基于故障树的故障诊断PPT课件

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FTA故障树分析ppt课件

2019/6/28
27
典型逻辑门的结构函数
序号名称 1 与门 2 或门 3 n中取r
4 异或门
2019/6/28
描述
n
X

i1
xi

n
X 1 1 xi
i 1

X

1 0
当 xi r时
其它情况

X
1 1 x1 1 x2 1 1 x1 x2
分析步骤
建立故障树；故障树定性分析故障树定量分析重要度分析分析结论：薄弱环节确定改进措施
准备工作
选择全理的顶事件
建造故障树
故障树定性分析
· 求最小割集 · 最小割集比较
故障树定量分析
确定
设计
· 求顶事件发生概率 · 重要度分析
上的薄弱环节
A
A
左图表示“下面转到以字母数字为代号所指的地方去”
右图表示“由具有相同字母数字的符号处转移到这里来”
相似转移符号（A同上）：
A
A
左图表示“下面转到以字母数字为代号所指结构相似而事件标号不同的子树去”，不同事件标号在三角形旁
注明
右图表示“相似转移符号所指子树与此处子树相似但事件标号不同”
x1 x2 x2 x1
28
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/28
结构函数示例
顶事件T G1
中间事件M1 G2
中间事件M2 G3
x4
中间事件M3
中间事件M4
x1
G4
G5
中间事件M5 G6

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。

《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。

故障树(FTA)方法详细讲解 PPT课件

I(1) = I(2) > I(3) = = I(4) = I(5) = I(8) = I(9) > I(6) = I(7) = I(10) = I(11) = I(12) = I(13) = I(14) = I(15) = I(16) = I(17) = I(18) = I(19) = I(20)
分析步骤
建立故障树；故障树定性分析故障树定量分析重要度分析分析结论：薄弱环节确定改进措施
准备工作
选择合理的顶事件
建造故障树
故障树定性分析
求最小割集最小割集比较
故障树定量分析
求顶事件发生概率重要度分析
确定设计上的薄弱环节
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
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
基本概念
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。
定性分析定量分析
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。
双发电机电站丧失部分电力
+
不同时发生

故障树分析法PPT演示课件

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（三）事故树定性分析主要工作：计算事故树的最小割集和最小径集主要目的：分析顶上事件发生的概率 1.最小割集 1)最小割集的概念割集：导致顶上事件发生的基本事件的集合，也就是说，事故树中，一组基本事件能够引起顶上事件发生，这组基本事件就称为割集。最小割集：导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合。 2)最小割集的求法布尔代数化简法
b.当最小割集的基本事件数不等时，基本事件少的割集中的事件比基本事件多的割集中的基本事件的重要度大。
c.在基本事件少的最小割集中，出现次数少的事件与基本事件多的最小割集中出现次数多的相比较，一般前者大于后者。
36
B.简易算法给每一个最小割集都赋于1，而最小割集中每个
基本事件都得相同的一份，然后每个基本事件积累其得分，按其得分多少，排出结构重要度的顺序。例：某事故树最小割集：K1={x5,x6,x7,x8}; K2={x3,x4}; K3={x1}; K4={x2},试确定各基本事件的结构重要度。
②表示顶上事件的原因组合：掌握了最小割集，对于掌握事故发生规律、调查事故发生的原因有很大帮助。
27
1）最小割集在事故树分析中的作用
③为降低系统啊危险性提出控制方向和预防措施：每个最小割集代表了一种事故模式。由最小割集可直观地判断哪种事故模式最危险、哪种次之、哪种可以忽略、以及如何采取措施使发生的概率下降。为了降低系统的危险性，对含基本事件少的足以小割集应优先考虑采取安全措施。
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2）最小径集在事故树分析中的应用
③利用最小径集同样可以判定事故树中基本事件的机构重要度和计算顶上事件发生的概率。
30
（四）事故树定量分析
1、计算顶上事件发生概率 1）逐级向上推算法当各基本事件均是独立事件时，凡是与门连接的地方，可用几个独立事件逻辑积的概率计算公式：

基于故障树的故障诊断.

基于故障树的智能故障诊断方法．故障树理论基础故障树分析法(fault tree analysis, FTA)是分析系统可靠性和安全性的一种重要方法，现己广泛应用于故障诊断。

基于故障的层次特性，其故障成因和后果的关系往往具有很多层次并形成一连串的因果链, 就构成故障树。

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。

它反映了特征向量与故障向量 (故障原因 )之间的全部逻辑关系。

故障树法对故障源的搜寻直观简单,它是建立在正确故障树结构的基础上的。

因此建造正确合理的故障树是诊断的核心与关键。

但在实际诊断中这一条件并非都能得到满足,一旦故障树建立不全面或不正确, 则此诊断方法将失去作用。

二．基于故障树的故障诊断方法故障树分析法(Fault Tree Analysis , FTA)又叫因果树分析法.它是目前国际上公认的一种简单、有效的可靠性分析和故障诊断方法, 是指导系统最优化设计、薄弱环节分析和运行维修的有力工具。

