得出影响服务失效的关键因素和关键因素的改进对故障事件对的影响,明确改进目标,从而提高服务水平。

2顾客不满意分析

故障树分析法( Fault tree analysis) 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。

2. 1两因素分析方法

双因素理论[4]得出影响顾客满意的各种因素并不是与CSI呈简单的线性关系的。本文从服务期望和服务质量感知的两个角度对顾客不满意的因素进行分析: 第一,服务期望: 1刷单; 2虚假的描述。第二,服务质量: 1实物质量,性价比不高、运输损失、物品安全性、物品功能缺失、物品寿命少、品牌无特色、包装无特色和功能无特色; 2过程质量中包含沟通失误和补救失误。

2. 2构造服务失误故障树

客户的服务包括网上购买的实物和快递运输的服务。他体现在客户对货物、到达时间、包装等。把这些影响服务质量感知的因素作为顾客满意度故障树的底层事件。包括影响顾客期望( 购买前) 和顾客感知( 货物到手后) 。顾客满意度等于顾客期望和顾客感知的差距。

通过上述分析,以服务失误作为顶事件,通过VISIO DRAWING绘制如下图1的服务失效故障树模型。

3故障树分析

3. 1割集和最小割集

割集是导致故障发生的底层事件的组合。引起顶上事件发生的基本事件的最低限度的集合叫最小割集。

3. 2定性分析

本文采用下行法,计算得出顾客不满意的最小割集组合:

通过定性分析,可知X3因素出现的次数多达24次为最多,所以这个因素的结构重要度大。然后根据求得的最小割集得出了如图2的服务失效故障树模型结构的结构重要度。

3. 3定量分析

故障树的定量分析即确定顶事件的发生概率。本文选取的是最小割集法。

1底事件概率

根据对周围网购人群的购物服务尽心分析。把重要度分为5层,分为0到0. 2、0. 2到0. 4、0. 4到0. 6、0. 6到0. 8、0. 8到1。得出X1 = 0. 2,X2 = 0. 25,X3 = 0. 6,X4 = 0. 2,X5 = 0. 4, X6 = 0. 06,X7 = 0. 05,X8 = 0. 05,X9 = 0. 4,X10 = 0. 2,X11 = 0. 3,X12 = 0. 2。

2顶事件概率

4关键元素确定及改进

4. 1关键元素

根据20 - 80原则,通过对定性分析得出的重要因素进行改进得出对比如图3,把其分为A类( K1,K3,K12,K13,K14, K15,K16) 、B类( K6,K7,K8,K9,K10) 和C类( K2,K4,K5) 。

同理根据结构重要度A类( X1,X2,X3) 和B类( X4,X5, X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12) ,得出导致服务失误的关键因素在于服务期望过高和性价比过低等,应将其作为改进的重点。通过对关键因素分析得出了顶事件的发生于关键事件呈正相关,改进关键事件能降低服务时效。

4. 2改进

服务期望的过高加上性价低的情况,引起服务失误。可以通过提高性价比、确保描述真实和服务改进,良好的服务改进能使不利化为有利。精准的描述和优质工艺与服务让顾客感受到的性价比差距趋缩小; 坚持以顾客为导向,全员参与和面向过程去改进顾客服务,确保顾客感到物超所值。

5结论

故障树分析方法 篇5

关 键 词 变流器箱；动车组；crh1；故障树

中图分类号：u266 文献标识码：a 文章编号：1671—7597（2013）031-084-01

变流器箱作为变流器的载体，对于动车组起着重要的作用。动车在运行过程中，由于振动和箱体自身重量的原因，会造成箱体变形。针对变流器箱的安装结构存在的缺陷，进行相应的改进。故障树分析法

故障树分析（fault tree analysis，简称fta）方法在可靠性工程中应用广泛，也就是可靠性工程中进行可靠性分析的常用方法。这种方法可以对系统的可靠性进行评价，也可以对产品制造工艺、使用维修、运行管理中所发生的问题进行分析。故障树分析法是在系统的设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素进行分析，因素可能包括硬件、软件、环境以及部分人为等；针对各项因素画出逻辑框图，从而确定导致系统失效的各种可能或发生的概率。根据故障树的分析结果可以提出相应的解决办法和整改措施，以提高产品的使用性能。

故障树分析是用规定的逻辑符号从故障的现象描述到故障产生的根源，按树状结构自上而下逐层细化，找出所有可能的导致事件发生的直接因素，及其相互间的逻辑关系，直到找出事故的根本原因，即故障树图的基本事件为止，以此找出并确定系统故障原因的各种可能和发生概率，并进行改进，由此提高系统的可靠性。

故障树分析所绘制的故障树图是一种逻辑因果关系图，故障树图是从上到下逐级建树，逐级找出原因，利用树状样式的图来表达造成系统失效的最终事件。整个故障树图分为顶事件、中间事件和底事件三个模块。

顶事件：所谓顶事件位于故障树的顶端即导致系统完全失效的最不希望发生的事件，也就是要研究的事件。

中间事件：类似树枝，处于故障树中间，导致发生顶事件的直接原因，而非根本原因。

底事件：处于故障树最底端的基本事件，也就是导致系统失效的根本原因。

故障树分析是将系统中最不希望发生的故障作为故障树的顶事件，逐项分析找出导致顶事件发生的直接原因以及他们之间的逻辑关系并用特定的逻辑符号表示出来，一直分析到不能再分解为止（即找出了底事件）。

