設(shè)備故障分析方法之一：統(tǒng)計(jì)分析法
通過(guò)統(tǒng)計(jì)某一設(shè)備或同類設(shè)備的零部件（如活塞、填料等）因某方面技術(shù)問(wèn)題（如腐蝕、強(qiáng)度等）所發(fā)生的故障，占該設(shè)備或該類設(shè)備各種故障的百分比，然后分析設(shè)備故障發(fā)生的主要問(wèn)題所在，為修理和經(jīng)營(yíng)決策提供依據(jù)的一種故障分析法，稱為統(tǒng)計(jì)分析法。
以腐蝕為例，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視腐蝕故障的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)每年由于腐蝕損失達(dá)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的5％左右。設(shè)備故障中，其腐蝕故障約占設(shè)備故障的一半以上。國(guó)外對(duì)腐蝕故障做了具體分析，得出的結(jié)論是：隨著工業(yè)的發(fā)展，腐蝕形式也發(fā)生了變化，不僅僅是壁厚減薄，或表面形成局部腐蝕，而主要是以裂紋、微裂紋等形式出現(xiàn)了。下面介紹一些國(guó)家對(duì)各種形式腐蝕故障的統(tǒng)計(jì)分析資料，見(jiàn)表1-1、表1-2和表1-3。
表1-1 美國(guó)杜邦公司的資料
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腐蝕形式 |
一般形式腐蝕 |
裂紋（應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕） |
晶間腐蝕 |
局部腐蝕 |
點(diǎn)蝕 |
汽蝕 |
浸蝕 |
其他 |
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％ |
31 |
23. 4 |
10. 2 |
7. 4 |
15.7 |
1.1 |
0. 5 |
8. 5 |
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腐蝕形式 |
％ |
腐蝕形式 |
％ |
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應(yīng)力腐蝕 |
45.6 |
疲勞腐蝕 |
8. 5 |
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點(diǎn)蝕 |
21.8 |
氫脆 |
3. 0 |
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均勻腐蝕 |
8.5 |
其他 |
8.0 |
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晶ICJ腐蝕 |
4.9 |
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腐蝕形式 |
1963～1968年／％ |
1969～1973年／％ |
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均勻腐蝕 |
22 |
21 |
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設(shè)備故障分析方法之二：分步分析法
分步分析法是對(duì)設(shè)備故障的分析范圍由大到小、由粗到細(xì)逐步進(jìn)行，最終必將找出故障頻率最高的設(shè)備零部件或主要故障的形成原因，并采取對(duì)策。這對(duì)大型化、連續(xù)化的現(xiàn)代工業(yè)，準(zhǔn)確地分析故障的主要原因和傾向，是很有幫助的。
美國(guó)凱洛格公司用分步分析法，對(duì)合成氨廠停車原因作了分析，參見(jiàn)表1-1、表1-2。
表1-1 第一步：統(tǒng)計(jì)停車時(shí)間及停車次數(shù)
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年份 |
1969～1970年（22個(gè)廠） |
1971～1972（27個(gè)廠） |
1973～1974年（30個(gè)廠） |
1975～1976年(30個(gè)廠） |
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平均停車天數(shù) |
50 |
45.5 |
49 |
50 |
表1-2 第二步：分析停車原因
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年份 |
1969～1970年 |
1971～1972 |
1973～1974年 |
1975～1976年 |
|
儀表事故 |
1 |
2 |
1.5 |
1.5 |
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電器事故 |
1 |
0.5 |
1 |
1 |
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主要設(shè)備的事故 |
5.5 |
5 |
6 |
6 |
|
大修 |
