故障樹分析

故障樹分析方法

在任務(wù)通信系統(tǒng)故障處理中的應(yīng)用

趙鵬通信一團(tuán)技術(shù)室

摘要故障樹分析方法是用于大型復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析的一種重要方法。航天任務(wù)通信

系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，其系統(tǒng)可靠性影響著任務(wù)的成敗。本文首先簡要介紹了故障樹分析

方法，然后運(yùn)用故障樹建模技術(shù)，對北京中心通信系統(tǒng)中的重要分系統(tǒng)的故障進(jìn)行了故障樹分析。

關(guān)鍵詞通信系統(tǒng)故障樹分析方法可靠性

1引言

應(yīng)用于載人航天任務(wù)的北京中心通信系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，其可靠性影響著每一次

航天任務(wù)的成敗，因此對系統(tǒng)可靠性的分析尤為重要。故障樹分析方法是以故障樹作為模型

對大型復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性、安全性進(jìn)行分析和風(fēng)險(xiǎn)評估的一種重要方法，。故障樹分析通過

對不希望事件發(fā)生的原因逐層進(jìn)行分析，確定導(dǎo)致不希望事件的各種故障組合、故障影響的

程度以及不希望事件的發(fā)生可能性，從而為評價和改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文首先介紹了故障

樹建模技術(shù)，然后運(yùn)用該技術(shù)對航天測控系統(tǒng)中的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析。

2基本概念

1）故障（FaultGJB451）：

產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)。

2）故障原因（FailureCau）：

故障發(fā)生的根原因，直接導(dǎo)致故障或引起性能降低進(jìn)一步發(fā)展為故障的那些物理或化學(xué)

過程、設(shè)計(jì)缺陷、工藝缺陷、零件使用不當(dāng)或其它過程，是制定預(yù)防和糾正措施的重要依據(jù)，

對故住宅區(qū)的英文 障原因關(guān)注得越多，消除故障的成功率就越高。

3）故障模式（FailureMode）：

故障的表現(xiàn)形式。

4）故障影響（FailureEffect）：

故障對系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、過程或服務(wù)所產(chǎn)生的輸出結(jié)果，故障影響一般分為局部的、高一層

次的和最終影響三級。

5）故障率（FailureRate）：

在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，故障發(fā)生的比率。

6）嚴(yán)酷度（短篇耽美文 Severity）：

故對女兒的寄語 障模式所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度。

7）故障檢測方法（FailureCheckoutMethod）：

系統(tǒng)運(yùn)行時，操作者能發(fā)現(xiàn)故障的方法，或由維護(hù)人員采取的專門診斷故障的行動。

8）故障補(bǔ)償措施（FailureCompensativeAction）：組織用英語怎么說 為消除或減輕故障影響而采取的

措施或進(jìn)行的活動。

3故障樹分析法(FaultTreeAnalysis)

故障樹的概念：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中通過對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟

件、環(huán)境、人為因素）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（失效樹），從而確定系統(tǒng)失效原因的各種

可能組合方式或其發(fā)生概率，已計(jì)算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠

性的一種設(shè)計(jì)分析方法。

故障樹分析把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為邏輯分析的目標(biāo)，在故障樹中稱為頂事

件，繼而找出導(dǎo)致這一故障狀態(tài)發(fā)生的所有可能直接原因，在故障樹中稱為中間事件。再跟

蹤找出導(dǎo)致這些中間故障事件發(fā)生的所有可能直接原因。直追尋到引起中間事件發(fā)生的全部

部件狀態(tài)，在故障樹中稱為底事件。用相應(yīng)的代表符號及邏輯們把頂事件、中間事件、底事

件連接成樹形邏輯圖，責(zé)成此樹形邏輯圖為故障樹。

故障樹分析是一種自上而下、逐級演繹的分析方法。它以產(chǎn)品的某個不希望事件為起點(diǎn)，

逐級向下分析，最終以一種直觀的倒置樹狀結(jié)構(gòu)描述該事件是如何發(fā)生的。進(jìn)行故障樹分析

時，首先應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和要求選擇一個不希望發(fā)生的事件（例如某個系統(tǒng)故障事件）作為

