故障樹分析（FTA）技術及如何確定維修問題的根本原因
一、故障樹分析的來源與應用
為最大限度降低故障或事故的風險，識別和分析系統(tǒng)中的潛在故障非常重要。故障樹分析（FTA）是一種有效的故障識別、定位與分析工具，世界各行各業(yè)使用故障樹分析方法評估系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時，故障樹分析方法在故障預防和緩解方面也被證明是有價值的。
故障樹分析起源于20世紀60年代的航空航天行業(yè)（1962年美國貝爾的沃森(Watson)和默恩斯(Mearns)提出并應用于分析民兵式導彈發(fā)射控制系統(tǒng)的。其后，波音公司的哈斯爾(Hasse)、舒勞德(Schroder)、杰克遜(Jackson)等人研制出故障樹分析法計算程序，標志著故障樹分析法進入了以波音公司為中心的宇航領域），但很快在核能發(fā)電、化學加工廠、汽車工程和許多其他每天都要做出高風險決策的領域獲得了關注。
隨著FTA技術的不斷進步、發(fā)展，其應用范圍進一步擴展到軟件開發(fā)、網絡安全風險評估和醫(yī)療管理等領域。
二、什么是故障樹
故障樹分析（FTA）是一種識別和評估復雜系統(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)和冗余安全設計元素之間的相互關系。
故障樹分析采用可視化的故障樹圖方式，描述各種故障、子系統(tǒng)和冗余安全設計元素之間的相互關系，使得工程師能夠調查、分析系統(tǒng)故障的根本原因。故障樹圖結合了定性和定量兩個方面，為可能導致不期望結果的特定事件（通常稱為頂事件）或情況的風險分析提供了有價值的決策依據。
故障樹圖由基本事件（如組件故障）、中間事件（如導致更高級別故障的基本事件的組合）和頂事件（如系統(tǒng)故障）的符號組成。這些故障樹符號通過邏輯門（AND、OR等）連接，這些邏輯門規(guī)定了單個組件如何對整體系統(tǒng)可靠性做出貢獻、產生影響。
通過對故障樹及其應用的深入了解后，各行各業(yè)的專業(yè)人員可以利用FTA手段來解決與安全關鍵系統(tǒng)相關的復雜問題。
圖1 太陽翼驅動機構失效故障樹
三、哪些人員和行業(yè)應用故障樹分析
目前，質量可靠性專業(yè)人員和各行業(yè)都在利用故障樹分析（FTA）手段來評估、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、電子等行業(yè)。
FTA的應用能夠了達到的益處包括：
1、簡化復雜系統(tǒng)：通過故障樹將復雜系統(tǒng)分解為較小的子系統(tǒng)或組件。
2、增強決策過程：憑借其概率方法，F(xiàn)TA能夠實現(xiàn)更好的風險評估和管理決策。
3、提高整體系統(tǒng)性能：通過系統(tǒng)地識別和緩解故障模式。
4、促進利益相關者之間的有效溝通：因為故障樹圖直觀地表示了導致特定結果的事件之間的關系。
例如，在航空航天企業(yè)，F(xiàn)TA已被用于通過確定事故或故障的可能原因來評估飛機的安全性和可靠性。
在核電行業(yè)，故障樹在評估反應堆安全系統(tǒng)和降低核電站運行相關風險方面發(fā)揮了至關重要的作用。
在設施設計階段，通過危險識別、風險評估和預防工作，化學加工行業(yè)也從這種方法中受益。
此外，故障樹在汽車制造中用于車輛安全評估和改進產品設計，以解決已識別的故障模式。
同時，通過將故障樹技術集成到這些不同的領域，工程師和分析師可以更好地了解復雜系統(tǒng)在不同條件下的行為，同時最大限度地降低關鍵事件發(fā)生的概率。
四、故障樹的組成
在使用故障樹進行分析時，需要先了解故障樹圖（模型）的組成以及常用的符號。通常情況下，故障樹包括三個主要類別的符號：事件、門和轉移符號。事件包括基本事件（圓形圖形）、房型事件（房屋形圖形）等，邏輯門包括與門（AND）、或門（OR）、異或門（XOR）等。轉移符號通常是用于復雜的故障樹建模，用來將部分故障樹進行分頁顯示，即將故障樹的部分模型轉為故障子樹，然后通過轉移符號建立多個故障樹之間的連接關系。轉移符號在跨多個故障樹連接發(fā)揮著至關重要的作用，可確保在分析大規(guī)模或互連系統(tǒng)時實現(xiàn)無縫集成。
