一个模拟输出的可靠性分析及安全评价

1、 模拟输出的可靠性分析及安全评价 基于FMEA和FTA模块 摘要。基于FMEA（失效模式与影响分析）和FTA（故障树分析），对一个模拟输出模块的可靠性分析和水平安全完整性进行评估。首先，两人的可靠性分析方法，介绍了FMEA和FTA这两种方法。其次，两种方法采用模拟量输出模块分析。并且电子故障数据的失效模式模块中的组件进行了FMEA。然后，基于该模块的原理图和通过FMEA信息，该模块的故障树的建立及其PFD（失效概率需求）计算，其中SIL（安全完整性水平）的模块可以确定。最后，也给出了结论并且指出了未来的研究方向。1.简介 安全工程可靠性的基础是建立在概率统计理论之上。有一个大量的定量分析技术，

2、包括可靠性框图（RBD），失效模式和影响分析（FMEA），故障树分析（FTA）和马尔可夫模型。这些方法用于与组合概率以及评估系统失效概率。 RBD的关键点，是以量化的可靠性提供的一个简单的数学框架，是转换物理系统可靠性的框图。然而，对可靠性的概述是严肃的，一个系统的结果是有些保守。FMEA，为提供详细信息评价，进一步的可靠性分析和安全性通常是用来确定系统的故障模式，它是主要是对电气元件进行分析。FTA可用于在定性分析中所有的失效模式造成的系统故障。它也经常用于定量分析根据底事件的概率衡量系统的可靠性。马尔可夫模型主要的优点是各种功能可以被包含在一个模型之中。不过，马尔可夫模型很难被建立，因为它

3、很容易造成误差。此外，它也是相当耗时的任务。一般来说，自由贸易区容易产生类似的结果，马尔可夫模型，但它是复杂且容易混淆的系统，利用FTA的比马尔可夫模型的要多。因此，FEMA和FTA常用的两种方法是可靠性分析和安全性工程。参考 7 ， 13 和 14 提出的可靠性分析在发射程序，执行机构和特殊保护系统的使用FMEA和FTA方法。在本文中，运用这两种方法的可靠性分析模拟输出模块和评估。该模块被分解成子模块并简化建模过程。为了使分析更加全面，其他的一些实用的因素，如自我诊断能力，维修时间，考虑因素都失效。 本文提出的是模拟量输出的可靠性和安全性的分析，它的排列如下。一般可靠性分析程序和分析中使用的

4、方法本文已经介绍了。具体的可靠性分析和安全评价是一个模拟模块在第3节中描述的细节。最后，结论是在第4节。2.可靠性分析方法 安全评价是可靠度分析的关键点，无论什么样的可靠性模型使用的可靠性建模程序，其所有系统的方法步骤如下：确定所涉及的组件，找出哪些组件应在可靠性考虑模型并应排除。获得部件的故障数据和故障模式。建立一个清单，包括所有组件和他们的失败模式。彻底清楚系统是如何工作的，对影响整个系统的每个模块进行分析。这些结论可以通过故障模式和影响分析（FMEA）。建立可靠性模型，确保所有的组件和它们相关的故障模式已包含在模型之内。可靠性分FMEA和FTA分析模拟输出模块分析作为常用的可靠性分析法。

5、2.1失效模式及影响分析（FEMA） FMEA是一种分析中的可靠性和安全性问题的系统自下而上的归纳法系统或过程中为了避免风险或后果。它主要由识别上市所有潜在的失效模式，访问每个失效模式的整体系统的影响，然后识别所有潜在的因素可能导致系统各失效模式。 失效模式可以分为安全的失败，以及危险的失败。当考虑评估失效模式的功能，也可以分为检测和未检测到的故障。此外，共同的事业失败，应被视为具有冗余结构系统。2.2故障树分析（FTA） 故障树分析（FTA）主要是用来发现系统中的设计问题。它的结构是一种自上而下的演绎分析方法，包括两个步骤：建立故障树和分析故障树。它可以系统地识别和评估所有事件可能会导致危险

