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设备故障分析方法—故障树分析法1.故障树分析法的产生与特点从系统的角度来说，故障既有因设备中具体部件（硬件）的缺陷和性能恶化所引起的，也有因软件，如自控装置中的程序错误等引起的。
此外，还有因为操作人员操作不当或不经心而引起的损坏故障。
20世纪60年代初，随着载人宇航飞行，洲际导弹的发射，以及原子能、核电站的应用等尖端和军事科学技术的发展，都需要对一些极为复杂的系统，做出有效的可靠性与安全性评价；故障树分析法就是在这种情况下产生的。
故障树分析法简称FTA (Failute Tree Analysis)，是1961年为可靠性及安全情况，由美国贝尔电话研究室的华特先生首先提出的。
其后，在航空和航天的设计、维修，原子反应堆、大型设备以及大型电子计算机系统中得到了广泛的应用。
目前，故障树分析法虽还处在不断完善的发展阶段，但其应用范围正在不断扩大，是一种很有前途的故障分析法。
总的说来，故障树分析法具有以下一些特点。
它是一种从系统到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。
它从系统开始，通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开成树状的分枝图，来分析故障事件（又称顶端事件）发生的概率。
同时也可以用来分析零件、部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括人为因素和环境条件等在内。
它对系统故障不但可以做定性的而且还可以做定量的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况。
因为故障树分析法使用的是一个逻辑图，因此，不论是设计人员或是使用和维修人员都容易掌握和运用，并且由它可派生出其他专门用途的“树”。
例如，可以绘制出专用于研究维修问题的维修树，用于研究经济效益及方案比较的决策树等。
由于故障树是一种逻辑门所构成的逻辑图，因此适合于用电子计算机来计算；而且对于复杂系统的故障树的构成和分析，也只有在应用计算机的条件下才能实现。
显然，故障树分析法也存在一些缺点。
其中主要是构造故障树的多余量相当繁重，难度也较大，对分析人员的要求也较高，因而限制了它的推广和普及。
2第五章故障树分析（FTA ）§5-1 FTA 的基本概念第一步去寻找所有引起顶事件的直接原因；一、FTA 的含义FTA ：是一种系统化的演绎方法，它以系统不希望发生的一个事件（顶事件）作为分析的目标。
第二步再分别找上述每个直接原因的所有直接原因，依次进行，直至最基础的直接原因（底事件）。
3用一定符号建树，表达上面的关系，用以找出系统内可能存在的元件失效、环境影响、软件缺陷和人为失误等各种因素（底事件）和系统失效（顶事件）之间的逻辑关系。
从而定量地研究“底事件”对“顶事件”的影响的一种分析方法。
俗称“打破砂锅问到底”的方法。
4二、FTA的特点1. FTA 是一种由上而下（由系统到元件）的系统完整的失效因果关系的分析程序。
旨在不漏过一个基本故障模式。
2. FTA是一种定量分析的手段，它使用树形图来进行分析。
3.因为FTA使用严格的数学公式，故便于编成程序由计算机运算。
三、FTA的优缺点1. FTA的优点：(1) FTA可追溯系统失效的根源到基础元件失效（底事件）的组合关系。
因此，它是一种多因素的分析法，可以分析几种因素同时起作用才能导致的某种后果。
(2) FTA 逻辑推理严谨，数学计算严密，既能定性地判断，又能定量地计算各底事件对顶事件影响程度的大小。
2. FTA的缺点：因为FTA是一种系统化的演绎方法，所以分析过程比较繁琐，计算量很大，需借助于计算机完成。
且在分析过程中若稍有疏忽，有可能漏过某一后果严重的故障模式。
7故障树分析法（FTA ）是1961年提出来的，首先用于分析导弹发射系统，后来推广应用到航天部门、核能及化工等许多领域，虽然其出现已经近四十多年了，但其发展仍方兴未艾。
四、FTA 的发展及主要应用方面本章我们仅介绍用FTA 分析单调关联系统可靠性的方法。
