故障树模型
1. 安全评价方法的故障树
故障树分析法（Fault Tree Analysis，缩写）是60年代以来迅速发展的系统可靠性分析方法,它采用逻辑方法，将事故因果关系形象的描述为一种有方向的“树”：把系统可能发生或已发生的事故（称为顶事件）作为分析起点，将导致事故原因的事件按因果逻辑关系逐层列出，用树性图表示出来，构成一种逻辑模型，然后定性或定量的分析事件发生的各种可能途径及发生的概率，找出避免事故发生的各种方案并优选出最佳安全对策。FTA法形象、清晰，逻辑性强，它能对各种系统的危险性进行识别评价，既适用于定性分析，又能进行定量分析。
顶事件通常是由故障假设、HAZOP等危险分析方法识别出来的。故障树模型是原因事件（既故障）的组合（称为故障模式或失效模式），这种组合导致顶上事件。而这些故障模式称为割集，最小割集是原因事件的最小组合。若要使顶事件发生，则要求最小割集中的所有事件必须全部发生。 1.6.2.1 事件及其符号
在故障树分析中，各种故障状态或不正常情况皆称故障事件；各种完好状态或正常情况皆称成功事件。两者皆可简称事件。
（1）底事件
底事件是故障树分析中仅导致其他事件的原因事件。底事件位于所讨论的故障树底端，总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件。底事件分为基本事件与未探明事件。
①基本事件 是在特定的故障树分析中无须探明起发生原因的底事件。
②未探明事件 是原则上进一步探明但暂时不能或不必探明原因的底事件。
（2）结果事件
结果事件是故障树分析中由其他事件或事件组合所导致的事件。结果事件总位于某个逻辑门的输出端。结果事件分为顶事件和中间事件。
①顶事件 是故障树分析中所关心的结果事件。顶事件位于故障树的顶端，总是所讨论故障树中逻辑门的输出事件而不是输入事件。
②中间事件 是位于顶事件和顶事件的结果事件。中间事件既是某个逻辑门的输出事件，又是别的逻辑门的输入事件。
（3）特殊事件
特殊事件是指在故障树分析中所需要特殊符号表明起特殊或引起注意的事件。
①开关事件 开关事件是在正常工作条件下必然发生或者必然不发生的特殊事件。
②条件事件 条件事件是描述逻辑门起作用的具体限制的特殊事件。
1.6.2.2 逻辑门及其符号
在故障树分析中逻辑门只描述事件间的逻辑因果关系。
与门表示仅当所以输入事件发生时，输出事件才发生。
或门表示至少一个输入事件发生时，输出事件就发生。
非门表示输出事件是输入事件的对立事件
顺序与门表示输入事件按规定的顺序发生时，输出事件才发生。
表决门 表示仅当n个输入事件中r个或r个以上的事件发生时，输出事件才发生
异或门表示仅当单个输入事件发生时，输出事件才发生
禁门 表示仅当条件事件发生时，输入事件的发生方导致输出事件的发生。
1.6.2.3 转移符号
故障树分析使用的各种符号、名称及定义见表1.8所示。
表1.8 故障树分析的逻辑和事件符号
符号 名称 定义 符号 名称 定义
基本事件 在特定的故障树分
析中无须探明其发
生原因的底事件或门至少一个输入事件发生时，
输出事件就发生
未探明事件 原则上应该进一步
探明其原因但暂时不必或不能探明其原因的底事件与门仅当所有输入事件发生时，输出事件才发生
结果事件中间事件 故障树分析中由其它事件或事件组合所导致的事件非门输出事件是输入事件的对立事件
开关事件 正常工作条件下必然发生或必然不发生的特殊事件 顺序与门仅当输入事件按规定的顺序发生时，输出事件才发生
条件事件 仅当条件事件发生方导致输出事件的发生异或门仅当输出事件发生时输出事件才发生
禁门 仅当条件事件发生时，
输入事件的发生方导致
输出事件的发生 相似转移符号 下面转移到结构相似而事件符号不同的子数去
相同转移符号 在三角形内标出向何处转移
1.6.2.4故障树
故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图。它用上表中事件符号、逻辑门和转移符号描述系统各种事件的因果关系，逻辑门的输入事件是输出事件的因；输出事件是输入事件的果。
二状态故障树如果故障树的底事件刻画一种状态，而其对立事件也是刻画一种状态，则称为二状态故障树。
多状态故障树若故障树的底事件有3种以上互不相容的状态，则称为多状态故障树。
规范化故障树 将画好的故障树中各个特殊事件与特殊门进行转化或删减，变成仅含有底事件、结果事件以及“与”、“或”、“非”三种逻辑门的故障树，这种故障树称为规范化故障树。
正规故障树仅含故障事件以及与门、或门的故障树称为正规故障树。
非正规故障树含有成功事件或者非门的故障树称为非正规故障树。
对偶故障树将二状态故障树中的与门换为或门，或门换为与门，而其余不变，这样得到的故障树称为原故障树的对偶故障树。
