系統(tǒng)可靠性分析方法

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1、??? ?? ??? ??,,??? ??? ???? ?????,,?? ??,,?? ??,,?? ??,,??? ??,,*,可靠性設(shè)計(jì),*,可靠性設(shè)計(jì),——,IV.,系統(tǒng)可靠性分析方法,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),1,本章內(nèi)容,故障模式影響及危害性分析法 （,FMECA,）,,故障樹分析法（,FTA,）,,事件樹分析法（,ETA,）,,1.FMECA,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),3,內(nèi)容提要,概述,,FMECA,的定義、目的和作用,,FMECA,的方法,,FMECA,的步驟,,系統(tǒng)定義,,故障模式影響分析,,危害性分析,,FMECA,結(jié)果,輸出與注意的問題,,應(yīng)用案例,,

2、2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),4,概述,元部件的故障對(duì)系統(tǒng)可造成重大影響,,災(zāi)難性的影響,,挑戰(zhàn)者升空爆炸,——,發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料管墊圈不密封,,致命性的影響,,起落架上位鎖打不開,,以往設(shè)計(jì)師依靠經(jīng)驗(yàn)判斷元部件故障對(duì)系統(tǒng)的影響,,依賴于人的知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn),2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),5,概述,系,統(tǒng)的、全面的和標(biāo)準(zhǔn)化的方法,—— FMECA,,FMECA,的發(fā)展,,設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)造成重大影響的元部件故障,,設(shè)計(jì)更改、可靠性補(bǔ)償,,是可靠性、維修性、保障性和安全性設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ),,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),6,FMECA,的概念,FMECA,的,定義,,故障模式影響及

3、危害性分析,(,Failure Mode ,Effects and Criticality Analysis,,,記為,FMECA,),是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。,,FMECA,是一種自下而上的歸納分析方法；,,FMEA,和,CA,。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),7,FMECA,的概念,FMECA,的,目的,,從,產(chǎn)品設(shè)計(jì),（功能設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)）、,生產(chǎn),（生產(chǎn)可行性分析、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)與使用）和,產(chǎn)品使用角度,發(fā)現(xiàn)各種影響產(chǎn)品可靠性的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，為提高產(chǎn)

4、品的質(zhì)量和可靠性水平提供改進(jìn)依據(jù)。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),8,FMECA,的概念,FMECA,的,作用,,保證有組織地定性找出系統(tǒng)的所有可能的故障模式及其影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施。,,為制定關(guān)鍵項(xiàng)目和單點(diǎn)故障等清單或可靠性控制計(jì)劃提供定性依據(jù)；為制定試驗(yàn)大綱提供定性信息；為確定更換有壽件、元器件清單提供使用,可靠性,設(shè)計(jì)的定性信息；為確定需要重點(diǎn)控制質(zhì)量及工藝的薄弱環(huán)節(jié)清單提供定性信息。,,可及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝中的各種缺陷。,,為可靠性（,R,）、維修性（,M,）、安全性（,S,）、測(cè)試性（,T,）和保障性（,S,）工作,提供一種定性依據(jù)。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),9,FM

5、ECA,方法分類,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),10,,,論證與方案,,階段,工程研制階段,生產(chǎn)階段,使用階段,方法,功能,FMECA,·,硬件,FMECA,,·,軟件,FMECA,,·,損壞模式影響分析,過程,FMECA,統(tǒng)計(jì),FMECA,目的,分析研究,系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的缺陷與薄弱環(huán)節(jié),，為系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的改進(jìn)和方案的權(quán)衡提供依據(jù)。,分析研究,系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)的缺陷與薄弱環(huán)節(jié),，為系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)改進(jìn)和保障性分析提供依據(jù)。,分析研究所設(shè)計(jì)的,生產(chǎn)工藝過程的缺陷和薄弱環(huán)節(jié),及其對(duì)產(chǎn)品的影響，為生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。,分析研究,產(chǎn)品使用過程中實(shí)際發(fā)生的故障、原因及其影響,，為提供產(chǎn)品

6、使用可靠性和進(jìn)行產(chǎn)品的改進(jìn)、改型或新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。,產(chǎn)品壽命周期各階段的,FMECA,方法,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),11,FMECA,的步驟,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),12,①,系統(tǒng)定義,明確分析范圍,,根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜度、重要程度、技術(shù)成熟性、分析工作的進(jìn)度和費(fèi)用約束等，確定系統(tǒng)中進(jìn)行,FMECA,的產(chǎn)品范圍,,產(chǎn)品層次,示例,,約定層次,——,規(guī)定的,FMECA,的產(chǎn)品層次,,初始約定層次,——,系統(tǒng)最頂層,,最低約定層次,——,系統(tǒng)最底層,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),13,系統(tǒng)任務(wù)分析和功能分析,,描述系統(tǒng)的任務(wù)要求及系統(tǒng)在完成各種功能任務(wù)時(shí)所處的環(huán)境條件,,任務(wù)

7、剖面、任務(wù)階段,,分析明確系統(tǒng)中的產(chǎn)品在完成不同的任務(wù)時(shí)所應(yīng)具備的功能、工作方式及工作時(shí)間等,,功能描述,,確定故障判據(jù),,制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)。選擇,FMECA,方法等,,故障判據(jù),,分析方法,①,系統(tǒng)定義,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),14,②,故障模式影響分析,FMEA,FMEA,的工作內(nèi)容,,故障模式分析,,找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能出現(xiàn)的故障模式。,,故障原因分析,,找出每一個(gè)故障模式產(chǎn)生的原因。,,故障影響分析,,找出系統(tǒng)中每一產(chǎn)品的每一個(gè)可能的故障模式所產(chǎn)生的影響，并按這些影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),15,②,故障模式影響分析,FMEA,FM

8、EA,的工作內(nèi)容,,故障檢測(cè)方法分析,,分析每一種故障模式是否存在特定的發(fā)現(xiàn)該故障模式的檢測(cè)方法，從而為系統(tǒng)的故障檢測(cè)與隔離設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,,補(bǔ)償措施分析,,針對(duì)故障影響嚴(yán)重的故障模式，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)和使用補(bǔ)償?shù)拇胧?2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),16,,,,,,,,②,故障模式影響分析,FMEA,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),17,③,危害性分析,(,CA,),目的是按每一故障模式的嚴(yán)重程度及該故障模式發(fā)生的概率所產(chǎn)生的綜合影響對(duì)系統(tǒng)中的產(chǎn)品劃等分類，以便全面評(píng)價(jià)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的產(chǎn)品故障的影響。,CA,是,FMEA,的補(bǔ)充或擴(kuò)展，只有在進(jìn)行,FMEA,的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行,CA,。,,常用

