可靠性工程课程设计

1、郑州航空工业管理学院课程设计报告级质量与可靠性工程专业 103 班课程名称可靠性工程课程设计题 目我的理论课程“达良故障”故障树分析姓 名 学号指导教师 职称二O一二年五月日课程设计任务书一、设计题目我的理论课程“达良故障”故障树分析二、设计依据1、个人成绩单；2、FTA分析步骤及要求；3、FTA分析案例。三、设计内容根据给定的个人成绩单、FTA分析步骤及内容、其相关案例，分析 本人理论课程总评成绩80分（达良故障）时存在的故障模式，确定该 系统的故障树顶事件，并在对系统故障树进行定性、定量分析基础上, 确定顶事件发生概率及关键事件，给出系统改进和优化对策。2012年5月 日我的理论课程“达良

2、故障”故障树分析目录 TOC o 1-5 h z 课程设计报告1 HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 课程设计任务书0 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 一、设计题目0 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 二、设计依据0 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 三、设计内容0目 录I HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 我的理论课程“达良故障”故障树分析I我的理论课

3、程“达良故障故障树分析1 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 序、课程设计简介1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 一、系统简介2 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 二、系统故障树的建立3 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 三、系统故障树定性分析6 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 四、系统故障树定量分析9 HYPERLINK l bookmark9

4、1 o Current Document 五、改进及优化对策16六、总结17参考文献18附件：19 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 课程设计答辩评语0我的理论课程“达良故障”故障树分析序、课程设计简介in1、设计目的本课程设计是与可靠性工程配套的实践环节之一，根据老师的要求， 依据统一提供的理论课程成绩数据，完成我的理论课程“达良故障” FTA分析。在分析课程“达良故障”故障机理基础上，建立以“本人理 论课程达良故障（总评成绩80分）为顶事件的故障树，并在对系 统故障树进行定性、定量分析基础上，给出系统改进和优化对策。2、课程设计进度安排对本

5、人成绩单进行分析 够建达良故障-总评成绩80故障树对故障树进行定性分析 对故障树的定量分析对故障树的问题进行优化改进一、系统简介根据给定的个人成绩单，分析本人理论课程总评成绩80分（达良 故障）时存在的故障模式，确定该系统的故障树顶事件，并在对系统故 障树进行定性、定量分析基础上，确定顶事件发生概率及关键事件，给 出系统改进和优化对策。构建故障树必须遵循“直接的必要和充分的原因”的原则。对故障树进行定性分析可以查明顶事件发生所有途径中最低限度 基本事件组合，可以发现已有安全措施中薄弱环节，以及对未加保护的 事件应采取的措施，而且为故障树的定量分析提供基础。定性分析即求 解顶事件发生的最小割集，

6、有行列法、布尔代数法、矩阵列表法、上行 法、最小路集法，前三种属于下行法。对故障树的定量分析的目的是确定薄弱环节和改进设计方案。包括 概率重要度、关键重要度、结构重要度的计算。最后根据故障树的分析对个人成绩的提高提出优化改进的方案和 措施。二、系统故障树的建立1、故障树分析法概述1）定义：故障树分析法（FTA）是1961年由贝尔实验室的11. A. Watson提出， 指的是从事故开始，按照事件因果关系，逆时序地进行分析，最后找出 事故起因的一种图形演绎方法。又称为事故的逻辑框图分析法。2特点:故障树分析法是一种自上而下的图形演绎方法；有很大的灵活性; 而且有硬件、软件、环境、人素等综合性；应

7、用范围广，目前已广泛应 用，用于宇航、核能、电子、机械、化工和采矿等领域。3）目的和功能：故障树分析法即可进行定性分析，也可进行定量分析。定性分析目 的：寻找导致与系统有关的不希望事件发生的原因和原因的组合，即寻 找导致顶事件发生的所有故障模式集合。定量分析目的：当给定所有底 事件发生的概率时，求出顶事件发生的概率及其他定量指标，为安全评 价和决策提供科学依据。4）术语与符号：顶事件：人们不希望发生的显著影响系统技术性能、经济性、可靠性和 安全性的故障事件。底事件：元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事件。中间事件：故障树中除事件及顶事件之外的所有事件。131 Bn与门：Bi (i=1,2

