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本科毕业设计（论文）( 2012届 ) 过程管理材料47浙江师范大学本科毕业设计(论文)任务书学 院数理与信息工程学院专业计算机科学与技术学生姓名陈瑞斌学号08190217指导教师莫毓昌职称副教授合作导师职称一、论文题目：基于元件故障模式的控制系统故障树的生成2、 论文的研究内容和任务要求课题内容：针对当前故障树生成方法的发展趋势，本论文在分析了现有的控制系统故障树的自动生成方法的基础上，本着扬长避短的原则，提出了一种具有行业特性的、简单适用的过程系统故障树自动生成方法和软件系统，即基于过程系统元件故障模式的计算机辅助故障树自动生成方法。在这种方法中，对系统结构的分析、顶事件的选择、边界条件的确定都由分析人员自己完成，从而使分析人员对目标系统有一个透彻的了解，而故障树的分析、综合和绘制的部分则由计算机来完成。采用这种方法不但能节省工程师的大量劳动，绘制出的图形规范、质量也大为提高，并且在建树的同时将故障树所包含的元件之间的相互关系(包括逻辑关系、拓扑结构等)存储在计算机中为以后的故障树分析做好了准备。任务要求： 1收集并阅读大量的相关文献资料,提取优秀观点理论。2通过统计网，英特网，图书馆等进行大量资料查询。3对所有资料数据进行分类，并画出相应的故障树。4. 针对所得出的故障树进行优化，运用故障树分析方法进行定量和定性分析，得出分析结论。5根据对数据资料的分析得出的结论，进行针对性地研究，并提出相关的对策建议进行改良。 三、进度安排1. 2011年10月28日2011年11月07日，收集并阅读大量的相关文献资料。2. 2011年11月08日2011年11月20日，论证与组织课题，并拟写开题报告与文献综述。3. 2011年11月21日2011年12月24日，整理与修改开题报告与文献综述。4. 2011年12月25日 开题报告答辩。5. 2011年12月26日2012年01月01日，对开题报告与文献综述修改补充。6. 2012年01月02日2012年02月20日，整理相关资料，拟定论文初稿。7. 2012年02月21日2012年04月10日，修改论文初稿，再定出完成稿。四、主要参考资料1史定华，王松瑞.故障树分析技术方法和理论M.第1版.北京:北京师范大学出版社，1993:1-302吴今培，肖建华.智能故障诊断与专家系统M.第1版.北京：科学出版社，1997:1-603张萍，王桂增，周东华.动态系统的故障诊断方法J.控制理论与应用，2000,17(2)：153-1574宋彤、周妍.基于系统分析的控制系统故障树自动生成J.系统工程理论方法应用，2005 11(14):514-518,5265简志敏，胡东成，童诗白.控制系统故障树自动生成的一种方法J. 自动化学报，1997,45(3)： 314-3196马勇，许晓鸣，刘全忠.基于单元输入输出模型控制系统故障树自动生成的一种方法J.上海交通大学学报,1999,45(11)：1430-14347Taylor,J.R.An Algorithm For Fault-Tree ConstructionJ. IEEE Transaction on reliability, 1982，56(1)：137-1469Powers, G.J, F.C.Thompkins, Jr. Fault Tree Synthesis for Chemical ProcessJ, AIChE Journal ,1974, 20(2)：367-38710Lapp, S.A, Powers, G.J. Computer-aided synthesis of fault treesJ, IEEE Transaction On Reliability, 1977, 45(4):2-1311Shafaghi, A, Lees,F, Andow, P. An illustrative example of fault tree synthesis based on control loop structure J. Reliability Engineering, 1984, 56(8):193-23312Salem,S.L, G.E. Apostolakis and D.Okret, A Compute-oriented Approach to Fault Tree ConstructionD, EPRI Np-288,Power Research Institute,1976:45-46.13Salem,S.L., G.E. Apostolakis and D.Okret, A New Methodology for Computer-aided Construction