9、方法,,風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（,Risk Priority Number, RPN,）法,,主要用于汽車等民用工業(yè)領(lǐng)域,,危害性矩陣法,,主要用于航空、航天等軍用領(lǐng)域,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),18,③,危害性分析,(,CA,),風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法,,,RPN=OPR×ESR,×DDR,,,OPR,（,Occurrence Probability Ranking,）,——,故障模式發(fā)生概率等級(jí),,ESR,（,Effect Severity Ranking,）,——,影響嚴(yán)酷度等級(jí),,DDR,（,Detection Diffculty Ranking ) ——,檢測(cè)難度等級(jí),,,,上述三項(xiàng)因素通過評(píng)分獲得

10、。因此，首先應(yīng)給出各項(xiàng)因素的評(píng)分準(zhǔn)則。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),19,③,危害性分析,(,CA,),發(fā)生概率等級(jí),OPR,,用于評(píng)定某一特定的故障原因?qū)е碌哪彻收夏Ｊ綄?shí)際發(fā)生的可能性。,等級(jí),故障發(fā)生的可能性,,參考值,1,稀少,故障模式發(fā)生的可能性極低,1/10,6,2,,3,低,故障模式發(fā)生的可能性相對(duì)較低,1/20000,,1/4000,4,,5,,6,中等,故障模式發(fā)生的可能性中等,1/1000,,1/400,,1/80,7,,8,高,故障模式發(fā)生的可能性高,1/40,,1/20,9,,10,非常,,高,故障模式發(fā)生的可能性非常高,1/8,,1/2,2024/9/17,可靠性設(shè)

11、計(jì),20,③,危害性分析,(,CA,),嚴(yán)酷度等級(jí),ESR,,用于評(píng)定所分析的故障模式的最終影響。,等級(jí),故障影響的嚴(yán)重程度,,1,輕微,對(duì)系統(tǒng)的性能不會(huì)產(chǎn)生影響，用戶注意不到的輕微故障,2,3,低,對(duì)系統(tǒng)性能有輕微影響的故障，用戶可能會(huì)注意到并引起輕微抱怨,4,5,6,中等,引起系統(tǒng)性能下降的故障，用戶感覺不舒適和不滿意,7,8,高,中斷操作的重大故障或提供舒適性的子系統(tǒng)不能工作的故障，用戶感到強(qiáng)烈不滿意。但此類故障不會(huì)引起安全性后果也不違反政府法規(guī),9,10,非常高,引起生命、財(cái)產(chǎn)損失的致命故障或不符合政府法規(guī)的故障,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),21,③,危害性分析,(,CA,),檢測(cè)

12、難度等級(jí),DDR,,用于評(píng)定通過企業(yè)內(nèi)部預(yù)定的檢驗(yàn)程序查出引起所分析的故障模式的各種原因的可能性。,等級(jí),檢驗(yàn)程序查出故障的難度,,1,2,非常低,檢驗(yàn)程序可以檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷,3,4,低,檢驗(yàn)程序有較大機(jī)會(huì)檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷,5,6,中等,檢驗(yàn)程序可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷,7,8,高,檢驗(yàn)程序不大可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷,9,非常高,檢驗(yàn)程序不可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷,10,無法檢出,檢驗(yàn)程序絕不可能檢出的潛在設(shè)計(jì)缺陷,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),22,③,危害性分析,(,CA,),,,,,危害性矩陣法,,分類：,定性,和,定量,,CA,表,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),23,③,危害性

13、分析,(,CA,),危害性矩陣圖,,繪制危害性矩陣圖的目的是比較每個(gè)故障模式的危害程度，進(jìn)而為確定改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。危害性矩陣是在某一特定嚴(yán)酷度級(jí)別下，產(chǎn)品各個(gè)故障模式危害程度或產(chǎn)品危害度相對(duì)結(jié)果的比較。,,與,RPN,一樣具有指明風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先順序的作用。,,1,2,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),24,FMECA,結(jié)果,輸出,FMECA,輸出,,單點(diǎn)故障模式清單,,Ⅰ,、,Ⅱ,類故障模式清單,,可靠性關(guān)鍵件、重要件,,不可檢測(cè)故障模式清單,,危害性矩陣圖等,,FMEA/CA,表,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),25,實(shí)施,FMECA,應(yīng)注意的問題,強(qiáng)調(diào),“,誰設(shè)計(jì)、誰分析,”,的原則,

14、,“,誰設(shè)計(jì)、誰分析,”,的原則，也就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員應(yīng)負(fù)責(zé)完成該產(chǎn)品的,FMECA,工作，可靠性專業(yè)人員應(yīng)提供分析必須的技術(shù)支持。,,實(shí)踐表明，,FMECA,工作是設(shè)計(jì)工作的一部分。,“,誰設(shè)計(jì)、誰分析,”,、及時(shí)改進(jìn)是進(jìn)行,FMECA,的宗旨，是確保,FMECA,有效性的基礎(chǔ)，也是國內(nèi)外開展,FMECA,工作經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。如果不由產(chǎn)品設(shè)計(jì)者實(shí)施,FMECA,，必然造成分析與設(shè)計(jì)的分離，也就背離了,FMECA,的初衷。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),26,實(shí)施,FMECA,應(yīng)注意的問題,重視,FMECA,的策劃,,實(shí)施,FMECA,前，應(yīng)對(duì)所需進(jìn)行的,FMECA,活動(dòng)進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃

15、，尤其是對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào),FMECA,的重要性。其必要性體現(xiàn)在以下幾方面：,,結(jié)合產(chǎn)品研制工作，運(yùn)用并行工程的原理，對(duì)所需的,FMECA,進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，將有助于保證,FMECA,分析的目的性、有效性，以確保,FMECA,工作與研制工作同步協(xié)調(diào)，避免事后補(bǔ)做的現(xiàn)象。,,對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)，總體級(jí)的,FMECA,往往需要低層次的分析結(jié)果作為輸入，對(duì)相關(guān)分析活動(dòng)的策劃將有助于確保高層次產(chǎn)品,FMECA,的實(shí)施。,,FMECA,計(jì)劃階段事先規(guī)定的基本前提、假設(shè)、分析方法和數(shù)據(jù)，將有助于在不同產(chǎn)品等級(jí)和承制方之間交流和共享，確保分析結(jié)果的一致性、有效性和可比性。,2024/9/17,可靠性