成功树 除二状态故障树中的与门换成或门、或门换成与门外，并将底事件与结果事件换为相应的对立事件，这样所得到的树称为原故障树对应的成功树。 （1）熟悉分析系统 首先要详细了解要分析的对象,包括工艺流程、设备构造、操作条件、环境状况及控制系统和安全装置等.同时还可以广泛收集同类系统发生的事故。
（2）确定分析对象系统和分析的对象事件(顶上事件) 通过实验分析、事故分析以及故障类型和影响分析确定顶上事件;明确对象系统的边界、分析深度、初始条件、前提条件和不考虑条件。
（3）确定分析边界 在分析之前要明确分析的范围和边界，系统内包含哪些内容。特别是化工、石油化工生产过程都具有连续化、大型化的特点，各工序、设备之间相互连接，如果不划定界限，得到的事故树将会非常庞大，不利于研究。
（4）确定系统事故发生概率、事故损失的安全目标值。
（5）调查原因事件 顶上事件确定之后，就要分析与之有关的原因事件，也就是找出系统的所有潜在危险因素的薄弱环节，包括设备元件等硬件故障、软件故障、人为差错及环境因素。凡是事故有关的原因都找出来，作为事件树的原因事件。
（6）确定不予考虑的事件 与事故有关的原因各种各样，但是有些原因根本不可能发生或发生的机率很小，如雷电、飓风、地震等，编制事故树时一般都不予考虑，但要先加以说明。
（7）确定分析的深度 在分析原因事件时，要分析到哪一层为止，需要事先确定。分析得太浅可能发生遗漏；分析得太深，则事故树会过于庞大繁琐。所以具体深度应视分析对象而定。
（8）编制事故树从顶事件起，一级一级往下找出所有原因事件直到最基本的事件为止，按其逻辑关系画出事故树。每一个顶上事件对应一株事故树。
（9）定量分析按事故结构进行简化，求出最小割集和最小径集，求出概率重要度和临界重要度。
（10）结论 当事故发生概率超过预定目标值时，从最小割集着手研究降低事故发生概率的所有可能方案，利用最小径集找出消除事故的最佳方案；通过重要度分析确定采取对策措施的重点和先后顺序，从而得出分析、评价的结论。 我国在1978年由天津东方化工厂首先将该方法用于高氯酸生产过程中的危险性分析，对减少和预防事故的发生取得了明显的效果。之后又在化工、冶金、机械、航空等工业部门得到普遍的推广和应用。它具有以下几个特点：
（1）分析法是采用演绎的方法分析事故的因果关系，能详细找出个系统各种固有的潜在危险因素，为安全设计、制定安全技术措施和安全管理要点提供了依据。
（2）能简洁形象地表示出事故和个原因之间的因果关系及逻辑关系。
（3）在事故分析中，顶上事件可以是已发生的事故，以是预想的事故。通过分析找出原因，采取对策加以控制，从而起到预测、预防事故的作用。
（4）可以用于定性分析，求出危险因素对事故影响的大小；也可以用于定量分析，由各危险因素的概率计算出事故发生的概率，从数量上说明是否能满足预定目标值的要求，从而确定采取措施的重点和轻、重、缓、急顺序。
（5）可选择最感兴趣的事故作为顶上事件进行分析。
（6）分析人员必须非常熟悉对象系统，具有丰富的实践，能准确和熟悉地应用分析方法。往往出现不同分析人员编制的事故树和分析结果不同的现象。
（7）复杂系统的事故树往往很庞大，分析、计算的工作量大。
（8）进行定量分析时，必须知道事故树中各事件的故障数据；如果这些数据不准确，定量分析就不可能进行。
2. 故障树割集怎么算
于故障树分析法的结构函数定义如下： 设故障树（FT）中有n个底事件 ，C ∈ 为某些底事件的集合，当其中全部底事件都发生时，顶事件必然发生，则称C为故障树的1个割集。
若C是1个割集，且任意去掉其中1个底事件后就不再是割集，则称C为最小割集。若FT 有k个最小割集，只要有1个最小割集 ( j =1，2，…k )中的全部底事件X 均发生，故障必定发生。
k个最小割集中，只要有一个发生，顶事件就发生。
(2)故障树模型扩展阅读：
故障树分析可以用于：
1、了解最上方事件和下方不希望出现状态之间的关系。
2、显示系统对于系统安全/可靠度规范的符合程度。
3、针对造成最上方事件的各原因列出优先次序：针对不同重要性的量测方式建立关键设备/零件/事件的列表。
4、监控及控制复杂系统的安全性能（例如：特定某飞机在油料阀x异常动作时是否可以安全飞行？此情形下飞机可以飞行多久）。
5、最小化及最佳化资源需求。
6、协助设计系统，故障树分析可以作为设计工具，创建输出或较低层模组的需求。
3. 怎样建立断路器的故障树诊断模型
故障树分析法(FTA: Fault Tree Analysis)是在系统设计过程中，通过对可能造成系统失效的各种因素（包括硬件内、软件、环境、人容为因素）进行分析，画出逻辑框图（即故障树），从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，以计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。
