摘要:故障樹分析法是分析大型復雜系統(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,因此在燃氣計量尤其是貿(mào)易計量中得到廣泛應用。由于渦輪流量計結(jié)構(gòu)復雜、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(FaultTreeAnalsis,簡稱FTA)簡單地講就是把產(chǎn)品(系統(tǒng))最不希望發(fā)生的故障作為故障分析的目標,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--步改進設計和提高關(guān)鍵件的可靠度,從而提高最終系統(tǒng)的可靠性。自從1961年美國貝爾實驗室首先應用FTA在民兵導彈的發(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域。
1故障樹分析方法在氣體渦輪流量計生產(chǎn)中的應用
1.1氣體渦輪流量計故障樹的建立
(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
　　頂事件是最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)。針對渦輪流量計生產(chǎn)裝配,最不希望發(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-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)為供應商的質(zhì)量控制,所以在建立故障樹過程不予考慮。

1.2故障樹的定性分析
　　故障樹的定性分析的主要任務是找出導致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式,即求出故障樹的全部最小割集。最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申聯(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--階最小割集x,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最小割集為Xi,X2,X20,則頂事件出現(xiàn)的概率為:

式中P(T)一頂事件發(fā)生的概率
P(X)一底事件發(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:

　　可見各個底事件發(fā)生概率雖然不大,但是頂事件發(fā)生的可能性卻相當高。由于人員、設備、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)生概率的偏導數(shù)來表示,即:

式中Ix,一底事件Xi概率重要度
例如底事件X20“低頻輸出連線錯誤”的概率重要度為:

　　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)設計
　　由于渦輪流量計結(jié)構(gòu)復雜、零部件種類繁多,設計的結(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)品設計過程中應力求結(jié)構(gòu)合理,充分考慮零部件工藝性。利用故障樹分析指導產(chǎn)品設計,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。故障樹分析中認為對這--事件的控制已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了供應商,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,做到每件都要嚴格檢驗;而對標準件、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),因此應制定完善的工藝規(guī)程，并要求裝配工人嚴格按照設計規(guī)定的程序操作。
(4)設備
　　設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)過程影響較大的設備應提出要求,制定更為嚴格的操作和維護程序,并制定專人負責。
3綜述
　　由于渦輪流量計結(jié)構(gòu)復雜、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。

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