要想建立合理有效的故障树，必须是在可靠性分析的基础上，加上深入的分析而得出。因此建立故障树的步骤为：首先是熟悉整个系统，确定顶事件，其次找出导致顶事件的直接原因和根本原因，最后建立故障树。

变流器箱故障树分析

牵引变流器是crh1型动车组上重要的大型电气设备，其内部安装了大量的电器元件，结构复杂且自身重量较大，随着动车组运营的速度不断提高，作为电器部件的载体牵引变流器的箱体显得非常重要，首先要保证牵引变流器能够安全的安装在动车底部，其次要保证变流器箱体能提供正常的工作环境，使内部的电器部件能够正常安装，因此对变流器箱体结构的分析是牵引变流器设计的重要组成部分。

crh1型动车组中的变流器箱一旦出现故障则导致整列动车无法运行，本文中将以变流器箱故障为顶事件展开故障树分析。经过仔细的思考分析，确定导致变流器故障的中间事件分为四个方面：设备功能损坏、冷却系统损坏、电气线路损坏。经过与有经验的技术人员讨论，最后确定了安装强度不够、部件疲劳变形、短路等8个基本事件。该变流器故障的故障树如图1所示。

对该故障树进行定性分析，找出顶事件（变流器故障）出现的多少种可能性，揭示处于故障状态系统中的薄弱环节、必须进行改进的故障。在图1的变流器箱故障树中可以确定变流器箱的变形是导致变流器箱故障的最大可能性。变流器箱的安装位置无法改变，因此需要将变流器箱的安装强度加大，以确保变流器箱在现有的运行环境下最大量减少变形，保证变流器的功能。结论

一例电磁继电器失效的故障树分析法 篇6

摘 要：本文主要介绍了某型电磁继电器一种金属多余物产生及导致失效的故障模式，通过故障树分析法对继电器生产过程分析，确定了多余物产生的根本原因，采取了有效措施避免类似故障重复发生。

关键词：电磁继电器；失效；多余物；工艺改进

电磁继电器是一种由控制电流通过线圈时产生的电磁吸力来驱动磁路中的可动部分，从而实现触点的开、闭或转换功能的控制元件，其结构较为复杂。所以在电子设备中，电磁继电器属于失效率比较高的元器件。例如，1971 年日本发射第一颗科学卫星，共用了1400个电子元器件，其中，继电器仅占 0.9%，但其失效数量占到元器件失效总数的 4.7%。内部存在可动多余物，是引起电磁继电器失效的主要失效模式之一。

1 背景介绍及故障分析方法

上海航天设备制造总厂某型产品使用国内生产的电磁继电器，连续4个月内发生多个继电器失效，失效现象都为继电器内部发现多余物。按照航天质量管理要求，对连续发生的多起产品质量问题进行了“归零”。由于连续出现质量问题，用户方代表也对前期已交付产品质量情况产生了怀疑，为消除用户担心，避免发生更多的质量问题，需找出问题根本原因，采取有效措施，确保交付产品质量可靠。

故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）技术是1962年在美国贝尔电报公司的电话实验室开发的。它采用逻辑的方法，可以形象地进行故障的分析，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，不仅可以作定性分析，还可作定量分析，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，是安全系统工程的主要分析方法之一。

本文即利用故障树分析法，对该单位承制型号产品中出现电气继电器失效问题进行分析，找出故障点，分析失效机理，提出了具体改进措施，保证交付产品的质量可靠。

2 故障原因分析

此次失效的继电器为4组触点（原理见图1），密封式电磁继电器，工作电压DC24V。主要故障现象为继电器加电后仅有1组导通。根据电磁继电器内部结构及设计原理，建立故障树如图2。

2.1 故障因素排查 复查继电器生产的工艺文件，其中未明确整件尺寸测试点，仅要求使用游标卡尺测量整件外形尺寸。由于检查位置不在熔瘤突出点（见图3），测量数据未能反映整件的最大尺寸，导致套壳时整件与外壳刮蹭产生多余物。因此不能排除因素X7。

通过复查继电器的装配班组人员，其人员相对稳定且都经过考核培训，具有多年实践经验，没有新的人员。开壳检查不同人员装配的不同批次产品，均发现个别继电器有不同程度划伤。与人员操作不当无关，可以排除因素X8。

2.2 故障排查结论 综上所述，继电器内的金属多余物是由于继电器工艺控制不到位，整件焊接时侧板处焊瘤突出，使得整件最大尺寸超出了外壳内腔尺寸，继电器装配时两者产生刮蹭产生多余物。

2.3 故障复现工作 取继电器现场装配的电磁系统1件，测试一侧残余熔瘤高出轭铁面约为0.1，另一侧高出约0.06mm，测试电磁系统的整件尺寸为30.65，点焊整件后完全模拟装配套壳，拆壳后发现外壳一侧已有划痕，末端划痕处有明显金属多余物。电磁系统点焊熔瘤尺寸超差而导致套壳时刮蹭外壳内壁产生多余物的故障可以复现。通过故障复现工作可以说明故障树分析准确、排查结论正确。

