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[摘要]故障树分析（FTA）技术采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，用该方法分析石油机电工程具有很好的应用价值。
[关键词]故障树分析石油建设机电工程
中图分类号：TQ326.8+2 文獻标识码：TQ 文章编号：1009―914X（2013）28―0572―01
石油作为工业的血液，它的作用是显而易见的。石油钻机作为石油工业主要机械设备，提高其产品质量、竞争能力、生产效益和可靠性水平，有重要现实意义。钻机系统可靠性是指钻机系统根据现场具体情况，整机或部件经维修保养后在油田现场完成设计时所要求的寿命期内的钻井功能的能力。
一、故障树分析方法概述
故障树分析（Failure Tree Analysis）是一种将系统故障形成的原因由整体至部分按树枝状态逐级细化的分析方法。因而是对复杂动态系统的设计、工厂试验或现场发现失效形式进行可靠性分析的工具，其目的是判明基本故障，确定故障的原因，影响和发生概率。它是对所研究系统的各个故障状态或不正常情况作为故障事件，各种完成好状态或正常状态情况皆作为成功事件。两者均称为事件。
故障树分析中所关心的结果事件称为顶事件（Top event；Undesiredevent）。它是故障树的目标，位于故障树的顶端，导致其它事件发生的原因事件称为底事件（Bottom Event），它是可能导致底事件发生的基本原因，位于故障树的底端。位于顶事件和底事件之间的结果事件称为中间事件（Intermediate Event）。在本故障树分析中暂时不必或暂时不能探明其原因的底事件称为未探明事件（Undeveloped Event）.用各种事件的代表符号和描述事件间逻辑因果关系的逻辑门符号形成的，倒立数状逻辑因素关系图，称为故障树（Failure Tree）。以故障树为工具对系统的失效进行分析的方法称为故障树的分析法。
故障树分析法是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法，可以做可靠性分析。它可以围绕一个或一些特定的失效状态做层层追踪分析。
二、石油钻机故障树的建立
故障树是根据系统故障（顶事件）的原因进行逐级分析而操作的，是实际系统故障组合和传递逻辑关系的正确抽象。根据现场调研结果，广泛地.反复地征求维修人员、使用人员、管理人员、科研人员、学者、和工人的意见，经多次商讨得出：以钻机不能正常工作为顶事件，建立石油钻机故障树。
故障树建立是故障树分析的重要环节，目前主要用演义法人工建树，也正在研究合成法计算机辅助建树，并试用于电路、化工流程等方面。以钻机不能正常工作为顶事件，按照逻辑推理方法，把直接导致项事件必然发生的次级事件用代表相应逻辑关系的逻辑门联接，并用图形表示。这些次级事件又分别用相应的逻辑门与导致它们必然发生的下一级事件相联接。如此层层分析，直到组成系统的各种基本事件（底事件）或不宜再分解的边界事件为止。这样的图形象一棵倒置的大树，基本事件（底事）在下面，系统故障（顶事件）在上面。如图所示：
石油钻机故障树
说明：
1）图中“异常”表示未探明事件，包括：事件原因不明或无必要分析；二次事件，既非本系统故障原因直接事件。
2）底事件的选取以其发生的事故若在钻井现场处理将影响钻井进度，而需运回公司修理的事件。
3）一次修理的各底事件的子系统不同部位予以合并为一次故障。
该故障树共有12个底事件，7逻辑“或”门。它概括了石油系统发生的事件，突出了重点，抓住了现场发生故障的主要模式。
三、故障树函数分析
由石油钻机各年份的可靠度、失效度，以及瞬时失效率分析可知：
1）石油钻机经维修后的运行情况基本符合“浴盆曲线”规律，可分为三个故障阶段。运行1年之内称为早期故障阶段；运行2年之内为偶发故障阶段；运行9年之后为磨损故障阶段。
