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隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，軌道交通在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來(lái)越重要的作用，軌道交通行業(yè)在我國(guó)已經(jīng)呈現(xiàn)出了一片蓬勃發(fā)展的局面，在這種大好形勢(shì)下，如何提高軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（Reliability， availability， maintainability and safety）是所面臨的迫切的任務(wù)。FTA（英文Fault Tree Analysis）從20世紀(jì)60年代開(kāi)始在航空領(lǐng)域，之后在核領(lǐng)域內(nèi)得到了重視和發(fā)展，目前已經(jīng)在電子、電力、化工、機(jī)械、交通等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，逐漸成為衡量系統(tǒng)安全性與可靠性的重要工具。
FTA（故障樹(shù)分析）是一種圖形演繹的故障分析方法。其對(duì)形成故障的各種原因（硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）進(jìn)行分析，得出系統(tǒng)邏輯關(guān)系圖（即故障樹(shù)），進(jìn)而分析出導(dǎo)致系統(tǒng)故障的原因。通過(guò)FTA結(jié)果能夠明確系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)、關(guān)鍵部位、須采取措施、相關(guān)可靠性試驗(yàn)的要求等。FTA還能夠通過(guò)分析系統(tǒng)潛在的故障，查找出系統(tǒng)的內(nèi)部聯(lián)系，從而對(duì)制定維修方案及維修策略具有指導(dǎo)意義，對(duì)系統(tǒng)保障、管理維修有著較大作用。本文以軌道交通地鐵車輛中司機(jī)室無(wú)法激活這一故障為例，通過(guò)電氣原理圖建立故障樹(shù)模型進(jìn)行分析。
1 建立故障樹(shù)模型
本文以上海某項(xiàng)目中司機(jī)室無(wú)法激活這一故障為例，通過(guò)電氣原理圖建立故障樹(shù)模型進(jìn)行分析。根據(jù)項(xiàng)目電氣原理圖進(jìn)行建樹(shù)。
1.1 建樹(shù)規(guī)則
（1）確定建樹(shù)的邊界條件，對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化。根據(jù)PHA（初步危害分析）和FMECA（故障模式影響及危害度分析），識(shí)別頂事件及各級(jí)結(jié)果事件，清楚其相互之間的關(guān)系，將一些較不重要的事件舍去進(jìn)而使得整個(gè)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化的效果。
（2）對(duì)各故障事件必須嚴(yán)格定義。所有的故障事件，特別是頂事件，一定要進(jìn)行嚴(yán)格的定義，因?yàn)轫斒录拇_定是建樹(shù)的基礎(chǔ)，確定的頂事件不同，那么相應(yīng)的建立的故障樹(shù)也不相同。針對(duì)結(jié)果事件，要根據(jù)需要準(zhǔn)確的表示為“故障是什么”和“什么情況下發(fā)生”。
（3）自上而下逐級(jí)進(jìn)行建樹(shù)。建樹(shù)應(yīng)自上而下逐級(jí)來(lái)完成，對(duì)同一個(gè)邏輯門(mén)的全部必要而又充分的直接輸入沒(méi)有列出前，不允許繼續(xù)去發(fā)展其任一輸入。一個(gè)龐大繁雜的故障樹(shù)，每一級(jí)輸入數(shù)可能會(huì)非常多，然而每一個(gè)輸入都有可能依然是一個(gè)龐大繁雜的子樹(shù)，所以，逐級(jí)建樹(shù)能夠避免遺漏。
1.2 頂事件的確定
頂事件，即為系統(tǒng)運(yùn)行中不期望發(fā)生的事件，在將要建立的司機(jī)室無(wú)法激活故障樹(shù)中，頂事件是指本端司機(jī)室無(wú)法激活這一事件。頂事件精準(zhǔn)地確定能夠清楚地指導(dǎo)后續(xù)中間事件邏輯關(guān)系確定。
1.3 邊界條件的確定
邊界條件的確定要注意以下兩個(gè)方面：
（1）對(duì)于要分析的中間事件，需要有清楚的定位，絕對(duì)不能夠出現(xiàn)一些模糊的概念，在本次分析中，中間事件為M1=單司機(jī)室旁路02-S42意外斷開(kāi)與M2=司機(jī)室激活繼電器02-K07常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；
