PAGE18PAGE0鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告####級(jí)#######專業(yè)####班課程名稱可靠性工程課程設(shè)計(jì)題目我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析姓名######學(xué)號(hào)######指導(dǎo)教師#######職稱實(shí)驗(yàn)師二О一##年##月##日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析二、設(shè)計(jì)依據(jù)1、個(gè)人成績(jī)單；2、FTA分析步驟及要求；3、FTA分析案例。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)給定的個(gè)人成績(jī)單、FTA分析步驟及內(nèi)容、其相關(guān)案例，分析本人理論課程總評(píng)成績(jī)<80分（達(dá)良故障）時(shí)存在的故障模式，確定該系統(tǒng)的故障樹(shù)頂事件，并在對(duì)系統(tǒng)故障樹(shù)進(jìn)行定性、定量分析基礎(chǔ)上，確定頂事件發(fā)生概率及關(guān)鍵事件，給出系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化對(duì)策。2013年5月10日目錄TOC\o"1-3"\h\u2012課程設(shè)計(jì)報(bào)告 125091課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 08832一、設(shè)計(jì)題目 01377二、設(shè)計(jì)依據(jù) 031781三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 021588目錄 I1605我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析 112583序、課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 124018（2）設(shè)計(jì)書(shū)一律采用A4紙單面打印，用統(tǒng)一封面裝訂； 216783一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介 317422二、系統(tǒng)故障樹(shù)的建立 312959三、系統(tǒng)故障樹(shù)定性分析 818227四、系統(tǒng)故障樹(shù)定量分析 1024914五、改進(jìn)及優(yōu)化對(duì)策 1324910六、總結(jié) 1413437參考文獻(xiàn) 1518168附件： 166943課程設(shè)計(jì)答辯評(píng)語(yǔ) 0我的理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)分析學(xué)號(hào)：#######姓名：######序、課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)是與《可靠性工程》配套的實(shí)踐環(huán)節(jié)之一。在完成《可靠性工程》課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一次實(shí)操性鍛煉。通過(guò)本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)鍛煉，讓我們加深對(duì)本課程理論與方法的掌握，同時(shí)具備獨(dú)立分析和解決可靠性系統(tǒng)問(wèn)題的能力，改變傳統(tǒng)的理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一提供的理論課程成績(jī)數(shù)據(jù)，要求學(xué)生完成其《我的理論課程“達(dá)良故障”FTA分析》三大方面的實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)容：本人理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)的建立；本人理論課程“達(dá)良故障”故障樹(shù)的分析；本人理論課程“達(dá)良故障”問(wèn)題的優(yōu)化改進(jìn)措施。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容以本人理論課程成績(jī)單為對(duì)象，以成績(jī)單中的本人具體成績(jī)資料為設(shè)計(jì)依據(jù)，在分析課程“達(dá)良故障”故障機(jī)理基礎(chǔ)上，建立以“本人理論課程‘達(dá)良故障’（總評(píng)成績(jī)<80分）”為頂事件的故障樹(shù)，并在對(duì)系統(tǒng)故障樹(shù)進(jìn)行定性、定量分析基礎(chǔ)上，給出系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化對(duì)策。