16、設(shè)計(jì),27,實(shí)施,FMECA,應(yīng)注意的問題,保證,FMECA,的實(shí)時(shí)性、規(guī)范性、有效性,,實(shí)時(shí)性,。,FMECA,工作應(yīng)納入研制工作計(jì)劃、做到目的明確、管理務(wù)實(shí)；,FMECA,工作與設(shè)計(jì)工作應(yīng)同步進(jìn)行，將,FMECA,結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)過程。,,規(guī)范性,。分析工作應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行,FMECA,計(jì)劃、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),/,文件的要求。分析中應(yīng)明確某些關(guān)鍵概念，比如：故障檢測(cè)方法是系統(tǒng)運(yùn)行或維修時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的方法；嚴(yán)酷度是對(duì)故障模式最終影響嚴(yán)重程度的度量，危害度是對(duì)故障模式后果嚴(yán)重程度的發(fā)生可能性的綜合度量，兩者是不同的概念，不能混淆。,,有效性,。對(duì)分析提出的改進(jìn)、補(bǔ)償措施的實(shí)現(xiàn)予以跟蹤和分析，以驗(yàn)證其有效性。

17、這種過程也是積累,FMECA,工程經(jīng)驗(yàn)的過程。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),28,實(shí)施,FMECA,應(yīng)注意的問題,FMECA,的剪裁和評(píng)審,,FMECA,作為常用的分析工具，可為可靠性、安全性、維修性、測(cè)試性和保障性等工作提供信息，不同的應(yīng)用目的可能得到不同的分析結(jié)果。各單位可根據(jù)具體的產(chǎn)品特點(diǎn)和任務(wù)對(duì),FMECA,的分析步驟、內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，剪裁，并在相應(yīng)文件中予以明確。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),29,實(shí)施,FMECA,應(yīng)注意的問題,FMECA,的數(shù)據(jù),,故障模式是,FMECA,的基礎(chǔ)。能否獲得故障模式的相關(guān)信息是決定,FMECA,工作有效性的關(guān)鍵。若進(jìn)行定量分析時(shí)還需故障的具體數(shù)

18、據(jù)，這些數(shù)據(jù)除通過試驗(yàn)獲得外，一般是需要通過相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。有計(jì)劃有目的地注意收集、整理有關(guān)產(chǎn)品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及頻數(shù)比的相關(guān)故障信息庫，這是開展有效的,FMECA,工作的基本保障之一。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),30,實(shí)施,FMECA,應(yīng)注意的問題,FMECA,應(yīng)與其他分析方法相結(jié)合,,FMECA,雖是有效的可靠性分析方法，但并非萬能，它不能代替其他可靠性分析工作。應(yīng)注意,FMECA,一般是靜態(tài)的、單一因素的分析方法。在動(dòng)態(tài)方面還很不完善，若對(duì)系統(tǒng)實(shí)施全面分析還需與其他分析方法（如,FTA,等）相結(jié)合。,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),31,故障

19、模式分析,故障與故障模式,,故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)（對(duì)電子元器件、彈藥、機(jī)械產(chǎn)品也稱失效）。,,故障模式是故障的表現(xiàn)形式,，如短路、開路、起落架撐桿斷裂、作動(dòng)筒間隙不當(dāng)、收放不到位、過度耗損等。,,一般在研究產(chǎn)品的故障時(shí)往往從產(chǎn)品的故障現(xiàn)象入手，進(jìn)而通過現(xiàn)象找出故障原因。,故障模式是,FMECA,分析的基礎(chǔ)，同時(shí)也是進(jìn)行其它故障分析（如故障樹分析、事件樹分析等）的基礎(chǔ)之一,。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),32,故障模式分析,故障判據(jù),,產(chǎn)品的故障與產(chǎn)品所屬系統(tǒng)的規(guī)定功能和規(guī)定條件密切相關(guān)，在對(duì)具體的系統(tǒng)進(jìn)行故障分析時(shí)，必須首先明確系統(tǒng)在規(guī)定的條件下喪失

20、規(guī)定功能的判別準(zhǔn)則，即系統(tǒng)的故障判據(jù)，這樣才能明確產(chǎn)品的某種非正常狀態(tài)是否為該產(chǎn)品的故障模式。,,注意區(qū)分兩類不同性質(zhì)的故障,,功能故障,,指產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)。,,潛在故障,,指產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分,將,不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),33,故障模式分析,注意窮盡可能的故障模式,,一個(gè)產(chǎn)品可能具有多種功能,,起落架：支撐、滑跑、收放等,,每一種功能又可能具有多種故障模式,,支撐：降落時(shí)折起,,滑跑：震動(dòng),,收放：收不起、放不下,,因此，分析人員的,任務(wù)就是找出產(chǎn)品每一種功能的全部可能的故障模式。,,對(duì)于一般具有,多種任務(wù)功能的復(fù)雜系統(tǒng)

21、,，要說明產(chǎn)品的故障模式是在,哪一個(gè)任務(wù)剖面,的,哪一個(gè)任務(wù)階段,的,哪種工作模式,下發(fā)生的。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),34,故障模式分析,系統(tǒng)研制初期分析故障模式的原則,,在系統(tǒng)的壽命周期內(nèi)，分析人員經(jīng)過各種目的,FMECA,即可掌握系統(tǒng)的全部故障模式，但,首先遇到的問題是在系統(tǒng)研制初期如何分析各產(chǎn)品可能的故障模式,。,一般地說，可通過統(tǒng)計(jì)、試驗(yàn)或分析預(yù)測(cè)來解決,，即可遵循如下原則：,,對(duì)系統(tǒng)中直接采用的,現(xiàn)有產(chǎn)品,，可以以該產(chǎn)品在過去的使用中所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，再根據(jù)該產(chǎn)品使用環(huán)境條件的異同進(jìn)行分析修正，得到該產(chǎn)品的故障模式。,,對(duì)系統(tǒng)中的,新產(chǎn)品,，可根據(jù)該產(chǎn)品的功能原理進(jìn)行

