鲍黎涛 杨道建



考虑共因失效的故障树分析方法及应用*

鲍黎涛 杨道建

（广东科鉴检测工程技术有限公司）

0　引言

故障树图是一种包含逻辑因果关系的树形图，它根据元件状态（基本事件）来显示系统的状态（顶事件）。故障树分析将一个可能的事故定为顶事件，自上而下、逐层寻找顶事件的直接和间接原因事件，直到基本原因事件，并通过逻辑图将这些事件之间的逻辑关系表达出来。在系统设计阶段，进行故障树分析可帮助判明系统潜在故障，以便改进设计；在系统使用维修阶段，进行故障树分析可帮助故障诊断、改进维修方案。

2 　地铁乘客紧急报警系统共因失效分析

地铁乘客紧急报警系统可将乘客的报警信号发送至司机室，每个客室的乘客报警系统包括报警盒和客室音视频控制单元。为确保每一个客室均能正常报警，报警盒采用热备件冗余结构，即每个客室有2个报警盒。客室音视频控制单元包括电源模块、对讲处理模块、客室接口模块和广播分机母板4个模块。

2.1 　不考虑共因失效的系统故障树分析

在不考虑共因失效的情况下，客室1乘客紧急报警系统报警盒可靠性框图如图1所示。

图1 不考虑共因失效的报警盒可靠性框图

以客室1为例，乘客紧急报警故障树分析如图2所示，基本事件列表如表1所示。

图2 客室1乘客紧急报警故障树

表1 基本事件列表

此时地铁乘客紧急报警系统的可靠度为

其中λ1~λ6分别为X1~ X6事件的失效率（见表1）。

2.2　考虑共因失效的系统故障树分析

由于冗余系统中的单元处于相同环境条件且同分布，因此考虑共因失效时客室1报警盒可靠性框图如图3所示。

图3 考虑共因失效的报警盒可靠性框图

考虑共因失效的系统故障树如图4所示，其中CCF为共因失效部分。

图4 客室1乘客紧急报警系统共因失效故障树

其中λ1~λ6分别为X1~ X6事件的失效率（见表1）。

3　结果分析

根据以上系统故障树分析与可靠度计算表达式，分别计算不考虑共因失效和考虑共因失效时客室1乘客报警系统的可靠度：运行时间= 5000 h时，0() = 0.96271，1() = 0.96257，初步显示考虑共因失效时系统可靠度较低。在坐标系中绘制系统运行时间= 10000 h的过程中0()和1()曲线，如图5所示。图5的对比进一步证明了共因失效降低了系统的可靠度。

图5 地铁乘客紧急报警系统可靠度图

4　结论

本文对地铁乘客紧急报警系统分别建立不考虑共因失效和考虑共因失效时的故障树模型，并计算对应的系统可靠度。计算结果说明：存在共因失效的系统会降低系统可靠度，考虑共因失效的故障树分析方法可使系统可靠度计算更加准确。

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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.

鲍黎涛，男，1987年生，工学学士，电子技术工程师，主要研究方向为：可靠性工程。E-mail: kj-baolt@svtest.cn.

杨道建，男，1990年生，工学学士，车辆工程专业毕业，主要研究方向为：可靠性工程。

基金项目：国家重点研发计划（2016YFC0105105）