課程設(shè)計(jì)的具體要求（1）設(shè)計(jì)過(guò)程要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成，不得參考或抄襲，避免方案出現(xiàn)雷同；（2）設(shè)計(jì)書(shū)一律采用A4紙單面打印，用統(tǒng)一封面裝訂；（3）課程設(shè)計(jì)原則上在2周內(nèi)完成。4.課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排（1）整理成績(jī)單，安裝Visio軟件；（2）回顧復(fù)習(xí)故障樹(shù)及相關(guān)知識(shí)，以便在做課程設(shè)計(jì)時(shí)能熟練的運(yùn)用；（3）開(kāi)始寫(xiě)報(bào)告，有不懂的地方自己查閱資料或向指導(dǎo)老師請(qǐng)教；（4）總結(jié)心得體會(huì)，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。系統(tǒng)簡(jiǎn)介故障樹(shù)是頂事件、中間事件、底事件和邏輯門(mén)構(gòu)成。由明確所要分析的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，明確系統(tǒng)的工作條件（包括維修、安全條件），確定要研究的目的和內(nèi)容。建立故障樹(shù)需從頂事件開(kāi)始，由上而下逐級(jí)分析各事件發(fā)生的直接原因，并用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T(mén)將上下級(jí)事件連接起來(lái)，直到所有輸入事件不能再向下分析或不必再向下分析為止。為了對(duì)故障樹(shù)作統(tǒng)一的描述和分析，必須將建造出來(lái)的故障樹(shù)規(guī)范化，使其成為僅含有底事件、結(jié)果事件以及“與門(mén)”、“或門(mén)”、“非門(mén)”三種邏輯門(mén)的故障樹(shù)。系統(tǒng)故障樹(shù)的建立2.1故障樹(shù)分析法的方法和理論簡(jiǎn)介定義：故障樹(shù)分析法（FTA）1961年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的H.A.Watson提出，指的是從事故開(kāi)始，按照事件因果關(guān)系，逆時(shí)序地進(jìn)行分析，最后找出事故起因的一種圖形演繹方法。它從一個(gè)可能的事故開(kāi)始一層一層地逐步尋找引起事故的觸發(fā)事件、直接原因和間接原因，并分析這些故事原因之間的相互邏輯關(guān)系，用邏輯樹(shù)圖把原因以及他們的邏輯關(guān)系表示出來(lái)。FTA即可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析。定性分析是為了尋找導(dǎo)致與系統(tǒng)有關(guān)的不希望事件發(fā)生的原因和原因的組合。定量分析是為了當(dāng)給定所有底事件發(fā)生的概率時(shí)，求出頂事件發(fā)生的概率及其他定量指標(biāo)，為安全評(píng)價(jià)和決策提供科學(xué)依據(jù)2.2故障樹(shù)分析流程圖圖1流程圖2.3根據(jù)課程設(shè)計(jì)目標(biāo)選擇確確定事件頂事件：在對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特性已充分掌握基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件。通常情況下，這個(gè)事件明顯地影響系統(tǒng)的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性或其他所要求的特征。頂事件必須有明確的定義，它是故障樹(shù)分析的中心。本例根據(jù)課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)選取“本人理論課程達(dá)良故障—總評(píng)成績(jī)<80”作為故障樹(shù)頂事件。2.4根據(jù)成績(jī)單內(nèi)容結(jié)構(gòu)分析頂事件發(fā)生故障機(jī)理圖2故障機(jī)理圖2.5故障樹(shù)術(shù)語(yǔ)與符號(hào)及建立方法底事件：元、部件在設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件下發(fā)生的隨機(jī)故障事件。實(shí)線圓：硬件故障；虛線圓：人為故障未展開(kāi)事件：表示該事件可能發(fā)生，但是概率較小，勿需在進(jìn)一步分析的故障事件，在故障樹(shù)定性、定量分析中一般可以忽略不計(jì)。頂事件：人們不希望發(fā)生的顯著影響系統(tǒng)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、 可靠性和安全性的故障事件。頂事件可由FMECA分析確定。中間事件：故障樹(shù)中除底事件及頂事件之外的所有事件。開(kāi)關(guān)事件：已經(jīng)發(fā)生或必將要發(fā)生的特殊事件。條件事件：描述邏輯門(mén)起作用的具體限制的特殊事件。入三角行：位于故障樹(shù)的底部，標(biāo)示樹(shù)的A部分分支在另外地方。