注：偶发故障阶段同磨损故障阶段的分界点为“9年”有待于实践中进一步证实。
2）因为早期故障阶段，故障特征主要表现为整机在安装和制造装配中的缺陷隐患，由此引发出的各种故障，主要表现于直接受整机装配制造精度，安装质量水平等影响的水龙头、压风机、转盘、泵房动力等部件上。
3）偶发故障阶段瞬时失效率趋于平稳，这是因为石油钻机已经初步完成磨合期，进入最佳工作期，即有效寿命阶段。绝大部分石油钻机在此期间以最佳工作运行。故障待征为偶发性，无明显的故障种类分布规律。故障主要暴露产品制造缺陷，以及人为违章操作等意外事故。
4）磨损故障阶段由于现场资料无此阶段故不作分析。一棵完整的故障树实质上是用图形来表示系统故障（顶事件）和导致故障的诸因素（中间事件、底事件）之间的逻辑关系。因此，可以用结构函数作为一种合适的数学工具。给出故障树的数学表达式，以便于对故障树作定量分析和定性分析。
对简单的故障树，将其结构函数变成各基本事件的积之和形式，即得最小割集。但对复杂的故障树还应建立其最小割集算法，主要包括：（1）上行算法；（2）下行算法。故障树的评定采用各事件的重要度为参数，各基本事件的失效对故障树顶事件发生的影响程度称为事件重要度。对故障树而言，重要度是事件在系统中所处薄弱地位的一种度量，事件的重要度越高则该事件环节越薄弱，它在系统中所处地位也越重要。重要度是故障树的可靠性指标之一，是近10余年发展比较快且为热门课题之一，它表示顶事件发生概率的变化量，对改善系统设计，制定维修计划和故障诊断等十分有用。
参考文献
[1] 陈利琼，张鹏，马剑林，彭星煜.基于故障树的油气管道失效概率模型[J]. 石油工业技术监督. 2006（10）
[2] 吴雪，肖辞源.基于FTA油气长输管道失效的一种非线性模糊综合评价方法研究[J]. 内蒙古石油化工. 2010（22）
[3] 游赟，高龙柱，刘竟成，范兆廷.故障树分析技术在城市天然气管道安全运行中的应用[J]. 油气田地面工程. 2010（01）
作者简介
符维斌（1963—— ），男（汉族），湖南省华容县人，主要研究方向：机电工程。
[关键词]故障树分析石油建设机电工程
中图分类号：TQ326.8+2 文獻标识码：TQ 文章编号：1009―914X（2013）28―0572―01
石油作为工业的血液，它的作用是显而易见的。石油钻机作为石油工业主要机械设备，提高其产品质量、竞争能力、生产效益和可靠性水平，有重要现实意义。钻机系统可靠性是指钻机系统根据现场具体情况，整机或部件经维修保养后在油田现场完成设计时所要求的寿命期内的钻井功能的能力。
一、故障树分析方法概述
故障树分析（Failure Tree Analysis）是一种将系统故障形成的原因由整体至部分按树枝状态逐级细化的分析方法。因而是对复杂动态系统的设计、工厂试验或现场发现失效形式进行可靠性分析的工具，其目的是判明基本故障，确定故障的原因，影响和发生概率。它是对所研究系统的各个故障状态或不正常情况作为故障事件，各种完成好状态或正常状态情况皆作为成功事件。两者均称为事件。
故障树分析中所关心的结果事件称为顶事件（Top event；Undesiredevent）。它是故障树的目标，位于故障树的顶端，导致其它事件发生的原因事件称为底事件（Bottom Event），它是可能导致底事件发生的基本原因，位于故障树的底端。位于顶事件和底事件之间的结果事件称为中间事件（Intermediate Event）。在本故障树分析中暂时不必或暂时不能探明其原因的底事件称为未探明事件（Undeveloped Event）.用各种事件的代表符号和描述事件间逻辑因果关系的逻辑门符号形成的，倒立数状逻辑因素关系图，称为故障树（Failure Tree）。以故障树为工具对系统的失效进行分析的方法称为故障树的分析法。