3 主要采取的改进措施

3.1 已交付继电器处理措施 通过对故障原因的排查分析和故障复现工作，说明前期按照此工艺方法生产装配的继电器都有可能存在类似的失效模式，最终确定将已交付用户使用的所有批次继电器全部召回。

3.2 整件检测方法改进 整件检测套的结构简图见图4，主要是以底板外形尺寸为基准，检查整件最大外形尺寸。此方法能够及时有效地剔除不合格品，不会造成整件外形尺寸的漏检及误判，有效保证整件与外壳间的配合间隙。

经试验验证，继电器开盖检查，按照改进后的方法生产的继电器没有出现外壳被划伤的现象，说明此问题彻底得到了解决。

4 结语

电磁继电器属于失效率比较高的元器件，内部存在可动多余物，是引起电磁继电器失效的主要失效模式之一，本文使用故障树分析法，对实际生产过程中出现的一种金属多余物造成失效的故障模式进行了详细分析，采取了有效的应对措施。彻底消除了一类故障模式，提高了电磁继电器可靠性，同时也提供了一种可以借鉴的故障分析方法。

参考文献：

[1]孔学东，恩云飞.电子元器件失效分析与典型案例[M].北京：国防工业出版社，2006.

[2]郑世才，胥维勋，孙永玲，等.新的PIND检验技术[J].航天制造技术，2003（1）：69.

故障树分析方法 篇7

关键词：档案信息系统,ATV风险评估,故障树分析,不交化最小割集

0 引言

随着信息化和工业化的推进,社会对档案信息资源的需求日益增长,并发生着重大变化。伴随网络信息技术的飞速发展,档案信息化[1]、数据化和档案利用的网络化已成为档案事业发展的必然趋势[2]。由于网络本身的开放性和共享性,给电子档案的信息安全带来了严重的威胁,网络环境下的档案信息安全保障面临着巨大挑战。因此,如何正确认知我国档案信息服务的状态,有效整合档案信息资源,建立完备的电子档案信息安全保障体系具有重要的理论价值和社会价值。

1 电子档案信息安全面临的问题

电子档案信息安全主要指:一是档案信息内容的原始真实性;二是档案信息内容的完整性和保密性;三是档案信息的有效性。在网络环境下,由于网络结构的不安全性、网络协议的脆弱性、网络传输过程中的易拦截性、黑客的攻击等,在网络结构的各个层次都存在安全隐患。

目前电子档案信息安全保障存在明显滞后问题:(1)电子档案信息存在滞后。(2)信息安全技术存在滞后。(3)信息安全管理存在滞后[3]。目前社会上的人员对信息安全的重视度不够。很多档案信息网络管理人员、应用人员,对档案信息网络的安全重视不够,导致档案信息安全管理缺乏针对性和有效措施。另一方面专业的信息安全管理人员匮乏,在技术上不能提供有力的安全支撑,没有从系统工程的角度去考虑和对待信息安全保障问题[4]。

2 基于故障树分析的风险评估模型

2.1 风险评估模型

在档案信息安全保障体系的每个保障阶段,均采用信息安全风险评估规范实行评估[5,6]。信息安全评估的主要程序可以分为:网络信息系统的资料收集;系统的运行状况与配置核查[7,8];计算评估结果。针对工作实际,从风险管理的角度出发,选用“资产-威胁-脆弱性”为核心的风险计算模型来实现评估。其中资产(asset),记为A,是指对组织具有价值的信息或资源,属于安全策略保护的对象,可用保密性、完整性、可用性来描述;威胁(threat),记为T,是指可能导致对系统或者组织危害的不希望事故引发的潜在起因;脆弱性(vulnerability),记为V,是可能被威胁所利用的资产或若干资产的薄弱环节。那么风险值R如公式1所示:

公式1

其中R表示信息安全风险计算函数;la表示信息安全事件所能起作用的资产价值;Va表示脆弱性严重程度;L表示威胁利用其资产的脆弱性而导致安全事件发生的可能性;F表示信息安全事件发生后产生的损失。

2.2 故障树分析进行风险计算

故障树分析法FTA(Fault Tree Analysis)是一种自顶向下的风险分析法,最初源于工业设计分析领域,目前广泛用于分析大型复杂的系统,被公认为是对系统可靠性及安全性进行分析的有效方法[9]。

故障树分析过程:

(1)故障树建模——将系统中的重大风险事件,如系统安全失效作为树顶,称为“顶事件”,按照演绎分析的原则,从顶事件逐级向下分析各事件的直接原因事件,称为“基本事件”,并根据事件之间的逻辑关系,用逻辑门符号连接上下事件,直至所需求的分析深度,最终形成的逻辑关系图被称为故障树。

(2)简化故障树——对初次形成的故障树进行简化,求出全部最小割集。所谓割集是故障树的叶子节点构成的集合,如果这些节点描述的事件发生,则顶事件发生;对于故障树中的任意一个割集,如果去掉其中任意一个底事件后,就不再是割集,则这样的割集称为这棵故障树的最小割集(Minimal cut sets,记为MCS)

