基于故障树的垃圾转运站故障分析

故障树分析又称失效树分析（FTA，fault tree analysis），是系统可靠性研究中常用的一种重要方法，也是对复杂动态系统失效形式进行可靠性分析的有效工具。该方法在宇航、核能、化工、机械、电子等多个领域都得到广泛应用。故障树分析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关系的基础上，建立这些事件之间的逻辑关系，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式或其发生概率的一种可靠性、安全性分析和风险评价方法。在设计阶段，该法可用于预测引起系统失效可能的原因组合，较快、较准确地确定故障原因。 
1垃圾转运站故障树的建立 
故障树是实际系统的故障组合与传递的逻辑关系的简洁而抽象的表达，故障树的建立是故障树分析法中最基本、最关键的环节。为使所建故障树尽可能完善，建树之前，应对系统及其各组成部分产生故障的原因、后果以及各种影响因素之间的因果关系有清晰、透彻的了解。 
故障树分析法首先选定一个系统最不希望发生的事件作为系统的顶事件，画在故障树的顶端，即为故障树的第一阶，再将导致系统顶事件发生的直接原因（各部件故障）并列作为第二阶，即图中的中间事件A或B，它们通过适当的逻辑门（逻辑或门、与门）与顶事件相连。其次，将导致第二阶中各中间事件发生的原因列为第三阶，用适当的事件符号通过一定的逻辑门来表示。如此逐阶展开，直到把形成顶事件故障的最基本事件分析出来。图1为故障树的示例。 


图1故障树示例 
垃圾转运站作为处理生活垃圾的成套设备，一般是在高腐蚀、高污染的恶劣工况下工作。而由于故障引起的垃圾堆积如山、垃圾渗沥液四溢所造成的环境污染，给人们的正常生活、出行带来了许多不便。 
对垃圾转运站进行建树，应将整个垃圾转运站故障作为故障树的顶事件；由于各部件都是相对独立的，因此可将各部件出现故障作为故障树中第一级中间事件；然后再根据各部件的故障机理将中间事件逐级展开，最后完成垃圾转运站故障树的建立。现以广东省东莞安装的二层平台压缩机横移式垃圾转运站为例建立故障树，见图2。 
在图2中，T代表顶事件，即垃圾转运站故障。E代表中间事件。E1表示液压系统故障；E2表示垃圾压缩机故障；E3表示电气系统故障；E4表示管路泄露故障；E5表示泵压力不足故障；E6表示压缩机横移出现故障；E7表示压缩机横移时窜动故障；E8表示垃圾箱小门被挤压故障；E9表示推料头单侧耐磨板磨损过快故障；E10表示冷却器不转动故障；E11表示推料头只出不进或只进不出故障。 


图2垃圾抽场站故障树 
x表示底事件。x1表示管接头松动；x2表示阀体端面密封件损坏；x3表示电动机转向不对；x4表示吸油管或过滤器堵塞；x5表示调整横移节流阀；x6表示2个横移马达油管接反；x7表示压缩机导轨不平行；x8表示轮安装板焊接位置错误；x9表示压装头在挤压垃圾的过程中，由于垃圾蓬堵碰小门下部；x10表示预压闸门液压锁泄露，使得闸门缓慢下落。压装头推料过程中与闸门相撞，闸门变形倾斜。由于闸门和提门机构是固连的，导致提门机构倾斜，小门下落；x11表示垃圾箱回站后，小门下方夹杂有垃圾，未适当调整提门机构高度而直接对接；x12表示压装腔内两侧导轨高低不一；x13表示2只压装油缸其中一只进油口漏油，导致一侧推力不足，推料头向一侧倾斜；x14表示接线头正负极接反；x15表示冷却器发生故障；x16表示接触器出现故障；x17表示电磁换向阀出现故障。 
2垃圾转运站故障树分析 
故障树分析的主要任务是寻找导致顶事件发生的所有可能的失效模式—失效谱，也就是要找出故障树的全部最小割集。 
割集，即能使顶事件发生的一些底事件的集合，其中的底事件同时发生时顶事件必然发生：如果某一割集中的任一底事件不发生时顶事件也不发生，则称这样的割集为最小割集。一棵故障树的全部最小割集的完整集合包含了顶事件发生的所有可能的模式，所以很有必要找出故障树的全部最小割集。 
求最小割集的方法有“上行法”和“下行法”2种，顾名思义，前者是从故障树中的底事件开始逐级往上进行推算，后者则是由顶事件开始逐级往下推算。2种方法各有优缺点，此处用上行法较好，应用该方法的过程实际上就是运用集合规则对故障树进行逐级“描述”的过程。如：中间事件E8与底事件x9、x10、x11之间以或门相连，就以集合运算式表示如下： 
E8=x9Ux10Ux11。 
按照以上原则逐级推算，并以“＋”代替“U”，上行至顶事件T后，可得：
于是，系统故障树的全部最小割集为： 
{x1}、｛x2｝、！x3｝、｛x4｝、｛x5｝、｛x6｝、｛x7｝、｛x8)、｛x9)、｛x10｝、｛x11｝、｛x12｝、｛x13｝、｛x14｝、｛x15｝、｛x16)、｛x17｝。 
因为故障树中逻辑门均为或门，所以最小割集的数量比较多，即系统的失效模式比较多。有很多最小割集是只含单一元素的，说明很多单一底事件的发生都将导致顶事件的发生。可见，要提高整个垃圾转运站的可靠性，应该从降低故障树中每一个底事件的发生率，提高系统中每一个元件的可靠性入手。在设计阶段，应尽可能选用可靠度高的元件；在使用阶段，应注意正确操作、做好维护保养工作，避免因系统元件过早失效导致系统故障。 
3结束语 
故障树分析法是一种逻辑性强、直观形象的可靠性分析法。笔者在对垃圾转运站故障进行分析的基础上建立了故障树，运用故障树分析法对垃圾转运站的可靠性进行了定性分析，为进一步提高系统的可靠性探明了方向。