FTA 是分析复杂系统可靠性和安全性的有效方法，它便于分析单调关联系统、非单调关联系统、多状态系统和多状态非单调关联等系统的可靠性和安全性。
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，可以做定性分析，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、有效地应用了FTA，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: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。
这些共同特点使之能够区别于他类事物。
并集:把集合A的元素和集合B的元素合并在一起，这些元素的全体构成的集合叫做A与B的并集，记为A∪Ｂ或A+B。
故障树分析创建时间：2008-08-02故障树分析(fault tree analysis)一种逻辑演绎的分析工具，用描绘事故发生的有向逻辑树，分析事故的现象、原因及结果，从而找出预防事故的措施。
它是一种复杂系统可靠性分析方法。
1961年美国贝尔电话研究所的沃森(watson)在研究民兵式导弹发射控制系统的安全性时首先提出了这种方法。
随后，该研究所的门斯(A.B.Mearns)等人改进了这种方法，成功地预测了导弹发射意外事故。
波音公司进一步发展了故障树分析技术，使之与计算机的运用相结合。
在美国原子能委员会进行的核电站危险性评价中，大量地用故障树分析方法进行概率危险性评价，1974年发表了WASH-1400研究报告，引起世界各国关注，并被迅速推广到各工业部门的安全工作中。
故障树是演绎地表示事故或故障事件发生原因及其逻辑关系的逻辑树图。
故障树的形状象一株倒置的树，其中的事件一般都是故障事件。
事件及事件符号故障树用来表示事件间的因果关系及逻辑关系。
在故障树的每个分支中，上层故障事件是下一层故障事件的结果，下层事件是引起上一层故障事件的原因。
事件间的逻辑关系用逻辑门表示。
因此，把作为结果的上层事件称作逻辑门的输出事件，而把作为原因的下层事件称作输入事件。
位于故障树最上部的事件叫做顶事件，一般为造成严重后果的故障事件或事故，是故障树分析、研究的对象。
位于故障树各分支末端的事件叫做基本事件，它们是造成顶事件发生的最初始的原因。
在系统安全分析中，故障树的基本事件主要是物的故障及人的失误。
位于故障树顶事件与基本事件之间的诸事件被称为中间事件，它们是造成顶事件发生的原因，又是基本事件造成的结果。
故障树的各种事件的内容记在事件符号之内。
常用的事件符号有如下几种。
矩形符号。
表示需要进一步分析的故障事件，如顶事件和中间事件。
圆形符号。
表示作为基本事件的故障事件。
房形符号。
表示作为基本事件的正常事件。
有时，系统元素的正常状态对于上一层故障事件的发生是必不可少的，但是正常事件并非分析研究和采取措施的对象，故用特殊记号区别于其他故障事件。
《FTA故障树分析》
【培训课程大纲】
第一章概述
1、故障树的定义
2、故障树分析
——定性分析
——定量分析
——FTA的目的
——FTA一般步骤
3、故障树分析常用的术语及符号
——底事件
——顶事件
——中间事件
——开关事件
——条件事件
4、故障树分析常用的逻辑门及符号
——与门
——或门
——非门
——表决门
——顺序与门
——异或门
——禁门
——故障树转移符号
第二章建立故障树的方法
1、建立故障树的步骤
——确定故障树分析的范围——确定故障树的顶事件——故障树作图
2、故障树的规范化
3、故障树简化方法-模块化方法
4、故障树简化方法-布尔代数法
第三章故障树的定性分析
1、故障树的结构函数
2、最小割集和最小路集
3、故障树分析的下行法与上行法
4、故障树的对偶树
第四章故障树的定量分析
1、定量分析的目的：
2、概率组成函数穷举法
3、利用最小割集求解
4、概率重要度
5、故障树的对偶树
第五章故障树分析的发展方向——模糊故障树
——动态故障树
——贝叶斯网络与故障树分析——多状态故障树
【课程最后，回顾总结，提问答疑】。
第5章故障树分析5.1 概述设备出现了故障，故障的根源在哪里？故障形成的过程怎样？故障的发生概率如何？设备状态监测时监测部位应如何选择？这些问题的解决都需要我们对设备进行故障分析。
