质量与可靠性工程课程设计报告册.doc

xx学院课 程 设 计 报 告 级 专业 班 课程名称 可靠性工程课程设计 题 目 我的理论课程“达良故障”故障树分析 姓 名 学号 指导教师 职称 二一 年 月 日课 程 设 计 任 务 书一、设计题目我的理论课程“达良故障”故障树分析二、设计依据1、个人成绩单；2、FTA分析步骤及要求；3、FTA分析案例。三、设计内容根据给定的个人成绩单、FTA分析步骤及内容、其相关案例，分析本人理论课程总评成绩80分（达良故障）时存在的故障模式，确定该系统的故障树顶事件，并在对系统故障树进行定性、定量分析基础上，确定顶事件发生概率及关键事件，给出系统改进和优化对策。 年 月 日目 录课 程 设 计 报 告1课 程 设 计 任 务 书0我的理论课程“达良故障”故障树分析2序、课程设计简介2一、系统简介3二、系统故障树的建立3三、 系统故障树定性分析8四、系统故障树定量分析11五、改进及优化对策14六、总结15参 考 文 献16附件：17课程设计 答辩评语18我的理论课程“达良故障”故障树分析 学号： 姓名： 序、课程设计简介1.课程设计目的 本课程设计是与可靠性工程配套的实践环节之一，在完成可靠性工程课堂教学的基础上，进行一次实操性锻炼。通过本环节的设计锻炼，可以让我们加深对本课程理论与方法的掌握，同时具备独立分析和解决可靠性系统问题的能力，改变传统的理论教学与生产实际脱节的现象。设计采用统一提供的理论课程成绩数据，要求学生完成其我的理论课程“达良故障”FTA分析三大方面的实际设计内容：本人理论课程“达良故障”故障树的建立；本人理论课程“达良故障”故障树的分析；本人理论课程“达良故障”问题的优化改进措施。2.课程设计内容 以本人理论课程成绩单为对象，以成绩单中的本人具体成绩资料为设计依据，在分析课程“达良故障”故障机理基础上，建立以“本人理论课程达良故障（总评成绩80分）”为顶事件的故障树，并在对系统故障树进行定性、定量分析基础上，给出系统改进和优化对策。3. 课程设计要求设计过程要求每个学生独立完成，不得参考或抄袭，避免方案出现雷同；设计书一律采用A4纸单面打印，用统一封面装订；课程设计原则上在2周内完成。 4. 课程设计进度安排首先把自己理论成绩单调出来，装好画图软件，做好准备工作；作报告之前一定要非常熟悉故障树分析的基本知识，这是做报告的基础，不然会使做设计的难度加大；着手写报告，不懂得知识查资料；最后做报告的总结以及自己的心得体会。一、系统简介故障树是顶事件、中间事件、底事件和逻辑门构成。由明确所要分析的系统结构，明确系统的工作条件（包括维修、安全条件），确定要研究的目的和内容。建立故障树需从顶事件开始，由上而下逐级分析各事件发生的直接原因，并用适当的逻辑门将上下级事件连接起来，直到所有输入事件不能再向下分析或不必再向下分析为止。为了对故障树作统一的描述和分析，必须将建造出来的故障树规范化，使其成为仅含有底事件、结果事件以及“与门”、“或门”、“非门”三种逻辑门的故障树。二、系统故障树的建立2.1 故障树分析法（FTA)的方法和理论简介定义：故障树分析法（FTA）1961 年由贝尔实验室的H.A.Watson提出，指的是从事故开始，按照事件因果关系，逆时序地进行分 析，最后找出事故起因的一种图形演绎方法。它从一个可能的事故开始一层一层地逐步寻找引起事故的触发事件、直接原因和间接原因，并分析这些故事原因之间的相互逻辑关系，用逻辑树图把原因以及他们的逻辑关系表示出来。FTA即可进行定性分析，也可进行定量分析。定性分析是为了寻找导致与系统有关的不希望事件发生的原因和原因的组合。定量分析是为了当给定所有底事件发生的概率时，求出顶事件发生的概率及其他定量指标，为安全评价和决策提供科学依据2.2 故障树分析流程图 图1 流程图2.3 根据课程设计目标选择确定顶事件顶事件：在对系统结构和特性已充分掌握基础上，确定系统最不希望发生的事件。通常情况下，这个事件明显地影响系统的技术性能、经济性、 可靠性、安全性或其他所要求的特征。顶事件必须有明确的定义，它是故障树分析的中心。本例根据课程设计的目标选取“本人理论课程达良故障总评成绩80”作为故障树顶事件。2.4 根据成绩单内容结构分析顶事件发生故障机理图2 故障机理图2.5 故障树术语与符号及建立方法 底事件：元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事件。 