故障树分析法首先要在一定环境与工作条件下, 找到一个系统最不希望发生的事件,通常以人们所关心的影响人员、装备使用安全和任务完成的系统故障为分析目标,再按照系统的组成、结构及功能关系,由上而下,逐层分析导致该系统故障发生的所有直接原因,并用一个逻辑门的形式将这些故障和相应的原因事件连接起来, 建立分析系统的故障树模型, 从而, 形象地表达出系统各功能单元故障和系统故障之间的内在逻辑因果关系。

这种方法既能分析硬件本身的故障影响,又能分析人为因素、环境以及软件的影响．不仅能对故障产生的原因进行定性分析,找出导致系统故障的原因和原因组合, 确定最小割集和最小路集, 出系统的薄弱环节及所有可能失效模式, 还能进行相关评价指标的定量计算。

故障树分析全面 ppt课件

一、概述
精益智造平台
如某电机工作原理图
电路开关合上后马达不转
开关
电源
电机 (马达)
马达故障
由图可知：故障树主要由事件和逻辑门构成，图中的事件用来描述系统或元部件的故障状态，逻辑门把事件联系起来，表示事件之间的逻辑因果关系
开关合上后无电源
电源故障
线路故障
一、概述
精益智造平台
FTA的特点：
5) 用直接事件代替间接事件
使事件具有明确的定义且便于进一步向下发展
6) 重视共因事件
共同的故障原因会引起不同的部件故障甚至不同的系统故障
共因事件对系统故障发生概率影响很大，故建树时必须妥善处理共因事件
若某个故障事件是共因事件，则对故障树的不同分支中出现该事件必须使用同一事件符号
3. 故障树的规范化
1. 故障树的建造
精益智造平台
常用的建树方法为演绎法，从顶事件开始，由上而下，逐级进行分析，即
1）分析顶事件发生的直接原因，将顶事件作为逻辑门的输出事件，将所有引起顶事件发生的直接原因作为输入事件，根据它们之间的逻辑关系用适当的逻辑门连接起来
2）对每一个中间事件用同样方法，逐级向下分析，直到所有的输入事件都不需要继续分析为止（此时故障机理或概率分布都是已知的）
一、概述
精益智造平台
故障树分析方法在系统可靠性分析、安全性分析和风险评价中具有重要作用和地位。既可用于定性分析又可定量分析。
在故障树分析中，对于所研究系统的各类故障状态或不正常工作情况统称为故障事件。与故障事件对应的是成功事件。两者均称为事件。
故障树是一种为研究系统某功能故障而建立的一种倒树状的逻辑因果关系图
wwwherozucom精益智造平台确定设计上的薄弱环节找出问题所在6采取措施提高产品的可靠性和安全性wwwherozucom精益智造平台三常用事件及其符号wwwherozucom精益智造平台wwwherozucom精益智造平台三常用事件及其符号wwwherozucom精益智造平台11四常用逻辑门及其符号b1bnb1bnwwwherozucom精益智造平台12四常用逻辑门及其符号b1bnb1b2b1b2b1bibnwwwherozucom精益智造平台13四常用逻辑门及其符号禁门打开条件顺序条件wwwherozucom精益智造平台14高空坠落死亡脚手架上坠落安全带不起作用不慎坠落身体重心超出脚手架x7高度和地面的状态x8机械破坏没使用安全带支撑破坏x1安全带破x2条件禁因走动而取下x3忘记戴用x4在脚手架上滑x5身体失去平衡x6工人坠落死亡工作高度超过xx米下方无阻挡门工人坠落安全带设施不起作用工人失足坠落身体重心在船台外工作面打滑工人身体失去平衡安全带设施不起作用安全带设施的缺陷未使用安全带安全带支撑物坏安全带坏为移动工作地点而卸除工人疏忽未用飞机因发动机故障不能飞行23发动机a故障发动机c故障x3x6发动机b故障x1x4x2x5事件符号x7x12事件符号x13x18wwwherozucom精益智造平台16五fta的主要内容某型飞机主起收放系统ftawwwherozucom精益智造平台故障树的建造建树工作要求建树者对亍系统及其组成部分有充分的了解应由设计人员使用维修人员可靠性安全性工程技术人员共同研究完成

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(FTA)方法详细讲解

精选2021版课件
7
故障树常用事件符号
符号
底事件
说明
元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事件。
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，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。
（2）由成功树可知x1,x2同在一个最小径集中；x3,x4,x5,x8,x9同在一个最小径集中；x6,x7,x10,x11,x12,x13,x14,x15,x16,x17,x18,x19,x20同在一个最小径集中。故
I(6) = I(7) = I(10) = I(11) = I(12) = I(13) = I(14) = I(15) = I(16) = I(17) = I(18) = I(19) = I(20)
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。
精选2021版课件
6
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；
发电机 II 故障
精选2021版课件
10
故障树常用逻辑门符号
符号
说明
禁门：
A
禁门打开条件
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；
打开条件写入椭圆框内。
B
顺序与门：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。