故障树分析法是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法，可以做可靠性分析。它可以围绕一个或一些特定的失效状态做层层追踪分析。
二、石油钻机故障树的建立
故障树是根据系统故障（顶事件）的原因进行逐级分析而操作的，是实际系统故障组合和传递逻辑关系的正确抽象。根据现场调研结果，广泛地.反复地征求维修人员、使用人员、管理人员、科研人员、学者、和工人的意见，经多次商讨得出：以钻机不能正常工作为顶事件，建立石油钻机故障树。
故障树建立是故障树分析的重要环节，目前主要用演义法人工建树，也正在研究合成法计算机辅助建树，并试用于电路、化工流程等方面。以钻机不能正常工作为顶事件，按照逻辑推理方法，把直接导致项事件必然发生的次级事件用代表相应逻辑关系的逻辑门联接，并用图形表示。这些次级事件又分别用相应的逻辑门与导致它们必然发生的下一级事件相联接。如此层层分析，直到组成系统的各种基本事件（底事件）或不宜再分解的边界事件为止。这样的图形象一棵倒置的大树，基本事件（底事）在下面，系统故障（顶事件）在上面。如图所示：
石油钻机故障树
说明：
1）图中“异常”表示未探明事件，包括：事件原因不明或无必要分析；二次事件，既非本系统故障原因直接事件。
2）底事件的选取以其发生的事故若在钻井现场处理将影响钻井进度，而需运回公司修理的事件。
3）一次修理的各底事件的子系统不同部位予以合并为一次故障。
该故障树共有12个底事件，7逻辑“或”门。它概括了石油系统发生的事件，突出了重点，抓住了现场发生故障的主要模式。
三、故障树函数分析
由石油钻机各年份的可靠度、失效度，以及瞬时失效率分析可知：
1）石油钻机经维修后的运行情况基本符合“浴盆曲线”规律，可分为三个故障阶段。运行1年之内称为早期故障阶段；运行2年之内为偶发故障阶段；运行9年之后为磨损故障阶段。
注：偶发故障阶段同磨损故障阶段的分界点为“9年”有待于实践中进一步证实。
2）因为早期故障阶段，故障特征主要表现为整机在安装和制造装配中的缺陷隐患，由此引发出的各种故障，主要表现于直接受整机装配制造精度，安装质量水平等影响的水龙头、压风机、转盘、泵房动力等部件上。
3）偶发故障阶段瞬时失效率趋于平稳，这是因为石油钻机已经初步完成磨合期，进入最佳工作期，即有效寿命阶段。绝大部分石油钻机在此期间以最佳工作运行。故障待征为偶发性，无明显的故障种类分布规律。故障主要暴露产品制造缺陷，以及人为违章操作等意外事故。
4）磨损故障阶段由于现场资料无此阶段故不作分析。一棵完整的故障树实质上是用图形来表示系统故障（顶事件）和导致故障的诸因素（中间事件、底事件）之间的逻辑关系。因此，可以用结构函数作为一种合适的数学工具。给出故障树的数学表达式，以便于对故障树作定量分析和定性分析。
对简单的故障树，将其结构函数变成各基本事件的积之和形式，即得最小割集。但对复杂的故障树还应建立其最小割集算法，主要包括：（1）上行算法；（2）下行算法。故障树的评定采用各事件的重要度为参数，各基本事件的失效对故障树顶事件发生的影响程度称为事件重要度。对故障树而言，重要度是事件在系统中所处薄弱地位的一种度量，事件的重要度越高则该事件环节越薄弱，它在系统中所处地位也越重要。重要度是故障树的可靠性指标之一，是近10余年发展比较快且为热门课题之一，它表示顶事件发生概率的变化量，对改善系统设计，制定维修计划和故障诊断等十分有用。
参考文献
[1] 陈利琼，张鹏，马剑林，彭星煜.基于故障树的油气管道失效概率模型[J]. 石油工业技术监督. 2006（10）
[2] 吴雪，肖辞源.基于FTA油气长输管道失效的一种非线性模糊综合评价方法研究[J]. 内蒙古石油化工. 2010（22）
[3] 游赟，高龙柱，刘竟成，范兆廷.故障树分析技术在城市天然气管道安全运行中的应用[J]. 油气田地面工程. 2010（01）
作者简介
符维斌（1963—— ），男（汉族），湖南省华容县人，主要研究方向：机电工程。