故障树分析（FTA）技术及如何确定维修问题的根本原因
一、故障树分析的来源与应用
为最大限度降低故障或事故的风险，识别和分析系统中的潜在故障非常重要。故障树分析（FTA）是一种有效的故障识别、定位与分析工具，世界各行各业使用故障树分析方法评估系统的可靠性和安全性。同时，故障树分析方法在故障预防和缓解方面也被证明是有价值的。
故障树分析起源于20世纪60年代的航空航天行业（1962年美国贝尔的沃森(Watson)和默恩斯(Mearns)提出并应用于分析民兵式导弹发射控制系统的。其后，波音公司的哈斯尔(Hasse)、舒劳德(Schroder)、杰克逊(Jackson)等人研制出故障树分析法计算程序，标志着故障树分析法进入了以波音公司为中心的宇航领域），但很快在核能发电、化学加工厂、汽车工程和许多其他每天都要做出高风险决策的领域获得了关注。
随着FTA技术的不断进步、发展，其应用范围进一步扩展到软件开发、网络安全风险评估和医疗管理等领域。
二、什么是故障树
故障树分析（FTA）是一种识别和评估复杂系统中潜在故障的系统方法。作为一种自上而下的演绎方法，FTA有助于使用布尔逻辑理解各种故障、子系统和冗余安全设计元素之间的相互关系。
故障树分析采用可视化的故障树图方式，描述各种故障、子系统和冗余安全设计元素之间的相互关系，使得工程师能够调查、分析系统故障的根本原因。故障树图结合了定性和定量两个方面，为可能导致不期望结果的特定事件（通常称为顶事件）或情况的风险分析提供了有价值的决策依据。
故障树图由基本事件（如组件故障）、中间事件（如导致更高级别故障的基本事件的组合）和顶事件（如系统故障）的符号组成。这些故障树符号通过逻辑门（AND、OR等）连接，这些逻辑门规定了单个组件如何对整体系统可靠性做出贡献、产生影响。
通过对故障树及其应用的深入了解后，各行各业的专业人员可以利用FTA手段来解决与安全关键系统相关的复杂问题。
图1 太阳翼驱动机构失效故障树
三、哪些人员和行业应用故障树分析
目前，质量可靠性专业人员和各行业都在利用故障树分析（FTA）手段来评估、分析和缓解潜在的系统故障。其中包括安全工程师、可靠性工程师、制造业、航空航天、核电站和化工、汽车、电子等行业。
FTA的应用能够了达到的益处包括：
1、简化复杂系统：通过故障树将复杂系统分解为较小的子系统或组件。
2、增强决策过程：凭借其概率方法，FTA能够实现更好的风险评估和管理决策。
3、提高整体系统性能：通过系统地识别和缓解故障模式。
4、促进利益相关者之间的有效沟通：因为故障树图直观地表示了导致特定结果的事件之间的关系。
例如，在航空航天企业，FTA已被用于通过确定事故或故障的可能原因来评估飞机的安全性和可靠性。
在核电行业，故障树在评估反应堆安全系统和降低核电站运行相关风险方面发挥了至关重要的作用。
在设施设计阶段，通过危险识别、风险评估和预防工作，化学加工行业也从这种方法中受益。
此外，故障树在汽车制造中用于车辆安全评估和改进产品设计，以解决已识别的故障模式。
同时，通过将故障树技术集成到这些不同的领域，工程师和分析师可以更好地了解复杂系统在不同条件下的行为，同时最大限度地降低关键事件发生的概率。
四、故障树的组成
在使用故障树进行分析时，需要先了解故障树图（模型）的组成以及常用的符号。通常情况下，故障树包括三个主要类别的符号：事件、门和转移符号。事件包括基本事件（圆形图形）、房型事件（房屋形图形）等，逻辑门包括与门（AND）、或门（OR）、异或门（XOR）等。转移符号通常是用于复杂的故障树建模，用来将部分故障树进行分页显示，即将故障树的部分模型转为故障子树，然后通过转移符号建立多个故障树之间的连接关系。转移符号在跨多个故障树连接发挥着至关重要的作用，可确保在分析大规模或互连系统时实现无缝集成。
