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故障树分析法在气体涡轮流量计生产中的应用


文章日期:2018-02-26|阅读数:


摘要:故障树分析法是分析大型复杂系统安全性与可靠性的一种较好的方法, 具有简明、直观的特点。 将该方法引入涡轮流量计生产装配过程, 不仅可以对产品装配质量进行定性分析和定量分析, 而且还可以通过考虑造成系统故障的原因, 对可能出现的问题在装配过程中予以解决。
 气体涡轮流量计由于具有量程比大、压损小、精度高等优点, 且结构紧凑、安装方便、费用低, 因此在燃气计量尤其是贸易计量中得到广泛应用。 由于涡轮流量计结构复杂、生产装配要求较高, 影响涡轮流量计生产质量的因素很多, 为提高产品一次装配合格率, 我们引入了故障树分析法。
   故障树分析法(Fault Tree Analsis, 简称 FTA)简单地讲就是把产品(系统)***不希望发生的故障作为故障分析的目标, 把选定的产品故障状态称为顶事件, 然后找出引起顶事件的底层因素。 它是一种图形演绎方法, 通过层层深入的分析, 找出系统的薄弱环节, 以进一步改进设计和提高关键件的可靠度, 从而提高***终系统的可靠性。 自从 1961 年美国贝尔实验室首先应用 FTA 在民兵导弹的发射控制系统可靠性研究中获得成功以来, 这种图形化的方法配合计算机技术的发展已经逐渐地深入到各个领域。

1、故障树分析方法在气体涡轮流量计生产中的应用:
(1) 系统描述
  气体涡轮流量计是叶轮式速度流量计, 属于速度式测量, 即利用测量管道内介质流动速度来得到流量。置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成正比, 通过测量叶轮的旋转角速度得到流体流速, 从而得到管道内的流量值。 整个系统可划分为:流道、机芯、运动传递、计数及输出四个子系统。 流道系统将来流整理为规则流场, 机芯系统将介质流动转化为叶轮转速, 运动传递系统将叶轮转动输出到计数系统, 计数及输出系统提供数值输出。
(2) 顶事件的选取
  顶事件是***不希望发生的故障状态。 针对涡轮流量计生产装配, ***不希望发生的是“气体涡轮流量计产品不合格” 。
(3) 故障树建立
  故障树实质上就是事件之间的一个逻辑图, 这个逻辑图以顶事件为树根, 树叶相当于产生故障的基本原因, 也就是底事件。 在选取“ 气体涡轮流量计产品不合格” 作为顶事件后, 根据涡轮流量计结构特点, 在生产装配过程中引起质量不合格的直接原因是流道系统故障、机芯系统故障、运动传递系统故障、计数及输出系统故障, 然后以这四个原因为此顶事件, 采用类似的方向继续深入分析, 直到找到代表各种故障事件的底事件为止。 比如, 机芯系统故障可能由“ 机芯舱故障” 或“ 选配零部件不合要求”(由于精度要求高, 对部分机芯零部件不得不进行选配)造成,“ 选配零部件不合要求”为一底事件, 而“ 机芯舱故障” 继续作为下一层的顶事件进行分析寻找其底事件。 图 1 为气体涡轮流量计故障树示意图,表 1 为该故障树的事件列表。 该故障树共考虑了生产装配过程的 20 个常见问题作为底事件。 零部件等的质量由于转为供应商的质量控制, 所以在建立故障树过程不予考虑。
△图 气体涡轮流量计故障树


△图 气体涡轮流量计故障树
表 1 气体涡轮流量计故障树的底事件
表 1 气体涡轮流量计故障树的底事件
1 .2 、故障树的定性分析:
  故障树的定性分析的主要任务是找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式, 即求出故障树的全部***小割集。 ***小割集实际上可以在一定的程度上代表系统的危险性大小。本处采用下行法(Fussell 法)进行分析, 由图可见该故障树为串联系统, 底事件间为相“ 或” 的关系, 所以故障树结构参数为:
计算公式
  即该故障树由 20 个一阶***小割集 x1, x2, …, x20组成。

