起重作业故障树模型分析汇总.doc

模板九、起重作业故障树模型分析
9.1 起重作业故障树分析
该工程起重设备存在于车间、仓库等主要生产、储存场所，在生产过程中起着举足轻重的作用，大量的原料、成品、半成品都要使用起重设备进行吊装，生产设备的检修与安装就更离不开起重设备。据国家有关部门统计，冶金企业的起重设备所造成的伤害事故占各类伤害事故的30%左右，杜绝或减少起重伤害事故已是安全管理的一个重要课题。现根据该工程中使用的主要起重设备的特点，结合同类行业事故案例，本报告现以起重作业伤人事故为例进行故障树分析。起重伤害危险性最大的事故为起重设备在运行过程失稳倾翻事故，但从以往的事故统计来看，失稳倾翻事故发生的可能性较小，主要的起重伤害为吊运过程的伤人事故，本评价以起重机吊钩吊物坠落伤人事故为顶上事件，采用故障树进行重点分析。
9.1.1编制故障树
起重机吊钩吊物坠落伤人故障树图见图9.1、图9.1续图1、图9.1续图2及图9.1续图3。

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图9.1起重作吊钩吊物坠落伤人故障树

9.1.2故障树定量分析
9.1.2.1伤害事故类别的概率计算
（1）A1概率计算
①求最小割集
按行列法进行运算得到：

B1C2
B1B2
A1
B1x7
C1x7
x6x7
x2x7
x3x7
x4x7
x5x7
x1x7
B1x8
B1x9
B1x10
x1x8
x8C1
x6x8
x2x8
x3x8
x4x8
x5x8
x1x9
x9C1
x6x9
x1x10
x8C1
x6x10
x2x10
x3x10
x4x10
x5x10
x2x9
x3x9
x4x9
x5x9

所以，最小割集有24个，分别为：
K1=｛x1,x7｝ K2=｛x2,x7｝ K3=｛x3,x7｝ K4=｛x4,x7｝
K5=｛x5,x7｝ K6=｛x6,x7｝ K7=｛x1,x8｝ K8=｛x2,x8｝
K9=｛x3,x8｝ K10=｛x4,x8｝ K11=｛x5,x8｝ K12=｛x6,x8｝
K13=｛x1,x9｝ K14=｛x2,x9｝ K15=｛x3,x9｝ K16=｛x4,x9｝
K17=｛x5,x9｝ K18=｛x6,x9｝ K19=｛x1,x10｝ K20=｛x2,x10｝
K21=｛x3,x10｝ K22=｛x4,x10｝ K23=｛x5,x10｝ K24=｛x6,x10｝
②求A1概率(qA1)
A1=x1x7+x2x7+x3x7+x4x7+x5x7+x6x7+x1x8+x2x8+x3x8+x4x8+x5x8+ x6x8+x1x9+x2x9+x3x9+x4x9+x5x9+x6x9+x1x10+x2x10+x3x10+x4x10+x5x10+x6x10
qA1≈1-(1-q1q7)(1-q2q7)(1-q3q7)(1-q4q7)(1-q5q7)(1-q6q7)(1-q1q8) (1-q2q8)(1-q3q8)(1-q4q8)(1-q5q8)(1-q6q8)(1-q1q9)(1-q2q9)(1-q3q9)(1-q4q9)(1-q5q9)(1-q6q9)(1-q1q10)(1-q2q10)(1-q3q10)(1-q4q10)(1-q5q10)
(1-q6q10)
将表9.1中数值代入得：
qA1≈1-(1-10-3×5×10-2)(1-10-2×5×10-2) (1-10-2×5×10-2) (1-10-3×5×10-2) (1-5×10-2×5×10-2) (1-10-3×5×10-2) (1-10-3×10-3)(1-10-2×10-3) (1-10-2×10-3) (1-10-3×10-3) (1-5×10-2×10-3) (1-10-3×10-3) (1-10-3×10-3)(1-10-2×10-3) (1-10-2×10-3) (1-10-3×10-3) (1-5×10-2×10-3) (1-10-3×10-3) (1-10-3×8×10-2)(1-10-2×8×10-2) (1-10-2×8×10-2) (1-10-3×8×10-2) (1-5×10-2×8×10-2) (1-10-3×8×10-2)=10-2
表9.1 基本事件发生概率取值表
代号
基本事件名称
qi
1-qi
A1
吊钩、吊物下有人
x1
人在吊物下作业
10-3
0.999
x2
被迫通过
10-2
0.99
x3
视线不清
10-2
0.99
x4
司机操作失误
10-3
0.999
x5
非司机开车
5×10-2
0.95
x6
人在吊物下行走
10-3
0.999
x7
无人指挥
5×10-2
0.95
x8
疏忽大意
10-3
0.999
x9
看见未制止
10-3
0.999
x10
非挂钩工指挥
8×10-2
0.92
B3
吊钩失控
x11
电器（制动器）故障
2×10-4
0.9998
x12
吊荷接近额定值
2×10-1
0.8
x13
起吊速度过快
10-1
0.9
x14
起吊埋在地下的物体
10-2
0.99
x15
歪拉斜吊
5×10-2
0.95
x16
重量不明
5×10-2
0.95
x17
估计错误
10-2
0.99
x18
明知超重仍起吊
10-3
0.999
x19
过载保护器失灵
10-4