过去设备结构简单，故障分析可以仅靠经验，现代设备技术密集、机型多样，仅靠经验就不够了，所以发展了各种科学的分析方法。
故障树分析法是其中的一种简单、有效的重要方法，简称FTA。
5.1.1 故障树分析法特点与应用故障树：故障树是表示设备故障与它的各个零部件故障之间逻辑关系的图形。
由于这个图像一棵倒长的树，所以叫故障树。
图5-1 简单故障树图5-1是一棵简单故障树，它表明设备故障是由部件Ａ或者是由部件Ｂ的故障引起的，而部件Ａ的故障又是由两个零件中的一个故障引起；部件Ｂ的故障是由另外两个零件同时故障引起。
由于设备故障位于故障树的顶部故称顶事件，零件 1、2、3、4 的故障是造成设备故障的基本事件，位于故障树的底部，故称基本事件（底事件）；部件Ａ、Ｂ的故障位于顶事件与底事件间，故称中间事件。
特点：故障树分析法是对图形进行分析的一种方法。
故障树是一种直观的形象化技术资料，它清晰地显示了造成设备故障的全部可能情况（全部故障模式，设备的故障谱）和故障的发展过程。
但是，故障树分析法用于复杂系统时，即便使用计算机也需要大量的人力、物力和时间；又由于受到统计数据不确定性的影响，定量分析也十分困难，所以这种方法还没有得到广泛的应用。
应用：通过对它的分析可以找出设备的薄弱环节和故障的发生概率，这不仅为查找故障、维修设备提供了线索；为状态监测提供了传感器的配置根据，而且为设备运行提供了可靠性评价；为产品设计提供了减少设备故障，改进设备可靠性的途径。
5.1.2 故障树分析步骤一般分以下几个阶段：(1)确定合理的顶事件（分析对象）和建造故障树条件；(2)建造故障树；(3)建立故障树的结构函数，并进行简化；(4)定性分析，找出设备的故障模式和薄弱环节；(5)定量分析，这个阶段的任务很多，包括计算顶事件的发生概率（设备故障率），底事件（基本事件）的重要度计算等。
故障树分析2篇第一篇：故障树分析故障树分析（FTA）是一种系统工程方法，用于分析系统故障的根本原因。
它基于逻辑与概率的理论，在风险评估和可靠性分析等领域广泛应用。
故障树分析的基本思路是：确定系统故障的最终结果，将其称为顶事件，然后推导出导致该结果的各种可能的原因和途径。
将这些原因和途径用逻辑关系组合成一棵树形结构，即故障树，其中最终导致顶事件发生的事件称为基本事件，其他事件称为中间事件，它们都由几个基本事件和（或）中间事件组合而成。
通过对故障树进行逆向推导，找出导致顶事件发生的基本事件和中间事件，就可以确定故障根本原因，提出修复和改进措施。
故障树分析的优点是可以全面地考虑各种故障原因，发现隐藏的故障机理，指导检测和维护策略的优化和改进。
但也存在一些限制，如分析前需要对系统进行合理划分和归纳，涉及到很多假设和数据不确定性等问题，需要谨慎处理。
总之，故障树分析是一种重要的系统工程方法，可以帮助我们更好地理解和应对各种故障情况，提升系统的可靠性和安全性。
第二篇：故障树分析在航空安全中的应用航空安全是现代民航事业的核心，而故障树分析则是航空安全领域中最常用的分析方法之一。
故障树分析在航空安全中的应用可以追溯到20世纪60年代，随着飞机设计、制造、运营技术的不断发展，它的应用范围也越来越广泛。
故障树分析在航空安全中的主要作用是预防事故和故障发生。
通过分析飞机系统的各种故障状态和潜在原因，找出影响飞行安全的关键因素，并提出相应的措施和建议，以确保飞机在不同的工作条件下都能保持高度可靠性和安全性。
其中，故障树分析在新技术、新材料、新工艺、新设备等方面的应用尤为重要。
除了预防事故和故障，故障树分析还可以提高维护效率和降低成本。
通过对故障树的逆向推导，可以更准确地确定问题的根本原因，从而有针对性地开展维修，避免重复性工作和资源的浪费，同时也提高了修复的质量和效果。
当然，故障树分析也存在一些限制和挑战，如不同组织之间的数据共享和协同难度、数据变化的难度和数据采集问题等。
5故障树分析范文
一、背景介绍
故障树分析是一种被广泛应用的安全威胁衡量方法，故障树分析通过建立安全系统的各种可能的故障序列，分析出功能发挥不符合要求的故障可能性，从而确定出对系统安全性有影响的可能的故障因素和故障类型，从而控制和降低安全风险。