of Fault Tree J, Annals of Nuclear Energy, 1977, 45(4)：417-42114Wang, J.D, Liu, T.S, Extended Tables for multistage Fault Tree Synthesis J, ASME-PUBUCATIONS-DE, 1993, 55(5):17-2215Bossche, A. Computer aided fault tree synthesis J. Reliability Engineering and System Safety, 1991, 32(2)：217-24116Margaret S.Elliott. Computer-Assisted Fault-Tree Construction Using A Knowledge-Based Approach J. IEEE Transaction On Reliability, 1994, 43(3):112-12017Camarda, P. Corsi, F, Trentadue, A. An efficient simple algorithm for fault tree automatic synthesis from the reliability graphJ. IEEE transactions on Reliability, 1978, 27(2)：215-22118 Fussell J B. A Formal Methodology for Fault Tree Construction J. Nuclear Science & Engineering, 1973, 52(2): 421-432.19 Yue-lung Cheng & John Yuan. Structured fault tree synthesis based on system decomposition J.Reliability Engineering System Safety 1995, 50(5):109-120.20 Cheng, Y.L, Yuan, J. On structured fault tree construction by modularizing control loop J. Reliability Engineering System Safety, 2000, 67(7):161-17321 Wang, Y, Teague, T, West,H, Mannan, S.A new algorithm for computer-aided fault tree synthesis J.Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2002, 15(1)：265-267指导教师签名 学生签名 系主任签名 20 年 月 日注意：1.任务书由指导教师填写、系主任审核，学生、指导教师、系主任均应签名。 2.此任务书要求在毕业设计（论文）工作开始前下达。浙江师范大学本科毕业设计(论文)文献综述学 院数理与信息工程学院专业计算机科学与技术学生姓名陈瑞斌学号08190217指导教师莫毓昌职称副教授合作导师职称论文题目基于元件故障模式的控制系统故障树的生成文献综述1、 故障树模型、故障树分析方法介绍1. 事件事件是描述系统、单元、部件及元器件的状态。系统或单元按规定要求完成其功能称为正常状态，或称为成功事件。反之，完不成规定其功能称为故障状态，或称为故障事件。在分析故障事件时，不应只从系统本身来研究，还应该包括人的因素及环境因素等。一般单元(部件)有四种故障形式：(1)过早投入运行；(2)在规定时间内不能投入运行；(3)在规定时间内不能中断运行；(4)运行期间单元故障。2. 故障树模型故障诊断是指系统在一定工作环境下查明导致系统某种功能失效的原因或性质，判断劣化状态发生的部位和部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。故障诊断有广义与狭义之分。广义上它通常作为故障检测、分离和辨识的统称；狭义上，它特指故障分离与故障辨识。故障诊断技术自问世以来的二十余年里不断发展和完善，其处理各类问题的理论与方法不胜枚举。但在原理上，故障诊断方法可以分为三大类:基于解析模型的方法、基于信号处理的方法、基于知识的方法。基于解析模型的方法是最早发展起来的，此方法需要建立被诊断对象的较为精确的数学模型。由于非线性系统的数学模型很难建立，所以这种方法通常仅适用于线性系统。 当难以建立诊断对象的解析数学模型时，基于信号处理的方法是非常有用的。因为这种方法回避了抽取对象的数学模型的难点，而直接利用信号模型，如相关函数、高阶统计量、频谱和自回归滑动平均过程，以及现在热门的小波分析技术。