安全评价系列讲座(八)-故障树分析(FaultTreeAnalysis，FTA)(下)
3故障树定性分析
故障树分析，包括定性分析和定量分析两种方法。在定性分析中，主要包括最小割集、最小径集和重要度分析。限于篇幅，以下仅介绍定性分析中的最小割集和最小径集。
3.1最小割集及其求法
割集：它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。最小割集就是引起顶上事件发生必须的最低限度的割集。最小割集的求取方法有行列式法、布尔代数法等。现在，已有计算机软件求取最小割集和最小径集。以下简要介绍布尔代数化简法。图8—9为一故障树图，以下是用布尔代数化简的过程。
t=a1+a2
= x1 x2a3+x4a4
= x1x2(x1+x3)+x4(x5+x6)
= x1 x2a1+xl x2a3+ x4x5+x4x6
= x1 x2+ x4x5+x4x6
所以最小割集为{x1，x2}，{x4，x5}，{x4，x6}。结果得到三个交集的并集，这三个交集就是三个最小割集el={xl，x2}，e2={x4，x5}，e 3：{x4，x6}。用最小割集表示故障树的等效图。
3.2最小径集及其求法
径集：如果故障树中某些基本事件不发生，则顶上事件就不发生，这些基本事件的集合称为径集。最小径集：就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。
最小径集的求法是利用它与最小割集的对偶性。首先作出与故障树对偶的成功树，即把原来故障树的与门换成或门，而或门换成与门，各类事件发生换成不发生，利用上述方法求出成功树的最小割集，再转化为故障树的最小径集。
例：将上例中故障树变为成功树用t’、a’l、a’2、a’3、a’4、x’l、x’2、x’3、x’4、x’5、x’6表示事件t、al、a2 a3、a4、xl、x2、x3x， 、x 、x 的补事件，即成功事件；逻辑门作相应转换。 用布尔代数化简法求成功树的最小割集：
t’= a’l ·a’2
= (x’l+a’3+x’2)·(x’4+a’4)
= (x’l+x’2+x’l x’3)·(x’4+x’5 x’6)
= (x’l+x’2)·(x’4+x’5x’6)
=x’lx’4+ x’lx’5x’6+x’2x’4+ x’2x’5x’6
成功树的最小割集：{x’。，x’ ){x’。，x’，，x’ )
{x’ ，x’ ){x’2，x’5，x’6)。
即故障树的最小径集：
p1={xl，x4) p2={xi，x5，x6)
p3={x2，x4) p4={x2，x5，x6)
如将成功树布尔化简的最后结果变换为故障树结构，则表达式为t=(xl+x4)(xl+x5+x6)(x2+x4)(x2+x5+x6)形成了四个并集的交集，如用最小径集表示故障树则如图8-12所示。
3.3最小割集和最小径集在故障树分析中的应用
(1)最小割集表示系统的危险性
求出最小割集可以掌握事故发生的各种可能，了解系统的危险性。
每个最小割集都是顶上事件发生的一种可能，有几个最小割集，顶上事件的发生就有几种可能，最小割集越多，系统越危险。
从最小割集能直观地、概略地看出，哪些事件发生最危险，哪些稍次，哪些可以忽略，以及如何采取措施，使事故发生概率下降。
例：共有三个最小割集{x1)、{x2，x3)、{x4，x5，x6，x7，x8)，如果各基本事件的发生概率都近似相等的话，一般地说，一个事件的割集比两个事件的割集容易发生，五事件割集发生的概率更小，完全可以忽略。
因此，为了提高系统的安全性，可采取技术、管理措施以便使少事件割集增加基本事件。就以上述三个最小割集的故障树为例。可以给一事件割集{x1)增加一个基本事件x ，例如：安装防护装置或采取隔离措施等，使新的割集为{x1、x9)。这样就能使整个系统的安全性提高若干倍，甚至几百倍。若不从少事件割集人手，采取的措施收效不大。
假设上述例中各事件概率都等于0.0l，即qi=q2 q3=q4 q5 q6=q7 q8 q9=0.01。
在未增加x 以前顶上事件发生的概率约为0.0101，而增加x9后概率近似为0.0002，使系统安全性提高了5o倍，在可靠性设计中常用的冗长技术就是这个道理。注意，以上是各事件概率相等时采取的措施。采取防灾措施必须考虑概率因素，若x，的发生概率极小，就不必考虑{x1)了。
(2)最小径集表示系统的安全性
求出最小径集可以了解到，要使顶上事件不发生有几种可能的方案，从而为控制事故提供依据。一个最小径集中的基本事件都不发生，就可使顶上事件不发生。故障树中最小径集越多，系统就越安全。
从用最小径集表示的故障树等效图可以看出，只要控制一个最小径集不发生，顶上事件就不发生，所以可以选择控制事故的最佳方案，一般地说，对少事件最小径集加以控制较为有利。
(3)利用最小割集、最小径集进行结构重要度分析。
(4)利用最小割集、最小径集进行定量分析和计算顶上事件的概率等。
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