故障樹分析法在氣體渦輪流量計生產中的應用

氣體渦輪流量計由于具有量程比大、壓損小、精度高等優點，且結構緊湊、安裝方便、費用低，因此在燃氣計量尤其是貿易計量中得到廣泛應用。由于渦輪流量計結構復雜、生產裝配要求較高，影響渦輪流量計生產質量的因素很多，為提高產品一次裝配合格率，我們引入了故障樹分析法。
故障樹分析法(FaultTreeAnalsis，簡稱FTA)簡單地講就是把產品(系統)zui不希望發生的故障作為故障分析的目標，把選定的產品故障狀態稱為頂事件，然后找出引起頂事件的底層因素。它是一種圖形演繹方法，通過層層深入的分析，找出系統的薄弱環節，以進一步改進設計和提高關鍵件的可靠度，從而提高zui終系統的可靠性。自從1961年美國貝爾實驗室首先應用FTA在民兵的發射控制系統可靠性研究中獲得成功以來，這種圖形化的方法配合計算機技術的發展已經逐漸地深入到各個領域。
1故障樹分析方法在氣體渦輪流量計生產中的應用
1．1氣體渦輪流量計故障樹的建立
(1)系統描述
氣體渦輪流量計是葉輪式速度流量計，屬于速度式測量，即利用測量管道內介質流動速度來得到流量。置于流體中的葉輪的旋轉角速度與流體流速成正比，通過測量葉輪的旋轉角速度得到流體流速，從而得到管道內的流量值。整個系統可劃分為：流道、機芯、運動傳遞、計數及輸出四個子系統。流道系統將來流整理為規則流場，機芯系統將介質流動轉化為葉輪轉速，運動傳遞系統將葉輪轉動輸出到計數系統，計數及輸出系統提供數值輸出。
(2)頂事件的選取
頂事件是zui不希望發生的故障狀態。針對渦輪流量計生產裝配，zui不希望發生的是“氣體渦輪流量計產品不合格"。
(3)故障樹建立
故障樹實質上就是事件之間的一個邏輯圖，這個邏輯圖以頂事件為樹根，樹葉相當于產生故障的基本原因，也就是底事件。在選取“氣體渦輪流量計產品不合格"作為頂事件后，根據渦輪流量計結構特點，在生產裝配過程中引起質量不合格的直接原因是流道系統故障、機芯系統故障、運動傳遞系統故障、計數及輸出系統故障，然后以這四個原因為此頂事件，采用類似的方向繼續深入分析，直到找到代表各種故障事件的底事件為止。比如，機芯系統故障可能由“機芯艙故障"或“選配零部件不合要求"(由于精度要求高，對部分機芯零部件不得不進行選配)造成，“選配零部件不合要求"為一底事件，而“機芯艙故障"繼續作為下一層的頂事件進行分析尋找其底事件。圖1為氣體渦輪流量計故障樹示意圖，1為該故障樹的事件列表。該故障樹共考慮了生產裝配過程的20個常見問題作為底事件。零部件等的質量由于轉為供應商的質量控制，所以在建立故障樹過程不予考慮。

1．2故障樹的定性分析
故障樹的定性分析的主要任務是找出導致頂事件發生的所有可能的故障模式，即求出故障樹的全部zui小割集。zui小割集實際上可以在一定的程度上代表系統的危險性大小=本處采用下行法(Fussell法)進行分析，由圖可見該故障樹為串統，底事件間為相“或"的關系，所以故障樹結構參數為：

即該故障樹由20個一階zui小割集1，2，?，20組成。
1．3故障樹的定量分析
故障樹定量分析的主要任務是計算頂事件的發生概率和對各底事件進行重要度分析。
氣體渦輪流量計故障樹的全部zui小割集為X】，x2，?，x20，則頂事件出現的概率為：

式中P(T)——頂事件發生的概率
P(X)——底事件發生的概率
為了計算系統頂事件的發生概率和對底事件進行重要度分析，必須知道底事件發生的概率。現根據經驗對各底事件發生的概率作如下估算：

將上表底事件發生的概率代入P(T)的計算公式，則得頂事件發生的概率為：

可見各個底事件發生概率雖然不大，但是頂事件發生的可能性卻相當高。由于人員、設備、環境條件等不同，底事件發生概率存在一定的不確定因素，從而導致頂事件也在某個區間內存在有同樣的不確定性。因此，為了提高氣體渦輪流量計產品的合格率，對裝配過程中的常見問題必須提高重視，力求降低各底事件發生的概率，從而實現由下而上的質量控制。
重要度分析是故障樹分析中的重要部分，概率重要度是指底事件對頂事件發生概率的影響程度，用頂事件的發生概率對某個底事件發生概率的偏導數來表示，即：

式中L——底事件K概率重要度
例如底事件X20“低頻輸出連線錯誤"的概率重要度為：

重要度雖然反映了基本事件概率變化對頂事件概率變化的難易程度，但不能反映出不同基本事件改進的難易程度：
2流量計產品質量主要影響因素及改善措施
通過對氣體渦輪流量計進行故障樹分析可以發現，影響產品質量的主要因素有：
(1)設計
由于渦輪流量計結構復雜、零部件種類繁多，設計的結果將直接影響到加工、檢驗、成本、管理等方方面面。因此在渦輪流量計產品設計過程中應力求結構合理，充分考慮零部件工藝性。利用故障樹分析指導產品設計，就可以對產品分清主次輕重。對某些成本小但重要的零部件可以提高產品可靠性，反之對成本很高而對頂事件的影響又不是很重要的零部件，則沒有必要過分追求該零件的可靠性。
(2)零部件質量
質量構筑企業的生命線，而零部件質量是保證產品質量的關鍵。故障樹分析中認為對這一事件的控制已經轉移到了供應商，但是零部件的驗收、儲存仍然是整個質量保證體系的重要一環。利用故障樹分析，對機芯、軸承等關鍵零件要引起足夠重視，做到每件都要嚴格檢驗；而對標準件、附件等則可抽檢驗收。
(3)操作
由于產量相對較小、結構較復雜，渦輪流量計的裝配只能按照單件小批量生產模式進行，產品質量與裝配工人的技術水平、職業素養密切相關，因此應制定完善的工藝規程，并要求裝配工人嚴格按照設計規定的程序操作。
(4)設備
設備運行狀況將直接影響零部件加工及裝配質量。利用故障樹分析，針對產品生產過程影響較大的設備應提出更高的要求，制定更為嚴格的操作和維護程序，并制定專人負責由于渦輪流量計結構復雜、裝配工藝繁瑣、影響因素較多，產品質量不易控制。故障樹分析法是分析大型復雜系統安全性與可靠性的一種較好的方法，具有簡明、直觀的特點。將該方法引入渦輪流量計生產裝配過程，不僅可以對產品裝配質量進行定性分析和定量分析，而且還可以通過考慮造成系統故障的原因，對可能出現的問題在裝配過程中予以解決，從而保證產品質量，減少反復。