因此，故障树分析在质量和安全管理中发挥着重要的作用。
二、故障树分析的构建
故障树分析是一种系统的安全威胁评估技术，主要用于识别系统中存在的安全威胁，并对其进行评估和管理。
故障树分析主要分为四个步骤：
1、定义系统的安全目标：即对系统的安全目标进行明确，具体包括安全目标的内容和级别。
2、分析故障因素：按照安全目标，对系统的安全隐患等因素进行分析，包括故障因素的类型、影响范围等。
3、建立故障树：根据上述故障因素建立故障树，把所有故障可能性以树形结构展开，这是一种从高级角度进行分析的方法。
4、确定故障可能性和影响程度：利用概率和信息论等方法，对各种故障可能性及其影响程度进行确定，以及求出总故障概率和总影响程度。
三、优势和应用
故障树分析具有以下优势：
（1）能够分析出系统功能和安全性之间的关系。
第五章故障树分析
§5-3 故障树的定性分析
使用故障树是为了对被研究复杂系统产生的故障进行定量分析。
但有时由于：
(1)底事件失效概率不全；
(2)不具备分析软件等原因不能进行定量分析。
因此，也应会用其故障树对系统失效的情况
进行定性分析。
一、故障树定性分析的步骤
1. 枚举出所有的割集
2. 从上述割集中找出全部最小割集
书上介绍上行法和下行法，大家自学我们不讲了，∵有些繁，我们可从故障树中直接找出，如同从可靠性框图中找路集一样。
使用最小割集的定义在全部割集中逐步剔除非最小割集的割集。
4
②所含最小割集的最小阶数相同，该阶数的最小割集的个数越多，系统的失效概率越高。
3. 利用最小割集进行定性比较
(1) 比较相同失效概率元件组成系统的失效概率大小。
①所含最小割集(MCS)的最小阶数（每个最小割集中所含的底事件数目）越小，系统的失效概率越高。
（2）比较底事件的重要性（容易引起系统失效的程度，底事件失效越容易引起系统失效，该底事件越重要，即重要性越大）。
各底事件出现在其中的最小割集的阶数
越小，在全部最小割集中出现的次数越多，该底事件重要性越大。
二、故障树定性分析的示例。
例5-8用例5-2的故障树定性分析。
找出其输电网络中的薄弱环节，提出改进措施。
解：
据题意可知，该题需比较底事件的重要性，并找出重要性最大的环节。
（1）分析图5-3的故障树：图5-4
图5-4 ：图5-3的故障树）找出全部最小割集
8②方法2：用最小割集定义剔除
(1,2,4,5) 中4,5不失效，(1,2) 仍为割集导致系
统失效，故(1,2,4,5) 非最小割集剔除之。
依次同
样比较剔除所有七个割集中非最小割集。
余下的(3,4,5); (2,3); (1,3); (1,2)为最小割集。
(3) 定性比较
从最小割集(3,4,5); (2,3); (1,3); (1,2) 中可
得统计表如表5-6：
10
能否不增加经济耗费，即在保持5条输电线的基础上提高电网的可靠性？
(4) 改进措施
为了加强该输电系统可靠性，应将其改为图5-15所示线路。
图5-15 电网系统
图5-15虽然可靠性高，但是增加一条输电线将带来很大的经济耗费。
11
可以，由于上面分析，
4,5线都只出现一次，重要性最小，因此对上输电网络去掉输电线5，见例5-3输电网络（图5-5），例5-3输电网络的可靠性是否大于例5-8？见下面的分析。
图5-5
比较图5-5和例5-8(图5-3)输出电网络，指出其可靠性高低。
并比较底事件的重要度。
12
解：(2) 求图5-5网络故障树(图5-6）的最小割集：(1) 例5-8已求得最小割集为(3,4,5); (2,3);
(1,3); (1,2)。
图5-6 图5-5的故障树
①据故障树枚
举全部割集为：
(1,2,4);
(1,2,3,6)(3,6,4);
(3,6,1,2)(2,3,6);
(1,3,6); (1,2,6);
(1,2,3)八个。
13②最小割集为：
(1,2,4); (3,6,4); (2,3,6); (1,3,6); (1,2,6);
(1,2,3)六个。
∵例5-8(图5-3) 网络最小割集的最小阶数为
2，图5-5网络最小割集的最小阶数为3，所以例
5-8网络可靠(见表5-7)。
7图5-5和图5-3
图5-3
图5-5
14
在设计输电网络时应按图5-5（即方案2）网络设计。
此时哪条线路重要性最大?
