第一部分、故障树分析第一节、概述一、基本概念故障树分析（Fault Tree Analysis,简称FTA）是一个非常主要的分析方法。它与事件树分析法同被我国国家标准局指定为事故分析技术方法。这一方法是美国贝尔电话实验室的维森在1962年首先提出的。我国于1976年开始介绍与研究这种方法，并随之应用于许多工矿企业，取得了不少成果。实践证明，FTA适用于我国国民经济各部门，各行业，是具有广阔应用范围和发展前途的分析方法。故障树是由若干个节点和连结这些结点的线所组成的(如图)，每个节点表示某一具体事件，而连线则表示事件之间的某种特定关系。故障树分析是一种逻辑分析过程，遵循逻辑学演绎分析原则，即从结果分析原因的原则。故障树分析是分析系统事故和原因之间关系的因果逻辑模型，它是一种演绎的分析方法。即从某一特定的事故（如：液化汽钢瓶爆炸）开始，运气逻辑推理的方法，找出各种可能引起事故（液化气钢瓶爆炸）的原因，也就是识别出各种潜在的风险因素。故障树分析法能识别系统的风险因素，求出事故发生的概率，并能提供各种控制风险因素的方案。它可作定性分析，又可进行定量分析。它具有应用广泛、逻辑性强、简单明了、形象化等特点。其分析结果具有系统化、准确化和预测性。二、故障树分析的基本步骤（一）确定所分析的系统对所分析系统的内容和边界范围必须明确，而且要具体；（二）熟悉所分析的系统 为了使分析能符合客观实际情况，在分析之前必须对系统进行深入、细致、全面的了解，如：要分析某一仓库，就要了解该仓库的占用性质、建筑结构、防止火灾事故发生的措施，人员组成情况及其素质，以及仓库的环境状况等；若要分析某一车间，就要了解该车间的生产性质、使用原材料和产品的物理、化学性质、工艺流程、建筑物的结构以及与外部环境的关系等；（三）调查系统发生的事故 指了解本系统过去曾发生的事故和同类型的单位过去所发生的事故。并从理论上分析可能发生的事故。如：某自行车厂根据本厂和其他自行车厂的资料分析表明：喷漆车间容易发生火灾和焊炸。另外，从本厂所处的地理位置分析，有可能遭受水灾；（四）确定故障树的顶上事件 一个系统，经过调查，可能面临多种事故。但并不是所有事故都需要运用故障树进行分析，而只对那些发生频率虽不高，但损失幅度却很大；或损失幅度虽不大，但发生频率却很高的事故，才值得用故障树分析方法来进行分析。被分析的事故叫顶上事件。顶上事件必须具体、明确，否则无法进行分析。如：以“仓库火灾”作为顶上事件就较笼统、含糊。因为，这里没有指明是化工产品仓库，还是五金仓库或其他仓库。显然，对于不同的仓库，引起火灾的原因不同，分析的结果也不同。这里，若以“五金仓库火灾”为顶上事件，就可针对五金仓库的特点进行分析，这样得到的结果对实际工作才有指导意义；（五）调查与顶上事件有关的风险因素 顶上事件确定以后，就要调查、了解可能导致事故发生的所有风险因素。它包括：实质性风险因素和人为风险因素。（六）绘制故障树在调查与分析的基础上，运用演绎分析方法，从顶上事件开始，一层一层往下找，直到找出导致事故的最基本原因为止。基本原因称为基本事件，这些事件用一定的逻辑符号相连结，而形成一株倒置的逻辑树形图。在绘制故障树时，必须注意各层之间的逻辑关系要正确。即：上一层事件是下一层事件的必然结果，而下一层事件是上一层事件的充分条件。（七）定性分析定性分析包括以下内容：（1）简化故障树；（2）算出故障树的最小割集和最小径集。从而了解到发生事故有多少种可能，以及防止事故发生有几种控制方案； （3）确定各基本事件的结构重要度的大小，以便按重要度的大小，分轻、重、缓、急采取措施。（八）定量分析 根据基本事件发生的概率，按逻辑运算法则，计算出顶上事件的发生概率。 三、故障树常用符号 故障树是由各种事件符号和它们相互连结的逻辑门组成的。要绘制故障树必须了解这些符号的含义。