汽車行業(yè)質(zhì)量管理體系標準IATF16949中，針對問題解決和產(chǎn)品設(shè)計防錯推薦了很多工具和方法，其中故障樹分析(FTA)是非常適合企業(yè)應用的工具和方法，不管是分析解決系統(tǒng)性問題，還是為設(shè)計防錯提供方向和思路，都值得大力推廣。
故障樹是一種特殊的倒立樹狀的邏輯因果關(guān)系圖。故障樹分析(Fault Tree Analysis,FTA)是以一個不希望發(fā)生的產(chǎn)品故障事件或災害性危險事件即頂事件作為分析的對象，通過由上向下的嚴格按層次的故障因果邏輯分析，逐層找出故障事件的必要而充分的直接原因，畫出故障樹，最終找出導致頂事件發(fā)生的所有可能原因和原因組合，在有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時可計算出頂事件發(fā)生的概率和底事件重要度。
FTA是系統(tǒng)分析的一種技術(shù)，它從單個的潛在失效模式來識別所有的可能原因，分析系統(tǒng)失誤。FTA考慮的是相互關(guān)聯(lián)的原因以及獨立原因。除了故障樹結(jié)構(gòu)和所有的邏輯關(guān)聯(lián)，通常FTA還包括了失效可能性的識別， 從而可以從零部件的可靠性來計算系統(tǒng)可靠性。
1961年，F(xiàn)TA由美國貝爾電話研究室的華特先生首先提出的。它采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。FTA體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預測性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。
FTA推行的意義：
判明可能發(fā)生的故障模式和原因;
發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，采取改進措施，以提高產(chǎn)品可靠性和安全性;
計算故障發(fā)生概率;
發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持;
指導故障診斷、改進使用和維修方案等。
1、FTA有哪些特點?
1、故障樹分析是一種圖形演繹法。是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。它不局限于對系統(tǒng)作一般的可靠性分析，它可以圍繞一個或一些特定的失效狀態(tài)，作層層追蹤分析。因而，在清晰的故障樹圖形下，表達了系統(tǒng)故障事件的內(nèi)在聯(lián)系，并指出了單元故障與系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系;
2、由于故障樹能把系統(tǒng)故障的各種可能因素聯(lián)系起來，因此，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的故障譜;
3、故障樹可以作為管理人員及維修人員的一個形象的管理、維修指南，因此，用來培訓長期使用大型復雜系統(tǒng)的人員更有意義;
4、通過故障樹可以定量的求出復雜系統(tǒng)的失效概率和其他可靠性特征量，為改進和評估系統(tǒng)的可靠性提供定量數(shù)據(jù);
5、故障樹分析的發(fā)展與電子計算機技術(shù)的發(fā)展緊密相聯(lián)，圖像信息技術(shù) 也已經(jīng)應用在故障樹分析中，因此，編制計算程序是故障樹分析中不可缺少的一部分;
6、故障樹分析的理論基礎(chǔ)，除概率論和數(shù)理統(tǒng)計外，布爾代數(shù)及可靠性數(shù)學中用到的數(shù)學基礎(chǔ)同樣應用于故障村分析的定量分析中;
7、故障樹分析方法不僅應用于解決工程技術(shù)問題，而且開始應用于經(jīng)濟管理的系統(tǒng)工程之中;
8、故障樹分析首先需要建樹，建樹過程復雜，需要經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員、操作及維修人員參加，而且不同的人所建造的故障樹不會完全相同;
9、系統(tǒng)越復雜，建樹越困難，耗時越長;
10、數(shù)據(jù)收集困難。
2、FTA和FMEA的區(qū)別
1、按層次的分析方向：
FTA：自結(jié)果，不希望發(fā)生的頂事件(上級事件)向原因方面(下級事件)做樹形圖分解，自上而下，逆向
FMEA:自原因，單一故障模式(錯誤模式)方面向結(jié)果，上級系統(tǒng)的故障方面分析，自下而上，順向
方法：
FTA：由頂事件經(jīng)過中間事件至最下級的基本事件用邏輯符號聯(lián)結(jié)，形成樹形圖，再計算不可靠度。
FMEA: 填寫故障模式對裝置、系統(tǒng)的影響，對故障模式的評價，改進措施，并將致命項目(模式)列表
2、定性與定量分析的功能：
FTA:將樹形圖簡化，求最小割集并計算頂事件發(fā)生的概率
FMEA：FMEA是定性的，歸納性的方法，不需要計算
特點：
FTA：以不希望發(fā)生的故障為頂事件。
優(yōu)點：可以進行深入的分析。它不僅可以分析部件錯誤，軟件錯誤，控制錯誤，環(huán)境應力等引起的故障，及進行多重故障分析，也可以從邏輯上明確故障的發(fā)生過程定量計算頂事件發(fā)生的概率。
缺點：其不利的一面是需要熟悉布爾代數(shù)和最小割集知識
FMEA:
優(yōu)點是利用表格，簡單列舉系統(tǒng)構(gòu)成零部件的所有故障模式，并假定其發(fā)生，可找出系統(tǒng)可能發(fā)生的故障。
缺點是只輸入硬件的單一故障模式，因而是孤立的分析。對于含大量部件，具有多重功能的工作模式和維修措施的復雜系統(tǒng)，以及環(huán)境影響大的系統(tǒng)，在應用上有困難。
應注意事項：兩者都是可靠性分析方法，需要相輔相成的應用。但這兩者都是重視功能性的靜態(tài)分析方法，在考慮事件序列與外部因素等共同原因方面，即動態(tài)分析不完善。
3、如何做FTA及具體內(nèi)容?