22、分析預(yù)測(cè)，得到該產(chǎn)品的故障模式，或以與該產(chǎn)品具有相似功能的產(chǎn)品所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，分析判斷該產(chǎn)品的故障模式。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),35,典型故障模式,GJB1391,《,故障模式影響及危害性分析,》,序號(hào),故障模式,序號(hào),故障模式,序號(hào),故障模式,1,結(jié)構(gòu)故障,(,破損,),12,超出允差,(,下限,),23,滯后運(yùn)行,2,捆結(jié)或卡死,13,意外運(yùn)行,24,錯(cuò)誤輸入,(,過大,),3,振動(dòng),14,間歇性工作,25,錯(cuò)誤輸入,(,過小,),4,不能保持正常位置,15,漂移性工作,26,錯(cuò)誤輸出,(,過大,),5,打不開,16,錯(cuò)誤指示,27,錯(cuò)誤輸出,(,過小,),6,關(guān)不上,1

23、7,流動(dòng)不暢,28,無輸入,7,誤開,18,錯(cuò)誤動(dòng)作,29,無輸出,8,誤關(guān),19,不能關(guān)機(jī),30,(,電的,),短路,9,內(nèi)部漏泄,20,不能開機(jī),31,(,電的,),開路,10,外部漏泄,21,不能切換,32,(,電的,),漏泄,11,超出允差,(,上限,),22,提前運(yùn)行,33,其它,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),36,機(jī)械產(chǎn)品典型故障模式,故障模式可分為以下七大類：,,損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。,,退化型：如老化、腐蝕、磨損等。,,松脫型：松動(dòng)、脫焊等,,失調(diào)型：如間隙不當(dāng)、行程不當(dāng)、壓力不當(dāng)?shù)取?,堵塞或滲漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。,,功能型：如性能不穩(wěn)定、性

24、能下降、功能不正常。,,其他：潤滑不良等。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),37,故障原因分析,分析故障原因一般從兩個(gè)方面著手：,,直接原因：導(dǎo)致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學(xué)或生物變化過程等，直接原因又稱為,故障機(jī)理,。,,間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和人為因素等引起的間接故障原因。,,例如,——,起落架上位鎖打不開,,直接原因：鎖體間隙不當(dāng)、彈簧老化等,,間接原因：鎖支架剛度差,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),38,故障影響分析,故障影響,,指產(chǎn)品的每一個(gè)故障模式對(duì)產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。,,局部影響,:,某產(chǎn)品的故障模式對(duì)該產(chǎn)品自身和與該產(chǎn)品所在

25、約定層次相同的其他產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響。,,高一層次影響,:,某產(chǎn)品的故障模式對(duì)該產(chǎn)品所在約定層次的高一層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響。,,最終影響,:,指系統(tǒng)中某產(chǎn)品的故障模式對(duì)初始約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),39,嚴(yán)酷度類別,定義,,系統(tǒng)中各產(chǎn)品的故障模式產(chǎn)生的最終影響往往是不同的。為了劃分不同故障模式產(chǎn)生的最終影響的嚴(yán)重程度，在進(jìn)行故障模式分析之前，一般需要對(duì)最終影響的后果等級(jí)進(jìn)行預(yù)定義，從而對(duì)系統(tǒng)中各故障模式按其嚴(yán)重程度進(jìn)行分級(jí)。,,在某些系統(tǒng)（一般為武器系統(tǒng)）中，最終影響的嚴(yán)重程度等級(jí)又稱為嚴(yán)酷度類別。,,嚴(yán)酷度：故障模式所產(chǎn)生

26、后果的嚴(yán)重程度。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),40,嚴(yán)酷度類別,武器系統(tǒng)的嚴(yán)酷度類別定義,(,GJB1391,),,嚴(yán)酷度類別,嚴(yán) 重 程 度 定 義,Ⅰ,類,(,災(zāi)難的,),這是一種會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng),(,如飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈及船舶等,),毀壞的故障。,Ⅱ,類,(,致命的,),這種故障會(huì)引起人員的嚴(yán)重傷害、重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。,Ⅲ,類,(,臨界的,),這種故障會(huì)引起人員的輕度傷害，一定的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級(jí)的系統(tǒng)輕度損壞。,Ⅳ,類,(,輕度的,),這是一種不足以導(dǎo)致人員傷害、一定的經(jīng)濟(jì)損失或系統(tǒng)損壞的故障，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃性維護(hù)或修理。,,202

27、4/9/17,可靠性設(shè)計(jì),41,故障檢測(cè)方法,針對(duì)分析找出的每一個(gè)故障模式，分析其故障檢測(cè)方法，以便為系統(tǒng)的維修性、測(cè)試性設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的維修工作提供依據(jù)。,故障檢測(cè)方法一般包括目視檢查、離機(jī)檢測(cè)、原位測(cè)試等手段,：,,自動(dòng)傳感裝置、傳感儀器、音響報(bào)警裝置、顯示報(bào)警裝置等,,故障檢測(cè)一般分為事前檢測(cè)與事后檢測(cè)兩類，對(duì)于潛在故障模式，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)事前檢測(cè)方法。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),42,補(bǔ)償措施分析,是關(guān)系到能否有效地提高產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)。它針對(duì)每個(gè)故障模式的原因、影響，提出可能的補(bǔ)償措施。,,設(shè)計(jì)補(bǔ)償措施,,產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)，能繼續(xù)安全工作的冗余設(shè)備；,,安全或保險(xiǎn)裝置,(,如

28、監(jiān)控及報(bào)警裝置,),；,,可替換的工作方式,(,如備用或輔助設(shè)備,),；,,可以消除或減輕故障影響的設(shè)計(jì)或工藝改進(jìn),(,如概率設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬仿真分析和工藝改進(jìn)等,),。,,操作人員補(bǔ)償措施,,特殊的使用和維護(hù)規(guī)程，盡量避免或預(yù)防故障的發(fā)生；,,一旦出現(xiàn)某故障后操作人員應(yīng)采取的最恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),43,故障概率等級(jí)或數(shù)據(jù)來源,故障概率等級(jí),——,定性分析方法,,A,級(jí),——,經(jīng)常發(fā)生，,>20%,,B,級(jí),——,有時(shí)發(fā)生，,10%< <20%,,C,級(jí),——,偶然發(fā)生，,1%< <10%,,D,級(jí),——,很少發(fā)生，,0.1%< <1%,,E,級(jí),—

