基于故障树的发动机故障原因分析

基于故障树的发动机故障原因分析

一、故障树分析的目发动机启动困难故障是目前某汽车公司在所有耗材中相对常见的故障类型之一，也是预防和控制非常困难的故障类型之一。发动机的设计与构造由于其特有的技术和难度,起动困难故障有时会发生。随着技术革新的不断发展,以及发动机的结构的不断复杂化,人、机、环境不安全因素增多,发动机不起动故障的发生率有上升趋势,占据各类技术及操作故障的首位,且呈居高不下态势。特别是2000年发生一起由于发动机不起动给用户造成了几乎不可挽回的严重后果,同时也给企业造成了一定经济的损失和对信誉的影响。为了有效遏制这种态势的进一步发展,保证该公司发动机的高效安全运行,在该公司产品质量管理过程中,计划应用故障树分析技术,对过去的5个月有关数据的分析,得出该故障发生的主要原因,并将重点放在预防发动机起动困难故障上。故障树分析(FTA)又称为事故树分析,是系统安全分析方法中应用最广泛的一种演绎的分析方法。它是从待分析的特定故障或产品故障开始(顶上事件),层层分析其发生原因,直到找出故障的基本原因,即故障树的底事件为止。这些底事件又称为基本事件,它们的数据是已知的或者已经有过统计或实验的结果。随着概率论、图论、集合论和计算机技术的发展和完善,故障树分析广泛地应用于生产实践,对安全管理及企业产品的质量管理的现代化起到了很大的推动作用。本文利用故障树分析方法对某柴油机公司的发动机起动困难故障作了质量问题分析。通过故障树的安全分析,达到以下目的:①识别导致故障的基本事件(基本的设备故障)与人为失误的组合,可为人们提供设法避免或减少导致故障基本原因的线索,从而降低故障发生的可能性;②对导致灾害故障的各种因素及逻辑关系能做出全面、简洁和形象的描述;③便于查明系统内固有的或潜在的各种危险因素,为设计、施工和管理提供科学依据;④使有关人员、作业人员全面了解和掌握各项防灾要点;⑤便于进行逻辑运算,进行定性、定量分析和系统评价。二、fta测试系统的基本特征第一,FTA是一种图形演绎法,是事故事件在一定条件下的逻辑推理方法。它是自结果—不希望发生的顶事件(上级事件)向原因方面(下级事件)作树形分解,自上而下的分析。FTA清晰地用图说明系统的事故是如何发生的,它也是系统某个特定故障状态的快速照相。第二,FTA把系统的事故与组成系统的部件的故障有机地联系在一起。通过FTA可以找出系统的全部故障模式,也就是故障树的全部最小割集,或者称它们是系统的故障谱。第三,故障树本身也是一种形象化的技术资料,当它建成后,对没有参与系统设计的管理、运行人员也是一种直观的教学和维修指南。第四,FTA常用于分析复杂系统,因此它离不开计算机软件,目前FTA方面的软件有迅速发展的趋势,在定性、定量以及图形化、微机化等发面已取得了很大进展。第五,FTA由于受到统计数据的不确定性的影响,因此在定量分析中存在诸多困难,目前除了进行有效的定性分析外,更多的人关心FTA的重要度分析与误差分析,它们是FTA中定量分析中的重要部分。三、顶事件的统计分析。根据以下步骤故障树分析的基本步骤如下:①熟悉系统:要详细了解系统状态及各种参数,绘出工艺流程图或布置图。②调查故障:收集故障案例,进行故障统计,设想给定系统可能发生的故障。③确定顶上事件:要分析的对象即为顶上事件。对所调查的故障进行全面分析,从中找出后果严重且较易发生的故障作为顶上事件。④确定目标值:根据经验教训和故障案例,经统计分析后,求解故障发生的概率(频率),以此作为要控制的故障目标值。⑤调查原因事件:调查与故障有关的所有原因事件和各种因素。⑥画出故障树:从顶上事件起,逐级找出直接原因的事件,直至所要分析的深度,按其逻辑关系,画出故障树。⑦分析:按故障树结构进行简化,确定各基本事件的结构重要度。⑧故障发生概率:确定所有故障发生概率,标在故障树上,并进而求出顶上事件(故障)的发生概率。⑨比较:比较分可维修系统和不可维修系统进行讨论,前者要进行对比,后者求出顶上事件发生概率即可。⑩分析:原则上是上述10个步骤,在分析时可视具体问题灵活掌握,如果故障树规模很大,可借助计算机进行。目前我国FTA一般都考虑到第7步进行定性分析为止,也能取得较好效果。四、故障树定性分析1.求出最小割集,掌握事故发生的各种可能割集,亦称截集或截止集,它是导致顶上事件发生的基本事件的集合,也就是说,事故树中,一组基本事件发生能造成顶上事件发生,这组基本事件就称为割集。最小割集的主要作用:最小割集表示系统的危险性。求出最小割集可以掌握事故发生的各种可能,了解系统危险性的大小,为事故调查和事故预防提供方便。最小割集的定义明确表示,每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能,即表示哪些故障和差错同时发生时顶上事件就发生。事故树中有几个最小割集,顶上事件发生就有几种可能。最小割集越多,系统越危险。另外,掌握了最小割集,实际上就掌握了顶上事件发生的各种可能。这对我们掌握事故的发生规律,调查某一事故的发生原因都是有益的。也就是说,一旦事故发生,就可以排除那些非本次事故的割集,而最终找到本次事故割集,这就是造成本次事故的原因事件的组合。2.