这种方法对于线性系统和非线性系统都是适用的。虽然基于信号处理的故障诊断方法发展的比较完善，但避开对象的数学模型的同时也带来了故障分类困难及故障程度难以确定等方面的缺点。基于知识的方法与基于信号处理的方法类似，也不需要系统的定量数学模型，但它克服了后者的缺点，引入了诊断对象的许多信息，特别是可以充分地利用专家诊断知识等，所以是一种很有前途的方法，尤其适用于非线性系统领域。传统的基于知识的故障诊断方法包括故障树、故障字典、专家系统等。对于特定的应用问题，这些方法往往可以相互结合，从而获得更好的故障诊断效果。近年来，随着知识工程的发展，利用模糊技术、人工神经网络、专家系统等智能技术的各种在线故障诊断技术获得了广泛的研究和应用。但是，由于全面采集对象系统的基本故障数据及获得完整的故障传递关系等难点，在一定程度上制约了这些实用技术的开发和应用。而故障树和故障树分析技术的应用能较好地解决上述问题。故障树分析是用于大型复杂系统可靠性、安全性分析以及故障诊断的一个有力工具。应用这种方法可以分析系统故障产生的原因，计算系统各单元的可靠度，以及对整个系统的影响，从而找出薄弱环节，以便在设计中采取相应的改进措施，实现系统设计优化。3. 故障诊断故障诊断2是指系统在一定工作环境下查明导致系统某种功能失效的原因或性质，判断劣化状态发生的部位和部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。故障诊断有广义与狭义之分。广义上它通常作为故障检测、分离和辨识的统称；狭义上，它特指故障分离与故障辨识。4. 故障树分析法故障树分析法(Fault Tree Analysis,FTA)是一种演绎的系统安全分析方法。它是由美国贝尔电话研究所的Watson和Mearns于19611962年在研究分析导弹发射控制系统的安全设计中首先提出的，其后波音公司又对之作了改进，使它适用于计算机处理。它把所研究系统最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，通过对造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素等)的分析，判断直接导致这一故障发生的所有原因，然后再寻找造成下一级全部事件发生的所有直接原因，层层分析原因，这样一直查询下去，直到那些原始的、故障机理都为已知的，且无需继续深究的原因为止，最终得到形象简洁的逻辑树图形。故障树分析法(FTA)己被公认为是可靠性分析和故障诊断的一种简单、有效、很有发展前途的方法；同时也是目前国内外公认的对复杂系统安全性、可靠性分析的一种实用的方法。 2、 计算机辅助建树的国内外研究现状及发展方向早期的故障树建造都是人工建树，一般用演绎法。但是随着现代科技突飞猛进，大规模工程系统相继出现，同时FTA技术的广泛应用，使得手工建树的费时费力问题越来越明显主流技术近年来出现了多种计算机辅助自动生成故障树的方法并己成为故障树生成的使得计算机辅助生成故障树的综合技术得到了快速的发展。 IEEE可靠性汇刊前主编R.A .首先强调了由计算机生成故障树必须重视的两个问题：(1)你的算法要能够体现你对系统的描述以及你所考虑的引起起系统故障的关键事件，并把它们翻译成一棵树。(2)实际系统必须有它的部件及其相互关系来描述，以便使算法能够实现。所有的算法应有广泛适用的特点，并且应是相当严密的，不仅需要表明直接的信息、功能和设备流程，还需将间接的(如冲击、振动、管道、火、热、电火花、泄漏等)因素形式化。故障树生成算法的输出可以是实际的树图，也可以是元素列表等形式。形状看上去不同的树应完全在逻辑上等价，就像代数里的sin(/2)与(4+8)/(16-4)等价一样(仅仅是看上去形状不一样)。计算机建树在国际上是有争论的。持反对意见的学者们主要认为：使用故障树分析本身的好处正是要通过工程人员的建树过程来增加对系统的认识和了解，而并非只要获得最后建成了的故障树。持拥护见解的学者们主要认为，所谓计算机建树是相对人们对系统的故障分析用手画故障树而言的。因此计算机建树目的在于帮助人们把己经分析过的系统因果关系，由计算机合理地拼合编辑起来。它固然代替不了人对系统故障的分析，但当改变系统的线路结构时，有助于迅速准确地建造出新系统的故障树。这给一定范围内方案的分析提供了有利的条件，并能摆脱人的重复劳动。因此深入进行计算机建树问题的研究不仅是适宜的，而且是非常必要的。 尽管国际上对计算机建树问题的学术争论很激烈，但在这方面的研究却十分活跃。 自1973年Fussell首次提出过程故障树的生成方法以来人们一直在寻找一种良好的生成故障树的算法。