故障樹(shù)分析（FTA）技術(shù)及如何確定維修問(wèn)題的根本原因
一、故障樹(shù)分析的來(lái)源與應(yīng)用
為最大限度降低故障或事故的風(fēng)險(xiǎn)，識(shí)別和分析系統(tǒng)中的潛在故障非常重要。故障樹(shù)分析（FTA）是一種有效的故障識(shí)別、定位與分析工具，世界各行各業(yè)使用故障樹(shù)分析方法評(píng)估系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時(shí)，故障樹(shù)分析方法在故障預(yù)防和緩解方面也被證明是有價(jià)值的。
故障樹(shù)分析起源于20世紀(jì)60年代的航空航天行業(yè)（1962年美國(guó)貝爾的沃森(Watson)和默恩斯(Mearns)提出并應(yīng)用于分析民兵式導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的。其后，波音公司的哈斯?fàn)?Hasse)、舒勞德(Schroder)、杰克遜(Jackson)等人研制出故障樹(shù)分析法計(jì)算程序，標(biāo)志著故障樹(shù)分析法進(jìn)入了以波音公司為中心的宇航領(lǐng)域），但很快在核能發(fā)電、化學(xué)加工廠(chǎng)、汽車(chē)工程和許多其他每天都要做出高風(fēng)險(xiǎn)決策的領(lǐng)域獲得了關(guān)注。
隨著FTA技術(shù)的不斷進(jìn)步、發(fā)展，其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展到軟件開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和醫(yī)療管理等領(lǐng)域。
二、什么是故障樹(shù)
故障樹(shù)分析（FTA）是一種識(shí)別和評(píng)估復(fù)雜系統(tǒng)中潛在故障的系統(tǒng)方法。作為一種自上而下的演繹方法，F(xiàn)TA有助于使用布爾邏輯理解各種故障、子系統(tǒng)和冗余安全設(shè)計(jì)元素之間的相互關(guān)系。
故障樹(shù)分析采用可視化的故障樹(shù)圖方式，描述各種故障、子系統(tǒng)和冗余安全設(shè)計(jì)元素之間的相互關(guān)系，使得工程師能夠調(diào)查、分析系統(tǒng)故障的根本原因。故障樹(shù)圖結(jié)合了定性和定量?jī)蓚€(gè)方面，為可能導(dǎo)致不期望結(jié)果的特定事件（通常稱(chēng)為頂事件）或情況的風(fēng)險(xiǎn)分析提供了有價(jià)值的決策依據(jù)。
故障樹(shù)圖由基本事件（如組件故障）、中間事件（如導(dǎo)致更高級(jí)別故障的基本事件的組合）和頂事件（如系統(tǒng)故障）的符號(hào)組成。這些故障樹(shù)符號(hào)通過(guò)邏輯門(mén)（AND、OR等）連接，這些邏輯門(mén)規(guī)定了單個(gè)組件如何對(duì)整體系統(tǒng)可靠性做出貢獻(xiàn)、產(chǎn)生影響。
通過(guò)對(duì)故障樹(shù)及其應(yīng)用的深入了解后，各行各業(yè)的專(zhuān)業(yè)人員可以利用FTA手段來(lái)解決與安全關(guān)鍵系統(tǒng)相關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題。
翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效故障樹(shù).png)
圖1 太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效故障樹(shù)
三、哪些人員和行業(yè)應(yīng)用故障樹(shù)分析
目前，質(zhì)量可靠性專(zhuān)業(yè)人員和各行業(yè)都在利用故障樹(shù)分析（FTA）手段來(lái)評(píng)估、分析和緩解潛在的系統(tǒng)故障。其中包括安全工程師、可靠性工程師、制造業(yè)、航空航天、核電站和化工、汽車(chē)、電子等行業(yè)。
FTA的應(yīng)用能夠了達(dá)到的益處包括：
1、簡(jiǎn)化復(fù)雜系統(tǒng)：通過(guò)故障樹(shù)將復(fù)雜系統(tǒng)分解為較小的子系統(tǒng)或組件。
2、增強(qiáng)決策過(guò)程：憑借其概率方法，F(xiàn)TA能夠?qū)崿F(xiàn)更好的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理決策。
3、提高整體系統(tǒng)性能：通過(guò)系統(tǒng)地識(shí)別和緩解故障模式。
