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故障树解析中常用符号www.649net

符号名称

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。www.649net 1
图1 故障树的事件符号 事件符号如图1所示包括: 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。
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。
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。
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。www.649net 2故障树解析中常用符号www.649net。
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。www.649net 3
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。www.649net 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。

The Design of Maintaining Scheme for Avionics Based onFault Tree
Analysis
◎何晓薇/中国民航飞行学院提出了一种基于故障树分析法的航空电子设备维护方案,给出了具体的建树方法和建树步骤,介绍了具体的定性分析办法。航空电子设备由于自身情况、载机条件、环境条件和使用维护等原因总是会出故障的。利用故障树分析法(Fault
tree
analysis,FTA)对所维护的电子设备进行定性分析,找出设备的各种故障模式,对指导故障诊断,增加维修保养的针对性,缩短排故时间具有重要的意义。故障树分析法将要分析的设备故障事件作为第一级;将导致该事件发生的直接原因(包括硬件故障、环境因素、人为差错等)并列作为第二级,并用适当事件符号表示,然后用适当的逻辑门把它们与设备故障事件连接起来;再将第二级各故障事件发生的原因分别并列在第二级故障事件下面作为第三级,如此展开,直到把最基本的原因都分析出来,把不能再分解的基本事件称作底事件,这样的一张逻辑图称为故障树。故障树分析法就是根据故障树来分析设备发生故障的各种途径和可靠性特征量的方法。基于FTA的航空电子设备维护方案其总体方案是:分析设备的设计说明、原理结构和维修规程等技术资料,选择合适的顶事件,通过演绎法或计算机辅助建树合成法建立故障树并进行简化,对所建立的故障树进行分析,找出引发顶事件发生的所有故障模式,将分析结果用来进行故障诊断,确定维修次序。1.
建造故障树建造故障树是故障树分析中的第一步,也是关键的一步。它是通过综合与分析系统故障现象和导致系统故障因素之间的逻辑过程而建立的。建造故障树时,通常使用事件符号和逻辑门符号。事件符号包括矩形符号、圆形符号、菱形符号和三角形符号。矩形符号用来表示设备故障的顶事件和中间事件,在矩形内注明故障事件定义。圆形符号用来表示底事件,代表设备部件的故障模式,如硬件故障、软件故障、人及环境的影响。通常用实线圆表示部件本身故障,虚线圆表示人为差错导致的故障。菱形符号用来表示可以忽略的小概率事件或不展开事件,其输入无须进一步分析或无法分析的事件。三角形符号表示故障事件的转移。逻辑门符号包括逻辑”与门”、逻辑”或门”、逻辑”禁门”和逻辑”异或门”。在逻辑”与门”中,设Ii为门的输入事件,O为门的输出事件。当Ii同时发生时,O必然发生,这种逻辑关系称为事件交。其逻辑代数表达式为
O=I1∩I2∩I3∩…∩In
。在逻辑”或门”中设Ii为门的输入事件,O为门的输出事件。当输入事件Ii中至少有一个发生时,输出事件O发生。这种逻辑关系称为事件并。其逻辑代数表达式为
O=I1∪I2∪I3∪…∪In。在逻辑”禁门”中,当条件满足时,输入存在即有输出;当条件不满足时,即使输入存在也无输出。在逻辑”异或门”中,当输入事件I1、I2中任何一个发生都会引起输出事件O发生,但I1、I2不能同时发生。其逻辑代数表达式为。建造故障树的具体步骤为:根据过去的故障以及安全方面的统计资料,确定系统正常工作所不希望的全部事件。根据某些共同关系,把这些事件分离为互不相容的组。在每一组中建立包含组内全部事件的一个事件,这个事件将形成顶事件。若设备有许多顶事件,从将要预防的事件中,挑选一个顶事件写在顶部矩形框内作为第一级;将引起顶事件的全部直接原因事件(含硬件故障、软件故障、人为因素、环境因素等)置于相应原因事件符号中作为第二级,并根据它们的逻辑关系用逻辑门连接顶事件和这些直接原因事件。如此逐级向下发展,直到最低一级原因事件都是不能再分的基本故障的底事件为止,这样便建造出一棵以给定顶事件为”根”,中间事件为”枝”,底事件为”叶”的倒置n
级故障树。去掉逻辑多余事件,用简单的逻辑关系表示。常用的简化方法有”修剪法”和”模块法”。”修剪法”就是用目测或布尔代数运算吸收去掉逻辑多余事件。”模块法”
是将故障树中的底事件化成若干个底事件的集合,每个集合都是互斥的,即其包含的底事件在其他集合中没有重复出现。2.
故障树分析故障树分析包括定性分析和定量分析。定性分析的目的在于寻找导致顶事件发生的原因及原因组合,识别导致顶事件发生的所有故障模式。定量分析的目的是估算顶事件发生的概率。割集是故障树中一些底事件的集合。当这些底事件同时发生时,顶事件必然发生。最小割集是指只要割集中的底事件都发生,就能使顶事件发生的割集。最小割集代表设备的一种故障模式。可采用下行法或上行法求最小割集。下行法是根据故障树的实际结构,从顶事件开始,顺次将逻辑门的输出事件转换为输入事件。遇到与门就将其输入事件排在同一行(取输入事件的交,即布尔积),遇到或门就将其输入事件各自排一行(取输入事件的并,即布尔和),如此直到全部换成底事件为止,这样得到的割集再通过两两比较,去掉那些非最小割集,剩下的即为故障树的全部最小割集。上行法是根据故障树的实际结构,从底事件开始,自下而上逐步进行事件集合运算。将与门输出事件表示为输入事件的交,将或门输出事件表示为输入事件的并,这样向上层层代入,在逐步代入过程中或最后,按布尔代数吸收律和等幂律来化简,将顶事件表示成底事件若干积项之和的最简式。其中每一积项对应于故障树的一个最小割集,全部积项即是故障树的所有最小割集。在求得全部最小割集后,如果有足够的数据,对故障树中各个底事件发生的概率作出推断,并进一步作定量分析。如果数据不足,按以下原则进行定性比较:首先,根据每个底事件最小割集所含底事件数目排序,在各个底事件发生概率比较小,差别相对不大的条件下:①级数越小的最小割集越重要。②在低级最小割集中出现的底事件比高级最小割集中的底事件重要。③在同一最小割集级数的条件下,在不同最小割集中重复出现次数越多的底事件越重要。将定性比较的结果用来进行故障诊断,确定维修次序,提示改进方向。结论故障树分析法FTA是一种图形演绎方法,是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。利用它对航空电子设备故障状态作深入的分析,便于维护人员弄清设备的内在联系,弄清航空电子设备内零件、部件、分机的故障关系,弄清外部因素与航空电子设备间的故障关系,增加维修保养的针对性,缩短排故时间。

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