实线圆：硬件故障；虚线圆：人为故障 未展开事件：表示该事件可能发生，但是概率较小，勿需在进 一步分析的故障事件，在故障树定性、定量分析中一般可以忽略不计。 顶事件：人们不希望发生的显著影响系统技术性能、经济性、可靠性和安全性的故障事件。顶事件可由FMECA分析确定。 中间事件：故障树中除底事件及顶事件之外的所有事件。 开关事件：已经发生或必将要发生的特殊事件。 条件事件：描述逻辑门起作用的具体限制的特殊事件。 入三角行：位于故障树的底部，标示树的A部分分支在另外地方。 出三角行：位于故障树的顶部，标示树A是在另外部分绘制的一棵故障树的子树。 与门：Bi(i=1,2,.,n)为门的输入事件，A为门的输出事件。 Bi同时发生时，A必然发生，这种逻辑关系成为事件交。 用逻辑“与门”描述，逻辑表达式: 或门：当输入事件中至少有一个发生时，输出事件A发生， 成为事件并 ，用逻辑“或门”描述 逻辑表达式为： 表决门：n个输入中至少有r个发生，则输出事件发生； 否则输出事件不发生。 异或门：输入事件B1，B2中任何一个发生都可能引起输事件A发生，但B1，B2不能同时发生。 相应的逻辑代数表达式为： 禁门 顺序与门 非门 相同转移符号 相似转移符号 建立方法：故障树分析法（FTA）指的是从事故开始，按照事件因果关系，逆时序地进行分析，最后找出事故起因的一种图形演绎方法。又称为事故的逻辑框图分析法。它是一种自上而下的图形演绎方法。2.6 建立并规范故障树图3 “达良故障”故障树E:总评成绩80；E1：平时和期末成绩均80；E2：平时成绩80且平时成绩*0.2+期末成绩*0.880，期末成绩80且平时成绩*0.2+期末成绩*0.880；C1：平时成绩80;D1：期末成绩80;B1：C1*0.2+D2*0.880 (B1)B2：C2*0.2+D1*0.880 (B1)3、 系统故障树定性分析3.1 故障树运算规则 故障树利用结构函数表示后，可根据布尔运算规则进行数学运算。布尔代数主要运算规则：交换律：A+B=B+A; AB=BA吸收律：A+AB=A; A(A+B)=A结合律：A+(B+C)=(A+B)+C; A(BC)=(AB)C分配律：A(B+C)=AB+AC; A+BC=(A+B)(A+C)摩根定理:；等幂律：A+A=A; A*A=A覆盖律：3.2 故障树最小割集求解方法故障树定性分析的实质就是找出导致顶事件必然发生的所有最小基本事件的集合，即求解顶事件发生的最小割集，因此其分析方法指的就是最小割集的求解方法。 行列法 原理：首先，从紧接顶事件的逻辑门开始，如果是或门就将该门的各个输入事件纵向排列；如果是与门，就将该门的各个输入事件横向排列，依次将门的输出事件用输入事件替换，直至全部门事件均被基本事件替换为止；然后，再根据布尔代数运算规则进行化简。 布尔代数法 原理：从顶事件开始，依次根据逻辑关系（“与门”为“ ”，“或门”为“ + ”），用输入事件替换输出事件，直到全部中间事件均被基本事件替换为止，即将顶事件化简到全部用基本事件表达形式，然后再化简。 矩阵列表（矩阵）法 原理：从顶事件开始，首先将顶事件写入矩阵第一行第一列；然后根据其与输入事件的逻辑关系进行替换，如果是或门就将该门的各个输入事件纵向排列，如果是与门，就将该门的各个输入事件横向排列，依次将门的输出事件用输入事件替换，直至全部门事件均被基本事件替换为止；最后，根据布尔代数运算规则进行化简。 上行法原理：从底事件开始，由下而上逐级进行处理（对每一个输出事件而言，如果它是或门的输出，则将该或门的输出事件用输入事件的布尔和形式表示，如果它是与门的输出，则将该与门的输出事件用输入事件的布尔积形式表示），最后得到顶事件的基本事件布尔表达式并化简。 最小路集法 原理：首先将故障树转化为对偶成功树（就是将原来故障树的“与门”换成“或门”、“或门”换成“与门”，各类事件发生换成不发生），然后根据最小路集求解方法求解最小路集（前述最小割集求解方法也适用于成功树的最小路集求解），最后再根据最小路集求最小割集。