質(zhì)量工具之故障樹分析FTA

FTA的歷史

故障樹分析(Fault Tree Analysis)，簡(jiǎn)稱FTA，1962年由貝爾實(shí)驗(yàn)室的H.A. Watson為美國(guó)空軍開發(fā)。

FTA現(xiàn)在是最重要的系統(tǒng)可靠性和安全分析技術(shù)之一。FTA方法廣泛用于航空航天、汽車、化工、核工業(yè)、軟件業(yè)等和系統(tǒng)安全及可靠性工程相關(guān)的行業(yè)領(lǐng)域，當(dāng)然也可以用于質(zhì)量管理中各種問(wèn)題包括客戶投訴的解決，即使是生活中的問(wèn)題困擾，也可以讓FTA大展身手。

英文Fault作為名詞，根據(jù)其使用場(chǎng)景不同，有很多種解釋，FTA中的Fault，最直白的翻譯是故障，和故障相近或的詞如事故、失效、風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)、缺陷或問(wèn)題等，實(shí)際上都是FTA的應(yīng)用范圍。

縱觀FTA的發(fā)展歷史，也是圍繞和安全及可靠性工程有關(guān)的行業(yè)領(lǐng)域發(fā)生的事故或?yàn)?zāi)難等，不斷向前推進(jìn)的。

從上世紀(jì)60年代中期開始，NASA一直抱著FMEA(Failure Mode and Effect Analysis，失效模式和影響分析)的大腿不放，通過(guò)使用FMEA和其他定性方法進(jìn)行阿波羅計(jì)劃的系統(tǒng)安全評(píng)估。

二十多年以后，也就是1986年1月28日，在美國(guó)佛羅里達(dá)肯尼迪航天中心，“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)在升空73秒后爆炸解體，7名宇航員殉職。這次事故，是美國(guó)宇航局也是人類太空探索史上最沉重的悲劇。

美國(guó)航空航天安全咨詢小組在1987年的年度報(bào)告中明確指出：

“為了完成當(dāng)前航天飛機(jī)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的初始部分，一個(gè)現(xiàn)實(shí)的、有用的方法如下：

· 開發(fā)一個(gè)定性的故障樹分析。

· 通過(guò)定性評(píng)估（通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)生概率與嚴(yán)重性矩陣），提供危險(xiǎn)的優(yōu)先次序。

· 在有數(shù)據(jù)的地方使用選定的定量分析。”

這實(shí)際上已為FTA在NASA航空航天的應(yīng)用指明了方向，即需要使用FTA進(jìn)行定性和定量的風(fēng)險(xiǎn)分析。在核工業(yè)故障樹手冊(cè)NUREG–0492的基礎(chǔ)上，NASA發(fā)布了用于航空航天的故障樹手冊(cè)。

NASA在其《基于航空航天應(yīng)用的故障樹手冊(cè)》(Faulit Tree Handbook with Aerospace Appliactions)的前言中寫道，

“20世紀(jì)60年代初，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和可靠性評(píng)估的方法起源于美國(guó)的航空航天和導(dǎo)彈項(xiàng)目。故障樹分析就是這樣一個(gè)例子，在60年代中期相當(dāng)流行。在阿波羅計(jì)劃的早期，有人問(wèn)到了成功將宇航員送上月球并安全返回地球的概率問(wèn)題。進(jìn)行了某種風(fēng)險(xiǎn)或可靠性的計(jì)算，結(jié)果是任務(wù)成功的概率低得令人無(wú)法接受。這個(gè)結(jié)果使NASA不愿意進(jìn)一步進(jìn)行定量的風(fēng)險(xiǎn)或可靠性分析，直到1986年的挑戰(zhàn)者號(hào)事故之后。相反，NASA決定依靠使用故障模式和影響分析(FMEA)和其他定性方法進(jìn)行系統(tǒng)安全評(píng)估。在挑戰(zhàn)者號(hào)事故之后，人們意識(shí)到PRA和FTA在系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和可靠性分析中的重要性，它在NASA的使用也開始增加。”

在美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)事故發(fā)生的前后幾年時(shí)間內(nèi)，全球流程工業(yè)先后出現(xiàn)了幾次嚴(yán)重且影響深遠(yuǎn)的大災(zāi)難。這幾起大災(zāi)難，對(duì)全球的影響是巨大且無(wú)可估量的，更是推動(dòng)了FTA在全球的應(yīng)用普及。

1980s全球大災(zāi)難盤點(diǎn)

印度博帕爾災(zāi)難

1984年12月3日凌晨，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司UCC設(shè)在印度博帕爾市(Bhopal, India)的農(nóng)藥廠爆炸，這起事故被認(rèn)為是人類歷史上最嚴(yán)重的災(zāi)難。此次事故造成大規(guī)模的氰化物泄漏，釀成重大悲劇。UCC因此受到很大損失，被迫進(jìn)行重大改組。