出三角行：位于故障樹(shù)的頂部，標(biāo)示樹(shù)A是在另外部分繪制的一棵故障樹(shù)的子樹(shù)。與門(mén)：Bi(i=1,2,...,n)為門(mén)的輸入事件，A為門(mén)的輸出事件。Bi同時(shí)發(fā)生時(shí)，A必然發(fā)生，這種邏輯關(guān)系成為事件交。用邏輯“與門(mén)”描述，邏輯表達(dá)式:或門(mén)：當(dāng)輸入事件中至少有一個(gè)發(fā)生時(shí)，輸出事件A發(fā)生，成為事件并，用邏輯“或門(mén)”描述 邏輯表達(dá)式為：表決門(mén)：n個(gè)輸入中至少有r個(gè)發(fā)生，則輸出事件發(fā)生； 否則輸出事件不發(fā)生。異或門(mén)：輸入事件B1，B2中任何一個(gè)發(fā)生都可能引起輸 事件A發(fā)生，但B1，B2不能同時(shí)發(fā)生。相應(yīng)的邏輯代數(shù)表達(dá)式為：禁門(mén)順序與門(mén)非門(mén)相同轉(zhuǎn)移符號(hào)相似轉(zhuǎn)移符號(hào)建立方法：故障樹(shù)分析法（FTA）指的是從事故開(kāi)始，按照事件因果關(guān)系，逆時(shí)序地進(jìn)行分析，最后找出事故起因的一種圖形演繹方法。又稱為事故的邏輯框圖分析法。它是一種自上而下的圖形演繹方法。2.6建立規(guī)范故障樹(shù)圖3“達(dá)良故障”故障樹(shù)E:總評(píng)成績(jī)<80；E1：平時(shí)和期末成績(jī)均<80；E2：平時(shí)成績(jī)<80，期末成績(jī)>80且平時(shí)成績(jī)*0.2+期末成績(jī)*0.8<80；E3：平時(shí)成績(jī)>80，期末成績(jī)<80且平時(shí)成績(jī)*0.2+期末成績(jī)*0.8<80；C1：平時(shí)成績(jī)<80；C2：平時(shí)成績(jī)>80;D1：期末成績(jī)<80;D2：期末成績(jī)>80;B1：C1*0.2+D2*0.8<80(B1)B2：C2*0.2+D1*0.8<80(B1)系統(tǒng)故障樹(shù)定性分析3.1故障樹(shù)運(yùn)算規(guī)則故障樹(shù)利用結(jié)構(gòu)函數(shù)表示后，可根據(jù)布爾運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。布爾代數(shù)主要運(yùn)算規(guī)則：交換律：A+B=B+A;AB=BA吸收律：A+AB=A;A(A+B)=A結(jié)合律：A+(B+C)=(A+B)+C;A(BC)=(AB)C分配律：A(B+C)=AB+AC;A+BC=(A+B)(A+C)摩根定理:；等冪律：A+A=A;A*A=A覆蓋律：3.2故障樹(shù)最小割集求解方法故障樹(shù)定性分析的實(shí)質(zhì)就是找出導(dǎo)致頂事件必然發(fā)生的所有最小基本事件的集合，即求解頂事件發(fā)生的最小割集，因此其分析方法指的就是最小割集的求解方法。行列法原理：首先，從緊接頂事件的邏輯門(mén)開(kāi)始，如果是或門(mén)就將該門(mén)的各個(gè)輸入事件縱向排列；如果是與門(mén)，就將該門(mén)的各個(gè)輸入事件橫向排列，依次將門(mén)的輸出事件用輸入事件替換，直至全部門(mén)事件均被基本事件替換為止；然后，再根據(jù)布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行化簡(jiǎn)。布爾代數(shù)法原理：從頂事件開(kāi)始，依次根據(jù)邏輯關(guān)系（“與門(mén)”為“·”，“或門(mén)”為“+”），用輸入事件替換輸出事件，直到全部中間事件均被基本事件替換為止，即將頂事件化簡(jiǎn)到全部用基本事件表達(dá)形式，然后再化簡(jiǎn)。矩陣列表（矩陣）法原理：從頂事件開(kāi)始，首先將頂事件寫(xiě)入矩陣第一行第一列；然后根據(jù)其與輸入事件的邏輯關(guān)系進(jìn)行替換，如果是或門(mén)就將該門(mén)的各個(gè)輸入事件縱向排列，如果是與門(mén)，就將該門(mén)的各個(gè)輸入事件橫向排列，依次將門(mén)的輸出事件用輸入事件替換，直至全部門(mén)事件均被基本事件替換為止；最后，根據(jù)布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行化簡(jiǎn)。上行法原理：從底事件開(kāi)始，由下而上逐級(jí)進(jìn)行處理（對(duì)每一個(gè)輸出事件而言，如果它是或門(mén)的輸出，則將該或門(mén)的輸出事件用輸入事件的布爾和形式表示，如果它是與門(mén)的輸出，則將該與門(mén)的輸出事件用輸入事件的布爾積形式表示），最后得到頂事件的基本事件布爾表達(dá)式并化簡(jiǎn)。最小路集法原理：首先將故障樹(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)偶成功樹(shù)（就是將原來(lái)故障樹(shù)的“與門(mén)”換成“或門(mén)”、“或門(mén)”換成“與門(mén)”，各類事件發(fā)生換成不發(fā)生），然后根據(jù)最小路集求解方法求解最小路集（前述最小割集求解方法也適用于成功樹(shù)的最小路集求解），最后再根據(jù)最小路集求最小割集。