1 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
其他 |
5 |
0.5 |
1.5 |
2 |
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總數(shù) |
13.5 |
8.5 |
10.5 |
11 |
由表1-2可見(jiàn)，在每?jī)纱瓮＼囍?，就有一次是主要設(shè)備的事故引起的。
分析表1-3可看出：
1.合成氣壓縮機(jī)停車次數(shù)所占比例較高，在1975～1976年的統(tǒng)計(jì)中，高達(dá)25％，因?yàn)殡x心式合成氣壓縮機(jī)的運(yùn)行條件苛刻，轉(zhuǎn)速高、壓力高、功率大、系統(tǒng)復(fù)雜，因振動(dòng)較大，引起壓縮機(jī)止推環(huán)、葉片、壓縮機(jī)密封部件及增速機(jī)軸承損壞等故障出現(xiàn)；
2.上升管和集氣管的泄漏占較大的百分比（13%～19％）；
3.管道、法蘭和閥門的故障占5%～11％，也比較高。
通過(guò)以上分析，發(fā)生故障的主要部位就比較清楚了，因而可以采取不同對(duì)策，來(lái)處理各種類型的故障。
表1-3 第三步：分析停車次數(shù)最多的主要設(shè)備事故 ／％
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主要設(shè)備名稱 |
1969～1970年 |
1971～1972 |
1973～1974年 |
1975～1976年 |
|
廢熱鍋爐 |
21 |
10 |
- |
8 |
|
爐管、上升管和集氣管 |
19 |
17 |
19 |
13 |
|
合成氣壓縮機(jī) |
13 |
16 |
16 |
25 |
|
換熱器 |
10 |
9 |
8 |
11 |
|
輸氣總管 |
6 |
- |
6 |
7 |
|
對(duì)流段盤管 |
5 |
- |
- |
- |
|
合成塔 |
- |
8 |
- |
- |
|
管道、閥門和法蘭 |
- |
- |
5 |
11 |
|
空壓機(jī) |
- |
11 |
9 |
- |
設(shè)備故障分析方法之三：故障樹(shù)分析法
1.故障樹(shù)分析法的產(chǎn)生與特點(diǎn)
從系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，故障既有因設(shè)備中具體部件（硬件）的缺陷和性能惡化所引起的，也有因軟件，如自控裝置中的程序錯(cuò)誤等引起的。此外，還有因?yàn)椴僮魅藛T操作不當(dāng)或不經(jīng)心而引起的損壞故障。
20世紀(jì)60年代初，隨著載人宇航飛行，洲際導(dǎo)彈的發(fā)射，以及原子能、核電站的應(yīng)用等尖端和軍事科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，都需要對(duì)一些極為復(fù)雜的系統(tǒng)，做出有效的可靠性與安全性評(píng)價(jià)；故障樹(shù)分析法就是在這種情況下產(chǎn)生的。
故障樹(shù)分析法簡(jiǎn)稱FTA (Failute Tree Analysis)，是1961年為可靠性及安全情況，由美國(guó)貝爾電話研究室的華特先生首先提出的。其后，在航空和航天的設(shè)計(jì)、維修，原子反應(yīng)堆、大型設(shè)備以及大型電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，故障樹(shù)分析法雖還處在不斷完善的發(fā)展階段，但其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，是一種很有前途的故障分析法。
總的說(shuō)來(lái)，故障樹(shù)分析法具有以下一些特點(diǎn)。
它是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統(tǒng)開(kāi)始，通過(guò)由邏輯符號(hào)繪制出的一個(gè)逐漸展開(kāi)成樹(shù)狀的分枝圖，來(lái)分析故障事件（又稱頂端事件）發(fā)生的概率。同時(shí)也可以用來(lái)分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境條件等在內(nèi)。
它對(duì)系統(tǒng)故障不但可以做定性的而且還可以做定量的分析；不僅可以分析由單一構(gòu)件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個(gè)構(gòu)件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障情況。因?yàn)楣收蠘?shù)分析法使用的是一個(gè)邏輯圖，因此，不論是設(shè)計(jì)人員或是使用和維修人員都容易掌握和運(yùn)用，并且由它可派生出其他專門用途的“樹(shù)”。例如，可以繪制出專用于研究維修問(wèn)題的維修樹(shù)，用于研究經(jīng)濟(jì)效益及方案比較的決策樹(shù)等。