近年来出现了多种有计算机辅助自动生成故障树的方法并己成为故障树生成的主流技术，使得计算机辅助生成故障树的综合技术得到了快速的发展。 Fussell(1973)使用故障传递函数来模型化电子设备的故障模式，以电子系统为对象开发了一种正式的故障树生成的综合方法。根据电子系统构成元件的故障传递函数，电子系统内部信号流路并结合了系统的边界条件来生成最终的故障树。后来Taylor(1982)修改并完善了Fussell(1973)的算法并用来处理系统中的回路。Taylor应用平衡偶图、信号流图和状态转换表来表示故障的传递。 Lapp和Powers(1974 ,1977,1979)提出了著名的有向图法，利用有向图描述系统状态，在此基础上决定过程的状态和故障模式，从而生成故障树。有向图给出了过程变量、人为错误与装备故障之间定性关系的显示描述。后来，Shafaghi，Lees等(1984)提出了以控制回路为单位分割对象系统，绘制每一个控制回路的有向图，进而以有向图为基础形成最终的故障树。 Salem等(1976, 1980)开发了利用决定表生成故障树的计算机代码。在这种方法中，他们利用决定表描述各要素的输入、输出及内部的状态模式，之后根据决定表生成故障树。Camada等(1978)提出了利用可靠性框图生成故障树的一种有效的、简单的算法。在他们的方法中，应用可靠性框图来辨别最小路径集，然后转换为相应的故障树。 Kelly，Lees的故障树综合算法（1986）是以小故障树为基础的。通过传递方程、事件状态和决定表产生小故障树。 Bossche(1991)在化学工厂通过应用过程变量与元件之间的关系来模型化故障的传递，最终故障树由中间的临时故障树提取。 Wang、Liu(1993)应用扩展决定表和使用虚传递元件来生成故障树。Elliott (1994 )描述了基于知识方法创建来自于稳定的方框图的故障树。使用者需要输入基础知识规则及规则的解释，这些规则被用来执行生成故障树的规则。全部系统特性的图表，到目前为止，尚不能大量的实际应用。特别是针对化工企业中反馈及复杂的过程控制系统故障树的生成到目前为止尚没有以令人满意的方法。此外，近年来还相继出现了一些较好的方法。1995年Y.L , Cheng和J.Yuan改进了Shafaghi等(1984)描述的通过将一个工厂分解为一组控制回路来生成故障树的方法，提出了基于系统分解的生成故障树的方法。在2000年Y.L , Cheng和J.Yuan又提出通过模型化控制回路来生成故障树的方法，该方法是把系统分解为一组单元，然后，预先为每一个单元生成单元模块。每个单元通过名字、函数、输入输出流、图解形式、参变量来进行功能上的识别。单元模块由输入流变量的偏差和单元故障模式组成。建立后，存储在数据库中以便于故障树的自动生成使用。1997年宋彤，岛田行恭，铃木和彦等提出了利用邻接矩阵描述过程系统，通过系统分析生成故障树方法，该方法可以较好地建立控制回路间的关联关系，但是利用邻接矩阵描述复杂控制回路内部同一信号的多种影响关系存在的困难限制了方法的应用。2002年Y.Wang，T.Teague，H.west，S.Mannan提出了基于元件的因果单元模型来生成系统故障树的方法。这一方法基于系统方框图和元件对元件的连接关系，预先建立元件因果单元模型及基于元件故障树的控制回路因果单元模型，并将控制回路作为特殊的单元模型对待。通过提供相应的因果单元模型生成整个系统的故障树。2003年Y.wang，William J.Rogers，Harry H.West，M.Sam Mannan在以上方法的基础上发展了复杂控制回路的故障树模型，把复杂控制回路的故障树模型作为一个整体来处理，通过提供相应的因果单元模型，生成整个系统的故障树。就FTA的研究而言，应该说我国的起步较晚，与国外相比有一显著的区别是，国内的工作大多停留在理论研究的层次而且故障树生成又比较复杂，几乎没有具体的实际应用。在这一方面比较有代表性的有：1997年清华大学的简志敏，胡东成，童诗白发表了控制系统故障树自动生成的一种方法，提出一种改进的有向图法 一般有向图法。使用这一方法，能较好地完成简单控制系统的自动生成，而且可以较好地完成有较复杂控制结构的控制系统的自动生成，克服了传统有向图法自动生成的困难。但是对有向图的理解与分析比较困难，并且难于建立能描述全部系统特性的图表。1999年上海交通大学的马勇，许晓鸣，及天津大学的刘全忠等人提出了基于单元输入输出模型的控制系统故障树自动生成方法。故障树生成方法是通过对系统组成单元的故障模型和输入输出变量间偏差的传输增益分析，建立单元输入输出模型，并建立了相应的数据库，通过对数据库搜索生成故障树，给出了一种自动识别控制回路的算法。这一故障树生成方法，较好地解决复杂控制系统的故障树生成的开放性和可移植性，而且自动化程度较高。