29、—,極少發(fā)生，,<0.1%,,數(shù)據(jù)來源,,預(yù)計(jì)值,,分配值,,外場(chǎng)評(píng)估值等,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),44,故障模式頻數(shù)比,氣體控制活門,,故障模式,故障模式頻數(shù)比,,α,產(chǎn)品故障率,,λ,p,模式故障率,,λ,m,不閉合,,不打開,,外部漏氣,34%,,57%,,9%,0.12345,0.04197,,0.07036,,0.01111,總 計(jì),1.0,,0.12345,,故障模式頻數(shù)比,,故障模式頻數(shù)比,α,是產(chǎn)品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考慮某產(chǎn)品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數(shù)比之和將為,1,。,,模式故障率,λ,m,是指產(chǎn)品總故障率,λ,

30、p,與某故障模式頻數(shù)比,α,的乘積。,,例：故障模式頻數(shù)比及模式故障率,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),45,故障影響概率,故障影響概率,β,,是指假定某故障模式已發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致確定的嚴(yán)酷度等級(jí)的最終影響的條件概率。,,某一故障模式可能產(chǎn)生多種最終影響，分析人員不但要分析出這些最終影響還應(yīng)進(jìn)一步指明該故障模式引起的每一種故障影響的百分比，此百分比即為,β,。這多種最終影響的,β,值之和應(yīng)為,1,。,,故障影響概率示例,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),46,[,例,],某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)的,FMECA,系統(tǒng)定義,,,系統(tǒng)組成及功能,,約定層次,,繪制可靠性方框圖,,故障判據(jù),,嚴(yán)酷度類

31、別,,FMECA,表的填寫,,FMECA,表格的選取,,FMECA,表中信息來源,,主要故障模式,,系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度,,,FMECA,報(bào)告,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),47,系統(tǒng)定義,系統(tǒng)組成及功能,,某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)是單梁盒式薄壁結(jié)構(gòu)，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結(jié)構(gòu)。為保證升降舵系統(tǒng)的操作，由負(fù)載、配平性能需要，還裝有配重的調(diào)整片、翼尖配重。,,約定層次,,,初始約定層次為某型軍用教練機(jī),,約定層次圖,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),48,系統(tǒng)定義,,繪制方框圖,,繪制,功能結(jié)構(gòu)方框圖,,繪制,可靠性框圖,,故障判據(jù),,嚴(yán)酷度類別,,2024/9

32、/17,可靠性設(shè)計(jì),49,,升降舵系統(tǒng)約定層次,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),50,,功能結(jié)構(gòu)方框圖,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),51,可靠性框圖,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),52,故障判據(jù),升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，即認(rèn)為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：,,舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確及時(shí)偏轉(zhuǎn)到規(guī)定位置；,,左、右升降舵應(yīng)保持同步偏轉(zhuǎn)；,,飛機(jī)長期穩(wěn)定飛行時(shí)，舵面應(yīng)保持確定的平衡位置；,,舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)無卡滯現(xiàn)象；,,飛行中舵面無強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象；,,調(diào)整片按要求能正常偏轉(zhuǎn)；,,配重?zé)o松動(dòng)現(xiàn)象；,,舵面結(jié)構(gòu)滿足了強(qiáng)度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的損傷。,,,2024/9/17,可靠

33、性設(shè)計(jì),53,嚴(yán)酷度類別,升降舵系統(tǒng)嚴(yán)酷度類別的定義,,嚴(yán)酷度類別,嚴(yán)重程度定義,Ⅰ,類,,（災(zāi)難的）,危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大環(huán)境損壞）,Ⅱ,類,,（致命的）,損傷人員或飛機(jī)損傷（如三等飛行事故及嚴(yán)重環(huán)境損害）,Ⅲ,類,,（臨界的）,人員程輕度傷害或影響任務(wù)完成（如誤飛、中斷或取消飛行、降低飛行品質(zhì)、增加著陸困難、中等程度環(huán)境損害）,Ⅳ,類,,（輕度的）,無影響或影響很小，增加非計(jì)劃性維護(hù)或修理,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),54,FMECA,表格的填寫,FMECA,表格的選取,,根據(jù)本案例的實(shí)際情況，將,FMEA,表、,CA,表合并成一個(gè)表。這使,FMECA,表更簡明

34、、直觀和減少工作量。,,FMECA,表中信息來源,,表中的故障模式、故障原因、故障率等均是在多個(gè)相似飛機(jī)升降舵的調(diào)研和分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其結(jié)果比較真實(shí)可靠。,,主要故障模式,——,歸納該升降舵的故障模式是：,,舵面偏轉(zhuǎn)不到位。其表現(xiàn)為駕駛桿行程加大，操縱不到位。,,舵面偏轉(zhuǎn)困難（偏重），但無卡死現(xiàn)象。,,卡滯。舵面轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，有卡滯現(xiàn)象。,,振動(dòng)。由舵面的振動(dòng)導(dǎo)致駕駛桿抖動(dòng)。,,結(jié)構(gòu)故障。由于長期使用，舵面結(jié)構(gòu)局部損傷，造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度下降，變形加大。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),55,FMECA,表格的填寫,針對(duì)上述故障模式提示了相應(yīng)的改進(jìn)措施，進(jìn)而提高了產(chǎn)品的可靠性、保證了該教練機(jī)飛

35、行一次成功。,,系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度,,據(jù)表結(jié)果，升降舵系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度是：,,CRs(I),＝,6.001×10,-6,；,,CRs(Ⅱ),＝,31.6724×10,-6,；,,CRs(Ⅲ),＝,1.4183×10,-6,；,,CRs(Ⅳ),＝,0.0252×10,-6,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),56,FMECA,表格,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),57,FMECA,報(bào)告,可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品清單,,ⅠⅡ,類故障模式清單,,單點(diǎn)故障模式清單,,不可檢測(cè)故障模式清單,,危害性矩陣圖等,,,2.FTA,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),59,內(nèi)容提要,概述,,故障樹的基本概念,