分析的出發(fā)點(diǎn)，然后分析造成這一不希望事件發(fā)生的直接原因，這些原因可能是某個單獨(dú)的

事件，也可能是某個事件和條件的組合。接著，再以這些直接原因事件為出發(fā)點(diǎn)，分析它們

的直接原因，這樣逐級遞推展開，直至分析到足夠低的產(chǎn)品層次，就構(gòu)成了一個完整的故障

樹結(jié)構(gòu)。隨后，依據(jù)一定的分析規(guī)則和假設(shè)對故障樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性或定量的分析，就可以獲

得與該不希望事件相關(guān)的各類信息，包括不希望事件發(fā)生原因和條件、發(fā)生的可能性以及產(chǎn)

品各組成部分對整體可靠性的影響程度等，從而為設(shè)計(jì)評價和設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。

故障樹是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號

描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。

故障樹分析是從產(chǎn)品整體或較高層次開始的，針對特定分析目標(biāo)進(jìn)行的，有選擇的多因

素分析，它可針對某一特定事件（故障）提供較為全面的、詳細(xì)的分析信息。故障樹分析提

供了一種自上而下、由簡到繁、逐層演繹的系統(tǒng)的故障分析方法，它適合于分析復(fù)雜系統(tǒng)，

能夠考慮包括人的影響與環(huán)境影響對系統(tǒng)失效的作用的多重因素，并可以用圖形的方法有層

次的逐級描述系統(tǒng)在失效的進(jìn)程中，各種中間事件的相互關(guān)系，從而直觀地描述系統(tǒng)是通過

什么途徑而發(fā)生失效的。目前，故障樹分析方法已被公認(rèn)為可靠性、安全性分析的重要工具

之一。

4故障樹的建立步驟

1)選擇和確定頂事件：頂事件是系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，或是指定進(jìn)行邏輯分析的故

障事件。

2)分析頂事件：尋找引起頂事件發(fā)生的直接、必要和充分的原因。將頂事件作為輸出事

件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件實(shí)際的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T相聯(lián)系。

3)分析每一個與頂事件直接相聯(lián)系的輸入事件。如果該事件還能進(jìn)一步分解，則將其作

為下一級的輸出事件。

4)重復(fù)上述步驟，逐級向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必要再分解為止，

即建成了一棵倒置的故障樹。

5)定性分析：求出所有導(dǎo)致頂事件發(fā)生的系統(tǒng)故障模

式。

6)定量分析：在各個底事件相互獨(dú)立和已知其發(fā)生概

率的條件下，求出單調(diào)故障樹頂事件發(fā)生的概率和一些重

要度指標(biāo)。

5故障樹分析方法的應(yīng)用

5.1調(diào)度系統(tǒng)故障樹分析

對于試驗(yàn)任務(wù)指揮調(diào)度系統(tǒng)來說，噪聲干擾是較普遍

出現(xiàn)的故障模式，下面就產(chǎn)生噪聲干擾的各種原因按照故

障樹的分析方法進(jìn)行分析，見圖2。

5.2DDN系統(tǒng)故障樹分析（見圖3）

6結(jié)束語

通過上面的兩個例子，本文得出用故障樹分析方法分析系統(tǒng)的故障模式，主要有以下幾

個步驟：

1）找出任務(wù)決不允許系統(tǒng)發(fā)生的故障。即是給航天任務(wù)帶來不可挽回的損失的故障模

式；

2）對每一個故障進(jìn)行故障樹分解，找出可能導(dǎo)致故障發(fā)生的基本事件；

3）分析所有的基本事件找出導(dǎo)致故障發(fā)生的關(guān)鍵部位，該關(guān)鍵部位出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)

