FTA應用于牽引裝備質量故障的分析研究

顧麗++肖連新++鄧蘋++祝令帥++龍云峰

摘 要：文章介紹了FTA及其基本原理，研究了FTA技術引入到牽引裝備質量故障分析中的方法，介紹了牽引裝備質量故障的建樹過程、定性分析、定量分析及其意義。

關鍵詞：FTA；牽引裝備；故障分析

1 概述

FTA（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）稱為故障樹分析，是產品（系統）可靠性和安全性分析的工具之一，也是分析已發生事故的一種基本方法，用來尋找導致系統故障或危險事件（頂事件）發生的潛在原因和原因組合，在具備基礎數據時求出頂事件發生的概率及其他定量指標。FTA可充分應用在牽引裝備質量故障分析過程中，逐步找到事故發生的根本原因，求出最小割集，通過降低最小割集中的底事件發生概率，從而降低產品故障的發生概率，提高產品可靠性，保證產品質量。

2 FTA基本原理

故障樹是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關系圖，用事件符號、邏輯門符號和轉移符號描述系統中各種事件之間的因果關系，旨在查明導致頂事件發生的原因及原因組合的推理（自上而下的）方法。在故障樹建立的基礎上，可對故障原因進行定性或定量分析。

故障樹定性分析主要是確定最小割集以明確基本事件影響頂事件的方式及重要程度，在最小割集全部求出后，可對最小割集和底事件進行分析，根據每個最小割集所含底事件的數目（稱階數）排列，在各個底事件發生概率較小、且相互差別不大的條件下，可按下列原則對最小割集和底事件進行比較：（1）階數越小的最小割集越

重要。（2）在低階最小割集中出現的底事件比高階最小割集中的底事件重要。（3）在最小割集階數相同的條件下，在不同最小割集中重復出現的次數越多的底事件越重要。

故障樹定量分析是根據低事件發生概率可計算得出頂事件的發生概率，以判斷是否滿足規定的安全性和可靠性要求，故障樹定量分析在產品或系統可靠性分析時特別有用。

3 FTA在牽引裝備中的應用研究

FTA分析方法可充分應用在牽引裝備質量故障分析過程中，對產品質量故障進行可視的深入分析，層層展開，全面、準確的計算出最小割集，通過分析，得出對頂事件發生影響最大的底事件，將有限資源合理分配，以最小的投入來最大化的解決問題，降低故障發生概率，提高產品的可靠性。

下面以我公司機車牽引電機為例，通過對頂事件的確定、故障樹的建立及定性定量分析，研究FTA應用于牽引裝備質量故障中的分析方法。

首先對分析產品進行深入的了解，熟悉運行環境、故障影響、產品結構、現場工藝等多種因素，確定轉子平衡塊脫落為頂事件，進行故障樹分析。其建樹過程如下：第一步：以機車牽引電機轉子平衡塊脫落為故障事件，即故障樹的頂事件，寫在故障樹的頂端，用頂事件符號（矩形）表示。第二步：需找導致平衡塊脫落的直接原因，經過分析，直接原因分別有“長期運轉后，螺釘松動”、“平衡塊緊固不到位”，這兩個原因作為故障樹的中間事件，寫在第二行，用中間事件符號（矩形）表示。“長期運轉后，螺釘松動”與“平衡塊緊固不到位”其中一個發生就會導致平衡塊脫落，所以這兩個事件用或門（邏輯門）與“平衡塊脫落”頂事件相連，如圖1（a）。第三步：分析導致“長期運轉后，螺釘松動”、“平衡塊緊固不到位”發生的直接原因，導致“長期運轉后，螺釘松動”發生的直接原因分別有“螺紋鎖固膠固化效果下降或失效”、“螺紋鎖固膠填充不充分”，其中，“螺紋鎖固膠填充不充分”無需再分析，作為故障樹的底事件，用底事件符號（圓形）表示，“螺紋鎖固膠固化效果下降或失效”作為中間事件與“螺紋鎖固膠填充不充分”寫在故障樹的第三行，并用或門與“長期運轉后，螺釘松動”中間事件相連；“平衡塊緊固不到位”的分析過程與“長期運轉后，螺釘松動”類式，具體見圖1（b）。

按照以上方法，逐步分析每個中間事件，一直追溯到引起產品發生故障的全部底事件為止，如圖1（c）。

圖1（d）

以上故障樹中的事件定義如表1。

用事件標號表示后的平衡塊脫落故障樹見上圖1（d）。

下面對平衡塊脫落故障樹進行定性與定量分析：

根據最小割集的定義，可得平衡塊脫落故障樹的最小割集分別為：{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}，根據實際經驗，X1底事件發生概率最高，優先利用資源解決此底事件，其他最小割集的階數都是1階，發生概率相差不大且概率較小，所以其他5個底事件的重要程度相差不大，可根據實際情況合理利用資源進行改進。

通過大量收集數據、統計分析，每個底事件的發生概率約為P（X1）=0.08%、P（X2）=0.01%、P（X3）=0.03%、P（X4）=0.02%、P（X5）=0.025%、P（X6）=0.009%，

則平衡塊脫落此頂事件發生的概率為：

P（T）=1-？裝■■（1-P（Xi））

=1-{1-P（X1））（1-P（X2））（1-P（X3））（1-P（X4））（1-P（X5））（1-P（X6））}

=0.17%

根據故障樹結構，也可計算出各中間事件的發生概率。

4 結束語

通過對平衡塊脫落進行FTA分析，可得出影響平衡塊脫落最重要的底事件、計算出平衡塊脫落發生概率。同時，平衡塊脫落分析過程這一寶貴的經驗以FTA的形式得以積累，為產品設計改進、故障診斷和維修方案的優化提供可靠的輸入。

參考文獻

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