（2）確定的底事件必須要有合理范圍，不能夠發(fā)生無(wú)限的進(jìn)行分析或一些根本無(wú)法找到事件原因的底事件的定義。本次分析中的底事件根據(jù)電氣原理圖可得知依次為：X1=司機(jī)室激活斷路器02-F01跳閘，X2=司控器02-A01故障（觸點(diǎn)粘連），X3=二極管02-V01故障，X4=單司機(jī)室旁路02-S42觸點(diǎn)故障，X5=司機(jī)誤操作，X6=司機(jī)室激活繼電器02-K07誤激活，X7=司機(jī)室激活繼電器02-K07自身故障。
1.4 對(duì)本端司機(jī)室無(wú)法激活頂事件與邊界條件建立故障樹(shù)
由上述分析，依次確定了頂事件，中間事件與底事件，參照功能流程與各邏輯門(mén)的性質(zhì)逐級(jí)搭建故障樹(shù)如圖。圖1給出了本端司機(jī)室無(wú)法激活的故障樹(shù)模型。
2 故障樹(shù)分析
2.1 定性分析
定性分析，通過(guò)進(jìn)行逐級(jí)建樹(shù)分析系統(tǒng)發(fā)生故障原因或故障原因的組合，從而找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。若要有效的對(duì)故障樹(shù)定性分析，必須要明確導(dǎo)致系統(tǒng)頂事件發(fā)生的最小割集。每一個(gè)最小割集代表了系統(tǒng)的一種故障模式，所謂故障樹(shù)的定性分析，就是需要尋找出故障樹(shù)的全部最小割集，從而進(jìn)行預(yù)防故障與對(duì)系統(tǒng)的故障診斷和維修給予支持。只要在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠保證每個(gè)最小割集中至少有一個(gè)底事件能夠不發(fā)生，那么頂事件就一定不會(huì)發(fā)生。
系統(tǒng)故障樹(shù)定性分析方法通常有上行法和下行法兩種，所謂下行法，就是由頂事件開(kāi)始，由上而下逐級(jí)尋找事件集合，最終獲得故障樹(shù)的最小割集；所謂上行法，就是從底事件開(kāi)始，由下而上逐級(jí)尋找事件集合，最終獲得故障樹(shù)的最小割集。本文應(yīng)用上行法對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析：
自下而上寫(xiě)出各門(mén)事件的邏輯表達(dá)式：
M1=X4+X5；M2=X6+X7；TOP=X1+X2+M1+X3+M2=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7
由上述求解過(guò)程可知本端司機(jī)室無(wú)法激活故障樹(shù)模型的最小割集為：{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}，由此可知致使頂事件發(fā)生的最小割集具有7個(gè)底事件，他們都是一階最小割集，在這些割集中，任一底事件發(fā)生都可以致使頂事件的發(fā)生，{X4}的發(fā)生意味著單司機(jī)室旁路02-S42觸點(diǎn)故障，從而導(dǎo)致單司機(jī)室旁路02-S42意外斷開(kāi)，這會(huì)導(dǎo)致本端司機(jī)室無(wú)法激活這一故障發(fā)生。
2.2 定量分析
根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)值，能夠得知每一個(gè)底事件發(fā)生的概率如表1：
則頂事件的發(fā)生概率為：
P=1-（1-X2）*（1-X3）*（1-X4）*（1-X5）*（1-X6）*（1-X7）=2.74E-06
系統(tǒng)可靠度為R=99.9997%
各底事件重要度排序：X5>X2>X7>X6>X1>X4>X3
3 結(jié)束語(yǔ)
（1）根據(jù)故障樹(shù)分析法，建立了本端司機(jī)室無(wú)法激活的故障樹(shù)，該故障樹(shù)由兩個(gè)邏輯或門(mén)，兩個(gè)中間事件，7個(gè)底事件組成。
（2）通過(guò)定性分析，發(fā)現(xiàn)在本端司機(jī)室無(wú)法激活的故障中，7個(gè)底事件都可能導(dǎo)致頂事件的發(fā)生，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)這些因素的重視，通過(guò)重要度排序得知X5與X2相對(duì)發(fā)生概率較高，在設(shè)計(jì)及材料選型過(guò)程中應(yīng)對(duì)02K01與02S42予以重視。
（3）通過(guò)定性、定量分析發(fā)現(xiàn)，故障樹(shù)分析法可以很好的應(yīng)用在列車設(shè)計(jì)中，為提高列車的可靠性提供科學(xué)的指導(dǎo)。
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