下面介绍几种最常用、最基本的符号。 （一）事件符号 1.矩形符号 矩形符号表示顶上事件或中间事件。所谓有中间事件是指除了顶上事件和基本事件的事件。它必须继续往下分析，直到基本事件为止。 2.圆形符号 它表示基本原因事件，或称基本事件。它必须是具体的，而不是抽象的事故原因。如：电线老化、接触不良等均为基本事件，而麻痹大意、忽视安全、规章制度不健全就不是具体原因，不是基本事件。 3.屋形符号 它表示正常事件，即系统在正常状态下所发生的正常功能。因为故障树分析一种严密的逻辑分析，因此，在某些情况下，没有正常事件的存在，分析就缺乏逻辑的严密性。 4.菱形符号它表示两种事件。其一，表示省略事件，即无必要详细分析或原因不明确的事件；其二，表示二次事件，即不是本系统的事故原因事件，而是来自系统外的原因事件。在绘制故障树时，必须把事件扼要地填入相应的符号内。（二）逻辑门符号 逻辑门符号起着事件之间逻辑连接的作用。它有许多种，在这里只介绍几种常用的逻辑门符号。1.与门它表示输入事件B1和B2同时发生时，输出事件A才会发生的逻辑连接关系。如：着火，这一事件的发生，必须有可燃物和点火源同时存在。可用A=B1B2或A=B1B2表示。当输入事件超过两个时，也仅当所有输入事件同时发生时，输出事件才会发生。从图可知，只有当下面的三个直接原因事件同时发生时，才会有上层的结果事件发生，因此，用与门连接着火（结果）与可燃物、点火源和空气（三个直接原因事件）。在运用与门时，其原因事件必须是直接原因事件，而不能是间接原因事件。2.或门它表示输入事件B1、B2只要有一个发生，就可能使上一层的输出事件A发生。可用：A=B1UB2或A=B1+B2表示。当输入事件超过两个时，也只要其中任意一个发生，输出事件就会发生。如：造成车祸的违章驾驶：只要酒后开车、无证驾驶、超长、超宽装载、超速行驶中任何一个（或几个）事件发生，都将导致违章驾驶发生如图所示。有时，或门还起着罗列输出事件形式的作用。如：造纸厂草垛火灾有：着火和自燃两种形式。这两种形式，实际上是两个不同机理的逻辑并列、将其分开，以便于分别进行详细分析如图所示。3.条件与门表示输入事件B1、B2不仅要同时发生，而且还要满足条件a时，输出事件A才会发生。其逻辑关系可表示为A=B1B2a或A=B1Ba。其中a是指：输出事件A发生的条件，而不是事件。如：建筑物火灾，不仅要有可燃物和点火源，而且点火源必须具有一定的程度和能量。否则，即使可燃物与点火源同时存在，也不可能发生火灾。4.条件或门表示输入事件B1、B2至少有一个发生，且在满足条件a的情况下，输出事件A才发生。其逻辑关系可表示为A=（B1UB2）a或A=（ B1+B2）a。如：氧气瓶超压爆炸的直接原因事件是：在阳光下暴晒、接近热源或与火源接触。三个原因中只要有一个存在，都会使氧气瓶超压，但超压不一定爆炸，只有在瓶内压力超过钢铁瓶的强度这一条件得到满足时，才会发生爆炸。（三）转移符号在进行故障树分析时，往往故障树规模很大，一张图纸不能绘出该树的全部内容，而需要在其他纸上继续完成。这时，可使用转移符号来表示部分树的内容转出或转入。另外，当树中多处包含同样的事件时，为简化起见，也可用转入、转出符号标明。1.转入符号表示需要继续完成的部分树由此转入。三角形内的数字表示从何处转入。但转入、转出符号的数字要一一对应；2、转出符号表示这部分树由此转出，三角形内的数字标出向何处转移第二节、绘制故障树正确绘制故障树是故障树分析的关键。故障树完善与否，将直接影响到故障树定性分析和定量分析结果的准确性。故障树的绘制过程是一个严密的逻辑思维过程，从顶上事件出发，一层一层向下推断，直到基本事件为止。不要从顶上事件一下就分析到基本事件。下面以某家具厂木工车间为例，说明故障树的绘制过程。以家具厂为系统，木工车间作为被分析的字系统。