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故障樹分析以系統(tǒng)失效判斷的一個(gè)頂事件為分析目標(biāo)，找出失效的直接原因，自上而下逐層分解，通過中間事件和底事件的邏輯關(guān)系，分析系統(tǒng)失效的原因和概率，從而采取預(yù)防措施和設(shè)計(jì)變更，使新產(chǎn)品的可靠性達(dá)到預(yù)期目的。下圖是故障樹分析的基本流程。

2.故障樹的定性分析

故障樹是反映頂事件和底事件之間邏輯關(guān)系的圖形。要將其用于定性分析，必須使用布爾代數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。大系統(tǒng)的故障樹非常復(fù)雜，對應(yīng)的故障函數(shù)由邏輯和、積、補(bǔ)的多重運(yùn)算組成。用布爾表達(dá)式進(jìn)行運(yùn)算的化簡，以項(xiàng)的乘積最小為運(yùn)算目標(biāo)。

在布爾表達(dá)式中，如果單個(gè)底層事件的組合狀態(tài)發(fā)生，并且只有當(dāng)這些底層事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，才會(huì)發(fā)生頂層事件。該集合是故障分析中的“最小劃分集”。“最小分區(qū)集”越少，對系統(tǒng)故障的影響越大。

在故障樹的簡化分析中，最小路集的概念也很重要。路徑集也是一組系統(tǒng)事件。當(dāng)集合中的底部事件不同時(shí)發(fā)生時(shí)，頂部事件將不會(huì)發(fā)生。如果一個(gè)道路集在底部事件被移除后不再是一個(gè)道路集，那么這個(gè)道路集是最小的道路集。為了保持系統(tǒng)正常工作，所有的路集必須存在。如下圖所示:

什么是故障樹分析(FTA)

故障樹的簡化分析為設(shè)計(jì)人員和分析人員對系統(tǒng)進(jìn)行定性分析提供了有價(jià)值的依據(jù)。即使底事件的概率不清楚，最小劃分集的分析也能清楚地告訴人們哪些部件是系統(tǒng)可靠性的最薄弱環(huán)節(jié)。

3.故障樹的定量分析

根據(jù)底事件的概率，可以在一定的置信度下估計(jì)頂事件的概率，為可靠性設(shè)計(jì)和分析提供定量依據(jù)。一般來說，求解復(fù)雜系統(tǒng)是非常困難的，通常是簡化的。有以下幾種計(jì)算方法:

①統(tǒng)計(jì)獨(dú)立近似計(jì)算法

所有事件都被認(rèn)為是獨(dú)立的，頂事件的概率就是從這個(gè)假設(shè)中計(jì)算出來的。

下圖是一個(gè)系列可靠性模型:

什么是故障樹分析(FTA)

圖中所示為由A和b兩個(gè)部件組成的串聯(lián)可靠性模型，成功的概率為R=AB，系統(tǒng)失效的概率為系統(tǒng)失效的概率。

下圖是并聯(lián)串聯(lián)可靠性模型:

什么是故障樹分析(FTA)

該圖示出了并聯(lián)-串聯(lián)可靠性模型，以說明并聯(lián)可靠性模型在故障樹邏輯圖中的處理方法。對于復(fù)雜系統(tǒng)，從底事件開始，根據(jù)故障樹的邏輯結(jié)構(gòu)，反復(fù)使用上述公式，可以計(jì)算出頂事件的近似值。

②動(dòng)態(tài)計(jì)算法

從底事件開始，計(jì)算每個(gè)最小劃分集和頂事件的故障分布函數(shù)、故障密度函數(shù)和故障率。

假設(shè)每個(gè)底事件在統(tǒng)計(jì)上是獨(dú)立的，同一事件可以出現(xiàn)在故障樹的不同部分，且t=0時(shí)沒有初始故障，用已知函數(shù)λ (t)表示底事件的失效概率，通過計(jì)算機(jī)程序可以計(jì)算出頂事件的失效密度函數(shù)和失效率。