根据故障树分析原理,选定了某一应用系统作为评估对象后,就可以开展具体的调查评估工作,从顶事件开始逐级向下分析“资产-威胁-脆弱性”各类风险要素作为中间事件或者底事件,构建完成一棵故障树即实现了一个应用系统的风险要素的评估。

2.3 故障树风险定性分析

完成故障树的建模并求出最小割集后,可以使用定性或者定量的方法对故障树进行风险分析。定性分析是通过求出的全部最小割集(MCS)得到顶事件的全部故障模式,进而发现系统中最薄弱环节,即风险最大的环节,指导对其进行安全加固和强化[10]。故障树的定量分析是对已知的底事件发生的概率,通过逻辑关系得到顶事件的发生概率。

应用最小割集法,设定故障树结构函数为,其中是n维状态向量,是第i个底事件的状态变量,n是底事件总数。则(t为正整数,j不同,t可不同)为故障树的割集,条件是当时,,即任一割集中全部底事件都发生时,顶事件必发生。故障树结构函数用最小割集可表示为公式2:

2.4 故障树风险概率分析

设定事件X,对应的失效概率为为底事件个数,则最小割集的失效概率如公式3:

其中m为最小割集的阶数,各个最小割集是不交的。则使用不交化将故障树最小割集表达式化为不交的最小割集表达式,直接计算顶事件发生的概率,如公式4:

其中yi为最小割集,k为最小割集的个数。

将故障树分析用于档案信息系统进行风险评估,由底事件开始,寻找出引发顶事件的各种风险组合,揭示出了档案信息系统各特性之间的内部联系,提供了底事件与顶事件之间的因果关系[11],完成识别各种可能的档案系统风险模式并计算出各事件发生概率,同时按照重要性和MCS的阶数排列项目风险模式的轻重次序。分析及计算结果对发现并确定系统薄弱环节通过计算找出系统中最重要的风险和最薄弱环节的全貌,对系统本身及其外在影响因素有深刻认识,查出系统的风险因素,为系统风险评估提供定性和定量依据,从而有助于提供相应的风险控制方案。

3 应用实例

将该方法应用于学生信息管理系统,认定学生信息为系统资产,对可能存在的风险建立故障树模型,风险故障树包含子节点包含有:数据库分析问题、数据库设计问题、数据库实现问题、端口连接问题、前台界面问题、运行维护问题6个基本事件,再对每个事件进行细化,进而求出最小割集。通过对最小割集中进行概率计算得出系统风险概率值。由于在数据库系统的分析、设计、实现阶段已经考虑数据完整性约束,通过分析,系统最可能发生问题的基本事件在端口连接问题中的.NET与SQL Server数据库接口的连接上,风险定位正确性>95%,该方法能快速定位系统最薄弱环节。

4 结束语

基础信息的安全评估是整个信息安全管理的基石,评估内容复杂,评测方法多样[12]。针对电子档案信息管理系统中存在的信息安全问题,提出一种风险评估的方法。在风险评估实施中采用目前广泛应用于工程实际的“资产-威胁-脆弱性(ATV)”风险计算模型进行计算,使用故障树分析法对档案MIS进行故障树的构建、风险定性分析和风险概率分析。实践证明,基于故障树的风险评估体系为档案信息系统提供了一套快速、实用的风险评估模型,通过故障树最小割集法及不交化的使用,使用户快速找到系统最薄弱环节,通过顶事件概率分析,对系统进行风险评估并做出有效的整改措施。

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故障树分析方法 篇8

关键词：柴油机,故障树,分析

导致柴油机不能正常启动故障的影响因素很多[1], 但对于一台柴油机来讲, 不能正常启动的原因可能只有一个。通常遇到具体问题时需要具体分析, 工作量很大。

我们通过详细分析柴油机不能启动的影响因素, 构建柴油机不能正常启动的故障树。在此基础上, 结合故障现象、柴油机的结构和原理, 给出故障排查方法, 以提高柴油机的故障修复能力。

1 故障树分析方法概述

故障树分析 (FTA) 是产品 (系统) 可靠性和安全性分析的工具之一, 用来寻找导致不希望的系统故障或灾难性危险事件发生的所有原因和原因组合, 在具有基础数据时求出事件发生的概率及其他定量指标[2]。FTA也是分析已经发生的事故的一种基本方法。

由于FTA拥有很好的灵活性、直观性, 能够将系统故障的各种因素联系起来进行定性和定量分析, 一直是设备管理和维修人员的一种重要的可靠性分析工具[3,4,5]。

2 柴油机不能启动的故障分析

从故障现象看, 柴油机不能启动或者启动困难表现为启动时曲轴不转或者转动缓慢, 排气管部冒烟或者冒白烟。考虑柴油机正常启动所需要的4个必要条件, 包括启动转速达到要求, 燃料获得自燃所需温度, 燃油燃烧需要的空气充足, 喷入雾化良好的柴油等, 结合柴油机的结构原理, 对柴油机不能启动的故障原因详细分析如下。