这一子系统由厂房、机器设备、木材及其它原材料、人员和信息等组成。根据调查和分析，以木材为原料的生产单位，火灾是危害最大的风险事故，它不仅发生频率高，往往损失也很严重。因此，确定“木工车间火灾”为顶上事件。木工车间形成火灾的大致过程是：当某些原因使木材着火时，在起火的初始阶段扑救不及时，则最终酿成火灾，如图所示。木材是一种可燃物质，其燃点约摄氏二百多度，而它的引燃能量（即点火源使木材引燃的最小能量）则随木材的性质、形状、大小不同而相差很大。在木工车间，整块的大木材，其引燃能量较大，对于一般能量较小的点火源（如：燃烧着的火柴）来说，虽然其温度超过木材的燃点，但不能使之着火。而刨花则不同，其引燃能量很小，一根燃烧着的火柴就足以使之着火。由于木工车间有大量刨花，故分析时，应特别注意较小能量的点火源。木材不仅是可燃物质。还是受热自燃物质，它的自燃点为摄氏四百多度。木材在低温（摄氏二百度以下）热源的长期作用下，先慢慢蒸发水分，然后开始分解，放出可燃气体和热量。当放热速度大于散热速度时，木材内部蓄热，其温度会逐步升高。温度愈高，放出的热量就愈多，木材升温的速度就愉快。于是，升温与放热互相促进。经过较长时间后木材可达到自燃点，从而引起火灾。通过对木材性质的分析可知，木工车间着火有两种形式：引燃着火和自燃着火，其机理完全不同。引燃着火必须是木材与具有一定温度和能量的点火源相接触，由点火源引燃木材而着火；而自燃着火则是木材在低温热源的长期作用下，经过分解、放热、蓄热、升温等过程，使木材达到自燃点而着火。既然燃烧机理不同，与之对应的风险因素也就不同。因此，应根据引燃着火和自燃着火两种形式分别进行分析，显然，木工车间着火与着火的两种形式（引燃着火与自燃着火）之间应用或门连接如图所示。首先分析引燃着火，发生引燃着火的直接原因是可燃物、空气和点火源，三者缺一不可。并且还要满足点火源有一定温度和一定能量这一条件。他们之间用条件与门连接，如图所示。在图中，木材和空气都是正常事件（因为木工车间必须使用木材，空中一定有空气存在），故它们不是风险因素。但若不将其放入故障树中，而仅保留点火源，这一个中间事件，则引燃着火与下一层事件之间的逻辑关系就不存在。下面需进一步分析，能引燃木材、刨花的点火源在木工车间究竟有哪些？因为有刨花存在，其引燃能量较低。从这一事实出发，结合车间具体情况分析，可知其点火源有电炉、明火等。其中只要任何一种存在，都可能引起火灾，故用或门连接。这些点火源都是具体的（不可能在往下分），它们就是基本事件，用圆形称号表示。若工厂处于雷击区，或工厂附近有烟囱、则点火源中还要加入雷击或飞火（即外界飞入的火种）等风险因素。下面分析自燃着火。木材是属于受热自燃物质（自燃物质可分为：受热自然、因分解热自燃、因发酵热自燃、因收附热自燃等几种不同物质，其燃烧机理也各不相同。）它在低温热源的长期作用下，有可能达到自燃点而引起燃烧。引起木材受热自燃的原因有：接触灼热物体、摩擦生热、辐射热等。可根据实际情况分别找出车间可能存在的各种热源，如图所示。下面分析有哪些原因致使起火初起阶段没有将火扑灭。首先是没有发现车间起火，待发现时，火灾已进入发展阶段；其次是：在初起阶段虽已发现，但灭火器不起作用，没有将火及时扑灭，使之进入发展阶段。未及时发现火情的直接原因很多（大多为管理上的），在此不进行详细分析，作为省略事件，用菱形符号表示，如图。灭火器材不起作用，则因：没有灭火器材等四个直接原因所造成，只要有一个原因存在，就使得灭火器不起作用，故用或门连接，如图所示。最后，将以上分析综合起来，绘成一张总的故障树，如图所示。第三节、最小割集最小割集是指：导致顶上事件发生的最起码的基本事件的集合。它表征系统发生事故的必要和充分条件。每一个最小割集包含了一个以上的风险因素，当任一最小割集中所包含的风险因素同