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可靠性工作的核心是與故障做 “斗爭”，預防和發現潛在故障是開展可靠性工作的重中之重。開展可靠性工作有很多方法，包括定性方法、定量方法等。

雖然很多人了解可靠性常用的方法，但可能真的不一定知其 “所以然”，離真正用好可能還有較大差距。今天，本文分享實用的可靠性設計分析方法之一---故障樹（FTA），詳細介紹其定性和定量分析是如何開展的？

Ⅰ 故障樹的基本認識

故障樹：用以表明產品哪些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導致產品發生一種給定故障的邏輯圖。故障樹是一種邏輯因果關系圖，構圖的元素是事件和邏輯門：事件用來描述系統和元、部件故障的狀態；邏輯門把事件聯系起來，表示事件之間的邏輯關系。

故障樹分析（FTA）：通過對可能造成產品故障的硬件、軟件、環境、人為因素進行分析，畫出故障樹，從而確定產品故障原因的各種可能組合方式和(或)其發生概率。

1  目的、特點

（1）目的

幫助判明可能發生的故障模式和原因；

發現可靠性和安全性薄弱環節，采取改進措施，以提高產品可靠性和安全性；

計算故障發生概率；

發生重大故障或事故后，FTA是故障調查的一種有效手段，可以系統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。

（2）特點

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、環境、人素等；

主要用于安全性分析。

2  FTA工作要求

（1）在產品研制早期就應進行FTA，以便早發現問題并進行改進。隨設計工作進展，FTA應不斷補充、修改、完善。

（2）“誰設計，誰分析。”：故障樹應由設計人員在FMEA基礎上建立。可靠性專業人員協助、指導，并由有關人員審查，以保證故障樹邏輯關系的正確性。

（3）應與FMEA工作相結合：應通過FMEA找出影響安全及任務成功的關鍵故障模式（即I、II類嚴酷度的故障模式）作為頂事件，建立故障樹進行多因素分析，找出各種故障模式組合，為改進設計提供依據。

（4）FTA輸出的設計改進措施，必須落實到圖紙和有關技術文件中。

（5）應采用計算機輔助進行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，應采用計算機輔助進行分析，以提高其精度和效率。

3  常用事件、邏輯門符號

（1）常用事件符號

（2）常用邏輯門符號

Ⅱ 故障樹的分析

1、故障樹分析

（1）建樹步驟

廣泛收集并分析系統及其故障的有關資料；

選擇頂事件；

建造故障樹；

簡化故障樹。

（2）分析步驟

建立故障樹；

故障樹定性分析；

故障樹定量分析；

重要度分析；

分析結論：薄弱環節；

確定改進措施。

2、故障樹定性分析

（1）目的

尋找頂事件的原因事件及原因事件的組合（最小割集）；

發現潛在的故障；

發現設計的薄弱環節，以便改進設計；

指導故障診斷，改進使用和維修方案。

（2）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生時，頂事件必然發生；

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。

（3）示例

3、故障樹定量分析

（1）假設

獨立性：底事件之間相互獨立；

兩態性：元、部件和系統只有正常和故障兩種狀態

指數分布：元、部件和系統壽命

（2）故障樹的數學描述

（3）典型邏輯門的概率計算

（4）頂事件發生概率計算

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

Ⅲ 故障樹的簡化

1、故障樹的簡化

2、故障樹的模塊分解