2.1 启动转速不够的原因分析

柴油机启动转速不够表现为曲轴不转或者转动缓慢。产生的原因是启动所需的动力不足或者阻力太大, 主要是由于启动系统故障造成的, 或者也可能是启动操作方法不正确造成的。

因此, 如果是手摇启动, 应该加快转速;如果是电启动, 应该检查蓄电池的电量是否充足;如果是由于蓄电池原因, 应及时更换新的蓄电池。

2.2 燃油温度不够的原因分析

燃油温度不够表现为排气管冒白烟, 说明气缸内温度过低, 达不到自燃点。此时, 可采用低温启动方式操作, 对燃油进行预热。

2.3 配气相位方面的原因分析

配气相位通常用曲轴转角表示。键槽或键损坏而错位, 气门间隙过大, 凸轮和正时齿轮磨损, 曲轴变形等均会破坏配气相位。轻则影响柴油机的动力, 严重时导致柴油机不能启动。

2.4 燃料供给系统方面的原因

燃料供给系统方面的原因包括以下几个方面:

a.油箱的用油开关未打开。

b.燃油系统进入空气。空气进入燃油系统后, 当喷油柱的柱塞向上空气压缩, 柱塞向下空气膨胀, 油压难以升高, 供油量不足, 因此机器无法正常启动, 导致燃油系统进入空气的原因包括油路接头处不紧固, 喷油嘴的针阀卡住, 停车前油箱内的油已经用完等。

c.燃油管路堵塞。如果柴油过滤不好, 滤清器没有定期保养清洗, 都能导致油管或滤清器内被杂质堵塞, 或者油箱通气孔堵塞, 都能导致柴油不能按需进入气缸, 导致柴油机无法启动。

d.燃烧室积油过多。燃油过多, 雾化不好, 导致燃油不能自燃, 机器无法启动。产生该故障的原因主要是, 开机前检查工作没有做好, 启动转速不够, 导致燃烧室积油过多。

e.柴油内混有水。柴油内混有水主要是由于加入油箱的柴油没有经过沉淀, 马上就使用, 导致柴油内含水过多。

f.喷油时间过迟或过早。喷油时间过迟或过早主要是由于主动或从动连接盘的键损坏或者固定螺丝松动造成的。

g.喷油泵故障。喷油泵故障主要变现为喷油嘴喷油不正常。导致该故障产生的原因包括柱塞偶件磨损, 出油阀卡住, 出油阀弹簧折断, 柱塞弹簧折断, 柱塞卡在油泵套筒内, 喷油嘴针阀卡住, 齿条咬住在停车位置, 调节齿圈松动或脱落, 喷油嘴针阀与针阀体接合处不密合, 喷油器调整螺钉拧得过紧, 喷油嘴孔堵塞, 凸轮磨损过度等。

h.输油泵不泵油。

2.5 气缸内压缩不良方面的原因

a.气门漏气。进、排气门漏气时, 气缸在压缩冲程时, 不能将吸进的空气压缩, 温度与压力不高, 导致机器不能启动。进、排气气门漏气的原因包括气门间隙太小, 气门密封锥面上或气门座上有斑点, 导致气门关闭不严。

b.气缸漏气。气缸盖螺母未旋紧或气缸垫损坏, 气缸垫处漏气;气缸或者活塞环磨损过度, 导致气缸漏气;活塞环卡在环槽内不能弹出压紧气缸;气缸盖上的喷油器处漏气。

c.压缩比低。压缩比是指活塞位于下止点时的气缸容积与活塞位于上止点时的气缸容积之比。连杆铜套以及连杆轴承磨损过大, 将导致压缩比低。

3 故障树的构建与故障排查方法

根据上述分析, 我们得到柴油机不能启动的故障树, 见图1。

通过构建故障树, 我们梳理了柴油机不能启动的所有故障可能的原因, 其中喷油泵故障导致柴油机不能正常启动的原因较多。以此为基础, 结合故障现象, 根据柴油机的结构和原理, 按照“先检后测, 从简到繁, 先判后拆, 从外到内”的原则, 柴油机不能启动的故障诊断方法包括以下几个方面。

a.检查启动装置。如果蓄电池电量不足, 更换新的蓄电池。其次, 检查配气相位是否正常, 若不不正常, 更换键槽、调整气门间隙, 检查并更换凸轮、正时齿轮或曲轴。

b.排气管冒白烟且不能起动, 检查燃油温度。若油温过低, 采用低温启动方式。

c.认真检查油路系统, 更换滤芯, 疏通油路, 紧固所有接头并排空。

d.专业检修喷油泵, 调整喷油提前角、气门间隙、油门控制系统, 更换磨损件。

f.对气缸进行检修, 调整气门, 更换气缸垫片, 更换磨损件。

4 结束语

我们利用故障树分析方法对柴油机不能正常启动的故障原因进行分析, 找出了导致柴油机不能启动的关键原因。结合故障现象, 根据柴油机的结构和原理, 给出柴油机不能启动的故障诊断方法, 为柴油机的故障诊断提供了依据。

参考文献

[1]徐筱欣.船舶动力装置[M].上海:上海交通大学出版社, 2007.

[2]王冬, 刘建业.舰船操舵系统的故障树诊断方法[J].舰船电子工程, 2014, 34 (2) :121-123.