尽管如此，对于复杂、大型的系统来说，现有的算法仍不完善，需要进一步的探索适用性更广泛，更加规范化和系统化的算法。本文在对系统特性进行分析的基础上，提出了一种由计算机自动生成故障树的新方法。这种方法首先建立各种元件(部件)以及各种控制回路故障因果模型，把它们以一定的结构形式存储在数据库中。然后把对象系统要素按照独立元件(部件)、控制回路以及外界不可控干扰划分为若干子要素，把子要素看作一个整体，运用系统工程学的结构模型知识，结合选定的系统顶事件，建立系统故障树的结构模型，由系统故障树结构模型确定系统故障树顶部结构，最后依据故障树的结构模型，调用系统故障树顶部结构各节点相对应的数据库中的元件(部件)因果模型、控制回路因果模型和外界不可控干扰等信息，自动生成故障树。自从故障诊断技术出现以来，二十余年里取得了极大的丰富和发展，处理各类问题的理论与方法不胜枚举。故障树分析方法(FTA)属于传统的基于知识的故障诊断方法，是一种广泛应用于大型、复杂系统安全性及可靠性分析的强有力工具。故障树分析(FTA)技术是一门将逻辑代数、图论、概率论、随机过程、数理统计、最优化、算法复杂性等众多学科分支综合应用的技术。通过故障树分析可以对系统的安全性和可靠性实施定性、定量的分析。应用这一技术能够发现设计中的薄弱环节、早期识别生产过程中的异常状态和原因以及评价各种事故的风险，进而为改进设计方案和操作条件提供有价值的信息。故障树分析技术的应用不仅有助于确保系统的可靠性和生产的安全性，同时也有益于产品的质量的提高、满足环境保护的要求。FTA技术自六十年代初诞生至今，经过许多工程师和可靠性专家的大力提倡和发展，特别是近年来的理论和工程应用，在过程系统可靠性分析和保证系统安全运转方面充分显示了它的魅力。基于上述情况，本文采用基于元件故障模式及控制回路故障模板的方法对过程系统故障树生成问题进行研究。根据实际系统的系统结构特性，通过元件之间的连接方式及所包含的控制回路的类型确定故障树的基本逻辑结构，并在此基础上通过相应的元件故障模块及控制回路模板链接程序，生成系统故障树，进而开发一套具有行业特性的、简单适用的过程系统故障树自动生成方法和软件系统。3、 故障树分析法的优势与不足像其它所有的分析方法一样，FTA技术亦有它的不足之处，在其发展过程中亦曾受到学者们的激烈争论和抨击。主要是首次应用于系统时费时费力，而且熟练人员极少，使它的运用大受限制，对此J. B. Fussell具体总结了三点： (1) 容易疏忽或遗漏信息； (2)失效数据具有不易应用或无法运用的不完全性，并且对于复杂系统的处理常常依赖贫乏的假设；(3)对出现在同一树中的共因事件、相依事件、多态事件不易处理；我们认为FTA技术优于其它方法的最主要的特点在于：(1)具有很大的灵活性，除了分析部件对系统的影响外，还能考虑环境影响，人为因素等一系列软件因素；(2)故障树可表示一大类在自动控制系统中常见的非单调关联系统；(3)能当作一种方便的设计工具，将潜在的故障排除在设计之外；(4)能为不曾参与设计、使用和维修的人员提供有效信息和判据；故障树分析方法应用广泛，一般可用于以下几个方面：(1)系统的可靠性分析，可以作定性及定量分析；(2)系统的事故分析及安全性分析；(3)利用故障树可以在系统设计时，帮助判明系统的隐患和潜在故障；(4)在系统使用阶段可以用来做故障诊断、预测系统，找出最可能造成故障的原因，并可用来制定维修计划等。参考资料：1史定华，王松瑞.故障树分析技术方法和理论M.第1版.北京:北京师范大学出版社，1993:1-302吴今培，肖建华.智能故障诊断与专家系统M.第1版.北京：科学出版社，1997:1-603张萍，王桂增，周东华.动态系统的故障诊断方法J.控制理论与应用，2000,17(2)：153-1574宋彤、周妍.基于系统分析的控制系统故障树自动生成J.系统工程理论方法应用，2005 11(14):514-518,5265简志敏，胡东成，童诗白.控制系统故障树自动生成的一种方法J. 自动化学报，1997,45(3)： 314-3196马勇，许晓鸣，刘全忠.基于单元输入输出模型控制系统故障树自动生成的一种方法J.