36、,定義,,目的、特點(diǎn),,FTA,工作要求,,常用事件、邏輯門符號(hào),,故障樹分析,,定性分析,,定量分析,,重要度分析,,故障樹的簡化,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),60,概述,切爾諾貝利核泄露事故、美國的挑戰(zhàn)者號(hào)升空后爆炸和印度的博帕爾化學(xué)物質(zhì)泄露。,,FMECA,：,單因素分析法，只能分析單個(gè)故障模式對(duì)系統(tǒng)的影響。,,FTA,可分析多種故障因素（硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）的組合對(duì)系統(tǒng)的影響。,,FMECA,和,FTA,是工程中最有效的故障分析方法，,FMECA,是,FTA,的基礎(chǔ)。,,各工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用：核工業(yè)、航空、航天、機(jī)械、電子、兵器、船舶、化工等。,,2024/9/17,可靠

37、性設(shè)計(jì),61,泰坦尼克海難,海難后果,船體鋼材不適應(yīng)海水低溫環(huán)境，造成船體裂紋,觀察員、駕駛員失誤，造成船體與冰山相撞,船上的救生設(shè)備不足，使大多數(shù)落水者被凍死,距其僅,20,海里的,California,號(hào)無線電通訊設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，無法收到求救信號(hào)，不能及時(shí)救援,頂事件,邏輯門,中間事件,底事件,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),62,電機(jī)故障樹,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),63,基本概念,故障樹定義,,故障樹指用以表明產(chǎn)品哪些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。,,故障樹是一種邏輯因果關(guān)系圖，構(gòu)圖的元素是,事件,和,邏輯門,,事件,用來描述系統(tǒng)

38、和元、部件故障的狀態(tài),,邏輯門,把事件聯(lián)系起來，表示事件之間的邏輯關(guān)系,,故障樹實(shí)例,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),64,基本概念,故障樹分析（,FTA,）,,通過對(duì)可能造成產(chǎn)品故障的,硬件、軟件、環(huán)境、人為因素,進(jìn)行分析，畫出故障樹，從而確定產(chǎn)品故障原因的各種可能組合方式和,(,或,),其發(fā)生概率。,,定性分析,,定量分析,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),65,基本概念,FTA,目的,,幫助判明可能發(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(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性和安全性；,,計(jì)算故障發(fā)生概率；,,發(fā)生重大故障或事故后，,FTA,是故障調(diào)查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分

39、析事故原因，為故障“歸零”提供支持；,,指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。,,,FTA,特點(diǎn),,是一種自上而下的圖形演繹方法；,,有很大的靈活性；,,綜合性：硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等；,,主要用于安全性分析。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),66,FTA,工作要求,在產(chǎn)品研制早期就應(yīng)進(jìn)行,FTA,，以便早發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)。隨設(shè)計(jì)工作進(jìn)展，,FTA,應(yīng)不斷補(bǔ)充、修改、完善。,,“,誰設(shè)計(jì)，誰分析,”,,故障樹應(yīng)由設(shè)計(jì)人員在,FMEA,基礎(chǔ)上建立?？煽啃詫I(yè)人員協(xié)助、指導(dǎo)，并由有關(guān)人員審查，以保證故障樹邏輯關(guān)系的正確性。,,應(yīng)與,FMEA,工作相結(jié)合,,應(yīng)通過,FMEA,找出影響安全及任務(wù)

40、成功的關(guān)鍵故障模式（即,I,、,II,類嚴(yán)酷度的故障模式）作為頂事件，建立故障樹進(jìn)行多因素分析，找出各種故障模式組合，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),67,FTA,工作要求,FTA,輸出的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，必須落實(shí)到圖紙和有關(guān)技術(shù)文件中,,應(yīng)采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行,FTA,,由于故障樹定性、定量分析工作量十分龐大，因此建立故障樹后，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行分析，以提高其精度和效率。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),68,故障樹常用事件符號(hào),符號(hào),,說明,,,,底事件,,元、部件在設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件下發(fā)生的隨機(jī)故障事件。,,實(shí)線圓,——,硬件故障,,虛線圓,——,人為故障,,,,未探明事件

41、,,表示該事件可能發(fā)生，但是概率較小，勿需再進(jìn)一步分析的故障事件，在故障樹定性、定量分析中一般可以忽略不計(jì)。,,,,頂,,事,,件,人們不希望發(fā)生的顯著影響系統(tǒng)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的故障事件。頂事件可由,FMECA,分析確定。,,,中間事件,故障樹中除底事件及頂事件之外的所有事件。,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),69,故障樹常用事件符號(hào),符號(hào),說明,,開關(guān)事件：已經(jīng)發(fā)生或必將要發(fā)生的特殊事件。,,條件事件：描述邏輯門起作用的具體限制的特殊事件。,,入三角形：位于故障樹的底部，表示樹的,A,部分分支在另外地方。,,出三角形：位于故障樹的頂部，表示樹,A,是在另外部分繪制的一棵故

42、障樹的子樹。,,A,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),70,故障樹常用邏輯門符號(hào),符號(hào),說明,,相同轉(zhuǎn)移符號(hào)（,A,是子樹代號(hào)，用字母數(shù)字表示）：,,左圖表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號(hào)所指的地方去”,,右圖表示“由具有相同字母數(shù)字的符號(hào)處轉(zhuǎn)移到這里來”,,相似轉(zhuǎn)移符號(hào)（,A,同上）：,,左圖表示“下面轉(zhuǎn)到以字母數(shù)字為代號(hào)所指結(jié)構(gòu)相似而事件標(biāo)號(hào)不同的子樹去”，不同事件標(biāo)號(hào)在三角形旁注明,,右圖表示“相似轉(zhuǎn)移符號(hào)所指子樹與此處子樹相似但事件標(biāo)號(hào)不同”,,,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),71,故障樹常用邏輯門符號(hào),符號(hào),說明,與門,B,i,(i=1,2,…,n),為門的輸入事件，,A,為門的輸