8、,3,.n)为门的输入事件，A为门的输出事件。Bi同 时发生时，A必然发生，这种逻辑关系称为事件交。用逻辑与门描述， 逻辑表达式为A=BinB2AB3A ABnAdBl | Bn或门：当输入事件中至少有一个发生时，输出事件A发生，称为事件并。 用逻辑或门描述，逻辑表达式为A=B1UB2UB3UUBn2、故障树构建图1中：T：达良故障一一总评成绩80总评成绩二0. 2*平时成绩+0. 8*期末成绩A1：平时成绩80而且期末成绩80而且综合成绩80A2：平时成绩80而且期末成绩80A3：平时成绩80而且期末成绩80而且综合成绩80XI：期末成绩80X2：平时成绩80X4：期末成绩80X5：平时成绩

9、80X3： 0.2*X5+0. 8*X480X6： 0. 2*X2+0. 8*Xl80图i一一达良故障树三、系统故障树定性分析定性分析可以查明顶事件发生所有途径中最低限度基本事件组合；可以 发现已有安全措施中的薄弱环节，以及对未加保护的事件应采取措施。 定性分析为故障树的定量分析提供基础。1、故障树的数学表达及运算故障树可以认为是系统故障(顶事件)和导致故障发生的诸多元素 之间的布尔关系的图形话表示。因此，可用布尔代数来给出故障树的数 学表达，这样有助于进行故障树的简化，从而有利于故障树的定性分析 和定量分析。故障树的数学表达可用其结构函数来表示:逻辑门符号数学表达与门ABlBnA=B1 n

10、B2 n B3 AABn或门ALBlBnA=B1 U B2 U B3UUBn在本人理论课程总评成绩80分达良故障树中，其结构函数为:T=A1UA2UA3= (X1CX2CX3) (X2AX4) (X3CX4CX5)2、定性分析方法最小割集求解方法的简述故障树定性分析的实质就是找出导致顶事件必然发生的所有最小 基本事件的集合，即求解顶事件发生的最小割集，因此此分析方法指的 就是最小割集的求解方法。最小割集的求解方法有以下几种：行列法下行法v布尔代数法1矩阵列表法行列法：提出：1972年由Fussell提出，所以也称Fussel 1法。原理：首先，从紧接顶事件的逻辑门出发，如果是或门就将该门的各个

11、 输入事件纵向排列；如果是与门，就将该门的各个输入事件横向排列， 依次将门的输出用输入事件替换，直至全部门事件均被基本事件替换为 止；然后，再根据布尔代数运算规则进行简化。特点：简单易行，可编程实现，因此得到广泛应用。布尔代数法：原理：从顶事件开始，依次根据逻辑关系，用输入事件替换输出事件 (“与门为“，“或门”为“ + 直到全部中间事件均被基本事件 替换为止，即将顶事件化简到全部用基本事件的表达形式，然后再根据 布尔代数运算规则进行简化。矩阵列表法：原理：从顶事件开始，首先将顶事件写入矩阵第一行第一列；然后根据 其与输入事件的逻辑关系进行替换，如果是与门，就将该门的各个输入 事件横向排列，依

12、次将门的输出用输入事件替换，直至全部门事件均被 基本事件替换为止；然后，再根据布尔代数运算规则进行简化。2）上行法：原理：从底事件开始，右下而上逐级进行处理，对每一个输出事件而言， 如果它是或门的输出，则将该或门的输出事件的布尔和形式表示，如果 它是与门的输出，则将该与门的输出事件的布尔积形式表示，最后得到 顶事件的基本事件布尔表达式并简化。3）最小路集法：原理：首先对偶先将故障树转化为对偶成功树（就是将原来故障树的与 门换成或门、或门换成与门、各类事件发生换成不发生）然后根据最小 路集求解方法求解最小路集，最后再根据最小路集求解最小割集。3、求图1的最小割集用行列法求解最小割集解： AlX1