印度民眾也在此次事故中遭受了永久的肉體和心靈創(chuàng)傷。2006年印度政府在一份公開文件指出，泄漏造成558,125人受傷，其中包括38,478人暫時(shí)部分受傷和大約3,900人嚴(yán)重和永久致殘傷害。 其他人估計(jì)有8,000人在兩周內(nèi)死亡，另有8,000 人或更多人死于與氣體有關(guān)的疾病。

前蘇聯(lián)切爾諾貝利災(zāi)難

1986年4月26日，前蘇聯(lián)切烏克蘭蘇維埃社會(huì)主義共和國(guó)的切爾諾貝利(Chernobyl)核電站4號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生核事故，它是國(guó)際核事件分級(jí)表上僅有的兩起被評(píng)為7級(jí)--最高嚴(yán)重程度的核能事故之(另一起是2011年日本福島核災(zāi)難)。

核事故發(fā)生后，最初的應(yīng)急疏散以及后來(lái)的環(huán)境凈化，涉及50多萬(wàn)人，處理費(fèi)用截止2019年大約為680億美元。和印度博帕爾災(zāi)難一樣，這也是一起嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難，水體、動(dòng)植物群落、人類食物鏈等都受到不可估量的影響。

核事故造成的輻射塵飄過(guò)俄羅斯、白俄羅斯和烏克蘭，也飄過(guò)歐洲的大部分地區(qū)。到目前為止，切爾諾貝利事故對(duì)普通民眾的健康影響仍無(wú)法確定。

英國(guó)北海石油平臺(tái)爆炸災(zāi)難

1988年7月9日晚，英國(guó)北海油田的阿爾法(Piper Alpha)石油平臺(tái)突然爆炸并沉沒。在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，該平臺(tái)約占北海石油和天然氣產(chǎn)量的10%。爆炸導(dǎo)致167人死亡，賠償金、官司和財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)保罰款及整改等相關(guān)費(fèi)用花費(fèi)合計(jì)約75億美金。

就生命損失和行業(yè)影響而言，這次事故是世界上最嚴(yán)重的海上石油災(zāi)難。

可靠性標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化

可靠性工程的系列標(biāo)準(zhǔn)，包括FTA，1965年開始進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)在美國(guó)的建議下，根據(jù)可靠性工程的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展需要，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)決定成立一個(gè)名為“電子元件和設(shè)備可靠性”的技術(shù)委員會(huì)(即TC 56)。

隨著可靠性工程技術(shù)的不斷拓展，維修性和維修保障性的相繼提出，也隨著IT產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，軟件和網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)方面的安全和可靠性問(wèn)題已日益受到普遍關(guān)注，與之相應(yīng)的技術(shù)與管理方面的標(biāo)準(zhǔn)需求也不斷上升。為了適應(yīng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的需求，TC 56的名稱也跟著不斷發(fā)生改變。

FTA在國(guó)際和一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有描述。

1990年10月，國(guó)際電工委員會(huì)發(fā)布了IEC 61025第一版，這是針對(duì)FTA專門制定的標(biāo)準(zhǔn)。IEC制定了一系列可靠性標(biāo)準(zhǔn)，IEC 61025只是其中之一，其最新版本為第二版，于2006年12月發(fā)布。

歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 61025、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 61025、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS EN 61025、澳大利亞 AS IEC 61025等標(biāo)準(zhǔn)，都等同采用IEC 61025標(biāo)準(zhǔn)。

1992年，美國(guó)勞工部職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)在聯(lián)邦公報(bào)57 FR 6356(1992-02-24)中公布和確認(rèn)，F(xiàn)TA是流程安全管理(PSM)中流程危險(xiǎn)分析(PHA)的一種可接受方法。

1996年12月，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)SAE發(fā)布了適用于民用航空的標(biāo)準(zhǔn)ARP4761《對(duì)民用機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行安全評(píng)估過(guò)程的準(zhǔn)則和方法》，ARP4761中使用大量篇幅描述了FTA方法。

中國(guó)可靠性標(biāo)準(zhǔn)制定重新起航

所以改革開放之初，我國(guó)在可靠性標(biāo)準(zhǔn)化上與國(guó)際是完全接軌的。20世紀(jì)80年代，我國(guó)就制定了一系列可靠性標(biāo)準(zhǔn)，這其中就包括GB/T 7829《故障樹分析程序》，標(biāo)準(zhǔn)在1987年6月發(fā)布，于1988年1月正式實(shí)施。但是國(guó)標(biāo)GB/T 7829并未隨著IEC 61025的發(fā)布而隨后更新。

2019年12月，我國(guó)發(fā)布了NB/T 201558《核電廠故障樹分析導(dǎo)則》，這是除了GB/T 7829外唯一可見的公開標(biāo)準(zhǔn)，也是我們可靠性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起點(diǎn)。