汽車行業(yè)質量管理體系標準IATF16949中，針對問題解決和產品設計防錯推薦了很多工具和方法，其中故障樹分析(FTA)是非常適合企業(yè)應用的工具和方法，不管是分析解決系統(tǒng)性問題，還是為設計防錯提供方向和思路，都值得大力推廣。
故障樹是一種特殊的倒立樹狀的邏輯因果關系圖。故障樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)是以一個不希望發(fā)生的產品故障事件或災害性危險事件即頂事件作為分析的對象，通過由上向下的嚴格按層次的故障因果邏輯分析，逐層找出故障事件的必要而充分的直接原因，畫出故障樹，最終找出導致頂事件發(fā)生的所有可能原因和原因組合，在有基礎數據時可計算出頂事件發(fā)生的概率和底事件重要度。
FTA是系統(tǒng)分析的一種技術，它從單個的潛在失效模式來識別所有的可能原因，分析系統(tǒng)失誤。FTA考慮的是相互關聯(lián)的原因以及獨立原因。除了故障樹結構和所有的邏輯關聯(lián)，通常FTA還包括了失效可能性的識別， 從而可以從零部件的可靠性來計算系統(tǒng)可靠性。
1961年，FTA由美國貝爾電話研究室的華特先生首先提出的。它采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。FTA體現了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預測性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。
FTA推行的意義：
判明可能發(fā)生的故障模式和原因;
發(fā)現可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，采取改進措施，以提高產品可靠性和安全性;
計算故障發(fā)生概率;
發(fā)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(tǒng)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。
1、FTA有哪些特點?
1、故障樹分析是一種圖形演繹法。是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。它不局限于對系統(tǒng)作一般的可靠性分析，它可以圍繞一個或一些特定的失效狀態(tài)，作層層追蹤分析。因而，在清晰的故障樹圖形下，表達了系統(tǒng)故障事件的內在聯(lián)系，并指出了單元故障與系統(tǒng)故障之間的邏輯關系;
2、由于故障樹能把系統(tǒng)故障的各種可能因素聯(lián)系起來，因此，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和系統(tǒng)的故障譜;
3、故障樹可以作為管理人員及維修人員的一個形象的管理、維修指南，因此，用來培訓長期使用大型復雜系統(tǒng)的人員更有意義;
4、通過故障樹可以定量的求出復雜系統(tǒng)的失效概率和其他可靠性特征量，為改進和評估系統(tǒng)的可靠性提供定量數據;
5、故障樹分析的發(fā)展與電子計算機技術的發(fā)展緊密相聯(lián)，圖像信息技術 也已經應用在故障樹分析中，因此，編制計算程序是故障樹分析中不可缺少的一部分;
6、故障樹分析的理論基礎，除概率論和數理統(tǒng)計外，布爾代數及可靠性數學中用到的數學基礎同樣應用于故障村分析的定量分析中;
7、故障樹分析方法不僅應用于解決工程技術問題，而且開始應用于經濟管理的系統(tǒng)工程之中;
8、故障樹分析首先需要建樹，建樹過程復雜，需要經驗豐富的工程技術人員、操作及維修人員參加，而且不同的人所建造的故障樹不會完全相同;
9、系統(tǒng)越復雜，建樹越困難，耗時越長;
10、數據收集困難。
2、FTA和FMEA的區(qū)別
1、按層次的分析方向：
FTA：自結果，不希望發(fā)生的頂事件(上級事件)向原因方面(下級事件)做樹形圖分解，自上而下，逆向
FMEA:自原因，單一故障模式(錯誤模式)方面向結果，上級系統(tǒng)的故障方面分析，自下而上，順向
方法：
FTA：由頂事件經過中間事件至最下級的基本事件用邏輯符號聯(lián)結，形成樹形圖，再計算不可靠度。
FMEA: 填寫故障模式對裝置、系統(tǒng)的影響，對故障模式的評價，改進措施，并將致命項目(模式)列表
2、定性與定量分析的功能：
FTA: 將樹形圖簡化，求最小割集并計算頂事件發(fā)生的概率
FMEA：FMEA是定性的，歸納性的方法，不需要計算
特點：
FTA：以不希望發(fā)生的故障為頂事件。
優(yōu)點：可以進行深入的分析。它不僅可以分析部件錯誤，軟件錯誤，控制錯誤，環(huán)境應力等引起的故障，及進行多重故障分析，也可以從邏輯上明確故障的發(fā)生過程定量計算頂事件發(fā)生的概率。
缺點：其不利的一面是需要熟悉布爾代數和最小割集知識
FMEA:
優(yōu)點是利用表格，簡單列舉系統(tǒng)構成零部件的所有故障模式，并假定其發(fā)生，可找出系統(tǒng)可能發(fā)生的故障。
缺點是只輸入硬件的單一故障模式，因而是孤立的分析。對于含大量部件，具有多重功能的工作模式和維修措施的復雜系統(tǒng)，以及環(huán)境影響大的系統(tǒng)，在應用上有困難。
應注意事項：兩者都是可靠性分析方法，需要相輔相成的應用。但這兩者都是重視功能性的靜態(tài)分析方法，在考慮事件序列與外部因素等共同原因方面，即動態(tài)分析不完善。
3、如何做FTA及具體內容?
