故障树分析:FTA可靠性分析与FMEA的区别是什么?

发布日期:2024-05-29 15:54:35   浏览量 :56
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FTA的概念及来源

故障树分析(Fault Tree Analysis,FTA)是通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素等进行分析,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)其发生概率的一种分析技术。

1961年,故障树分析(FTA)由美国贝尔实验室的H.A.Watson提出,用于评估美国洲际弹道导弹发射控制系统的可靠性。现广泛应用于航空、航天、汽车、化工、核工业、软件业等与系统安全及可靠性工程相关的行业领域。

2000年,航天科技集团开始在卫星型号研制工作中全面推行FTA工作,要求:采用以定性分析为主的故障树分析(FTA)技术,开展对系统、分系统的致命或关键性故障可能原因的深入分析。


FTA的目的和特点

故障树分析(FTA)适用于产品的研制、生产、使用阶段,在产品设计阶段,故障树分析可帮助判明潜在的系统故障模式和灾难性危险因素,发现可靠性与安全性薄弱环节,以便改进设计。在生产、使用阶段,故障树分析可以帮助故障诊断,改进使用维修方案。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。还可通过对故障树进行定性定量分析,计算故障发生概率。

故障树分析(FTA)是产品(系统)可靠性和安全性分析的工具之一,采用自上而下的图形演绎方法,具有较大的灵活性。各种故障事件可包括硬件故障、软件故障、人的失误、环境影响等各种故障因素,以及可导致人员伤亡、职业病、设备损坏或财产损失、环境严重污染等事故的各种危险因素。


FTA的基本程序

1、熟悉产品:通过绘制产品功能框图、FMEA等方法对分析对象进行详细了解。熟悉分析对象的设计原理、功能、主要故障模式,掌握产品内部的接口关系和外部的接口关系。

2、可靠性建模:按照要求建立可靠性模型,分析产品的主要组成及层次,确定串并联模型,为故障树逐层分解提供输入。

3、确定故障判据:各级产品进行故障树分析时,要确定故障判据,即各级产品失效的具体描述。

4、确定顶事件:故障树分析顶事件可以由本产品设计师根据FMEA分析结果,由主要失效模式确定,也可以由上一级主管设计师根据产品在系统中的主要功能和重点关心的失效模式确定。在进行产品故障分析时也可以直接指定顶事件。

5、建造故障树分析顶事件及发生的原因,分析和分解每一个输入事件,逐级向下分解直到底事件,寻找原因避免故障模式的遗漏。

6、故障树规范、简化:将建造好的故障树变为规范化故障树,对特殊事件进行处理,对特殊逻辑门进行逻辑等效变换,并进行简化和模块分解,从而提高故障树分析的效率。

7、故障树结果分析:求出最小割集,进行定性分析。在掌握了足够数据的情况下,可进行定量分析。定量分析包括顶事件发生概率计算和底事件重要度计算。

图1  FTA基本程序


FTA和FMEA的区别

1、按层次的分析方向

FTA自结果,不希望发生的顶事件(上级事件)向原因方面(下级事件)做树形分析,自上而下,逆向。

FMEA自原因,单一故障模式方面向结果,上级系统的故障方面分析,自下而上,顺向。


2、方法

FTA由顶事件经过中间事件至最下级的基本事件用逻辑符号联结,形成树形图,再计算不可靠度。

FMEA填写故障模式对装置、系统的影响,对故障模式评价,说明改进措施,并将致命故障模式列表。


3、定性与定量分析的功能

FTA:将树形图简化,求最小割集并计算顶事件发生概率。

FMEA:归纳性的定性方法,不需要计算。


4、特点

(1)FTA优点:

不仅可以分析部件错误,软件错误,环境应力等引起的故障,及进行多重故障分析,也可以从逻辑上明确故障的发生过程,定量计算顶事件发生的概率。

FTA缺点:

需要熟悉布尔代数和最小割集等专业知识。

(2)FMEA优点:

利用表格,简单列举系统各零部件的所有故障模式,即可找出系统可能发生的故障。

FMEA缺点:

输入的是单一故障模式,因而是孤立的分析。对于含大量部件,具有多重功能的复杂系统,以及受环境影响大的系统,在应用上有困难。


注意事项

1、完整性和准确性:在进行故障树分析之前,确保收集到的关于系统的数据和信息是完整和准确的。不完整或有误的数据可能导致分析结果的失真。

2、清晰定义顶事件:确定清晰的顶事件(系统故障)是故障树分析的基础。顶事件应该明确定义且具体,以便正确地构建故障树。

3、合理选择事件间逻辑关系:在构建故障树时,合理选择事件之间的逻辑关系,如AND门和OR门。确保所选择的逻辑关系符合实际情况,并能够准确地描述故障发生的条件。

4、使用可靠的概率数据:故障树分析中,需要使用事件发生的概率数据。确保使用的概率数据来源可靠、准确,并与要分析的系统相匹配。

5、考虑组合事件:在构建故障树时,应考虑到可能的组合事件。即多个基础事件同时发生导致顶事件发生的情况,以确保分析结果全面准确。

6、持续更新和改进:系统是动态变化的,因此故障树分析也应该是一个持续更新和改进的过程。随着新的数据和信息的不断积累,及时更新和改进故障树,以保持其有效性和准确性。

故障树分析(FTA)是产品(系统)可靠性和安全性分析的重要手段,和其他质量工具一样,理论上没有太多难点,关键之处还在对产品的熟悉和工具的使用,只有真正的把故障树分析作为工具用在实际工作中,才能发现其价值所在。


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