3.3 求解本例故障树的最小割集用布尔代数法解本例，依题意得：T=E1+E2+E3=C1B1D2+C1D1+D1C2B2即系统的最小割集为C1B1D2，C1D1，D1C2B2四、系统故障树定量分析4.1 定量分析的介绍定义：在故障树定性分析基础上，根据基本事件的故障发生数据，运用数学方法和计算技术，对故障树的各项可靠性参数进行计算，即求出顶事件发生的概率和基本事件重要度定量分析包括：顶事件发生概率的计算和基本事件重要度的计算4.2 给出各基本事件的计算规则，并计算各基本事件的发生概率；我的理论课程总门数：48门C1：平时成绩80的有39门，发生的概率Pc2=0.8125D1：期末成绩80的有22门，发生的概率PD2=0.4583B1：C1*0.2+D2*0.880 (B1)的有0门，发生的概率PB1=0B2: C2*0.2+D1*0.880 (B2)的有15门,发生的概率PB2=0.3125E1：平时和期末成绩均80的有7门，发生的概率PE1=0.14584.3 计算顶事件发生概率值1) 将最小割集进行不交化处理并简化； 因为C1和C2，D1和D2互为逆事件，所以有，且根据吸收律(A+AB=A)和等幂律(A*A=A)，化简上式得:2) 将基本事件的相关数据代入简化式中并计算。（若为最小割集法，代入不可靠度数据，计算可直接得到顶事件发生概率；若为最小路集法，代入可靠度数据计算，再用1减去计算结果可得顶事件发生概率。）经统计计算得各底事件发生概率为：Pc1=0.1875；Pc2=0.8125；PD1= 0.5417；PD2=0.4583；PB1=0；PB2=0.3125则顶事件发生概率为：P(T)=C1D1+B1C1D2+B2C2D1 =0.1875*0.5417+0.3125*0.8125*0.5417=0.23914.4 介绍结构重要度和概率重要度理论，并计算各基本事件的结构重要度、概率重要度和关键重要度。 结构重要度定义：指的是i单元临界状态数目和其它单元状态组合数目的比值，其由单元在故障树中所处位置的重要程度，与单元本身故障概率毫无关系。 概率重要度定义：第i个单元不可靠度（失效概率）的变化引起系统不可靠度（失效概率）变化的程度。1) 结构重要度的计算：系统有4个单元，共有=16个状态，具体为：表1 布尔真值表B1B2C1D1TB1B2C1D1T00000100000001010011001001010000111101110100011000010101101101101111010111111111由上表可得：2) 概率重要度的计算由前面最小割集不交化结果可知，S=C1D1+B1C1D2+B2C2D1则顶事件（系统故障）发生概率表达式为因为C1和C2，D1和D2互为逆事件，所以将各事件发生概率代入得：3) 关键重要度的计算由关键重要度计算公式，将前面计算所得各数据代入得：五、改进及优化对策由定性分析得最小割集，定量分析得结构重要度:B1=B2D1B2（0.4401）C1（0.3724）B1（0.0859），D1（期末成绩）最为关键，我觉得应该在思想上重视课程事件和考试环节：在平时上课时，就要认真听课，课堂上及时掌握老师所讲的知识，课后还可以稍微进行一点巩固练习，而不要等到考试了突袭看书，那样的复习效果明显不好，导致期末成绩不达良。其次是B1，期末不达良，突出了期末成绩的重要性，最后是C1，即平时成绩不达良。由关键重要度分析的各基本事件的重要度顺序依次为D1(1)B2（0.5752）C1（0.2920）B1（0），说明为了提高理论成绩的达良率，首先要采取措施来降低D1事件的发生率，其次才是加强降低C1（平时成绩不达良）事件的发生率，最后是实施降低B1事件的发生率的工作。六、总结个人心得和体会：课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术的发展，我们可靠性工程在现在社会中已经越来越得到重视了。在做课程设计中，碰到了很多的问题，比如画故障树树的时候，要在一个软件里面去画。刚开始画的时候，老是画不好，或是画好了还觉得不太好看，都要一下一下的改，等到重复很多次后才能画出我们满意的效果；在计算底事件结构重要度时，因为平时没有好好听课，对这个知识没掌握，就不知道该怎么做，然后只有回过头看课件，看懂了再进行计算，这就让我明白了在平时理论知识的学习对我们是非常重要的。如果对理论知识没有掌握牢靠，在我们平时要分析问题就就会无从下手，更别说运用自如了。通过这个课程设计，可以学到很多很多的的东西。不仅可以巩固了课堂上所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在做设计的过程中遇到了很多问题，遇到不会的还要不断的查询资料，了解理论知识的同时，还要想怎么把理论知识运用到实际中去。在设计的过程中