4、促進(jìn)利益相關(guān)者之間的有效溝通：因?yàn)楣收蠘?shù)圖直觀(guān)地表示了導(dǎo)致特定結(jié)果的事件之間的關(guān)系。
例如，在航空航天企業(yè)，F(xiàn)TA已被用于通過(guò)確定事故或故障的可能原因來(lái)評(píng)估飛機(jī)的安全性和可靠性。
在核電行業(yè)，故障樹(shù)在評(píng)估反應(yīng)堆安全系統(tǒng)和降低核電站運(yùn)行相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
在設(shè)施設(shè)計(jì)階段，通過(guò)危險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)防工作，化學(xué)加工行業(yè)也從這種方法中受益。
此外，故障樹(shù)在汽車(chē)制造中用于車(chē)輛安全評(píng)估和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以解決已識(shí)別的故障模式。
同時(shí)，通過(guò)將故障樹(shù)技術(shù)集成到這些不同的領(lǐng)域，工程師和分析師可以更好地了解復(fù)雜系統(tǒng)在不同條件下的行為，同時(shí)最大限度地降低關(guān)鍵事件發(fā)生的概率。
四、故障樹(shù)的組成
在使用故障樹(shù)進(jìn)行分析時(shí)，需要先了解故障樹(shù)圖（模型）的組成以及常用的符號(hào)。通常情況下，故障樹(shù)包括三個(gè)主要類(lèi)別的符號(hào)：事件、門(mén)和轉(zhuǎn)移符號(hào)。事件包括基本事件（圓形圖形）、房型事件（房屋形圖形）等，邏輯門(mén)包括與門(mén)（AND）、或門(mén)（OR）、異或門(mén)（XOR）等。轉(zhuǎn)移符號(hào)通常是用于復(fù)雜的故障樹(shù)建模，用來(lái)將部分故障樹(shù)進(jìn)行分頁(yè)顯示，即將故障樹(shù)的部分模型轉(zhuǎn)為故障子樹(shù)，然后通過(guò)轉(zhuǎn)移符號(hào)建立多個(gè)故障樹(shù)之間的連接關(guān)系。轉(zhuǎn)移符號(hào)在跨多個(gè)故障樹(shù)連接發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可確保在分析大規(guī)?；蚧ミB系統(tǒng)時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。
使用適當(dāng)?shù)墓收蠘?shù)模板也有助于FTA分析的有效性。通過(guò)采用基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)驗(yàn)的預(yù)定義故障樹(shù)結(jié)構(gòu)，分析師可以在建模過(guò)程中節(jié)省時(shí)間，并確保單位內(nèi)進(jìn)行的不同故障樹(shù)分析的數(shù)據(jù)一致性。這種一致性要求能夠使單位內(nèi)部更好地主動(dòng)管理與其運(yùn)營(yíng)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
五、故障樹(shù)分析的好處
前面已經(jīng)大概描述了使用故障樹(shù)分析所帶來(lái)的好處。FTA是一種提高系統(tǒng)可靠性的有力工具。通過(guò)使用故障樹(shù)工具，可以幫助識(shí)別給定系統(tǒng)的潛在故障模式及其相關(guān)原因。
故障樹(shù)圖也有助于了解系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗梢陨钊肓私庥捎诮o定原因?qū)е孪到y(tǒng)故障的概率。
因此，F(xiàn)TA可以幫助提高系統(tǒng)的安全性，因?yàn)樗梢詭椭R(shí)別可能導(dǎo)致危險(xiǎn)結(jié)果的潛在故障點(diǎn)。
通過(guò)使用FTA，工程師可以建議安全措施，以降低系統(tǒng)故障的可能性，從而最終提高系統(tǒng)的可靠性。
總結(jié)故障樹(shù)分析的好處，包括：
（1）提高系統(tǒng)可靠性
通過(guò)系統(tǒng)地分解故障及其原因，F(xiàn)TA可以全面了解系統(tǒng)中的每個(gè)組件如何相互作用，從而使工程師和技術(shù)人員能夠識(shí)別可能導(dǎo)致故障的潛在弱點(diǎn)或漏洞。
此外，通過(guò)對(duì)這些相互作用的評(píng)估，故障樹(shù)分析可以提供有關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)中冗余和單點(diǎn)故障的寶貴信息，從而實(shí)現(xiàn)旨在提高整體可靠性的有針對(duì)性的改進(jìn)。