43、出事件,,B,i,同時(shí)發(fā)生時(shí)，,A,必然發(fā)生，這種邏輯關(guān)系稱為事件交。,,用邏輯“與門”描述，邏輯表達(dá)式為,,或門,當(dāng)輸入事件中至少有一個(gè)發(fā)生時(shí)，輸出事件,A,發(fā)生，稱為事件并。,,用邏輯“或門”描述，邏輯表達(dá)式為,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),72,故障樹常用邏輯門符號(hào),符號(hào),說明,,表決門：,n,個(gè)輸入中至少有,r,個(gè)發(fā)生，則輸出事件發(fā)生；否則輸出事件不發(fā)生。,,異或門：輸入事件,B1,，,B2,中任何一個(gè)發(fā)生都可引起輸出事件,A,發(fā)生，但,B1,，,B2,不能同時(shí)發(fā)生。相應(yīng)的邏輯代數(shù)表達(dá)式為,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),73,故障樹常用邏輯門符號(hào),符號(hào),說明,,禁止門：,,僅當(dāng)“

44、禁門打開條件”發(fā)生時(shí)，輸入事件,B,發(fā)生才導(dǎo)致輸出事件,A,發(fā)生；,,打開條件寫入橢圓框內(nèi)。,,順序與門：僅當(dāng)輸入事件,B,按規(guī)定的“順序條件”發(fā)生時(shí)，輸出事件,A,才發(fā)生。,,非門：輸出事件,A,是輸入事件,B,的逆事件。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),74,故障樹示例,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),75,故障樹定性分析,目的,,,尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合（最小割集），即識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式集合。,,幫助分析人員發(fā)現(xiàn)潛在的故障，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)。,,指導(dǎo)故障診斷，改進(jìn)使用和維修方案。,,,割集、最小割集概念,,割集：故障樹中一些底事件的集合，

45、當(dāng)這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，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(gè)就不再成為割集了，這樣的割集就是最小割集。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),76,故障樹定性分析,最小割集的意義,,最小割集對(duì)降低復(fù)雜系統(tǒng)潛在事故的風(fēng)險(xiǎn)具有重大意義,,如果能使每個(gè)最小割集中至少有一個(gè)底事件恒不發(fā)生,(,發(fā)生概率極低,),，則頂事件就恒不發(fā)生,(,發(fā)生概率極低,),，設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)潛在事故的發(fā)生概率降至最低。,,消除可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)中的一階最小割集，可消除單點(diǎn)故障,,可靠性關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求不允許有單點(diǎn)故障。方法之一就是設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行故障樹分析，找出一階最小割集，在其所在的層次或更高的層次增加,“,與門

46、,”,，并使,“,與門,”,盡可能接近頂事件。,,最小割集可以指導(dǎo)系統(tǒng)的故障診斷和維修,,如果系統(tǒng)某一故障模式發(fā)生了，則一定是該系統(tǒng)中與其對(duì)應(yīng)的某一個(gè)最小割集中的全部底事件全部發(fā)生了。進(jìn)行維修時(shí)，如果只修復(fù)某個(gè)故障部件，雖然能夠使系統(tǒng)恢復(fù)功能，但其可靠性水平還遠(yuǎn)未恢復(fù)。根據(jù)最小割集的概念，只有修復(fù)同一最小割集中的所有部件故障，才能恢復(fù)系統(tǒng)可靠性、安全性設(shè)計(jì)水平。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),77,故障樹定量分析,,假設(shè),,獨(dú)立性：底事件之間相互獨(dú)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,,故障樹的數(shù)學(xué)描述,,結(jié)構(gòu)函數(shù),,典型邏輯門的結(jié)構(gòu)函數(shù),,結(jié)

47、構(gòu)函數(shù)示例,,單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng),,典型邏輯門的概率計(jì)算,,頂事件發(fā)生概率計(jì)算,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),78,典型邏輯門的結(jié)構(gòu)函數(shù),,序號(hào),名稱,描述,1,與門,,2,或門,,3,n,中取,r,,4,異或門,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),79,結(jié)構(gòu)函數(shù)示例,,3.ETA,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),81,內(nèi)容提要,事件樹分析的基本概念,,事件樹的建造,,事件樹的定量分析,,ETA,與,FTA,的綜合應(yīng)用,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),82,事件樹分析的基本概念,初因事件,——,可能引發(fā)系統(tǒng)安全性后果的系統(tǒng)內(nèi)部的故障或外部的事件。,,后續(xù)事件,——,在初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)

48、生的其他事件，這些事件可能是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中所決定的某些備用設(shè)施或安全保證設(shè)施的啟用，也可能是系統(tǒng)外部正?；蚍钦Ｊ录陌l(fā)生。,,后續(xù)事件一般是按一定順序發(fā)生的。,,后果事件,——,由初因事件和后續(xù)事件的發(fā)生或不發(fā)生所構(gòu)成的不同的結(jié)果。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),83,事件樹的分支,事件樹分析的基本概念,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),84,事件樹分析的基本概念,確定初因事件：確定和分析可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全性后果的初因事件并進(jìn)行分類，對(duì)那些可能導(dǎo)致相同事件樹的初因事件劃分為一類。,,建造事件樹：確定和分析初因事件發(fā)生后，可能相繼發(fā)生的后續(xù)事件，并進(jìn)一步確定這些事件發(fā)生的先后順序，按后續(xù)事件發(fā)生

49、或不發(fā)生（二態(tài)）分析各種可能的結(jié)果，找出后果事件。,,事件樹的建造過程也是對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)再認(rèn)識(shí)過程。,,事件樹的定量分析：對(duì)所建完的事件樹，收集、分析各事件的發(fā)生概率及其相互間的依賴關(guān)系，定量計(jì)算各后果事件的的發(fā)生概率，并進(jìn)一步分析評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),85,事件樹建造,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)部件組成系統(tǒng)的事件樹,,有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹,,考慮人為因素的事件樹,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),86,橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)事件樹,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),87,橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡化事件樹,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),88,有備用或安全裝置的系統(tǒng)事件樹,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),

50、89,化學(xué)反應(yīng)器事件樹,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),90,考慮人為因素的事件樹,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),91,事件樹化簡,當(dāng)某一非正常事件的發(fā)生概率極低時(shí)可以不列入后續(xù)事件中；,,當(dāng)某一后續(xù)事件發(fā)生后，其后的其他事件無論發(fā)生與否均不能減緩該事件鏈的后果時(shí)，該事件鏈即已結(jié)束。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),92,事件樹定量分析,確定初因事件的概率,,確定后續(xù)事件及各后果事件的發(fā)生概率,,評(píng)估各后果事件的風(fēng)險(xiǎn),,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),93,簡化計(jì)算后果事件的概率,P(IS,1,S,2,)=P(I)·P(S,1,)·P(S,2,)≈P(I),,P(IS,1,F,2,)=P(

