专利名称：基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法
技术领域：
本发明涉及绞吸式挖泥船在施工过程中所发生故障概率的研究，具体为一种基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，属于疏浚工程技术领域。
背景技术：
故障树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，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，它是安全系统工程的主要分析方法之一。故障树分析法(Fault Tree Analysis),通过对可能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素等)进行分析，画出逻辑框图(即故障树)，从而确定系统故障原因的各种可能组合及其发生概率，以计算系统故障概率，采取相应的纠正措施，提高系统可靠性的一种设计分析方法。故障树分析法中使用的一些概念取自于数学中的图论。在图论中对树的有关定义是，一个树是由一些节点和边构成，并且是一种无闭环的连通图，如果树中的边是有向的则称为孤，而具有有向边的树称为逻辑树。由于我们常把顶事件确定为系统故障事件，因此所形成树即为故障树。故障树是一种逻辑树，树枝(边)可代表系统、子系统或元件的事故事件，而节点代表事故事件之间的逻辑关系。故障树的形成是从顶事件的根出发逐级向下发展绘制，直到事件概率已知的基本事件为止，在故障树中表示事件之间最常用的逻辑关系是“与”和“或”的关系。故障树分析法的特 点是首先确定某个不希望系统发生事件(也称顶事件或终端事件)作为问题的出发点，然后运用逻辑的推理分析引起这一顶事件发生的各种原因和影响关系，并画出它们之间的逻辑关系图，这种图形即所谓故障树，最后根据故障树的结构列出计算顶事件发生概率的逻辑关系式。由于绞吸式挖泥船适用土体范围较大，能够将挖泥、输送、排出和处理等疏浚工序连续完成，所以在我国疏浚工程中具有广泛应用。然而正是因其众多功能环环相扣，甚至有一处部件发生故障就会引起全船停机，从而严重影响挖泥船的生产能力以及施工进度。因此，非常有必要对挖泥船发生故障的概率进行分析。故障树分析是采用逻辑运算，进行危险分析的方法。它是一种从系统到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。不但可以对系统故障做定性分析，还可以进行定量分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况，为后来绞吸式挖泥船正常工作打下理论基础。
发明内容
本发明利用故障树分析方法，对绞吸式挖泥船出现故障的概率进行分析，使之能通过逻辑图的方式，计算出顶事件即挖泥船事故发生的概率。本发明采用的技术方案为:基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，包括以下步骤:I)确立顶事件T为绞吸式挖泥船发生工作故障；2)建立中间事件，从操作人员、挖泥船本身、作业环境方面举例说明，中间事件的
集合M为，M= {Ml, M2......，Mn}，其中，n为中间事件的个数；所述中间事件是指导致顶事件
发生的原因事件；3)确定底事件，底事件的集合X为，X= {XI，X2，……，Xk}，其中，k为底事件的个数；所述底事件是指导致顶事件发生的最初始的原因事件，上述步骤2)中的中间事件是底事件造成的结果；4)根据顶事件，中间事件和底事件设计挖泥船故障树；5)根据挖泥船故障树得出事件关系，所述事件关系是指顶事件与中间事件之间，中间事件彼此之间，中间事件和底事件之间，底事件彼此之间的逻辑与，逻辑或关系；6 )对事件关系进行定性分析；7 )对事件关系进行定量分析；8)通过调查或模 糊分析获得底事件发生概率，进而计算顶事件T的发生概率。前述步骤2)中，中间事件的集合M具体为:M1:挖泥船本身发生故障；M2:操作人员操作不当；M3:施工环境导致挖泥船发生故障；M4:挖泥及排泥系统发生故障；M5:水上管线系统故障；M6:纟父刀系统故障；M7:钢粧钢缆系统故障。前述步骤3)中，底事件的集合X具体为:X1:吸泥口或吸泥管阻塞；X2:排泥管阻塞；X3:泥泵阻塞；X4:横移锚走锚；X5:管线脱节撕裂；X6:绞刀机跳闸及故障；X7:绞刀架横移滑轮故障；X8:钢桩绞顶；X9:钢缆出槽；X10:钢桩弯曲；X11钢桩断裂；X12:不能根据仪器做出正确判断；X13:河底垃圾；X14:水流过大。