摘要:故障樹分析法是分析大型復(fù)雜系統(tǒng)安全性與可靠性的一種較好的方法, 具有簡明、直觀的特點。 將該方法引入渦輪流量計生產(chǎn)裝配過程, 不僅可以對產(chǎn)品裝配質(zhì)量進行定性分析和定量分析, 而且還可以通過考慮造成系統(tǒng)故障的原因, 對可能出現(xiàn)的問題在裝配過程中予以解決。
　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, 且結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、費用低, 因此在燃?xì)庥嬃坑绕涫琴Q(mào)易計量中得到廣泛應(yīng)用。 由于渦輪流量計結(jié)構(gòu)復(fù)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, 我們引入了故障樹分析法。
   故障樹分析法(Fault Tree Analsis, 簡稱 FTA)簡單地講就是把產(chǎn)品(系統(tǒng))***不希望發(fā)生的故障作為故障分析的目標(biāo), 把選定的產(chǎn)品故障狀態(tài)稱為頂事件, 然后找出引起頂事件的底層因素。 它是一種圖形演繹方法, 通過層層深入的分析, 找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié), 以進一步改進設(shè)計和提高關(guān)鍵件的可靠度, 從而提高***終系統(tǒng)的可靠性。 自從 1961 年美國貝爾實驗室首先應(yīng)用 FTA 在民兵導(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)可靠性研究中獲得成功以來, 這種圖形化的方法配合計算機技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)逐漸地深入到各個領(lǐng)域。

1、故障樹分析方法在氣體渦輪流量計生產(chǎn)中的應(yīng)用：
(1)　系統(tǒng)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(nèi)介質(zhì)流動速度來得到流量。置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比, 通過測量葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到流體流速, 從而得到管道內(nèi)的流量值。 整個系統(tǒng)可劃分為:流道、機芯、運動傳遞、計數(shù)及輸出四個子系統(tǒng)。 流道系統(tǒng)將來流整理為規(guī)則流場, 機芯系統(tǒng)將介質(zhì)流動轉(zhuǎn)化為葉輪轉(zhuǎn)速, 運動傳遞系統(tǒng)將葉輪轉(zhuǎn)動輸出到計數(shù)系統(tǒng), 計數(shù)及輸出系統(tǒng)提供數(shù)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)　故障樹建立
  故障樹實質(zhì)上就是事件之間的一個邏輯圖, 這個邏輯圖以頂事件為樹根, 樹葉相當(dāng)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(jù)渦輪流量計結(jié)構(gòu)特點, 在生產(chǎn)裝配過程中引起質(zhì)量不合格的直接原因是流道系統(tǒng)故障、機芯系統(tǒng)故障、運動傳遞系統(tǒng)故障、計數(shù)及輸出系統(tǒng)故障, 然后以這四個原因為此頂事件, 采用類似的方向繼續(xù)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(tǒng)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(xù)作為下一層的頂事件進行分析尋找其底事件。 圖 1 為氣體渦輪流量計故障樹示意圖,表 1 為該故障樹的事件列表。 該故障樹共考慮了生產(chǎn)裝配過程的 20 個常見問題作為底事件。 零部件等的質(zhì)量由于轉(zhuǎn)為供應(yīng)商的質(zhì)量控制, 所以在建立故障樹過程不予考慮。

△圖　氣體渦輪流量計故障樹

表 1　氣體渦輪流量計故障樹的底事件
1 .2 、故障樹的定性分析：
  故障樹的定性分析的主要任務(wù)是找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式, 即求出故障樹的全部***小割集。 ***小割集實際上可以在一定的程度上代表系統(tǒng)的危險性大小。本處采用下行法(Fussell 法)進行分析, 由圖可見該故障樹為串聯(lián)系統(tǒng), 底事件間為相“ 或” 的關(guān)系, 所以故障樹結(jié)構(gòu)參數(shù)為:

  即該故障樹由 20 個一階***小割集 x1, x2, …, x20組成。

1 .3、故障樹的定量分析：
  故障樹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行重要度分析。氣體渦輪流量計故障樹的全部***小割集為 X1, X2, …,X 20 , 則頂事件出現(xiàn)的概率為 :
P(T)= OR(X1, X2, …, X20)=1 – ∏20i =1(1 -P(Xi))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(tǒng)頂事件的發(fā)生概率和對底事件進行重要度分析, 必須知道底事件發(fā)生的概率。 現(xiàn)根據(jù)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:
  P(T)= 1 – ∏20i =1(1 -P(Xi))=0 .1821　　可見各個底事件發(fā)生概率雖然不大, 但是頂事件發(fā)生的可能性卻相當(dāng)高。 由于人員、設(shè)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(dǎo)致頂事件也在某個區(qū)間內(nèi)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, 對裝配過程中的常見問題必須提高重視, 力求降低各底事件發(fā)生的概率, 從而實現(xiàn)由下而上的質(zhì)量控制。
  重要度分析是故障樹分析中的重要部分, 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)生概率對某個底事件發(fā)生概率的偏導(dǎo)數(shù)來表示, 即 :

  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：
　通過對氣體渦輪流量計進行故障樹分析可以發(fā)現(xiàn), 影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素有:
(1)設(shè)計：
   由于渦輪流量計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件種類繁多, 設(shè)計的結(jié)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(shè)計過程中應(yīng)力求結(jié)構(gòu)合理, 充分考慮零部件工藝性。 利用故障樹分析指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)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, 則沒有必要過分追求該零件的可靠性。
(2)、零部件質(zhì)量質(zhì)量：
  構(gòu)筑企業(yè)的生命線, 而零部件質(zhì)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。 故障樹分析中認(rèn)為對這一事件的控制已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了供應(yīng)商, 但是零部件的驗收、儲存仍然是整個質(zhì)量保證體系的重要一環(huán)。 利用故障樹分析, 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(yán)格檢驗;而對標(biāo)準(zhǔn)件、附件等則可抽檢驗收。
(3)、操作：
  由于產(chǎn)量相對較小、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 渦輪流量計的裝配只能按照單件小批量生產(chǎn)模式進行, 產(chǎn)品質(zhì)量與裝配工人的技術(shù)水平、職業(yè)素養(yǎng)密切相關(guān), 因此應(yīng)制定完善的工藝規(guī)程, 并要求裝配工人嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)定的程序操作。
(4)、設(shè)備設(shè)備運行狀況：
  將直接影響零部件加工及裝配質(zhì)量。 利用故障樹分析, 針對產(chǎn)品生產(chǎn)過程影響較大的設(shè)備應(yīng)提出更高的要求, 制定更為嚴(yán)格的操作和維護程序, 并制定專人負(fù)責(zé)。

3 、綜 述：
　由于渦輪流量計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配工藝繁瑣、影響因素較多, 產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。 故障樹分析法是分析大型復(fù)雜系統(tǒng)安全性與可靠性的一種較好的方法, 具有簡明、直觀的特點。將該方法引入渦輪流量計生產(chǎn)裝配過程, 不僅可以對產(chǎn)品裝配質(zhì)量進行定性分析和定量分析, 而且還可以通過考慮造成系統(tǒng)故障的原因, 對可能出現(xiàn)的問題在裝配過程中予以解決, 從而保證產(chǎn)品質(zhì)量, 減少反復(fù)。