摘要：故障樹(shù)分析法是分析大型復雜系統安全性與可靠性的一種較好的方法，具有簡(jiǎn)明、直觀(guān)的特點(diǎn)。將該方法引入渦輪流量計生產(chǎn)裝配過(guò)程，不僅可以對產(chǎn)品裝配質(zhì)量進(jìn)行定性分析和定量分析，而且還可以通過(guò)考慮造成系統故障的原因，對可能出現的問(wèn)題在裝配過(guò)程中予以解決。

氣體渦輪流量計由于具有量程比大、壓損小、精度高等優(yōu)點(diǎn)，且結構緊湊、安裝方便、費用低，因此在燃氣計量尤其是貿易計量中得到廣泛應用。由于渦輪流量計結構復雜、生產(chǎn)裝配要求較高，影響渦輪流量計生產(chǎn)質(zhì)量的因素很多，為提高產(chǎn)品一次裝配合格率，我們引入了故障樹(shù)分析法。

故障樹(shù)分析法(Fault Tree Analsis，簡(jiǎn)稱(chēng)FTA)簡(jiǎn)單地講就是把產(chǎn)品(系統)*不希望發(fā)生的故障作為故障分析的目標，把選定的產(chǎn)品故障狀態(tài)稱(chēng)為頂事件，然后找出引起頂事件的底層因素。它是一種圖形演繹方法，通過(guò)層層深入的分析，找出系統的薄弱環(huán)節，以進(jìn)一步改進(jìn)設計和提高關(guān)鍵件的可靠度，從而提高*終系統的可靠性。自從1961年美國貝爾實(shí)驗室*先應用FTA在民兵導彈的發(fā)射控制系統可靠性研究中獲得成功以來(lái)，這種圖形化的方法配合計算機技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸地深入到各個(gè)領(lǐng)域。

1、故障樹(shù)分析方法在氣體渦輪流量計生產(chǎn)中的應用

1.1氣體渦輪流量計故障樹(shù)的建立

(1)系統描述

氣體渦輪流量計是葉輪式速度流量計，屬于速度式測量，即利用測量管道內介質(zhì)流動(dòng)速度來(lái)得到流量。置于流體中的葉輪的旋轉角速度與流體流速成正比，通過(guò)測量葉輪的旋轉角速度得到流體流速，從而得到管道內的流量值。整個(gè)系統可劃分為：流道、機芯、運動(dòng)傳遞、計數及輸出四個(gè)子系統。流道系統將來(lái)流整理為規則流場(chǎng)，機芯系統將介質(zhì)流動(dòng)轉化為葉輪轉速，運動(dòng)傳遞系統將葉輪轉動(dòng)輸出到計數系統，計數及輸出系統提供數值輸出。

(2)頂事件的選取

頂事件是*不希望發(fā)生的故障狀態(tài)。針對渦輪流量計生產(chǎn)裝配，*不希望發(fā)生的是“氣體渦輪流量計產(chǎn)品不合格”。

(3)故障樹(shù)建立

故障樹(shù)實(shí)質(zhì)上就是事件之間的一個(gè)邏輯圖，這個(gè)邏輯圖以頂事件為樹(shù)根，樹(shù)葉相當于產(chǎn)生故障的基本原因，也就是底事件。在選取“氣體渦輪流量計產(chǎn)品不合格”作為頂事件后，根據渦輪流量計結構特點(diǎn)，在生產(chǎn)裝配過(guò)程中引起質(zhì)量不合格的直接原因是流道系統故障、機芯系統故障、運動(dòng)傳遞系統故障、計數及輸出系統故障，然后以這四個(gè)原因為此頂事件，采用類(lèi)似的方向繼續深入分析，直到找到代表各種故障事件的底事件為止。比如，機芯系統故障可能由“機芯艙故障”或“選配零部件不合要求”(由于精度要求高，對部分機芯零部件不得不進(jìn)行選配)造成“選配零部件不合要求”為一底事件，而“機芯艙故障”繼續作為下一層的頂事件進(jìn)行分析尋找其底事件。圖1為氣體渦輪流量計故障樹(shù)示意圖，表1為該故障樹(shù)的事件列表。該故障樹(shù)共考慮了生產(chǎn)裝配過(guò)程的20個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題作為底事件。零部件等的質(zhì)量由于轉為供應商的質(zhì)量控制，所以在建立故障樹(shù)過(guò)程不予考慮。

1.2故障樹(shù)的定性分析

故障樹(shù)的定性分析的主要任務(wù)是找出導致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，即求出故障樹(shù)的全部*小割集。*小割集實(shí)際上可以在一定的程度上代表系統的危險性大小。本處采用下行法(Fussell法)進(jìn)行分析，由圖可見(jiàn)該故障樹(shù)為串聯(lián)系統，底事件間為相“或”的關(guān)系，所以故障樹(shù)結構參數為：