使用适当的故障树模板也有助于FTA分析的有效性。通过采用基于行业标准或经验的预定义故障树结构，分析师可以在建模过程中节省时间，并确保单位内进行的不同故障树分析的数据一致性。这种一致性要求能够使单位内部更好地主动管理与其运营相关的风险。
五、故障树分析的好处
前面已经大概描述了使用故障树分析所带来的好处。FTA是一种提高系统可靠性的有力工具。通过使用故障树工具，可以帮助识别给定系统的潜在故障模式及其相关原因。
故障树图也有助于了解系统的风险，因为它可以深入了解由于给定原因导致系统故障的概率。
因此，FTA可以帮助提高系统的安全性，因为它可以帮助识别可能导致危险结果的潜在故障点。
通过使用FTA，工程师可以建议安全措施，以降低系统故障的可能性，从而最终提高系统的可靠性。
总结故障树分析的好处，包括：
（1）提高系统可靠性
通过系统地分解故障及其原因，FTA可以全面了解系统中的每个组件如何相互作用，从而使工程师和技术人员能够识别可能导致故障的潜在弱点或漏洞。
此外，通过对这些相互作用的评估，故障树分析可以提供有关系统架构中冗余和单点故障的宝贵信息，从而实现旨在提高整体可靠性的有针对性的改进。
例如，工业工厂中的电源子系统，该子系统由多个组件协同工作以确保不间断的电力服务。在这种情况下，FTA将首先为每个组成元件绘制出所有可能的故障模式，如变压器故障或断路器跳闸，然后分析这些事件之间的相互依存关系。
这种系统化的方法不仅有助于查明具体问题，而且还突出了单个事件扰乱系统其他部分可能产生的任何级联效应。
通过使用FTA方法仔细检查和识别设备故障背后的根本原因，可以实施预防性维护措施，以最大限度地减少未来发生的故障，并减少由于意外故障造成的停机时间。故障树分析的持续应用有助于根据从现实条件中收集的经验数据不断改进和完善维护工作。
（2）增强系统安全性
通过故障树的起源以及以往的应用示例可知，故障树分析（FTA）的一个关键方面是它对提高各种行业和应用的安全性做出了贡献。通过使用故障树分析模板和故障树分析软件工具，专业人员可以系统地识别复杂系统中的潜在危险，评估其风险，并实施预防措施来减轻这些危险。
考虑到清晰的故障树分析定义，系统化的过程允许对与每个组件或子系统相关的所有可能的故障模式进行全面评估。在系统设计和运行的背景下，FTA的主要重点是发现可能导致灾难性后果的漏洞，这加强了在不同部门保持最佳安全标准的重要性。
（3）更明智的决策
通过根据长期收集的实际绩效数据不断应用和改进，各组织能够就旨在保护人类生命和宝贵资产免受意外事件影响的风险管理战略做出明智的决策。
六、故障树分析如何帮助您避免和解决潜在维修问题？
故障树分析方法的应用不仅有助于解决现有问题，而且有助于通过以下方式避免潜在问题：
● 识别系统设计中的薄弱环节、漏洞;
● 确定单点故障点;
● 揭示可以引入冗余以提高可靠性部位或者环节;
● 帮助制定主动维护计划;
● 根据部件故障率制定预防性维护计划;
● 确保及时更换或修理关键部件；
● 改进产品的操作程序;
● 发现操作员培训或文档方面的差距;
● 建议旨在减少人为失误的程序改进。
通过利用故障树分析技术，能够获得操作性强的改进措施、应对措施，帮助降低与运营相关的风险。这促进了更安全、更可靠的系统的开发，最终降低了成本，提高了产品的整体性能。此外，利用故障树实施全面分析，能够使得企业在面临资源分配和风险优先级方面的挑战时做出明智的决定。
如何使用可靠性分析软件PosVim的故障树分析工具实施故障树分析，详见故障树工具介绍、帮助手册或直接qy球友会。