13、X2X6J A2 4 X2X4 A3I X3X4X5所以得出最小割集为（X1X2X6） X2X4） X3X4X5）。、系统故障树定量分析1、介绍在故障树定性分析的基础上，根据基本事件的故障发生数据， 运用数学方法和计算技术，对故障树的各项可靠性参数进行计算，即求 出顶事件发生的概率和基本事件重要度。重要度：指的是底事件或最小割集对顶事件发生的贡献。重要度分析目的：确定薄弱环节和改进设计方案。2、根据个人成绩单，计算各基本事件的发生概率解出：A1=O A2=6/48=0. 125A3=22/48=0. 458XI=17/48=0.354X2=7/48=0. 146X3=22/48二0. 458X

14、4=31/48=0.646X5=41/48=0.854X6=03、计算顶事件发生概率值解：1最小割集不交化处理：S = X1X1X6 + X1X2X6 X2X4 +X1X2X6X2X4 X3X4X5=X1X2X6 + （XI + X1X2 + X1X2 品）X2X4+ （XI +X1X2 + X1X2X6）（X2 + X2 莉）X3X4X5=71 X2X4 + X1X2 X6X4 + X2 X3X4X52求顶事件发生概率：带入数据得：Fs二(1-0. 354)*0. 146*0. 646+0. 354*0. 146*(1-0. 583)+ (1-0. 146) *0.458*0. 646*0.

15、 854=0. 2984、介绍结构重要度和概率重要度1）概率重要度定义：第i个单元不可靠度（失效概率）的变化引起系统不可靠度（失效概率） 变化的程度。其数学公式表达如下所示：)=姬景芸*普gjt) _ 第i个单元的概率重要度Ft Ct)单元的不可靠度玲(1)顶事件(系统)的不可靠度W) = Fi(t),F2 0),，&(1)关键重要度定义：第i个单元故障概率变化率所引起系统故障概率变化。结构重要度定义：指的是i单元在故障树中重要顺序的量值，其由单元在故障树中所处位 置决定，与单元本身故障概率无关。/?：i单元的结构重要度n：系统所含单元数目合数目，一般可用布尔真值表求出。对于i单元由。变为1,

16、系统的可能变化有四种：0（y）=o(y) = (y)=i(y) = （y）=i0（0叩）=1-0（侦；）=00（0叩）=1 T 0由于第4种情况不存在，第2、3种情况贡献为0,所以71?可表示为”? = 2。（1”；）-0（响）即：=对。（比寸：（。崂）125、计算结构重要度系统有5个单元，共有26二64个状态。列出布尔真值表:系统状态 编号X6XIX2X3X4X5系统状态1000000020000010300001004000011050001000600010107000110080001111900100001000100101100101011200101111300110001400

17、110103 53 4333232928bO2 6252 4232222865iiiOOoOOoOOOOOoooOoooOooi11ii1iii1i111i1ooOooOOoooooooooOoOooooooooOooooooo1oiO1oio1oio1o1o1o1oooo444ooooooooo4436100011037100100038100101039100110040100111141101000042101001043101010144101011145101100046101101047101110148101111149110000050110001051110010052110

18、0110531101000541101010551101100561101111571110001581110011591110101601110111611111001621111011631111101641111111由诸=0(1叩)一0(0叮)得,71?二6, 71?二 18, 71?二6, 71?二 14, 71-5=4, 71? = 22九-1 = 25 = 32所以：/?=旦=0. 188, 苴=丛0. 563, /? = -=0. 186,132232332/? = 0. 438, /? =、0. 125, I? = -=0. 0625 432532532由结果可知，X2, X

19、4在结构重要度中比较重要。其次依次是XI, X3, X5,X6.6、计算概率重要度解：&0) = 1 - (1 - X1X2X6) * (1 - X2X4) * (1-X3X4X5 )勿(t)= 孙s( X2X6* (1-X2X4) * (1-X3X4X5) =0OF】(t)勿。)=芸:=(X4 + X1X6 - 2X1X2X6X4) * (1 - X3X4X5)=0. 483所=&)=X4X5*(1-X1X2X6)*(1-X4X2)二0. 499757*3 (t )4(t)=若% =(1T1X2X6)*(X3X5+X2+2X2X3X4X5)=0. 463，5(t) = dFs(tl = (1