即該故障樹(shù)由20個(gè)一階*小割集x1，x2，···x20組成。

1.3故障樹(shù)的定量分析

故障樹(shù)定量分析的主要任務(wù)是計算頂事件的發(fā)生概率和對各底事件進(jìn)行重要度分析。

氣體渦輪流量計故障樹(shù)的全部*小割集為x1，x2，···x20，則頂事件出現的概率為：

式中P(T)——頂事件發(fā)生的概率

P(Xi)——底事件發(fā)生的概率

為了計算系統頂事件的發(fā)生概率和對底事件進(jìn)行重要度分析，必須知道底事件發(fā)生的概率?，F根據經(jīng)驗對各底事件發(fā)生的概率作如下估算：

將上表底事件發(fā)生的概率代入P(T)的計算公式，則得頂事件發(fā)生的概率為：

可見(jiàn)各個(gè)底事件發(fā)生概率雖然不大，但是頂事件發(fā)生的可能性卻相當高。由于人員、設備、環(huán)境條件等不同，底事件發(fā)生概率存在一定的不確定因素，從而導致頂事件也在某個(gè)區間內存在有同樣的不確定性。因此，為了提高氣體渦輪流量計產(chǎn)品的合格率，對裝配過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題必須提高重視，力求降低各底事件發(fā)生的概率，從而實(shí)現由下而上的質(zhì)量控制。

重要度分析是故障樹(shù)分析中的重要部分，概率重要度是指底事件對頂事件發(fā)生概率的影響程度，用頂事件的發(fā)生概率對某個(gè)底事件發(fā)生概率的偏導數來(lái)表示，即：

式中Ixi——底事件Xi概率重要度

例如底事件X20“低頻輸出連線(xiàn)錯誤”的概率重要度為：

重要度雖然反映了基本事件概率變化對頂事件概率變化的難易程度，但不能反映出不同基本事件改進(jìn)的難易程度。

2、流量計產(chǎn)品質(zhì)量主要影響因素及改善措施

通過(guò)對氣體渦輪流量計進(jìn)行故障樹(shù)分析可以發(fā)現，影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素有：

(1)設計

由于渦輪流量計結構復雜、零部件種類(lèi)繁多，設計的結果將直接影響到加工、檢驗、成本、管理等方方面面。因此在渦輪流量計產(chǎn)品設計過(guò)程中應力求結構合理，充分考慮零部件工藝性。利用故障樹(shù)分析指導產(chǎn)品設計，就可以對產(chǎn)品分清主次輕重。對某些成本小但重要的零部件可以提高產(chǎn)品可靠性，反之對成本很高而對頂事件的影響又不是很重要的零部件，則沒(méi)有必要過(guò)分追求該零件的可靠性。

(2)零部件質(zhì)量

質(zhì)量構筑企業(yè)的生命線(xiàn)，而零部件質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。故障樹(shù)分析中認為對這一事件的控制已經(jīng)轉移到了供應商，但是零部件的驗收、儲存仍然是整個(gè)質(zhì)量保證體系的重要一環(huán)。利用故障樹(shù)分析，對機芯、軸承等關(guān)鍵零件要引起足夠重視，做到每件都要嚴格檢驗；而對標準件、附件等則可抽檢驗收。

(3)操作

由于產(chǎn)量相對較小、結構較復雜，渦輪流量計的裝配只能按照單件小批量生產(chǎn)模式進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量與裝配工人的技術(shù)水平、職業(yè)素養密切相關(guān)，因此應制定完善的工藝規程，并要求裝配工人嚴格按照設計規定的程序操作。

(4)設備

設備運行狀況將直接影響零部件加工及裝配質(zhì)量。利用故障樹(shù)分析，針對產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程影響較大的設備應提出更高的要求，制定更為嚴格的操作和維護程序，并制定專(zhuān)人負責。

3、綜述

由于渦輪流量計結構復雜、裝配工藝繁瑣、影響因素較多，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。故障樹(shù)分析法是分析大型復雜系統安全性與可靠性的一種較好的方法，具有簡(jiǎn)明、直觀(guān)的特點(diǎn)。將該方法引入渦輪流量計生產(chǎn)裝配過(guò)程，不僅可以對產(chǎn)品裝配質(zhì)量進(jìn)行定性分析和定量分析，而且還可以通過(guò)考慮造成系統故障的原因，對可能出現的問(wèn)題在裝配過(guò)程中予以解決，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少反復。