通常选设备最不希望出现的故障为顶事件，它位于故障树的顶端，可把它形象地理解为“树根”。中间事件： 又称故障事件，位于顶事件和底事件之间，用矩形符号并紧跟一个逻辑门表示，可形象地理解为“树枝”。底事件：位于树的底 部，可分为基本事件(符号为圆形)和菱形事件(符号为菱形)。底事件可理解为“树叶”。
4. 故障模式发生概率和故障树有必然的联系吗
应用于载人航天任务的北京中心通信系统是一个复杂的大系统，其可靠性影响着每一次航天任务的成败，因此对系统可靠性的分析尤为重要。故障树分析方法是以故障树作为模型对大型复杂系统的可靠性、安全性进行分析和风险评估的一种重要方法，。故障树分析通过对不希望事件发生的原因逐层进行分析，确定导致不希望事件的各种故障组合、故障影响的程度以及不希望事件的发生可能性，从而为评价和改进设计提供依据。本文首先介绍了故障树建模技术，然后运用该技术对航天测控系统中的应急通信网络系统进行了可靠性分析。
2 基本概念
1）故障（Fault GJB451）：
产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态。
2）故障原因（Failure Cause）：
故障发生的根原因，直接导致故障或引起性能降低进一步发展为故障的那些物理或化学过程、设计缺陷、工艺缺陷、零件使用不当或其它过程，是制定预防和纠正措施的重要依据，对故障原因关注得越多，消除故障的成功率就越高。
3）故障模式（Failure Mode）：
故障的表现形式。
4）故障影响（Failure Effect）：
故障对系统、设计、过程或服务所产生的输出结果，故障影响一般分为局部的、高一层次的和最终影响三级。
5）故障率（Failure Rate）：
在规定的时间间隔内，故障发生的比率。
6）严酷度 （Severity）：
故障模式所产生后果的严重程度。
7）故障检测方法（Failure Checkout Method）：
5. 智能诊断技术有哪些内容
智能诊断技术包括: (1)专家系统诊断。专家系统是应用大量人类专家的知识和推理方法求解复杂实际问题的一种人工智能计算机程序。一般包括知识库、数据库、推理机、人机接口及知识库管理系统、解释系统等。故障诊断专家系统是专家系统应用的一个重要分支。 (2)人工神经网络诊断。人工神经网络以其大规模并行处理能力、自适应学习能力、分布式信息存储、鲁棒性、容错性和推广能力等特点在故障检测和诊断领域受到广泛重视。应用对象主要是设备和子系统。 (3)模式识别诊断。模式识别诊断是将系统的工作流程经过仿真和分析，加上人的经验，建成各种故障模式，并根据测量信息，确定系统属于哪种模式，从而检测和分离故障。它包括个体识别法和群体识别法两种。 (4)故障树分析法。故障树分析法是一种自上而下逐层展开的演绎分析法。它以系统或设备最不发生的故障为顶层事件，向下逐层查出导致该事件发生的全部原因，以一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图(即故障树)，表示事件的逻辑关系，并进行定性、定量的安全性和可靠性分析。该方法是比较常用的故障诊断方法，主要用于简单对象的离线诊断。 (5)模糊诊断。模糊概念是内涵确定而外延不确定的概念，如:“电压过大”，“电机过热”等。正是由于这些模糊知识及故障诊断中的经验知识存在，所以模糊诊断技术具有较多的使用场合。 (6)灰色系统理论诊断。灰色系统理论是我国学者邓聚龙1982年首先向国际提出的，灰色概念是外延确定而内涵不确定的概念，如“机器人失控”。灰色系统是指部分信息清楚而部分信息不清楚的系统。灰色系统理论是控制论观点和方法的延伸，它从系统的角度出发研究信息间的关系，即研究如何利用已知信息去揭示未知信息，也就是系统的“白化问题”。一个运行中的设备实际上就是一个复杂的灰色系统。这个系统中，有的信息能知道、有的信息不准确知道或不可能知道，故障诊断就是利用已知信息去认识含有不可知信息系统的特性、状态和发展趋势，并对未来作出预测和决策，实际上是一个灰色系统的白化过程。其中灰色预测模型、灰色关联度和灰色聚类法等理论方法已在时序模型定阶、预测和故障诊断中得到初步应用。 (7)小波分析诊断。小波变换是近几年得到迅速发展并形成研究热点的信号分析新技术，被认为是对傅立叶分析方法的突破进展。 (8)遗传算法诊断。遗传算法的主要特点是群体搜索策略和群体中各个体之间的信息转化，可并行地爬多个峰，搜索不依赖于梯度信息，采用概率的变迁规则来指导它的搜索方向。它尤其适用于处理传统搜索方法中难以解决的复杂问题和非线性问题，不仅避免了局部优化算法的缺陷，而且可以利用固有知识缩小搜索空间，避免其他全局优化算法产生搜索的组合爆炸。 (9)集成化诊断。