前述产生中间事件Ml的原因事件为中间事件M2，中间事件M3，中间事件M4，中间事件M5，中间事件M6和中间事件M7 ;产生中间事件M2的原因事件为底事件X12 ;产生中间事件M3的原因事件为底事件X13和底事件X14 ;产生中间事件M4的原因事件为底事件XI，底事件X2和底事件X3 ;产生中间事件M5的原因事件为底事件X4和底事件X5 ;产生中间事件M6的原因事件为底事件X6和底事件X7 ;产生中间事件M7的原因事件为底事件X8，底事件X9，底事件XlO和底事件Xl I。前述步骤5)中，事件关系具体为:中间事件M2与中间事件M3为逻辑与关系，中间事件M3与中间事件M4为逻辑与关系；中间事件M4与中间事件M5为逻辑或关系；中间事件M5与中间事件M6为逻辑或关系；中间事件M6与中间事件M7为逻辑或关系；底事件X13与底事件X14为逻辑或关系；底事件Xl与底事件X2为逻辑或关系；底事件X2与底事件X3为逻辑或关系；底事件X4与底事件X5为逻辑或关系；底事件X6与底事件X7为逻辑或关系；底事件X8与底事件X9为逻辑或关系；底事件X9与底事件XlO为逻辑或关系；底事件XlO与底事件Xl I为逻辑或关系。前述步骤6)中对事件关系进行定性分析包括:6-1)根据逻辑与、逻辑或门的性质和割集的定义，找出故障树的割集；6-2)采用下行法计算最小割集。
前述故障树的割集为:{X1},{X2}，{X3}，{X1，X2}，{X1，X3}，{X2，X3}，{X1，X2，X3}，{X4}，{X5}，{X4，X5}，{X6}，{X7}，{X6，TI], {X8}，{X9}，{X10}，{Xll}, {X12}，{X13}，{X8，X9}，{X8，X10}，{X8，X11}，{X9，X10}，{X9，X11}，{X10，X11}，{X8，X9，X10}，{X8，X9，X11}，{X9，X10，Xll}，{X8, X9, X10, Xll}, {X12，X13}，{X12，X14}，{X12, X13, X14}；最小割集为:{XI}， {X2}， {X3}， {{X4}， {X5}， {X6}， {X7}， {X8}， {X9}， {X10}， {Xll}, {X12}， {X13}
，{X12, X13}, {X12, X14}。前述步骤7)中对事件关系进行定量分析具体为: 7-1)对故障树进行数学描述:
权利要求
1.基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)确立顶事件T为绞吸式挖泥船发生工作故障； 2)建立中间事件，从操作人员、挖泥船本身、作业环境方面举例说明，中间事件的集合M为，M= {Ml, M2......，Mn}，其中，n为中间事件的个数；所述中间事件是指导致顶事件发生的原因事件； 3)确定底事件，底事件的集合X为，X={XI，X2，……，Xk}，其中，k为底事件的个数；所述底事件是指导致顶事件发生的最初始的原因事件，上述步骤2)中的中间事件是底事件造成的结果； 4)根据顶事件，中间事件和底事件设计挖泥船故障树； 5)根据挖泥船故障树得出事件关系，所述事件关系是指顶事件与中间事件之间，中间事件彼此之间，中间事件和底事件之间，底事件彼此之间的逻辑与，逻辑或关系； 6)对事件关系进行定性 分析； 7)对事件关系进行定量分析； 8)通过调查或模糊分析获得底事件发生概率，进而计算顶事件T的发生概率。
2.根据权利要求1所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述步骤2)中，中间事件的集合M具体为:M1:挖泥船本身发生故障；M2:操作人员操作不当；M3:施工环境导致挖泥船发生故障；M4:挖泥及排泥系统发生故障；M5:水上管线系统故障；M6:绞刀系统故障；M7:钢桩钢缆系统故障。
3.根据权利要求1所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述步骤3)中，底事件的集合X具体为:X1:吸泥口或吸泥管阻塞；X2:排泥管阻塞；X3:泥泵阻塞；X4:横移锚走锚；X5:管线脱节撕裂；X6:绞刀机跳闸及故障；X7:绞刀架横移滑轮故障；X8:钢桩绞顶；X9:钢缆出槽；X10:钢桩弯曲；X11钢桩断裂；X12:不能根据仪器做出正确判断；X13:河底垃圾；X14:水流过大。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于,所述产生中间事件Ml的原因事件为中间事件M2，中间事件M3，中间事件M4，中间事件M5，中间事件M6和中间事件M7 ;产生中间事件M2的原因事件为底事件X12 ;产生中间事件M3的原因事件为底事件X13和底事件X14 ;产生中间事件M4的原因事件为底事件XI，底事件X2和底事件X3 ;产生中间事件M5的原因事件为底事件X4和底事件X5 ;产生中间事件M6的原因事件为底事件X6和底事件X7 ;产生中间事件M7的原因事件为底事件X8，底事件X9，底事件XlO和底事件Xl I。
