基于故障树分析的质量审核方法研究

朱洋永

上海航空工业（集团）有限公司 上海 200000

故障树是一种图形演绎,它把系统故障与导致发生该故障的各种可能原因形象地绘制成树形故障图表，较直观地反映故障、元部件、系统及故障因素、原因之间的相互关系。[1]故障树分析是一种特殊的倒立树状的逻辑因果关系图，是以一个不希望发生的产品故障事件或灾难性危险事件即顶事件作为分析的对象，通过由上向下的严格按层次的故障因果逻辑分析，逐层找出故障事件的必要而充分的直接原因（包括硬件、软件、环境、人为因素等），从而对失效症状进行诊断。[2]由FTA结果，可确定系统关键部位、薄弱环节、应对措施等，FTA是被公认的灵活、简单的系统可靠性分析方法，已由航空航天领域渗透到各个工业应用领域，如核能、军事、船舶、电子、化工和机械工业等。

1 建立质量管理体系故障树

航空工业的质量管理体系是一个非常复杂的动态系统。虽然故障树分析法在设备故障诊断、装备可靠性工程中被广泛采用，但很少用于质量管理体系的诊断与控制。本文就FTA技术应用于航空工业质量管理体系审核进行研究探讨，建立质量管理体系故障树，采用定性分析的方法确定质量管理体系的关键因素。

第一步：熟悉系统。建树前，必须对航空工业的质量管理体系有深入的了解，熟悉AS9100系列标准，明确过程之间的相互作用及接口关系。

第二步：确定分析目的和故障判据，选择顶事件。本文应用FTA技术进行质量管理体系审核方法的研究，故选择最不希望发生的系统状态作为顶事件，即：质量管理体系运行不良。

第三步：建立故障树。确定生产管理过程、资源管理过程、产品实现过程和测量、分析与改进过程中可能引起质量管理体系运行不良的事件，利用故障树专用的事件和逻辑门符号，将故障事件之间的逻辑推理关系表达出来，建立如下的质量管理体系故障树逻辑图。如此，遵循建树规则逐级向下发展,直至不需要再进一步分析为止，即所有原因事件都是底事件为止。

图1 质量管理体系故障树（FTA）逻辑图

故障树常用符号有：

图1中各事件及状态变量定义如下：

X1——质量管理体系建立未达到标准要求

X2——程序文件制定的不科学不规范

X3——文件控制不符合要求

X4——记录控制不符合要求

X5——质量方针目标不能满足持续改进的要求

X6——管理者代表不能履行职责

X7——组织机构不健全，不能发挥作用

X8——管理评审输入不全

X9——对质量管理体系及其过程的有效性未作评审

X10——人力资源不能满足产品质量要求

X11——基础设施不能满足产品质量要求

X12——工作环境不符合要求，如温度、湿度、振动等影响产品质量

X13——项目管理不满足要求

X14——风险管理的建立、实施和保持不满足要求

X15——构型管理的建立、实施和保持不满足要求

X16——未识别、实施和保持工作转移

X17——未确定和评审与产品有关的要求

X18——设计开发输入不能满足功能要求

X19——设计开发输出不能满足输入要求

X20——设计开发评审记录未保持，不便于设计改进

X21——设计开发更改未按程序进行

X22——对供方的能力评价和选择不满足要求

X23——采购的产品质量信息反馈未形成闭环控制

X24——采购产品的验证未按程序进行

X25——生产和服务受控条件不满足要求

X26——生产和服务过程的确认未作安排

X27——未使用适宜的方法标识产品

X28——未按要求进行产品防护

X29——工装、工具、监视和测量设备的控制不满足要求

X30——未监视顾客满意的信息

X31——未按策划的时间和要求开展内部审核

X32——未采用适宜的方法对质量管理体系过程进行监视和测量

X33——产品的监视和测量不满足产品特性要求

X34——不合格品控制及处置未按程序要求执行

X35——数据分析不满足持续改进产品质量和体系的有效性要求

X36——纠正措施不落实

X37——对潜在不合格及其原因未采取预防措施

E1——质量管理体系建立不能持续改进其有效性

E2——管理职责不满足质量活动要求

E3——资源管理达不到产品质量要求

E4——产品实现过程不符合质量管理体系要求

E5——测量、分析及改进不符合质量管理体系要求

E6——质量管理体系文件不齐备，不符合要求

E7——职责、权限与沟通不符合要求

E8——未按策划的时间和要求进行管理评审

E9——产品实现的策划不符合要求

E10——设计开发控制不良

E11——采购的产品对最终产品质量影响不良

E12——生产和服务提供失控

E13——测量不能确保质量管理体系的符合性

E14——不符合持续改进质量管理体系有效性的要求

T——质量管理体系运行不良

2 定性分析，确定关键因素

故障树定性分析的目的是寻找导致顶事件发生的原因和原因组合，即识别顶事件所代表的所有系统故障模式。割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生将导致顶事件发生。最小割集是其中所含的底事件数目不能再少的割集，即在最小割集中去掉任何一个底事件之后，剩下的底事件集合就不是割集了。一个最小割集代表引起故障树顶事件发生的一种故障模式。

确定系统最小割集的方法有上行法、下行法和二元决策图法三种，三种方法结果应一致。以上行法为例，其对质量管理体系故障树求最小割集的步骤是：从底事件开始，逐级由下向上进行，直到所有的结果事件都已处理，将得到的表达式逐级代入，按照布尔逻辑运算规则，将顶事件表示为底事件乘积之和的最简式，其中每一项对应一个最小割集，从而得到质量管理体系故障树所有的最小割集。

对图1所示求最小割集，计算如下：

E6=X2+X3+X4

E1=X1E6=X1——3项

E7=X6+X7

E8=X8+X9

E2=X5E7E8= X5——4项

E3= X10+X11+X12= ——3项

E9=X13+X14+ X15+X16

E10=X18+X19+ X20+X21

E11=X22+X23+ X24

E12=X25+X26+ X27+X28

E4= X17X29E9E10E11E12= X17X29——192项

E13=X30+X31+ X32+X33

E14=X36+ X37

E5=X34X35E13E14= X34X35——8项

则该质量管理体系故障树最小割集为

T== X1+ X5++ X17X29+ X34X35

展开后，共有3+4+3+192+8=210项，故该质量管理体系的最小割集为 210个。从上式可以看出，X1、X5、X17、X29、X34、X35在210个集合中出现的频率最高。因此，底事件X1、X5、X17、X29、X34、X35是影响顶事件“质量管理体系运行不良”的主要因素，是质量管理体系中的薄弱环节，在审核活动开展过程中应予以重点关注，如：适当加大抽样比例、增加审核人天等。

3 结语

本文主要是运用故障树分析（FTA）原理，将质量管理体系运行不良的问题进行具体而简单化处理，梳理各个过程出现问题的各因素间的逻辑关系，进而计算出各底事件在质量管理体系失效时的结构重要度。综上所述，运用故障树分析（FTA）对质量管理体系审核方法的研究和探讨是可行的，本文所述的方法为航空工业质量管理体系的持续改进提供了一种应用技术。