由于故障樹(shù)是一種邏輯門所構(gòu)成的邏輯圖，因此適合于用電子計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算；而且對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的故障樹(shù)的構(gòu)成和分析，也只有在應(yīng)用計(jì)算機(jī)的條件下才能實(shí)現(xiàn)。
顯然，故障樹(shù)分析法也存在一些缺點(diǎn)。其中主要是構(gòu)造故障樹(shù)的多余量相當(dāng)繁重，難度也較大，對(duì)分析人員的要求也較高，因而限制了它的推廣和普及。在構(gòu)造故障樹(shù)時(shí)要運(yùn)用邏輯運(yùn)算，在其未被一般分析人員充分掌握的情況下，很容易發(fā)生錯(cuò)誤和失察。例如，很有可能把重大影響系統(tǒng)故障的事件漏掉；同時(shí)，由于每個(gè)分析人員所取的研究范圍各有不同，其所得結(jié)論的可信性也就有所不同。
2.故障樹(shù)的構(gòu)成和頂端事件的選取
一個(gè)給定的系統(tǒng)，可以有各種不同的故障狀態(tài)（情況）。所以在應(yīng)用故障樹(shù)分析法時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求選定一個(gè)特定的故障狀態(tài)作為故障樹(shù)的頂端事件，它是所要進(jìn)行分析的對(duì)象和目的。因此，它的發(fā)生與否必須有明確定義；它應(yīng)當(dāng)可以用概率來(lái)度量；而且從它起可向下繼續(xù)分解，最后能找出造成這種故障狀態(tài)的可能原因。
構(gòu)造故障樹(shù)是故障樹(shù)分析中最為關(guān)鍵的一步。通常要由設(shè)計(jì)人員、可靠性工作人員和使用維修人員共同合作，通過(guò)細(xì)致的綜合與分析，找出系統(tǒng)故障和導(dǎo)致系統(tǒng)該故障的諸因素的邏輯關(guān)系，并將這種關(guān)系用特定的圖形符號(hào)，即事件符號(hào)與邏輯符號(hào)表示出來(lái)，成為以頂端事件為“根”向下倒長(zhǎng)的一棵樹(shù)—故障樹(shù)。它的基本結(jié)構(gòu)及組成部分如圖1-1所示。
圖1-1 故障樹(shù)的基本結(jié)構(gòu)
3.故障樹(shù)用的圖形符號(hào)
在繪制故障樹(shù)時(shí)需應(yīng)用規(guī)定的圖形符號(hào)。它們可分為兩類，即邏輯符號(hào)和事件符號(hào)，其中常用的符號(hào)分別如圖1-2和圖1-3所示。
圖1-2 邏輯符號(hào) 圖1-3 事件符號(hào)
圖1-4是應(yīng)用這些圖形符號(hào)繪制的一個(gè)較為簡(jiǎn)單的故障樹(shù)形式。根據(jù)這種故障樹(shù)，就可以從選定的系統(tǒng)故障狀態(tài)，即頂端事件開(kāi)始，逐級(jí)地找出其上一級(jí)與下一級(jí)的邏輯關(guān)系，直至最后追溯到那些初始的或其故障機(jī)理及故障概率為已知的，因而不需要繼續(xù)分析的基本事件時(shí)為止。這樣，就可得出這個(gè)系統(tǒng)所有基本事件與其頂端事件之間的邏輯關(guān)系。在大多數(shù)情況下，故障樹(shù)都是由與門及或門綜合組成。因此，在各基本事件均為獨(dú)立事件的條件下，即可利用事件的和、積、補(bǔ)等布爾代數(shù)的基本運(yùn)算法則，列出這個(gè)系統(tǒng)的故障函數(shù)（系統(tǒng)故障與基本事件的邏輯關(guān)系）。隨后，就可進(jìn)一步對(duì)頂端事件做出定性的或定量的分析。下面我們以圖1-4所示的故障樹(shù)為例，試用上述方法進(jìn)行系統(tǒng)故障分析。
圖1-4 故障樹(shù)的形式
①，②，③，④--基本事件X1，X2，X3，X
圖1-5 一項(xiàng)軸承故障分析的典型故障樹(shù)
自或門；◇不完全事件；口與門；口事件；○基本事件；△事件轉(zhuǎn)移
【例1】試分析圖1-4所示的故障樹(shù)，并列出該系統(tǒng)的故障函數(shù)。
解：由圖可知，本例為一個(gè)兩級(jí)故障樹(shù)。即系統(tǒng)故障的頂端事件F是由第一級(jí)部件A的故障事件XA和部件B的故障事件XB的或門組成（圖中還有一個(gè)菱形事件符號(hào)，表示該事件的原因未明或者對(duì)系統(tǒng)故障影響很小，可不予考慮），故有：F(x) =XA U XB的邏輯關(guān)系；而第二級(jí)則有由基本事件X1和X2組成的或門，還有由基本事件X3和X4所組成的或門。
因此有：
XA= X1UX2及XB=X3∩X4；代入第一級(jí)關(guān)系式中得：F=XAUXB = (X1UX2）U(X3∩X4），故系統(tǒng)失效函數(shù)可簡(jiǎn)寫(xiě)為：F(x)=X1+X2+X3+X4
上式表示出了頂端事件即這個(gè)系統(tǒng)的故障與其四個(gè)基本事件X1，X2，X3，X4之間的邏輯關(guān)系。
圖1-5是一個(gè)分析軸承事故的故障樹(shù)例子。圖中使用了三角形符號(hào)，其作用相當(dāng)于一個(gè)注釋符*，表示事件將由此轉(zhuǎn)向標(biāo)號(hào)相同的此類符號(hào)處繼續(xù)展開(kāi)。其目的是為了避免畫(huà)面線太多造成分析上的困難。
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