5.根据权利要求1所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述步骤5)中，事件关系具体为:中间事件M2与中间事件M3为逻辑与关系，中间事件M3与中间事件M4为逻辑与关系；中间事件M4与中间事件M5为逻辑或关系；中间事件M5与中间事件M6为逻辑或关系；中间事件M6与中间事件M7为逻辑或关系；底事件X13与底事件X14为逻辑或关系；底事件Xl与底事件X2为逻辑或关系；底事件X2与底事件X3为逻辑或关系；底事件X4与底事件X5为逻辑或关系；底事件X6与底事件X7为逻辑或关系；底事件X8与底事件X9为逻辑或关系；底事件X9与底事件XlO为逻辑或关系；底事件XlO与底事件Xl I为逻辑或关系。
6.根据权利要求1所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述步骤6)中对事件关系进行定性分析包括: 6-1)根据逻辑与、逻辑或门的性质和割集的定义，找出故障树的割集； 6-2)采用下行法计算最小割集。
7.根据权利要求5或6所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述故障树的割集为:{X1}，{X2}，{X3}，{X1，X2}，{XI，X3}，{X2，X3}，{X1，X2，X3}，{X4}，{X5}，{X4，X5}，{X6}，{X7}，{X6，TI], {X8}，{X9}，{X10}，{XI1}，{X12}，{X13}，{X8，X9}，{X8，X10}，{X8，X11}，{X9，X10}，{X9，X11}，{X10，X11}，{X8，X9，X10}，{X8，X9，X11}，{X9，X10，Xll}，{X8，X9，X10，Xll}，{X12，X13}，{X12，X14}，{X12, X13, X14}； 所述最小割集为:{XI}， {X2}， {X3}， {{X4}， {X5}， {X6}， {X7}， {X8}， {X9}， {X10}， {Xll}, {X12，X13}， {X12,X14}。
8.根据权利要求1所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述步骤7)中对事件关系进行定量分析具体为: 7-1)对故障树进行数学描述: f I:底.11:件;W发1:.1 M = 4>12:底’關■、发生i=it 2 ……，k TJ 1:顶亊件7'发屯I =12:顶imr不发 7-2)根据最小割集，得到故障树的结构函数f，即为顶事件发生的概率P (T) f = f(X),X = (XI，X2,…Xk)，k为底事件的个数。
9.根据权利要求7或8所述的基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，其特征在于，所述故障树的结构函数f具体为:f (X) = (Xl) U (X2) U (X3) U (X4) U (X5) U (X6) U (X7) U (X8)U (X9) U (XlO) U (Xll) U {(X12) n (X13)} U {(X12) n (X14)}。
全文摘要
本发明公开了一种基于故障树分析法的绞吸式挖泥船故障分析方法，故障树分析是采用逻辑运算，进行危险分析的方法，本发明通过分析确定挖泥船故障的顶事件，中间事件和底事件，建立故障树，并分析确定事件之间的逻辑关系，对故障树进行定性分析和定量分析，根据最小割集，得到故障树的结构函数，最后通过底事件发生的概率，计算出顶事件即挖泥船发生故障的概率。本发明为测定挖泥船安全性提供了一种新的方法，可以为日后他人研究挖泥船提供参考。
文档编号G06F19/00GK103226659SQ201310135858
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者周玉刚, 许焕敏, 夏韬 申请人:河海大学常州校区