故障的可能性非常高。對關(guān)鍵部位，我們要保證其高可靠性；

4）故障樹的邏輯結(jié)構(gòu)可以幫助確定在哪些基本事件或部位進(jìn)行檢測。例如，若故障樹

中一個不期望的事件是一個或門的輸出，則該或門的每一個輸入都應(yīng)被窮舉檢測，才能避免

不期望事周末愉快 件的發(fā)生；可是，如果故障樹中一個不期望的事件是一個與門的輸出，則對其中一

個輸入的保護(hù)就可避免不期望事件的發(fā)生。在故障樹的低層，檢測可以用來避免可以導(dǎo)致系

統(tǒng)失效的中間事件的發(fā)生，在故障樹中接近頂層的檢測效率比較高，該方法在一些故障危害

性不是很高的系統(tǒng)中應(yīng)用，可以付出較小的代價達(dá)到系統(tǒng)的可靠性要求；

5）若要對故障發(fā)生的概率進(jìn)行定量分析，則需要給出每個部位發(fā)生故障的概率。

總之，通過運(yùn)用故障樹分析技術(shù)對航天測控系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，可以發(fā)現(xiàn)存在的薄弱

環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了有力依據(jù)。通過實(shí)際應(yīng)用，也可以看出故障樹分析方法是工

程中進(jìn)行安全性、可靠性分析的一種有力方法，值得在工程實(shí)際中推廣應(yīng)用，即使在沒有太

多可靠性數(shù)據(jù)的情況下，進(jìn)行故障樹分析的定性分析，同樣對發(fā)現(xiàn)問題、尋找系統(tǒng)的薄弱環(huán)

節(jié)具有重要作用。

選擇頂事件

建造故障樹

定性分析

定量分析

圖1故障樹分析步驟示意圖

通話中斷或

系統(tǒng)干擾

噪聲干擾

線路設(shè)備干擾設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾

復(fù)

用

設(shè)

備

干

擾

衛(wèi)

通

失

步

干

擾

回

聲

抵

消

器

干

擾

設(shè)備

元器

件損

壞、插

接件

接觸

不良

設(shè)

備

接

地

有

問

題

設(shè)備

之間

接口

不匹

配

耦

合

交

叉

未

及

時

關(guān)

微

音

器

話筒

離揚(yáng)

聲器

過近

傳輸線路干擾

傳輸線路特性

畸變干擾

嘯叫

失真

線路干擾

設(shè)備操作維護(hù)不當(dāng)

濾

波

器

干

擾

脈

沖

干

擾

環(huán)

境

噪

聲

回

聲

干

擾

串

話

噪

聲

白

噪

聲

電

容

電

感

濾

波

器

傳輸

處理

交換

設(shè)備

圖2

中繼失步故障

DDN故障

與

傳

輸

設(shè)

備

接

口

不

匹

配

傳

輸

信

道

故

障

中繼

參數(shù)

與遠(yuǎn)

端中

繼或

傳輸

信道

不匹

配

電

纜

連

接

原

因

軟

件

冗

余

沒

有

設(shè)

置

中繼能夠同步但不可用故障

用戶數(shù)據(jù)信道不通

端口

的某

些參

數(shù)配

置不

匹配

中繼質(zhì)量差

與光

端間

中繼

電纜

連接

問題

中

繼

接

口

板

卡

損

壞

中

繼

接

口

板

卡

損

壞

節(jié)點(diǎn)

路由

表沒

有定

義或

不正

確

沒

有

建

立

好

信

道

連

接

接口

到終

端的

電纜

沒有

接好

或終

端設(shè)

置不

正確

用

戶

信

道高清微信頭像圖片

處

于

環(huán)

回

狀

態(tài)

口

不

匹

配

用

戶

接

口

損

壞

傳

輸

信

道

原

因

節(jié)

點(diǎn)

沒

有

實(shí)

現(xiàn)

網(wǎng)

絡(luò)肺氣腫能治好嗎

同

步

中

繼

接

口

模

塊

硬

件

問

題

圖3