可见1,2,3,6重要度并列最大，4最差。
见表5-8所示。
表5-8 图5-5
15
§5-4 故障树的定量分析
②求出各单元（底事件）的结构重要度、概率重要度和关键重要度。
故障树的定量分析主要有两方面内容：①由输入系统各单元（底事件）的失效概率，求出系统的失效概率；
最后根据关键重要度的大小排序，找出最佳障故诊断和修理顺序，同时也可做为首先改善相对不可靠的单元，依据其进行改进。
18。
45
43
321101,101−−×==×===q q q q q 将
代入上式得：
610008.3)(−×=T P 5
432154321542132132121)1()1()1)(1( )1)(1()1()1()(q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q T P −−+−−+−−+−+−+=
20 n
—将j单元分别加也2n-1个组合中，使之
j
从非割集变成割集的组合总数，其中2n-1个组合
由真值表求得。
如一个系统由4个单元(1,2,3,4)组成，求n2
时所用2n-1 = 24-1= 8个组合。
见表5—9。
表5-9
24
三、故障树定量分析示例
例5-10 某一系统故障树图5-16。
各单元失效概率为: q 1=0.00001, q 2=0.0002, q 3=0.001, q 4=0.01, q 5=0.05, 求各单元的重要度。
解：(1) 由故障树图求出系统的最小割集为：图5-16 系统故障树
(1,2); (1,3);(2,3); (4,5)。
(2) 分别求单元1,2,3,4,5的结构重要度。
对单元1，2n-1=25-1=24=16个组合，见表5-10。
表5-10对图5-16
20 21 2223
31
考虑用式（5-10）求结构重要度的方法比较繁琐，也可用式（5-12）分别求出各单元的结构重要度。
同理可得：
3
pr 10009475.1)2(−×=I 4pr 10
09891.2)3(−×=I 2
pr 10999999.4)4(−×=I 3
pr 10
999997.9)5(−×=I (4) 用式（5-12）求各单元的结构重要度
35
(5) 结论：
各单元的重要度见表5-11。
表5-11
根据关键重要度，判断维修故障的顺序为单
元4 或5→3→2→1。
这与定性分析的
结果是不同的。
36从上例可见，对于复杂的工程问题，进行
故障树的定量分析是十分必要的。
总而言之，使用故障树定量分析，可以根据
单元的失效概率求出系统的失效概率。
同时还可以通过对各单元重要度的定量
计算顺序找出对系统失效影响最大的元件。
因此, 故障树分析不仅可以指导故障诊断，
制订维修方案确定维修次序，而且还可以综合其
他因素，如保证最佳经济效益等，改进系统结
构，致使在各组成单元失效概率不变的情况下，
减少系统的失效概率，从而保证提高系统的可靠
性。
37
(5)指出维修和设备操作上的问题；
使用FMEA 和FTA 对系统可能产生的故障进行分析：
(1)可以在设计阶段预测故障及消除缺陷；(2) 在工艺阶段预测难点及发现主要缺陷和问题；
(4) 查出软件错误和人员差错；(3) 在试验检验阶段指出存在的问题和重点，以提高效率；
(6)进行故障分析和诊断；
(7) 指出加工时成本上的问题并加以改进等。
使用FMEA和FTA，两者各有所长，各有所短。
在工程中使用它们，最好能做到相辅相成，相得益彰。
必要时还可参考使用一些其他方法：如共同原因故障分析（CCFA）,事件树分析(ETA)，事件序列分析(ESA)和原因—后果分析(CCA) 等。
但本书介绍的故障模式、后果和严重度分析(FMECA) 与故障树分析(FTA) 是两种最基本最应掌握的方法。
2
12121212
1 )
()(3
1
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C A B B C B B A B B C A C A B B c A j j x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x X k X +−−+−+====U U C ψ
2.
图5-15图5-5。