由件的集合组成事故树中的另一个基本概念是径集,即如果事故树中某些基本事件不发生,则顶上事件就不发生,则这些基本事件的集合称为径集。最小径集就是顶上事件不发生所必需的最低限度的径集。最小径集表示系统的安全性。求出最小径集可以了解,要使事件不发生,有几种可能的方案。并掌握系统的安全性,为控制事故提供依据。最小径集的定义表明,一个最小径集中的基本事件都不发生就可使顶上事件不发生,事故树中的最小径集越多,系统越安全、稳定。五、故障原因的故障树分析1.系统故障树分析在五个月全国各地使用该公司产品出现故障而到维修点返修或索赔的12330个数据中,找出了其中有关发电机起动困难的故障的1000多条数据进行了归纳、总结、分析并定义出相应的故障及其相互关系画了故障树图形如图1所示。经过对材料数据的分析,计算出相应的各个事件发生的概率。2.机组合问题的实际意义表1是根据图1的事故树分析得出的朝柴发动机发生起动困难的所有最小割集和其实际意义。表2是根据图1的事故树分析得出的朝柴发动机发生起动困难的所有最小径集和其实际意义。3.事故名称及机构重要程度由故障树分析软件分析出故障树中的每个基本事件的结构重要度系数的数值。整理到表3第二列,由此可以得出结构重要度排列顺序:I(1)>I(9)>I(7)=I(2)=I(4)=I(8)=I(5)=I(6)=I(3)>I(10)=I(11)=I(12)事件名称及机构重要程度为:人的失误控制>盆油泵供油>燃油塞损坏=风扇皮带松动=活塞问题=燃油滤清器损坏=主轴损坏=内部部件熔断=外界因素>燃油质量差=盆油泵卡死=喷油器开启压力低,顶上事件发生的概率是:0.000078321617。这样就可知道了,在不考虑每个基本事件发生的难易程度时,最容易造成该产品发生该故障的是人的失误控制,即违章作业等。而影响最小的是燃油质量问题、盆油泵卡死问题、喷油器开启压力问题。4.事件名称及概率重要程度的计算由事故树分析软件分析出事故树中的每个基本事件的概率重要度系数的数值数据整理成表3第三列,由此可得概率重要度系数排序:Ig(3)=Ig(4)=Ig(5)=Ig(6)=Ig(8)>Ig(10)>Ig(11)=Ig(12)>Ig(7)>Ig(2)>Ig(1)>Ig(9)事件名称及概率重要程度为:外界因素=活塞问题=主轴损坏=内部部件熔断=燃油滤清器损坏>燃油质量差>盆油泵卡死=喷油器开启压力低>燃油塞损坏>风扇皮带松动>人的失误控制>盆油泵供油。概率重要度系数是表示某个基本事件发生概率的变化能引起顶事件发生概率变化的程度。由上分析可得当外界因素、活塞问题、主轴损坏、内部部件熔断、燃油滤清器损坏等问题的变化能更大限度的影响顶事件发生的概率变化,也就是说降低这几种子事件的发生概率能迅速有效的降低顶事件发生概率,这对为降低基本事件发生概率对顶事件发生概率的贡献大小提供了依据。5.事故名称及危险关键重要程度由故障树分析软件分析出故障树中的每个基本事件的危险(关键)重要度系数的数值整理成表3最后一列,由此可得危险重要度系数顺序:Cg(1)>Cg(4)>Cg(7)>Cg(3)>Cg(2)>Cg(9)>Cg(5)>Cg(8)=Cg(6)>Cg(11)=Cg(12)>Cg(10)事件名称及危险(关键)重要程度为:人的失误控制>活塞问题>燃油塞损坏>外界因素>风扇皮带松动>盆油泵供油>主轴损坏>燃油滤清器损坏=内部部件熔断>盆油泵卡死=喷油器开启压力低>燃油质量差。危险(关键)重要度系数表示基本事件发生的变化率引起顶事件发生概率的变化率。由危险重要度系数分析可知人为因素和活塞问题不仅敏感度高而且发生概率较大,所以控制他们是最合理的选择,这样就为找出最好的故障防范措施提供了依据。六、故障原因分析通过故障树定性分析可知,发动机起动困难故障树共有10组最小割集,也就是说发动机起动困难故障可能有10种途径。例如:K6={X11X1X9}事件的名称是:盆油泵卡死;人的失误控制;喷油泵供油;这组最小割集表明:在注意对技术人员的管理和操作人员的教育外还要注意对喷油泵的机械故障和供油情况的定期检查和更换。同时通过故障树分析还找到了发生故障的主要原因和一些次重要原因。在这10种途径中,经过对多次故障统计分析得知,在这些最小割集中大都存在X1元素,对于这种因素应加以重视,即对操作人员的教育和对技术人员的管理是该公司亟待解决的问题,也是最主要的问题。根据各种事故结果消除的难易程度和多方面的相关因素,提出了以下控制防范措施:首先,根据结构重要度系数比较分析可知,提高人的素质是现在该公司急需解决的问题。而机器本身的主要问题,是喷油泵供油功能的可靠性控制,这应引起厂家的密切关注。其次,根据概率重要度系数比较分析可知,活塞功能问题,主轴由于种种原因损坏,发动机内部部件熔断,燃油滤清器损坏不能正常行使其功能,自然因素,人为损坏等非产品因素都在该公司产品故障因素中占相当多的比例,都应引起公司的注意。最后,根据危险(关键)重要度系数比较分析可知,由这种分析方法可知人的失误因素(人的违章作业及违章操作)仍然是主要因素,其次就是活塞损坏问题、燃油塞损坏问题、自然因素、发动机风扇皮带松动、喷油泵供油功能不能实现、主轴损坏等依次都要引起企业和用户相当的重视。七、设备制造的缺陷通过系统安全工程故障树分析方法,我们最终发现发动机起动困难