鮑黎濤 楊道建

?

考慮共因失效的故障樹分析方法及應(yīng)用*

鮑黎濤 楊道建

（廣東科鑒檢測工程技術(shù)有限公司）

0　引言

故障樹圖是一種包含邏輯因果關(guān)系的樹形圖，它根據(jù)元件狀態(tài)（基本事件）來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)（頂事件）。故障樹分析將一個可能的事故定為頂事件，自上而下、逐層尋找頂事件的直接和間接原因事件，直到基本原因事件，并通過邏輯圖將這些事件之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行故障樹分析可幫助判明系統(tǒng)潛在故障，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)；在系統(tǒng)使用維修階段，進(jìn)行故障樹分析可幫助故障診斷、改進(jìn)維修方案。

2 　地鐵乘客緊急報警系統(tǒng)共因失效分析

地鐵乘客緊急報警系統(tǒng)可將乘客的報警信號發(fā)送至司機(jī)室，每個客室的乘客報警系統(tǒng)包括報警盒和客室音視頻控制單元。為確保每一個客室均能正常報警，報警盒采用熱備件冗余結(jié)構(gòu)，即每個客室有2個報警盒?？褪乙粢曨l控制單元包括電源模塊、對講處理模塊、客室接口模塊和廣播分機(jī)母板4個模塊。

2.1 　不考慮共因失效的系統(tǒng)故障樹分析

在不考慮共因失效的情況下，客室1乘客緊急報警系統(tǒng)報警盒可靠性框圖如圖1所示。

圖1 不考慮共因失效的報警盒可靠性框圖

以客室1為例，乘客緊急報警故障樹分析如圖2所示，基本事件列表如表1所示。

圖2 客室1乘客緊急報警故障樹

表1 基本事件列表

此時地鐵乘客緊急報警系統(tǒng)的可靠度為

其中λ1~λ6分別為X1~ X6事件的失效率（見表1）。

2.2　考慮共因失效的系統(tǒng)故障樹分析

由于冗余系統(tǒng)中的單元處于相同環(huán)境條件且同分布，因此考慮共因失效時客室1報警盒可靠性框圖如圖3所示。

圖3 考慮共因失效的報警盒可靠性框圖

考慮共因失效的系統(tǒng)故障樹如圖4所示，其中CCF為共因失效部分。

圖4 客室1乘客緊急報警系統(tǒng)共因失效故障樹

其中λ1~λ6分別為X1~ X6事件的失效率（見表1）。

3　結(jié)果分析

根據(jù)以上系統(tǒng)故障樹分析與可靠度計(jì)算表達(dá)式，分別計(jì)算不考慮共因失效和考慮共因失效時客室1乘客報警系統(tǒng)的可靠度：運(yùn)行時間= 5000 h時，0() = 0.96271，1() = 0.96257，初步顯示考慮共因失效時系統(tǒng)可靠度較低。在坐標(biāo)系中繪制系統(tǒng)運(yùn)行時間= 10000 h的過程中0()和1()曲線，如圖5所示。圖5的對比進(jìn)一步證明了共因失效降低了系統(tǒng)的可靠度。

圖5 地鐵乘客緊急報警系統(tǒng)可靠度圖

4　結(jié)論

本文對地鐵乘客緊急報警系統(tǒng)分別建立不考慮共因失效和考慮共因失效時的故障樹模型，并計(jì)算對應(yīng)的系統(tǒng)可靠度。計(jì)算結(jié)果說明：存在共因失效的系統(tǒng)會降低系統(tǒng)可靠度，考慮共因失效的故障樹分析方法可使系統(tǒng)可靠度計(jì)算更加準(zhǔn)確。

[1] 李彥鋒.復(fù)雜系統(tǒng)動態(tài)故障樹分析的新方法及其應(yīng)用研究[D].成都:電子科技大學(xué),2013.

[2] Fleming K N. A reliability model for common mode failures in redundant safety systems[C]. Processings of the 6th Annual Pittsburgh Conference on Modeling and Simulation, Pittsburgh, USA, 1975-April: GA-A13284.

[3] Vaurio J K. Availability of redundant safety systems with common mode and undetected failures[J].Nuclear Engineering and Design,1980,58(3):415-424.

[4] 金星,洪延姬,杜紅梅.共因失效系統(tǒng)的可靠性分析方法[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

[5] 李靜,程光旭,崔曉迷,等.魯奇合成氨系統(tǒng)故障樹模型及共因失效分析[J].化工自動化及儀表,2007,34(1):16-23.

[6] Mi J，Li Y F，Huang H Z, et al. Reliability analysis of multi-state systems with common cause failure based on Bayesian networks[C].International Conference on Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering (ICQR2MES 2012), Chengdu, China, 2012.

[7] 仇永萍,宋明海.UPM共因失效分析方法在系統(tǒng)可靠性分析中的應(yīng)用[J].核標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量與質(zhì)量,2004(z1):32-39.

[8] 宋明海.秦山三期（重水堆）核電站概率安全評價之共因失效分析方法與應(yīng)用研究[D].上海:上海交通大學(xué),2007.

Failure Tree Analysis Method and Application Considering Common Cause Failure

Bao Litao Yang Daojian

(Scientific Verification &Testing Engineering Technology Co., Ltd. (Guangdong))

With the wide application of complex electromechanical equipment, common cause failure is often an important factor leading to system failure. In this paper, fault tree modeling and system reliability analysis are carried out for metro passenger emergency alarm system by considering common cause failure. Finally, the system reliability without considering common cause failure and the system reliability with considering common cause failure are calculated respectively. The calculation results prove that the system reliability decreases due to common cause failure, which reflects the necessity of system reliability analysis considering common cause failure.

鮑黎濤，男，1987年生，工學(xué)學(xué)士，電子技術(shù)工程師，主要研究方向?yàn)椋嚎煽啃怨こ獭-mail: kj-baolt@svtest.cn.

楊道建，男，1990年生，工學(xué)學(xué)士，車輛工程專業(yè)畢業(yè)，主要研究方向?yàn)椋嚎煽啃怨こ獭?/p>

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFC0105105）