51、I)·P(S,1,)·P(F,2,)≈P(I)·P(F,2,),,P(IF,1,S,2,)=P(I)·P(F,1,)·P(S,2,)≈P(I)·P(F,1,),,P(IF,1,F,2,)=P(I)·P(F,1,)·P(F,2,),2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),94,橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后果事件概率計(jì)算,若假定系統(tǒng)中的各部件的故障是獨(dú)立的，則可計(jì)算出橋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠度為：,,,P,i,—,是后果事件，為系統(tǒng)成功的事件鏈的發(fā)生概率，,i,=1,2,3,4,5,6,9,10,11,12,13,17,18,19,21,22,。,,各事件鏈的發(fā)生概率可由各部件的可靠度,R,j,和不可靠度,F,j,,(,j=A,

52、B,C,D,E,),求出，即：,,P,1,=R,A,·R,B,·R,C,·R,D,·R,E,,P,2,=R,A,·R,B,·R,C,·R,D,·F,E,,,若各部件的可靠度,R,A,=R,B,=R,C,=R,D,=R,E,=0.99,，則系統(tǒng)的可靠度,R,S,=0.999798,。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),95,精確計(jì)算后果事件的概率,當(dāng)事件樹中的各事件的發(fā)生不是相互獨(dú)立時(shí)，進(jìn)行事件樹中后果事件發(fā)生概率的計(jì)算將更為復(fù)雜，此時(shí)必須考慮各事件發(fā)生的條件概率。仍以圖,1,中的事件樹為例，后果事件,IF,1,F,2,的發(fā)生概率為：,,,P,（,IF,1,F,2,）,=P,（,I,）,·P,（,

53、F,1,/I,）,·P,（,F,2,/F,1,，,I,）,,,,,P,（,F,1,/I,）表示在初因事件,I,發(fā)生的條件下，系統(tǒng),1,失效事件（,F,1,）發(fā)生的概率。而,P,（,F,2,/F,1,，,I,）表示在初因事件,I,發(fā)生、系統(tǒng),1,失效事件（,F,1,）也發(fā)生的條件下，系統(tǒng),2,失效事件（,F,2,）發(fā)生的概率。,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),96,后果事件的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,事件的風(fēng)險(xiǎn)定義為事件的發(fā)生概率與其損失值的乘積：,,,R,=,P,×,C,,,,,R,—,后果事件的風(fēng)險(xiǎn)值,,,P,—,單位時(shí)間內(nèi)后果事件的發(fā)生概率,,,C,—,后果事件的的損失值,,2024/9/17,可靠性設(shè)

54、計(jì),97,法默曲線,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),98,事件樹與故障樹的綜合分析,如果事件樹中的初因事件與后續(xù)事件是系統(tǒng)中的非正常事件（如某部件的故障），則可以這些事件為頂事件建立故障樹，如果事件樹中的初因事件與后續(xù)事件是系統(tǒng)中的正常事件，則可以其為頂事件建立成功樹。,,以事件樹中的后果事件為頂事件，按照一定的邏輯關(guān)系（一般情況下為邏輯與的關(guān)系）將與該后果事件相關(guān)的初因事件和后續(xù)事件連接成故障樹。,,對(duì)事件樹分析中找出的后果事件相同的分支，再以該事件為頂事件按照一定的邏輯關(guān)系（一般情況下為邏輯或的關(guān)系）建造一棵更大的故障樹。,,通過故障樹的定性定量分析求出系統(tǒng)中各類事件的發(fā)生概率。,2024

55、/9/17,可靠性設(shè)計(jì),99,電機(jī)發(fā)熱事件樹,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),100,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),101,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),102,例,1,有一泵和兩個(gè)串聯(lián)閥門組成的物料輸送系統(tǒng)（如本頁圖所示）。物料沿箭頭方向順序經(jīng)過泵,A,、閥門,B,和閥門,C,，泵啟動(dòng)后的物料輸送系統(tǒng)的事件樹如下頁圖所示。設(shè)泵,A,、閥門,B,和閥門,C,的可靠度分別為,0.95,、,0.9,、,0.9,，則系統(tǒng)成功的概率為,0.7695,，系統(tǒng)失敗的概率為,0.2305,。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),103,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),104,例,2,有一泵和兩個(gè)并聯(lián)閥門組成

56、的物料輸送系統(tǒng)，圖中,A,代表泵，閥門,C,是 閥門,B,的備用閥，只有當(dāng)閥門,B,失敗時(shí)，,C,才開始工作。同上例一樣，假設(shè)泵,A,、閥門,B,和閥門,C,的可靠度分別為,0.95,、,0.9,、,0.9,，則按照它的事件樹（下頁圖），可得知這個(gè)系統(tǒng)成功的概率為,0.9405,，系統(tǒng)失敗的概率為,0.0595,。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),105,,,,,,,,從以上兩例可以看出，閥門并聯(lián)物料系統(tǒng)的可靠度比閥門串聯(lián)時(shí)要大得多。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),106,例,3,某工廠的氯磺酸罐發(fā)生爆炸，致使,3,人死亡，用事件樹分析的結(jié)果如下頁圖所示。 該廠有,4,臺(tái)氯磺酸貯罐。因其中兩臺(tái)的緊急切斷閥失靈而準(zhǔn)備檢修，一般按如下程序準(zhǔn)備：,,,將罐內(nèi)的氯磺酸移至其他罐；,,將水徐徐注入，使殘留的漿狀氯磺酸分解；,,氯磺酸全部分解且煙霧消失以后，往罐內(nèi)注水至滿罐為止；,,靜置一段時(shí)間后，將水排出；,,,打開入孔蓋，進(jìn)入罐內(nèi)檢修。,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),107,例,3,可是在這次檢修時(shí)，負(fù)責(zé)人為了爭取時(shí)間，在上述第,3,項(xiàng)任務(wù)未完成的情況下，連水也沒排凈就命令維修工人去開入孔蓋。由于入孔蓋螺栓銹死，兩檢修工用氣割切斷螺栓時(shí)，突然發(fā)生爆炸，負(fù)責(zé)人和兩名檢修工當(dāng)場(chǎng)死亡。,,,,2024/9/17,可靠性設(shè)計(jì),108,