上海交通大学学报,1999,45(11)：1430-14347Taylor,J.R.An Algorithm For Fault-Tree ConstructionJ. IEEE Transaction on reliability, 1982，56(1)：137-1469Powers, G.J, F.C.Thompkins, Jr. Fault Tree Synthesis for Chemical ProcessJ, AIChE Journal ,1974, 20(2)：367-38710Lapp, S.A, Powers, G.J. Computer-aided synthesis of fault treesJ, IEEE Transaction On Reliability, 1977, 45(4):2-1311Shafaghi, A, Lees,F, Andow, P. An illustrative example of fault tree synthesis based on control loop structure J. Reliability Engineering, 1984, 56(8):193-23312Salem,S.L, G.E. Apostolakis and D.Okret, A Compute-oriented Approach to Fault Tree ConstructionD, EPRI Np-288,Power Research Institute,1976:45-46.13Salem,S.L., G.E. Apostolakis and D.Okret, A New Methodology for Computer-aided Construction of Fault Tree J, Annals of Nuclear Energy, 1977, 45(4)：417-42114Wang, J.D, Liu, T.S, Extended Tables for multistage Fault Tree Synthesis J, ASME-PUBUCATIONS-DE, 1993, 55(5):17-2215Bossche, A. Computer aided fault tree synthesis J. Reliability Engineering and System Safety, 1991, 32(2)：217-24116Margaret S.Elliott. Computer-Assisted Fault-Tree Construction Using A Knowledge-Based Approach J. IEEE Transaction On Reliability, 1994, 43(3):112-12017Camarda, P. Corsi, F, Trentadue, A. An efficient simple algorithm for fault tree automatic synthesis from the reliability graphJ. IEEE transactions on Reliability, 1978, 27(2)：215-22118 Fussell J B. A Formal Methodology for Fault Tree Construction J. Nuclear Science & Engineering, 1973, 52(2): 421-432.19 Yue-lung Cheng & John Yuan. Structured fault tree synthesis based on system decomposition J.Reliability Engineering System Safety 1995, 50(5):109-120.20 Cheng, Y.L, Yuan, J. On structured fault tree construction by modularizing control loop J. Reliability Engineering System Safety, 2000, 67(7):161-17321 Wang, Y, Teague, T, West,H, Mannan, S.A new algorithm for computer-aided fault tree synthesis J.Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2002, 15(1)：265-267浙江师范大学本科毕业设计(论文)开题报告学 院数理与信息工程学院专业计算机科学与技术学生姓名陈瑞斌学号08190217指导教师莫毓昌职称副教授合作导师职称论文题目基于元件故障模式的控制系统故障树的生成一、选题背景和意义随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备日趋大型化、高速化、自动化和智能化，系统的规模日益扩大，系统的复杂性迅速增加，同时系统的投资也越来越大。这些大型复杂系统，一旦发生运行事故，就会造成极大的经济损失，因而，人们迫切希望提高系统的可靠性和可维修性。目前，对系统的运行状态进行检测与诊断，即故障诊断技术，得到了广泛的关注和深入的研究。故障检测与诊断技术为提高系统的可靠性与可维修性开辟了一条新的途径。