使用適當?shù)墓收蠘淠０逡灿兄贔TA分析的有效性。通過采用基于行業(yè)標準或經驗的預定義故障樹結構，分析師可以在建模過程中節(jié)省時間，并確保單位內進行的不同故障樹分析的數(shù)據一致性。這種一致性要求能夠使單位內部更好地主動管理與其運營相關的風險。
五、故障樹分析的好處
前面已經大概描述了使用故障樹分析所帶來的好處。FTA是一種提高系統(tǒng)可靠性的有力工具。通過使用故障樹工具，可以幫助識別給定系統(tǒng)的潛在故障模式及其相關原因。
故障樹圖也有助于了解系統(tǒng)的風險，因為它可以深入了解由于給定原因導致系統(tǒng)故障的概率。
因此，F(xiàn)TA可以幫助提高系統(tǒng)的安全性，因為它可以幫助識別可能導致危險結果的潛在故障點。
通過使用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。
總結故障樹分析的好處，包括：
（1）提高系統(tǒng)可靠性
通過系統(tǒng)地分解故障及其原因，F(xiàn)TA可以全面了解系統(tǒng)中的每個組件如何相互作用，從而使工程師和技術人員能夠識別可能導致故障的潛在弱點或漏洞。
此外，通過對這些相互作用的評估，故障樹分析可以提供有關系統(tǒng)架構中冗余和單點故障的寶貴信息，從而實現(xiàn)旨在提高整體可靠性的有針對性的改進。
例如，工業(yè)工廠中的電源子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)由多個組件協(xié)同工作以確保不間斷的電力服務。在這種情況下，F(xiàn)TA將首先為每個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系。
這種系統(tǒng)化的方法不僅有助于查明具體問題，而且還突出了單個事件擾亂系統(tǒng)其他部分可能產生的任何級聯(lián)效應。
通過使用FTA方法仔細檢查和識別設備故障背后的根本原因，可以實施預防性維護措施，以最大限度地減少未來發(fā)生的故障，并減少由于意外故障造成的停機時間。故障樹分析的持續(xù)應用有助于根據從現(xiàn)實條件中收集的經驗數(shù)據不斷改進和完善維護工作。
（2）增強系統(tǒng)安全性
通過故障樹的起源以及以往的應用示例可知，故障樹分析（FTA）的一個關鍵方面是它對提高各種行業(yè)和應用的安全性做出了貢獻。通過使用故障樹分析模板和故障樹分析軟件工具，專業(yè)人員可以系統(tǒng)地識別復雜系統(tǒng)中的潛在危險，評估其風險，并實施預防措施來減輕這些危險。
考慮到清晰的故障樹分析定義，系統(tǒng)化的過程允許對與每個組件或子系統(tǒng)相關的所有可能的故障模式進行全面評估。在系統(tǒng)設計和運行的背景下，F(xiàn)TA的主要重點是發(fā)現(xiàn)可能導致災難性后果的漏洞，這加強了在不同部門保持最佳安全標準的重要性。
（3）更明智的決策
通過根據長期收集的實際績效數(shù)據不斷應用和改進，各組織能夠就旨在保護人類生命和寶貴資產免受意外事件影響的風險管理戰(zhàn)略做出明智的決策。
六、故障樹分析如何幫助您避免和解決潛在維修問題？
故障樹分析方法的應用不僅有助于解決現(xiàn)有問題，而且有助于通過以下方式避免潛在問題：
● 識別系統(tǒng)設計中的薄弱環(huán)節(jié)、漏洞;
● 確定單點故障點;
● 揭示可以引入冗余以提高可靠性部位或者環(huán)節(jié);
● 幫助制定主動維護計劃;
● 根據部件故障率制定預防性維護計劃;
● 確保及時更換或修理關鍵部件；
● 改進產品的操作程序;
● 發(fā)現(xiàn)操作員培訓或文檔方面的差距;
● 建議旨在減少人為失誤的程序改進。
通過利用故障樹分析技術，能夠獲得操作性強的改進措施、應對措施，幫助降低與運營相關的風險。這促進了更安全、更可靠的系統(tǒng)的開發(fā)，最終降低了成本，提高了產品的整體性能。此外，利用故障樹實施全面分析，能夠使得企業(yè)在面臨資源分配和風險優(yōu)先級方面的挑戰(zhàn)時做出明智的決定。
如何使用可靠性分析軟件PosVim的故障樹分析工具實施故障樹分析，詳見故障樹工具介紹、幫助手冊或直接聯(lián)系我們。