[3]陈文健.故障树分析在重大吊装作业中的应用[J].安全、健康、环境, 2013, 13 (12) :49-51.

[4]田野, 陈海龙, 仇远旺.基于故障树分析法诊断柴油机水温过高的故障[J].内燃机, 2014, (1) :52-54.

故障树分析方法 篇9

随着现代航天测控设备规模的扩大和设备复杂性增加,使得传统基于人工的故障诊断方法难以满足设备的使用维护要求,造成了设备的可靠性和可用性的降低,制约了航天测控任务的顺利完成。另外,由于测控设备系统结构复杂、功能繁多,许多故障征兆不易测量和获取,难以建立用于自动故障诊断的动态模型,使得基于信号和基于解析模型的诊断方法可用性下降。

针对上述问题,要进行切实有效的故障诊断,就需要对测控设备的故障诊断逻辑进行有效抽象,从而获得合理的故障传递途径,以降低故障知识的获取难度。而故障树作为有效的诊断方法,本文提出了一种基于故障树的航天测控系统故障诊断模型。

1 故障树诊断技术

故障树分析法(Fault Tree Analysis,FTA)是指对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析,并将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级细化,以图形演绎的方法画出故障树,从而确定故障原因的各种可能组合方式和其发生概率,评价引发故障的各种因素的相关重要度的一种分析方式,具有下述优势:

(1)可根据最小路集和最小割集,确定系统全部正常模式和故障模式;

(2)可根据底事件发生概率,求出故障模式的发生概率,并可按概率大小排序,确定各个故障模式影响大小;

(3)在每个故障模式中,底事件按关键重要性排序,确定造成故障的各底事件影响大小;

(4)可据故障树层次结构,诊断进行到要求的某一级别层次的故障原因。

正是由于故障树图形化的形式,可以清楚地表示出导致顶事件的故障原因,具有层次性强,因果关系明确等特点,因此故障树分析法被广泛应用于复杂系统的故障树分析与诊断。

由于测控设备系统结构复杂、功能繁多,故障现象不计其数,因此,本文提出一种面向测控系统的故障树模型,通过获得合理的故障传递途径,在很大程度上降低故障征兆获取的难度,即通过提供定性、定量分析的算法规则,获得较高的故障诊断识别率,提高故障诊断系统的鲁棒性。

2 测控系统故障征兆

要使用以故障分析树来表示的故障诊断逻辑能够真正用于故障诊断,必须有相应的征兆来推动故障诊断过程。故障征兆就是故障诊断系统所从外部获取的当前系统的状态指示,最直观的状态指示是测控设备监控分系统所采取到设备的当前状态,但单纯依靠监控分系统实时采集到的状态来进行故障诊断是很不完善的,主要体现在以下方面:测控设备有很多故障难以通过实时状态进行表征;受限于成本和条件限制,某些征兆点并不能实时采集;受限于技术条件,某些故障征兆难以由系统自动提取。

而监控系统仅能对系统中设置了采样点的状态进行检测,而实际上依据采样数据的数学或逻辑运算获得的新变量(即故障征兆)更有利于故障诊断逻辑的描述。若充分利用这些征兆,可显著提高故障诊断的效率。测控系统的故障征兆可划分为5类,见表1。

在航天测控系统中系统的工作模式,设备在线配置,各部件工作状态等属于基本征兆;设备在跟踪过程中生成的单向测距值、根据变频器输出电平值获得的增益值等属于扩展征兆;功放输出的阶跃幅度,测距方差、 小信号输出幅度变化率、零值稳定度、输出功率的最大最小值、设备的可用度,设备的使用率等属于统计征兆; 通过距离标校可获得的测距方差,通过自动测试系统而获得的系统灵敏度数值等属于过程征兆;电缆是否连接,其他站是否同样无法接收到卫星信号等则属于人工知识。

3 面向对象的故障诊断模型

由于测控系统的复杂性,其故障诊断模型的建立要综合考虑以下三个方面:

(1)由于测控系统由多个分系统组成,而每个分系统又由多个单元组成,因此建立的故障诊断模型要便于理解和维护。

(2)由于测控系统中存在多个相同的部件,如A/B机,它们的故障诊断模型是完全相同,不仅会导致系统重复建模,也容易造成模型的不一致性。

(3)测控系统是向着模块化、可复用的方向发展, 部件甚至分系统可在不同的测控设备中使用,因此,建立的故障诊断模型也应该具备复用性。

因此,本文采用面向对象的方法对测控系统的诊断模型进行了抽象,模型见图1。

如图1所示,测控系统由测控部件构成,而部件又由底层测控子部件组成。此外,需要特别注意的是测控系统又是更高层复杂大型系统的组成部件。这种抽象方法能够有效消除故障诊断中的逻辑错误,使系统中只有一种基本故障诊断逻辑模型,即部件故障诊断模型。 部件诊断模型可由部件级诊断模型、子部件诊断模型和部件的输出模型。

4 故障树推理机设计

测控系统故障诊断包括2个目的:一是故障定位, 即找出故障征兆对故障事件产生影响传递途径,确定故障征兆对故障事件的影响;二是故障预测,即预测故障征兆可能导致故障,评估故障事件的发生可能性。

