液压系统故障树分析技术的研究现状与发展趋势

　　0 引言

　　液压系统具有功率大、体积小、质量轻、响应快、精度高及抗负载刚性大等优点， 在各类设备和系统中往往处于控制和动力传输的重要核心地位， 液压系统的故障率较高，若在出现故障后不及时处理，就会影响生产，造成较大的经济损失。 因此，研究其有效的可靠性分析及故障诊断方法往往是工业技术中亟待完善的关键所在[1]。

　　故障树分析(Fault Tree Analysis，简称 FTA)方法，是在研究系统失效与引起失效的各种直接原因和间接原因之间的关系的基础上， 建立这些事件之间的逻辑关系，确定系统故障原因的各种可能组合方式，从而估计系统顶事件发生概率和底事件重要度的一种分析方法。

　　20 世纪 60 年代初，美国贝尔实验室首先使用 FTA方法， 对民兵式导弹发射控制系统的随机失效问题成功地做出了预测。其后，美国波音公司研制出 FTA 计算机程序，用于飞机的设计改进。 70 年代初，麻省理工学院采用 FTA 方法与事件树分析方法， 进行了核电站安全性分析，得出了核能是一种非常安全的能源的结论。这一报告的发表在各方面引起了很大的反响， 并使故障树分析法从宇航、核能推广到了电子、化工和机械等工业部门[2]。

　　目前，FTA 方法已被应用于国民经济的各个领域，为提高系统的可靠性和安全性发挥了重要作用， 有着广泛的发展前景[3]。 FTA 法已成为液压系统可靠性、安全性预测与分析，故障分析与诊断的有效方法之一。

　　1 传统 FTA

　　1.1 基本特点

　　FTA 以布尔代数和概率论为基础 ，用 “事件 ”表示故障概率，用“逻辑门”来描述零部件故障间的联系。 事件是对系统及元部件状态的描述。 常用的逻辑门有与门、或门、表决门、禁止门以及异或门等。

　　FTA 方法在进行定性、 定量分析时需要求解最小割集， 根据系统故障树中逻辑门的组合关系写出结构函数，通过不交化处理求解顶事件发生概率，进一步计算出各底事件的重要度。

　　割集(路集)是故障树中一些底事件的集合，当这些底事件同时发生(不发生)时，顶事件必然发生(不发生)。若将割集(路集)中所含底事件任意去掉一个就不再成为割集(路集)，这样的割集(路集)就是最小割集(最小路集)。

　　结构函数是表示系统状态的一种布尔函数。 如果系统顶事件状态采用状态变量表示， 则结构函数即为各底事件状态变量的函数。 一般情况下，当故障树给出后，就可以根据故障树直接写出结构函数，但其表达式繁杂而冗长， 所以在实际计算中结构函数一般用最小割集或最小路集来表示。