由于故障树全面地描述了对象系统的故障原因及故障传递关系，可以方便地获得系统的基本故障数据和相关信息，因此，利用故障树分析和智能技术等其他学科技术相结合，可以期望开发出应用于过程工业、航天等事业的便利、实用、可靠分析、在线故障诊断及相应的集成应用技术。在过去的十几年中，结合故障树分析技术的智能诊断及控制技术在化学过程行业以及核工业等大型的系统安全与稳定性分析中得到了广泛和成功的应用。同时，故障树生成过程是一个对系统内部影响因素传递方式和路径的分析和归纳过程。对故障树的分析可以为神经网络和专家系统提供一组全面的学习数据和深层次的推理知识，进而简化故障诊断系统的开发过程。由此可见，故障树的生成是故障树分析法的关键。但研究故障树的生成方法是一项十分困难的工作，它已成为其广泛应用的瓶颈问题和至关重要的前提条件。目前，有关故障树生成方法的研究已经成为FTA研究中的一个重要分支，它的完善程度将直接影响系统可靠性的定性分析和定量计算。因此，故障树及故障树自动生成方法的开发研究具有非常现实和极其广泛的应用价值。2、 国内外研究现状、发展动态自1973年Fussell首次提出过程综合法(Synthetic Tree Model, STM)的故障树生成方法以来，人们一直在寻找一种良好的、简单易行的故障树生成算法，先后开发出了有向图、决定表、小故障树合成、人工智能等技术生成故障树的方法。近年来随着计算机技术的迅速发展，提高了故障树的开发效率。然而，以前的各种方法中有一些方法无法应用于复杂系统的故障树生成。其中有向图、决定表、转换表和控制回路之间的连接表方法等能够应用于复杂系统的故障树的生成，但是由于有向图、决定表、转换表等的建立非常复杂，很难建立能描述全部系统特性的图表，因此很难实际应用:利用系统分解和基于元件小故障树的方法有着较好的发展前景，但也还有许多需要解决的问题，特别是针对具有反馈及复杂信号关联的过程系统故障树的生成方法尚有待于进一步的研究开发。就故障树的生成方法的研究而言，应该说我国的起步较晚。最近几年，中南工学院的廖卫献(2001)，大连海事大学的吴志良等人(2002)分别就薄壁容器缝焊工艺、集装箱装卸桥驱动控制系统生成了故障树，但是，他们采用的方法是人工生成方法。国内关于计算机辅助自动生成故障树的研究大多停留在理论研究的层次。目前，国际上具有代表意义的自动生成故障树的方法大体上可分为两个方向:1) 基于系统分解生成故障树方法。这种方法的主要思路是将工厂分为各个小的回路，通过分解各回路的故障模块生成故障树。2) 基于元件小故障树合成方法。这种方法通过建立元件的小故障树，通过元件间的相互关系来自动综合生成系统的故障树。自从故障诊断技术出现以来，二十余年里取得了极大的丰富和发展，处理各类问题的理论与方法不胜枚举。故障树分析方法(Fault Tree Analysis,FTA)属于传统的基于知识的故障诊断方法，是一种广泛应用于大型、复杂系统安全性及可靠性分析的强有力工具。故障树分析(FTA)技术是一门将逻辑代数、图论、概率论、随机过程、数理统计、最优化、算法复杂性等众多学科分支综合应用的技术。通过故障树分析可以对系统的安全性和可靠性实施定性、定量的分析。应用这一技术能够发现设计中的薄弱环节、早期识别生产过程中的异常状态和原因以及评价各种事故的风险，进而为改进设计方案和操作条件提供有价值的信息。故障树分析技术的应用不仅有助于确保系统的可靠性和生产的安全性，同时也有益于产品的质量的提高、满足环境保护的要求。FTA技术自六十年代初诞生至今，经过许多工程师和可靠性专家的大力提倡和发展，特别是近年来的理论和工程应用，在过程系统可靠性分析和保证系统安全运转方面充分显示了它的魅力。同时，故障树生成过程是一个对系统内部影响因素传递方式和路径的分析和归纳过程。对故障树的分析可以为神经网络和专家系统提供一组全面的学习数据和深层次的推理知识，进而简化故障诊断系统的开发过程。由此可见，故障树的生成是故障树分析法的关键。但研究故障树的生成方法是一项十分困难的工作，它已成为其广泛应用的瓶颈问题和至关重要的前提条件。目前，有关故障树生成方法的研究已经成为FTA研究中的一个重要分支，它的完善程度将直接影响系统可靠性的定性分析和定量计算。因此，故障树及故障树自动生成方法的开发研究具有非常现实和极其广泛的应用价值。三、研究的内容及可行性分析 针对当前故障树生成方法的发展趋势，本论文在分析了现有的控制系统故障树的自动生成方法的基础上，本着扬长避短的原则，提出了一种具有行业特性的、简单适用的过程系统故障树自动生成方法和软件系统，即基于过程系统元件故障模式的计算机辅助故障树自动生成方法。在这种方法中，对系统结构的分析、顶事件的选择、边界条件的确定都由分析人员自己完成，从而使分析人员对目标系统有一个透彻的了解，而故障树的分析、综合和绘制的部分则由计算机来完成。