FTA實施主要有以下三個步驟：故障樹的建立，定性分析和定量計算。
第一步：故障樹的建立
故障樹的建立有人工建樹和計算機建樹兩類方法，它們的思路相同，都是首先確定頂事件，建立邊界條件，通過逐級分解得到的原始故障樹，然后將原始故障樹進行簡化，得到最終的故障樹，供后續(xù)的分析計算用。
1、確定頂事件
在故障診斷中，頂事件本身就是診斷對象的系統(tǒng)級(總體的)故障部件。而在系統(tǒng)的可靠性分析中，頂事件有若干的選擇余地，選擇得當可以使系統(tǒng)內(nèi)部許多典型故障(做為中間事件和底事件)合乎邏輯地聯(lián)系起來，便于分析。所選的頂事件應該滿足：
① 要有明確的定義;
② 要能進行分解，使之便于分析頂事件和底事件之間的關(guān)系;
③ 要能度量以便于定量分析。
選擇頂事件，首先要明確系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)的定義;其次要對系統(tǒng)的故障作為初步分析，找出系統(tǒng)組成部分(元件、組件、部件)可能存在的缺陷，設(shè)想可能發(fā)生的各種的人為因素，推出這些底事件導致系統(tǒng)故障發(fā)生的各種可能途徑(因果鏈)，在各種可能的系統(tǒng)故障中選出最不希望發(fā)生的事件作為頂事件。
對于復雜的系統(tǒng)，頂事件不是唯一的，必要時還可以把大型復雜的系統(tǒng)分解為若干個相關(guān)的子系統(tǒng)，以典型中間事件當作故障樹的頂事件進行建樹分析，最后加以綜合，這樣可使任務(wù)簡化并可同時組織多人分工合作參與建樹工作。
2、建立邊界條件
建立邊界條件的目的是為了簡化建樹工作，所謂邊界條件是指：
① 不允許出現(xiàn)的事件;
② 不可能發(fā)生的事件，實際中常把小概率事件當作不可能事件;
③ 必然事件;
④ 某些事件發(fā)生的概率;
⑤ 初始狀態(tài)。當系統(tǒng)中的部件有數(shù)種工作狀態(tài)時，應指明與頂事件發(fā)生有關(guān)的部件的工作狀態(tài)。
建立邊界條件和建樹時應該注意的是:
① 小概率事件不等同于小部件的故障和小故障事件;
② 有的故障發(fā)生概率雖小，但一旦發(fā)生則后果嚴重，為安全起見，這種小概率故障就不能忽略;
③ 故障定義必須明確，避免多義性，以免使故障樹邏輯混亂;
④ 先抓主要矛盾，開始建樹時應先考慮主要的、可能性很大的以及關(guān)鍵性的故障事件，然后再逐步細化分解過程中再考慮次要的、不經(jīng)常發(fā)生的以及后果不嚴重的次要故障事件;
⑤ 強調(diào)嚴密的邏輯性和系統(tǒng)中事件的邏輯關(guān)系，條件必須清楚，不可紊亂和自相矛盾。
3、建樹符號
建樹符號包括故障事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號等，如下圖所示。
第二步：定性分析
(1)定義
定性分析是指研究者運用歷史回顧、文獻分析、訪問、觀察、參與經(jīng)驗等方法獲得教育研究的資料，并用非量化的手段對其進行分析，獲得研究結(jié)論的方法。
(2)目的
尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合(最小割集);發(fā)現(xiàn)潛在的故障;發(fā)現(xiàn)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進設(shè)計;指導故障診斷，改進使用和維修方案。
(3)割集、最小割集
割集：故障樹中一些底事件的集合，當這些底事件同時發(fā)生時，頂事件必然發(fā)生;最小割集：若將割集中所含的底事件任意去掉一個就不再成為割集了，這樣的割集就是最小割集。
第三步：定量計算
(1)定義
定量計算的結(jié)果通常是由大量的數(shù)據(jù)來表示的，研究設(shè)計是為了使研究者通過對這些數(shù)據(jù)的比較和分析作出有效的解釋。
(2)特性
獨立性：底事件之間相互獨立;兩態(tài)性：元、部件和系統(tǒng)只有正常和故障兩種狀態(tài)指數(shù)分布：元、部件和系統(tǒng)壽命
(3)故障樹的數(shù)學描述
(4)典型邏輯門的概率計算
(5)頂事件發(fā)生概率計算
①最小割集之間不相交
②最小割集之間相交
1—全概率法
2—直接化法
3—遞推化法
4—近似算法


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