3.3求解故障樹(shù)的最小割集用布爾代數(shù)法解本例，依題意得：T=E1+E2+E3=C1B1D2+C1D1+D1C2B2即系統(tǒng)的最小割集為{C1B1D2}，{C1D1}，{D1C2B2}四、系統(tǒng)故障樹(shù)定量分析4.1定量分析的介紹定義：在故障樹(shù)定性分析基礎(chǔ)上，根據(jù)基本事件的故障發(fā)生數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法和計(jì)算技術(shù)，對(duì)故障樹(shù)的各項(xiàng)可靠性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即求出頂事件發(fā)生的概率和基本事件重要度定量分析包括：頂事件發(fā)生概率的計(jì)算和基本事件重要度的計(jì)算4.2給出各基本事件的計(jì)算規(guī)則，并計(jì)算各基本事件的發(fā)生概率我的理論課程總門(mén)數(shù)：50門(mén)C1：平時(shí)成績(jī)<80的有8門(mén)，發(fā)生的概率Pc1=0.16C2：平時(shí)成績(jī)>80的有42門(mén)，發(fā)生的概率Pc2=0.84D1：期末成績(jī)<80的有24門(mén)，發(fā)生的概率PD1=0.48D2：期末成績(jī)>80的有26門(mén)，發(fā)生的概率PD2=0.52B1：C1*0.2+D2*0.8<80(B1)的有1門(mén)，發(fā)生的概率PB1=0.02B2:C2*0.2+D1*0.8<80(B2)的有12門(mén),發(fā)生的概率PB2=0.24E1：平時(shí)和期末成績(jī)均<80的有7門(mén)，發(fā)生的概率PE1=0.144.3計(jì)算頂事件發(fā)生概率值將最小割集進(jìn)行不交化處理并簡(jiǎn)化；因?yàn)镃1和C2，D1和D2互為逆事件，所以有，且根據(jù)吸收律(A+AB=A)和等冪律(A*A=A)，化簡(jiǎn)上式得:將基本事件的相關(guān)數(shù)據(jù)代入簡(jiǎn)化式中并計(jì)算。（若為最小割集法，代入不可靠度數(shù)據(jù)，計(jì)算可直接得到頂事件發(fā)生概率；若為最小路集法，代入可靠度數(shù)據(jù)計(jì)算，再用1減去計(jì)算結(jié)果可得頂事件發(fā)生概率。）經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得各底事件發(fā)生概率為：Pc1=0.16；Pc2=0.84；PD1=0.48；PD2=0.52；PB1=0.02；PB2=0.24則頂事件發(fā)生概率為：P(T)=C1D1+B1C1D2+B2C2D1=0.16*0.48+0.02*0.16*0.52+0.24*0.84*0.48=0.17524.4介紹結(jié)構(gòu)重要度和概率重要度理論，并計(jì)算各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵重要度。結(jié)構(gòu)重要度定義：指的是i單元臨界狀態(tài)數(shù)目和其它單元狀態(tài)組合數(shù)目的比值，其由單元在故障樹(shù)中所處位置的重要程度，與單元本身故障概率毫無(wú)關(guān)系。概率重要度定義：第i個(gè)單元不可靠度（失效概率）的變化引起系統(tǒng)不可靠度（失效概率）變化的程度。結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算：系統(tǒng)有4個(gè)單元，共有=16個(gè)狀態(tài)，具體為：表1布爾真值表B1B2C1D1TB1B2C1D1T00000100000001010011001001010000111101110100011000010101101101101111010111111111由上表可得：概率重要度的計(jì)算由前面最小割集不交化結(jié)果可知，S=C1D1+B1C1D2+B2C2D1則頂事件（系統(tǒng)故障）發(fā)生概率表達(dá)式為因?yàn)镃1和C2，D1和D2互為逆事件，所以將各事件發(fā)生概率代入得：關(guān)鍵重要度的計(jì)算由關(guān)鍵重要度計(jì)算公式，將前面計(jì)算所得各數(shù)據(jù)代入得：五、改進(jìn)及優(yōu)化對(duì)策由定性分析得最小割集，定量分析得結(jié)構(gòu)重要度:B1=B2<D1<C1,由此可知C1（平時(shí)成績(jī)）事件最為關(guān)鍵，只要C1事件能不發(fā)生，就能完全杜絕頂事件（達(dá)良故障）的發(fā)生。在思想上應(yīng)該要重視上課到課率，至少保證不要曠課，通過(guò)課堂表現(xiàn)來(lái)提高自己的平時(shí)成績(jī)。由概率重要度分析得各基本事件的重要度順序依次為B2（0.4032）>C1（0.3752）>D1（0.3594）>B1（0.0832），B2最為關(guān)鍵，突出了期末成績(jī)的重要性,我覺(jué)得應(yīng)該在思想上重視課程事件和考試環(huán)節(jié)：在平時(shí)上課時(shí)，就要認(rèn)真聽(tīng)課，課堂上及時(shí)掌握老師所講的知識(shí)，課后還可以稍微進(jìn)行一點(diǎn)鞏固練習(xí)，而