故障樹分析 - 事件概率模型


英文標題: Fault Tree Analysis - Event Data Model

故障樹分析最關鍵的一步就是為基本事件設置概率失效模型。

電子器件的物理失效的概率模型一般符合指數分布,比如電阻的短路、開路。指數分布又細分為恆定失效率指數分布周期性檢測的潛在故障

如果故障不能被用戶感知到,也不能被檢測機制及時地檢測到,那么它就是一個潛在的故障。這個故障會一直潛伏着,直到特定條件下才會暴露出來(比如維保檢修)。對於潛在故障,應該使用周期性檢測的潛在故障模型。

表1 恆定失效率指數分布和周期性檢測的潛在故障的比較

故障感知/故障檢測 可被用戶感知 不可被用戶感知
能被檢測機制及時檢測到 恆定失效率指數分布 恆定失效率指數分布
不能被檢測機制及時檢測到,或沒有檢測機制 恆定失效率指數分布 周期性檢測的潛在故障

單點故障不可能時潛在故障。因為單點故障會直接導致頂事件失效,一旦失效可以被用戶感知到。

不能在FTTI內被檢測到的多點故障應該用周期性檢測的潛在模型。

恆定失效率指數分布

對於滿足恆定失效率指數分布的元器件,其不可用度和失效頻率可用下面的公式計算。

\[Q(t) = 1 - e^{-\lambda t} \]

\[w(t) = \lambda (1-Q(t)) \]

其中:
\(Q(t)\) 是不可用度
\(w(t)\) 是失效頻率
\(\lambda\) 是失效率

指數分布描述獨立事件時間間隔的概率分布。\(Q(t)\) 表示在 \(t\) 時間內元器件發生失效的概率,也是元器件在 \(t\) 時刻不可用的概率。

能在FTTI內被檢測到的故障才能使用恆定失效率指數分布。

如果想進一步理解指數分布,建議查看 泊松分布和指數分布:10分鍾教程

周期性檢測的潛在故障

潛在故障 是不會直接導致系統失效,並且未被及時檢測到的故障。

如果一個故障可以直接導致系統失效,那么它會被立刻感知到,不可能潛伏着。
如果有檢測機制可以及時地檢測到故障,檢測機制檢測到故障后都會提醒用戶故障,那么故障也就不會潛伏着。

比如,一個備用供電系統。當電網斷電時,電源管理模塊會檢測到電網不可用,並啟動備用電源,但沒有模塊檢查備用電源的故障。備用電源的故障只有在電網斷電時才能被發現,在這之前都是潛在的故障。

備用電源的故障就是潛在故障。因為:
1) 備用電源故障不會直接導致系統失效
2)備用電源故障不能被及時檢測到。

如何評估故障是否被及時檢測到?
當故障在故障容許時間內被檢測到,就認為沒有潛伏着,就不是潛伏故障。

故障容許時間一般是從上層系統得到。比一個使用備用供電系統的醫療設備,它內部也自帶一個能源存儲器,但是只能維持系統在外部電源中斷情況下繼續工作1分鍾。那么給這個醫療設備供電的備用供電系統的故障容許時間就是1分鍾或更短。

周期性檢測的潛在故障的不可用度

假設檢測周期為 \(\tau\) 。如果沒有沒有任何檢測,\(\tau\) 就是產品的生命周期時間。

潛在故障的最大概率為:

\[Q_{max} = 1 - e^{-\lambda \tau} \]

因為潛在故障在 \(\tau\) 時刻會被檢測,超過 \(\tau\) 時刻,潛在故障的概率又會從0開始。

下圖中紅色線就是檢測周期為 \(\tau\) 的潛在故障的不可用度的曲線。

減小檢測周期 \(\tau\) 可以有效地降低潛在故障最大概率 \(Q_{max}\) ,也能有效地降低 PMHFP。

下圖中紫線是檢測周期 \(\tau'\) 的不可用度曲線,其中 \(\tau'\) 小於 \(\tau\)

固定不可用性模型表示

對於安全機制得診斷率,用固定不可用性模型表示。比如我們設計了一個檢測電阻短路的機制,但是這個機制不完美,只有90%的可能性檢測到電阻短路。我們可以用固定不可用度為0.1(10%)的模型表示這個檢測機制。

定義

不可用度 unavailability
失效頻率 failure frequency
失效率 failure rate

版權聲明: 本文為博主原創,未經許可禁止轉載。原文地址: https://www.cnblogs.com/byronsh/p/fault-tree-analysis-event-data-model.html


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--- 2019-7-20 9:29:49

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