采用这种方法不但能节省工程师的大量劳动，绘制出的图形规范、质量也大为提高，并且在建树的同时将故障树所包含的元件之间的相互关系(包括逻辑关系、拓扑结构等)存储在计算机中为以后的故障树分析做好了准备。本文方法的主要研究内容如下:1)探讨过程系统构成元件的故障模块(子故障树)和控制回路模板模块数据库建立方法和数据的存储形式，做到简单、通用和易于编辑。2)探讨系统结构模型和信号传递模型的描述方式，包括各种控制回路与周边环境的关系处理，从而确定故障树逻辑结构。3)故障树自动生成算法的研究。一个生产系统是由若干基本元件和设备有机组合所构成的，通过分析系统故障树图可以发现，故障树图是用故障树的图形符号描述系统逻辑构成、故障原因及其在构成元件间的故障信号传递方式的图形工具。因此，一个系统的故障树，实际上是将构成系统的基本元件(设备)的子故障树通过一定的逻辑关系链接而成的逻辑图形。从这一点出发，我们可以设想将故障树生成问题分解为元件故障模式，建立元件与元件故障模式之间的连接子问题，即，将每一个元件的故障模式看成是一个子树，在确定系统故障树顶部事件的基础上，通过对对象系统逻辑结构、信号传递的分析，由顶事件开始按系统构成和信号关系，逐步展开各相关的元件子故障树完成对象系统完整故障树的生成。下图1表示了这一设计思想。图1系统故障树自动生成的设计思想 四、研究中要解决的关键问题: 过程系统是各种过程设备及控制回路的有机组成，其内部管线连结和信号传递关系是十分复杂的。其中各种控制回路及其与被控变量、操作变量的关系处理上是故障树自动生成中需要解决的一个重要难点问题。同时只有建立完善的、正确的元件子故障树数据库才能为系统故障树的自动生成打好基础，才能保证所生成的系统故障树的正确性。因此，本文要解决的关键问题是元件故障树的编辑、存储形式和控制回路故障树模板的建立、编辑、存储及其与系统中各变量及单元模块的关系处理方法。 本文的重点目标在于:1)建立元件故障模式(子故障树)数据库。2)建立控制回路故障模板。3)确定系统元件关联方式。4)确定顶事件、边界条件以及控制回路类型的选择。5)自动生成控制系统故障树。难点在于:1) 建立元件故障模式(子故障树)数据库。2)建立控制回路故障模板。五、研究方法与技术路线 故障树的生成是故障树分析的前提。一般来说，现在常见的故障树生成方法有两种:演绎法和合成法。演绎法主要用于人工建树，合成法主要用于计算机辅助建树。 演绎法又称手动建树法，它是通过人的思考去分析顶事件是怎样发生的，再由顶事件出发循序渐进的寻找每层事件发生的所有可能的直接原因，一直分解到基本的底事件为止，这一人工建树的过程就是演绎法。 合成法是通过计算机程序将一些分散的小故障树按一定的分析要求自动画成分析人员所要求的故障树的方法。与演绎法相比合成法的优点在于它是一种规格化的建树方法，由合成法得到的故障树不论什么人建树其结果都是相同的;其缺点是分析人员不能通过分析系统而对目标系统有彻底的了解，也不能像演绎法那样有效地考虑环境条件和人为因素的影响。所以合成法只是针对系统硬件失效而建造故障树的一种方法。6、 论文的进度安排2011年12月初2011年12月中：收集相关资料以及参考书，对系统进行问题定 义、需求分析、模块设计，并完成开题报告和文献综述2011年12月中2012年01月初：系统总体分析2012年01月初2012年01月中：界面设计，并完成外文翻译2012年01月中2012年03月初：详细设计、单元测试2012年03月初2012年04月底：故障树生成，整理文档2012年03月底2012年04月初：撰写论文（分拟写提纲、初稿、修改定稿）2012年04月初2012年04月中：请导师审阅和修改，上交毕业论文，准备答辩七、主要参考文献1史定华，王松瑞.故障树分析技术方法和理论M.第1版.北京:北京师范大学出版社，1993:1-302吴今培，肖建华.智能故障诊断与专家系统M.第1版.北京：科学出版社，1997:1-603张萍，王桂增，周东华.动态系统的故障诊断方法J.控制理论与应用，2000,17(2)：153-1574宋彤、周妍.基于系统分析的控制系统故障树自动生成J.系统工程理论方法应用，2005 11(14):514-518,5265简志敏，胡东成，童诗白.控制系统故障树自动生成的一种方法J. 自动化学报，1997,45(3)： 314-3196马勇，许晓鸣，刘全忠.基于单元输入输出模型控制系统故障树自动生成的一种方法J.上海交通大学学报,1999,45(11)：1430-14347Taylor,J.R.An Algorithm For Fault-Tree ConstructionJ. 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