对于测控系统来讲,采用正向推理和反向推理相结合的故障树双向混合推理机制能够很好地达成上述目的。其中,正向推理用于实现故障的预测功能,而反向推理则用于实现故障定位功能。此外,由于绝大部分识别的故障征兆为故障现象描述,对应于故障树的底事件。因此,推理机的工作方式应为先依据故障征兆正向推理预测故障事件,再根据预测的故障事件反向推理定位故障原因。这种方式首先利用基本征兆快速地对系统的故障进行正向推理,获取系统的故障以及故障的诊断结果,在此过程中也可以生成系统的顶层故障列表。 当系统的顶层故障诊断定位不充分时,再采用逆向推理方法,综合利用过程知识和人工知识进一步推导系统故障原因。

另外,测控系统的故障树正、反向推理均采用了带阈值和权值的可信度推理方法,由于篇幅有限,详细内容见参考文献[1]。下面仅给出这两种方法的推理流程。

正向推理是从已知事实出发,按照底事件→中间事件→顶事件的方向逐层进行推理,直到故障树根节点或推理终点为止。推理流程如图2所示。

反向推理是从正向推理的故障结果出发,按照底事件→中间事件→顶事件的方向逐层进行推理,并结合故障节点的重要度和反向关系来确定故障发生的主因。 推理流程如图3所示。

5 方法验证

航天测控系统一般包括天线、伺服、信道、基带(接收机)、监控、时频、数传、记录等分系统组成,如图4所示。

下面以信道分系统常见的上变频器模块故障为例, 用正反向混合故障推理机进行故障诊断:

图5中,底事件X1表示事件“变频模块故障”其权值W1为0.4;底事件X2表示事件“一本振信号故障”,其权值W2为0.2;底事件X3表示事件“二本振信号故障”其权值W3为0.2;底事件X4表示事件“15 V电源故障”其权值W4为0.2;底事件X5表示事件“运算放大器故障”其权值W5为0.7;底事件X6表示事件“5 V电源故障”其权值W6为0.3;底事件X7表示事件“基带输出故障”其权值W7为0.6;底事件X8表示事件“线缆接头故障”其权值W7为0.4;中间事件A表示“变频单元故障”,其可信度因子及推理阈值为(CF(A,E),λ)=(0.6,0.5);中间事件B表示 “ 上变频器增益下降”,其可信度因子及推理阈值为 (CF(B,E),λ)=(0.8,0.5);中间事件C表示“上变频器无输入信号”,其可信度因子及推理阈值为(CF(C,E),λ)= (0.6,0.5);顶事件T表示事件“上变频器输出信号过小”, 其可信度因子及推理阈值为(CF(T1,A),CF(T2,B), CF(T3,C),λ)=(0.8,0.9,0.7,0.5)。

已知当前时刻底事件X1~X8的可信度分别为1,0.7, 0.7,0.8,1,0.7,0.8,0.7,推理过程如下:

(1)正向推理

1由底事件X1~X4推理中间事件A

证据可行度

∵CF(EA)>λ,匹配成功

∴中间事件A的可行度CF(A)=CF(E)×CF(A,E)=0.92×0.6=0.552

同理可得CF(EB)=0.91、CF(EC)=0.76中间事件B、C的可信度CF(B)=0.728,CF(C)=0.532

2由中间事件A、B、C推理顶事件T

∵证据可信度CF(A)= 0.552>λ

∴CF(T1)= CF(A)×CF(T1,A)=0.552×0.8=0.441 6

同理可得CF(T2)=CF(B)×CF(T2,B)=0.655 2,CF(T3)=CF(B)×CF(T3,B)=0.372 4

正向推理结束。

(2)反向推理

1从顶事件T出发,查找故障主因

可见中间事件B为顶事件T发生的主因。

2从中间事件A出发,查找故障次因

3从中间事件B出发,查找故障次因

4从中间事件C出发,查找故障次因

可见底事件X5为顶事件T发生的次因,底事件X2、X3对顶事件T的影响最小。

(3)输出解释信息

推理结论 为上变频 器输出信 号过小 ,可信度为0.616 3。故障原因从大到小依次为:

运算放大器故障,重要度为: 0.341 ;

基带输出故障,重要度为: 0.159 ;

变频模块故障,重要度为:;

运算放大器故障,重要度为: 0.341 ;

8 V电源故障,重要度为: 0.159 ;

线缆连接故障,重要度为: 0.13 ;

15 V电源故障,重要度为: 0.046 ;

一本振信号故障,重要度为: 0.045 ;

二本振信号故障,重要度为:。

(4)诊断效果

在同等条件下,对测控系统中出现的相同故障分别采用人工方法和故障树方法进行故障诊断测试,测试的结果如图6所示。

可以看出人工故障诊断的误诊率为10%~12%,故障原因的漏诊率为8%~9%;而故障树诊断法的误诊率不到4%,漏诊率为2%~3%,在误诊率和漏诊率2个方面皆有较为明显的提升。且由于人工的故障诊断严重依赖于人工经验,而推理流程和诊断方法因人而已,效率不高,可靠性差。