FTA實施主要有以下三個步驟：故障樹的建立，定性分析和定量計算。
第一步：故障樹的建立
故障樹的建立有人工建樹和計算機建樹兩類方法，它們的思路相同，都是首先確定頂事件，建立邊界條件，通過逐級分解得到的原始故障樹，然后將原始故障樹進行簡化，得到最終的故障樹，供后續(xù)的分析計算用。
1、確定頂事件
在故障診斷中，頂事件本身就是診斷對象的系統(tǒng)級(總體的)故障部件。而在系統(tǒng)的可靠性分析中，頂事件有若干的選擇余地，選擇得當可以使系統(tǒng)內部許多典型故障(做為中間事件和底事件)合乎邏輯地聯(lián)系起來，便于分析。所選的頂事件應該滿足：
① 要有明確的定義;
② 要能進行分解，使之便于分析頂事件和底事件之間的關系;
③ 要能度量以便于定量分析。
選擇頂事件，首先要明確系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)的定義;其次要對系統(tǒng)的故障作為初步分析，找出系統(tǒng)組成部分(元件、組件、部件)可能存在的缺陷，設想可能發(fā)生的各種的人為因素，推出這些底事件導致系統(tǒng)故障發(fā)生的各種可能途徑(因果鏈)，在各種可能的系統(tǒng)故障中選出最不希望發(fā)生的事件作為頂事件。
對于復雜的系統(tǒng)，頂事件不是唯一的，必要時還可以把大型復雜的系統(tǒng)分解為若干個相關的子系統(tǒng)，以典型中間事件當作故障樹的頂事件進行建樹分析，最后加以綜合，這樣可使任務簡化并可同時組織多人分工合作參與建樹工作。
2、建立邊界條件
建立邊界條件的目的是為了簡化建樹工作，所謂邊界條件是指：
① 不允許出現的事件;
② 不可能發(fā)生的事件，實際中常把小概率事件當作不可能事件;
③ 必然事件;
④ 某些事件發(fā)生的概率;
⑤ 初始狀態(tài)。當系統(tǒng)中的部件有數種工作狀態(tài)時，應指明與頂事件發(fā)生有關的部件的工作狀態(tài)。
建立邊界條件和建樹時應該注意的是:
① 小概率事件不等同于小部件的故障和小故障事件;
② 有的故障發(fā)生概率雖小，但一旦發(fā)生則后果嚴重，為安全起見，這種小概率故障就不能忽略;
③ 故障定義必須明確，避免多義性，以免使故障樹邏輯混亂;
④ 先抓主要矛盾，開始建樹時應先考慮主要的、可能性很大的以及關鍵性的故障事件，然后再逐步細化分解過程中再考慮次要的、不經常發(fā)生的以及后果不嚴重的次要故障事件;
⑤ 強調嚴密的邏輯性和系統(tǒng)中事件的邏輯關系，條件必須清楚，不可紊亂和自相矛盾。
3、建樹符號
建樹符號包括故障事件符號、邏輯門符號和轉移符號等，如下圖所示。
第二步：定性分析
(1)定義
定性分析是指研究者運用歷史回顧、文獻分析、訪問、觀察、參與經驗等方法獲得教育研究的資料，并用非量化的手段對其進行分析，獲得研究結論的方法。
(2)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(fā)現潛在的故障;發(fā)現設計的薄弱環(huán)節(jié)，以便改進設計;指導故障診斷，改進使用和維修方案。
(3)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(fā)生時，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就不再成為割集了，這樣的割集就是最小割集。
第三步：定量計算
(1)定義
定量計算的結果通常是由大量的數據來表示的，研究設計是為了使研究者通過對這些數據的比較和分析作出有效的解釋。
(2)特性
獨立性：底事件之間相互獨立;兩態(tài)性：元、部件和系統(tǒng)只有正常和故障兩種狀態(tài)指數分布：元、部件和系統(tǒng)壽命
(3)故障樹的數學描述
(4)典型邏輯門的概率計算
(5)頂事件發(fā)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
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