例如，工業(yè)工廠(chǎng)中的電源子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)由多個(gè)組件協(xié)同工作以確保不間斷的電力服務(wù)。在這種情況下，F(xiàn)TA將首先為每個(gè)組成元件繪制出所有可能的故障模式，如變壓器故障或斷路器跳閘，然后分析這些事件之間的相互依存關(guān)系。
這種系統(tǒng)化的方法不僅有助于查明具體問(wèn)題，而且還突出了單個(gè)事件擾亂系統(tǒng)其他部分可能產(chǎn)生的任何級(jí)聯(lián)效應(yīng)。
通過(guò)使用FTA方法仔細(xì)檢查和識(shí)別設(shè)備故障背后的根本原因，可以實(shí)施預(yù)防性維護(hù)措施，以最大限度地減少未來(lái)發(fā)生的故障，并減少由于意外故障造成的停機(jī)時(shí)間。故障樹(shù)分析的持續(xù)應(yīng)用有助于根據(jù)從現(xiàn)實(shí)條件中收集的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷改進(jìn)和完善維護(hù)工作。
（2）增強(qiáng)系統(tǒng)安全性
通過(guò)故障樹(shù)的起源以及以往的應(yīng)用示例可知，故障樹(shù)分析（FTA）的一個(gè)關(guān)鍵方面是它對(duì)提高各種行業(yè)和應(yīng)用的安全性做出了貢獻(xiàn)。通過(guò)使用故障樹(shù)分析模板和故障樹(shù)分析軟件工具，專(zhuān)業(yè)人員可以系統(tǒng)地識(shí)別復(fù)雜系統(tǒng)中的潛在危險(xiǎn)，評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)，并實(shí)施預(yù)防措施來(lái)減輕這些危險(xiǎn)。
考慮到清晰的故障樹(shù)分析定義，系統(tǒng)化的過(guò)程允許對(duì)與每個(gè)組件或子系統(tǒng)相關(guān)的所有可能的故障模式進(jìn)行全面評(píng)估。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的背景下，F(xiàn)TA的主要重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果的漏洞，這加強(qiáng)了在不同部門(mén)保持最佳安全標(biāo)準(zhǔn)的重要性。
（3）更明智的決策
通過(guò)根據(jù)長(zhǎng)期收集的實(shí)際績(jī)效數(shù)據(jù)不斷應(yīng)用和改進(jìn)，各組織能夠就旨在保護(hù)人類(lèi)生命和寶貴資產(chǎn)免受意外事件影響的風(fēng)險(xiǎn)管理戰(zhàn)略做出明智的決策。
六、故障樹(shù)分析如何幫助您避免和解決潛在維修問(wèn)題？
故障樹(shù)分析方法的應(yīng)用不僅有助于解決現(xiàn)有問(wèn)題，而且有助于通過(guò)以下方式避免潛在問(wèn)題：
● 識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)、漏洞;
● 確定單點(diǎn)故障點(diǎn);
● 揭示可以引入冗余以提高可靠性部位或者環(huán)節(jié);
● 幫助制定主動(dòng)維護(hù)計(jì)劃;
● 根據(jù)部件故障率制定預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃;
● 確保及時(shí)更換或修理關(guān)鍵部件；
● 改進(jìn)產(chǎn)品的操作程序;
● 發(fā)現(xiàn)操作員培訓(xùn)或文檔方面的差距;
● 建議旨在減少人為失誤的程序改進(jìn)。
通過(guò)利用故障樹(shù)分析技術(shù)，能夠獲得操作性強(qiáng)的改進(jìn)措施、應(yīng)對(duì)措施，幫助降低與運(yùn)營(yíng)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。這促進(jìn)了更安全、更可靠的系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，最終降低了成本，提高了產(chǎn)品的整體性能。此外，利用故障樹(shù)實(shí)施全面分析，能夠使得企業(yè)在面臨資源分配和風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)方面的挑戰(zhàn)時(shí)做出明智的決定。
如何使用可靠性分析軟件PosVim的故障樹(shù)分析工具實(shí)施故障樹(shù)分析，詳見(jiàn)故障樹(shù)工具介紹、幫助手冊(cè)或直接聯(lián)系我們。