6 结语

陶瓷滚压成型缺陷故障树分析 篇10

滚压成型机是日用陶瓷中各种盘、碗、杯、碟类生产用的重要成形设备。滚压成型的工具是滚头, 它是一个回转体;成形时, 滚头与坯料之间除有相对滑动外, 主要还有相对滚动;由于滚压成型的坯体品质好, 操作简单, 故在日用陶瓷生产中得到广泛使用, 并得以发展和完善。而对滚压成型的可靠性和安全性分析显得尤为重要。

故障树分析法 (fault tree analysis, FTA) 就是在系统中, 通过对可能造成系统故障的各种因素进行分析, 以系统所不希望发生的一个事件 (顶事件) 作为分析的目标, 逐层向下推出所有可能的原因, 从而找出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。通过层层深入地分析, 找出系统的薄弱环节及缺陷, 以进一步改进设计和提高关键因素的可靠度, 从而提高产品的可靠性水平。

1 故障树的建立

滚压成型机在成型过程中的主要故障缺陷有:成型时滚头粘泥、模型破裂、飞泥、坯体花芯、坯体底部不平、坯体中心和底足起皱、滚头痕迹、鼓气等。产生这些缺陷的原因, 有的属坯料性能问题、有的属工艺参数选取不恰当、有的是操作上的问题、有的是机械结构因素。根据工厂使用实际情况, 滚压成型缺陷中以滚头粘泥、模型破裂、坯体花芯等故障现象最为常见且危害最大, 如出现滚头粘泥现象时, 则必须停机清理, 成型操作被迫中断。为此在建立故障树时以上述3种故障作为次顶事件, 共考虑27个基本因素, 建立了如图1, 图2和图3所示的滚压成型缺陷故障树图, 各代码对应的基本事件如表1所列。

2 树的定性分析

故障树定性分析的主要任务是求出故障树的全部最小割集。凡是能导致顶事件发生的基本事件的集合称为割集, 而最小割集是指能导致顶事件发生的最低限度的基本事件的集合。这里采用下行法 (Fussell法) 进行分析, 根据逻辑与门仅增加割集容量、逻辑或门增加割集个数的性质, 遇到与门就把与门下面输入事件排列成一行, 遇到或门就把或门下面输入事件都排列成一列, 直到不能分解为止。再应用集合运算规则将全部割集加以简化、吸收。以下是用Fussell算法求解故障树的最小割集, 结果如表2。

从表2可知, 该系统的最小割集是{X1}, {X2}, {X3}, …, {X27}, 一共27个最小割集, 由此得出滚压成型缺陷的故障模式。这对掌握顶事件故障的发生规律, 查找顶事件故障的发生原因具有重要的意义。一旦顶事件故障发生, 可据此首先排除不属于以上最小割集的基本事件原因, 而且27个最小割集中都只含有1个基本事件, 从而可以方便快捷地查找到引起顶事件的基本事件故障, 并予以快速地排除。

3 树的定量分析和重要度分析

定量分析的主要任务是计算顶事件的发生概率和对底事件进行重要度分析。滚压成型缺陷的最小割集为{X1}, {X2}, {X3}, …{X27}, 则顶事件出现的概率为:

undefined

式中:PT ——系统顶事件发生的概率;

Mi (x) ——某一最小割集, 其定义为undefined;

P (xi) ——底事件发生的概率;

qi ——具体底事件发生的概率。

重要度分析是故障树分析中的重要部分, 它反映了基本事件概率变化对顶事件概率变化的难易程度, 但并不能反映出不同基本事件改进的难易程度。

从数学上说, 概率重要度是指底事件对顶事件发生概率的影响程度, 用顶事件的发生概率对某个底事件发生概率的偏导数来表示, 即:

undefined (2)

式中:Ixi——底事件xi概率重要度。

在失效率相等的条件下, 每一个底事件对顶事件的影响程度是相同的。但由于机械、工艺、原料、操作、维护等因素的影响均不相同, 实际上各部件的失效概率并不相同, 从而无法知道具体底事件的失效概率, 这也就无法计算顶事件发生的概率。获取底事件发生的概率需要大量的统计数据, 这对连续生产且故障频率相对不高的实际系统是不易实现的。

为此, 根据实际情况分析, 制定出关键重要度排序事件列于表3。

由表3可以找出系统最薄弱的环节, 为指导故障诊断、确定维修次序、提示改进系统方向提供依据。

4 结语

a) 故障树分析方法具有直观、简明的特点, 是进行滚压成型可靠性分析的有效方法。

b) 建立的滚压成型缺陷故障树考虑了27个基本事件, 通过对故障树的分析, 确定了影响滚压成型缺陷的主要因素, 找出了滚压成型运行管理中的薄弱环节。可供相关技术人员、管理人员和使用人员参考, 为预防或减少滚压成型失效提供了帮助。

参考文献

[1]张柏清, 林云万.陶瓷工业机械设备[M].北京:中国轻工业出版社, 1999.

[2]葛竺君.陶瓷机械设备管理和使用维修[M].北京:中国轻工业出版社, 1990.

[3]朱继洲.故障树原理和应用[M].西安:西安交通大学出版, 1989.