1 .3、故障树的定量分析:
  故障树定量分析的主要任务是计算顶事件的发生概率和对各底事件进行重要度分析。气体涡轮流量计故障树的全部***小割集为 X1, X2, …,X 20 , 则顶事件出现的概率为 :
P(T)= OR(X1, X2, …, X20)=1 - ∏20i =1(1 -P(Xi))式中 P(T)———顶事件发生的概率   P(Xi)———底事件发生的概率  为了计算系统顶事件的发生概率和对底事件进行重要度分析, 必须知道底事件发生的概率。 现根据经验对各底事件发生的概率作如下估算:
计算公式
  将上表底事件发生的概率代入 P(T)的计算公式, 则得顶事件发生的概率为:
  P(T)= 1 - ∏20i =1(1 -P(Xi))=0 .1821  可见各个底事件发生概率虽然不大, 但是顶事件发生的可能性却相当高。 由于人员、设备、环境条件等不同, 底事件发生概率存在一定的不确定因素, 从而导致顶事件也在某个区间内存在有同样的不确定性。 因此, 为了提高气体涡轮流量计产品的合格率, 对装配过程中的常见问题必须提高重视, 力求降低各底事件发生的概率, 从而实现由下而上的质量控制。
  重要度分析是故障树分析中的重要部分, 概率重要度是指底事件对顶事件发生概率的影响程度, 用顶事件的发生概率对某个底事件发生概率的偏导数来表示, 即 :
计算公式
  重要度虽然反映了基本事件概率变化对顶事件概率变化的难易程度, 但不能反映出不同基本事件改进的难易程度。

2、流量计产品质量主要影响因素及改善措施:
 通过对气体涡轮流量计进行故障树分析可以发现, 影响产品质量的主要因素有:
(1)设计:
   由于涡轮流量计结构复杂、零部件种类繁多, 设计的结果将直接影响到加工、检验、成本、管理等方方面面。 因此在涡轮流量计产品设计过程中应力求结构合理, 充分考虑零部件工艺性。 利用故障树分析指导产品设计, 就可以对产品分清主次轻重。 对某些成本小但重要的零部件可以提高产品可靠性, 反之对成本很高而对顶事件的影响又不是很重要的零部件, 则没有必要过分追求该零件的可靠性。
(2)、零部件质量质量:
  构筑企业的生命线, 而零部件质量是保证产品质量的关键。 故障树分析中认为对这一事件的控制已经转移到了供应商, 但是零部件的验收、储存仍然是整个质量保证体系的重要一环。 利用故障树分析, 对机芯、轴承等关键零件要引起足够重视, 做到每件都要严格检验;而对标准件、附件等则可抽检验收。
(3)、操作:
  由于产量相对较小、结构较复杂, 涡轮流量计的装配只能按照单件小批量生产模式进行, 产品质量与装配工人的技术水平、职业素养密切相关, 因此应制定完善的工艺规程, 并要求装配工人严格按照设计规定的程序操作。
(4)、设备设备运行状况:
  将直接影响零部件加工及装配质量。 利用故障树分析, 针对产品生产过程影响较大的设备应提出更高的要求, 制定更为严格的操作和维护程序, 并制定专人负责。

3 、综 述:
 由于涡轮流量计结构复杂、装配工艺繁琐、影响因素较多, 产品质量不易控制。 故障树分析法是分析大型复杂系统安全性与可靠性的一种较好的方法, 具有简明、直观的特点。将该方法引入涡轮流量计生产装配过程, 不仅可以对产品装配质量进行定性分析和定量分析, 而且还可以通过考虑造成系统故障的原因, 对可能出现的问题在装配过程中予以解决, 从而保证产品质量, 减少反复。


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