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根据该船的内部结构及功能关系以及故障诊断的流程，建立如图2所示的故障树模型。
现求得系统的共有14个，分别为：{主配电板故障}，{电力分电箱故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，80 A整流器故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，充放电板故障)， {应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，手摇泵故障，燃油泵故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，滑油泵故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，海水泵故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，淡水泵故障}， {应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，热交换器故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，膨胀水箱故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，辅机蓄电池组故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，柴油机故障}， {应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，发电机故障}，{应急电源蓄电池组故障，电源开关故障，变压器故障}。
从概率上说，要最快确定系统故障原因，可通过求解各功能单元的关键重要度或者平均故障检测时间加以排序来实现．
关键重要度：单元的失效概率变化率所引起的系统失效概率的变化率，其定义表达式为：
I
cr
(t)

lim
Qi (t)0
g(t) Qi (t) g(t) Qi (t) Qi (t) g(t) Qi (t) g(t)
X6}完全与上例用行列法得到的结果一致。
3.布尔代数化简法
这种方法的理论依据是：上述结构法完全和布尔代数化简事故树法相似，所不同的只是“∪” 与“+”的问题。
总的来说，三种求法都可应用，而以第三种算法最为简单，较为普遍采用。
三、基于故障树的电力系统失电故障诊断
故障树分析法基本步骤：
1.熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置图。 2.调查事故：收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能发生的事故。 3.确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。 4.确定目标值：根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率(频率)，以此作为要控制的事故目标值。
5.调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。
6.画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。
7.分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。
故障诊断流程
设某船在工作100小时后突然发生电力系统失电故障，现要在最短时间内排除故障，试确定故障诊断程序．
故障树分析法最小割集的求法基于故障树的电力系统失电故障诊断
一、故障树分析法
故障树故障树也称为事故树，是一种描述事故因
果关系的有方向的“树”，是安全系统的重要分析方法之一，它能对各种系统的危险性进行识别评价，既适用于定性分析，又能进行定量分析。
故障树分析法
故障树分析法（FTA）又叫因果树分法．它是目前国际上公认的一种简单、有效的可靠性分析和故障诊断方法，是指导系统最优化设计、薄弱环节分析和运行维修的有力工具。
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·B1·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，
式中：为g(t)顶事件的发生概率，即系统的不可
靠度；为Qi(t)单元的失效概率，则
为当且仅当单 g(t) Qi (t)
元失效时系统失效的概率；
为单元触发系统 g(t)Qi (t) Qi (t)
失效的概率，其值越大，说明由单元触发系统失
效的可能性就越大。因而，一旦系统发生了故障，
应首先考虑是由关键重要度最大的单元触发了这
而故障判明效时比：关键重要度与平均故障检测时间的比值
Ricr (t) Iicr (t) MTTDi
按从大到小的顺序来确定故障诊断先后次序以最小的时间代价换取最佳诊断效果所以这是
最优的方案。
如果同一时间内系统仅有单个故障发生时，采用以上方法进行故障诊断即可。若某一时间系统同时发生多重故障时，则需将多重故障当作一个整体来处理。方法是把多重故障事件作为一棵新故障树的顶事件，将所包含的各单故障的故障树作为子树，并联到这个顶事件下方，建立一个新的故障树模型，并对其采取与单故障相同的方法处理即可。
故障树分析法首先要在一定环境与工作条件下，找到一个系统最不希望发生的事件，通常以人们所关心的影响人员、装备使用安全和任务完成的系统故障为分析目标，再按照系统的组成、结构及功能关系，由上而下，逐层分析导致该系统故障发生的所有直接原因，并用一个逻辑门的形式将这些故障和相应的原因事件连接起来，建立分析系统的故障树模型，从而，形象地表达出系统各功能单元故障和系统故障之间的内在逻辑因果关系。
次故障，对该单元作快速修复或更换，就可使系
统恢复正常工作．
平均故障检测时间MTTD：
k
k
MTTDi ijMTTDij
ij
j 1
j 1
从单位故障检测时间诊断效果看，此时若依照关键重要度排序的顺序表，首先检查关键重要度略大的单元，平均单位检测时间内确定故障的概率就会较低，单位时间花费诊断效果就差．因而，当单元相差较大时，仍用关键重要度确定故障排除的先后顺序是不合适的．
结均为“与门”，所以成行排列：
以此类推：即：
SUCCESS
THANK YOU
•
下面对这四组集合用布尔代数化简，即根据A·A＝A，则X1·X1＝X1，X4·X4＝X4，
又X1·根X据2，A＋即A·B＝A，则X1·X2＋X1·X2·X3＝
得到三个最小割集{X1，X2}，{ X4，X5}，{ X4，X6}。
事实上，当多重故障同时发生时，需要首先考虑是由共同诱因导致的，即反映在故障树模型中是由共同最小割集引的。
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