6、。导出故障树的基本原理是设置最不必要的故障为目标作为该故障分析点。首先，找到这最初的失败的直接原因做为导致事件。然后，设置每个引发事件的这层为出发点来确定LED的因素直接的原因，而这些因素是导致事件的第二层的程序完成直到找到原来的因素，失败的机制或概率分布是已知的。3.一个模拟输出模块的安全性评估的可靠性分析 模拟量输出模块（即所谓的AO模块）进行分析，有4个模拟量输出通道，从彼此分离，由单片机（单片微机）。AO模块有两个CAN总线收发器的冗余。数据是通过在单片机的CAN总线收发器。然后，他们是通过光隔离器送入D/A转换器。最后，数据输出的电流或电压由跳线选择信号。示意图AO模块如图1所示。3

7、.1 FMEA的AO模块 与FMEA，在AO模块的每一个单一的电子元件列识别所有潜在的失效模式导致模块的故障。FMEA的结果提供了重要的信息FTA和确保无组件和故障模式是错过了FTA。失效模式和失效数据电子元件可以从许多工业可靠性数据库获得。但这些数据库，和数据失效模式只粗略地记录。根据安全验证计算保守估计，危险的故障率一般是50%左右，诊断覆盖率基于处理器的设备可以保守估计在50%。3.2 FTA的AO模块 的模拟输出模块的故障树分析方法是基于模块的原理图和FMEA的结果。由于该模块包括众多的电子元件，模块分解。作为一个结果，三的故障树的构建来减少的AO模块的故障树的大小 首先，根据原理图，

8、AO模块分解为CAN总线接口块，输出通道块和其他组件包括单片机，直流-直流转换等。然后，一个输出通道块的故障树如图2所示。 在示意图所示，每个通道有三个相同的光学隔离器，所以普通因故障在故障树的考虑。输出通道的PFD可以计算图3是CAN总线接口模块的故障树。由于AO模块有两个CAN总线收发器的冗余，在这个故障树，是考虑共因失效。 最后，对AO模块建立故障树如图4所示，在该输出通道阻止危险的失败和CAN总线接口模块的基本事件的危险故障自鉴频鉴相器可以计算出（1）和（2）。由于AO模块的通道是从对方从单片机和孤立的在故障树基本事件可以被视为相互排斥的事件。根据概率统计理论，对AO模块的PFD（pf

9、dao）可以计算（3）。据四安全完整性级别定义的不足，如表1所示的【1】，安全AO模块的完整性水平可以自PFD计算确定。4 结论 本文提出了一种具有模拟量输出模块的可靠性分析及安全评价两种方法的结合：失效模式与影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）。基于FMEA的结果和对模块的故障树分析，两者的PFD和SIL计算了AO模块。 然而，本文只集中在使用FMEA和FTA AO模块的分析，它仅仅分析模块的危险故障。事实上，模拟量输出模块只是一小部分复杂的控制系统，并且有更多的在一个系统的故障模式的类型。因此，未来的工作将强调可靠性分析及安全性的一个更复杂的系统评价结合故障树和马尔可夫模型FEMA。

10、此外，以更多的可靠性指标，考虑的是也有了进一步的研究方向5 工具书类 1 爱德华M. marszal，埃里克Scharpf，“安全完整性水平的选择，”仪器仪表，系统，和自动化学会，2002，pp. 2-10。 2 威廉M.全球，哈利cheddie，“安全仪表系统验证：应用概率计算，“仪器仪表，系统和自动化，社会，2005，pp.61-78，pp. 83-86.。 3 Karsten皮卡德，彼得米勒，贝尔恩德Bertsche，“多失效模式和效果分析的方法进行风险FMEA失效评估的多，”过程。IEEE研讨会。可靠性和可维护性研讨会（公羊05），IEEE出版社，1月2005，pp.457-462，D

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