20、-X1X2X6) *(1-X2X4) *X3X4=0. 268 6Fs (t)孙s( =X1X2*(1-X2X4) (1 -X3X4X5)=0. 0352 BF& (t)由结果知,X3的变化引起系统不可靠度变化的程度最大。然后依次是X2,X4, X6, X5.7、计算关键重要度解：Fs (t)=l -(1- X1X2X6) * (1 一 X2X4) * (1 一 X3X4X5) =0. 323Egi(t) =0492(1)=0. 218/g3 (t) =0. 70855*硕。)=0.926495 0)=0. 70858*496。)=0R clrIK rIK R RC2 C3R 4rIK rIK

21、 R R c 5 c 6其&凡一&竺&竺&耳一&允一&由结果知：X4单元故障概率变化率所引起系统故障概率变化率变化的程度最大，然后依次是X5, X3, X2.五、改进及优化对策结论：表1个单元重要度单元代号结构重要度概率重要度关键重要度XI0. 18800X20. 5630. 4830.218X30. 1860. 49970.70855X40. 4380. 4630.926X50. 1250. 2680.70858X60.06250.03520由表1可知，从结构重要度来分析，单元重要度依次为2、4、1、3、 5、6,因此因该在2、4单元上加强可靠度，在注重平时成绩的同时， 也要努力提高期末成绩

22、。从概率重要度来分析，单元重要度排序为3、2、 4、5、6、1,这就对已设计的成绩系统，降低每个单元故障概率对于降 低顶事件故障概率的贡献大小提供了依据。从关键重要度来分析，单 元4重要度最大，然后依次为5、3、2,这就给对单元排次序，找出最 佳的故障诊断和维修顺序提供了依据。首先应该多加努力，提高期末成 绩，尽量使各个科目的成绩80,达良故障的概率才会减小。改进的措施：首先应该多加努力，提高期末成绩，尽量使各个科目 的成绩80,达良故障的概率才会减小。对于几个科目平时成绩较低, 应该在课堂上积极发言，积极的配合老师，认真思考老师给的每一个话 题，多得一些平时成绩。总之，要多付出努力才会让达良

23、故障的概率减 小。六、总结亲自动手做了课程设计之后，感觉一切东西做的很麻烦，很焦急, 画故障树的很多细节都要很是注意，初次用电脑画故障树，改了好多次 才让故障树看起来比较美观。还有在故障树的分析中，公式的编辑也很 恼人，不耐烦的感觉好多次的爬上眉头，不过还是要耐着性子继续做下 去，因为只有坚持做了才能体会到这个过程的艰辛，只有坚韧的毅力才 能支持着自己做完课程设计。因为这不像在纸上写，对一些细节的原先 在纸上打草稿的时候很多都没有想到，所以在很多操作上浪费了很多时 间，这也是由于对电脑做图和编辑公式的不熟悉导致的，在这方面以后 一定要多加练习弥补这方面的不足。这次课程设计让我对故障树的构建与分

24、析有了有深刻的了解，对一 些细节知识更好的领会。通过理论成绩达良故障的分析，深刻的认识到 自己成绩的缺点，应该多努力学习知识，收收玩的心，努力更加优秀。参考文献1刘品，刘岚岚，可靠性工程基础第三版。中国计量出版社，2010, 2附件:平时 期末 总评 补考 最高90510338毛泽东思想和中国特色社会 主义理论体系概论6069676790510338计算机应用基础6564646490510338企业资源计划（ERP）7096919190510338系统建模与仿真7071717190510338全面质量管理7568696990510338质量统计分析7563656590510338概率论与数理统计7962656590510338大学英语读写译（四）8056616190510338大学英语视听说（四）8055606090510338机械制造概论8084838390510338马克思主义基本原理概论8061656590510338ERP沙盘模拟8181818190510338大学英语视听说（一）8285848490510338红楼梦人物研究858585