x20
机械故障（制动器）
10-3
0.999
x21
（控制器）电器故障
10-4

x22
（控制器）机械故障
5×10-3
0.995
P4
起重钢丝绳破断
x12～x19
见B3
x23
选用不合理
10-4
0.9999
x24
断股超标
10-4
0.9999
x25
钢丝绳质量差
10-5
0.99999
x26
磨损腐蚀超限
10-4
0.9999
x27
扭结硬伤
10-4
0.9999
x28
脱槽使用
5×10-4
0.9995
x29
非司机开车
5×10-2
0.95
x30
过度疲劳
10-3
0.999
x31
不懂操作技术
10-2
0.99
x32
麻痹大意
10-3
0.999
x33
未装限位器
5×10-2
0.95
x34
开车前未检查
5×10-3
0.995
x35
带病（开车）
5×10-2
0.95
x36
卷扬机械损坏
10-3
0.999
x37
卷扬电器装置损坏
10-4
0.9999
B5
吊具、吊索破断
x12～x19
见B2
x38
设计缺陷
10-4
0.9999
x39
吊物棱角缺口未垫好
10-4
0.9999
x40
使用变形磨损的吊具、吊索
10-5
0.99999
x41
索具选用不当
10-4
0.9999
x42
吊具选用不合理
10-4
0.9999
x43
钢丝绳有死结
10-4
0.9999
x44
吊具、吊索受热质变
10-4
0.9999
x45
捆绑方法不正确
10-3
0.999
x46
吊具、吊索腐蚀
10-4
0.9999
B6
吊物脱落
x47
吊物上有浮放物
10-3
0.999
x48
吊物晃动
10-2
0.99
x50
未困牢而起吊
10-3
0.999
x51
歪吊工件
10-3
0.999
x53
未设计吊装点
10-4
0.9999
x54
兜翻工件方法不正确
10-3
0.999
x55
吊物下降时被垫住
10-3
0.999
x56
没有防脱钩装置
10-3
0.999
x57
未按标量设计吊钩
10-4
0.9999
x58
制造质量差
10-4
0.9999
x59
补焊吊钩
10-3
0.999
x60
吊钩磨损超限
10-4
0.9999
x61
裂纹
10-4
0.9999
B7
平衡轮断裂
x62
材质差
10-4
0.9999
x63
滑轮轮缘坏
10-4
0.9999
x64
护罩不起作用
10-3
0.999
x65
振动
5×10-2
0.95
x66
轴质量差
10-4
0.9999
x67
卷筒固定绳夹断裂
10-6
1-10-6
注：参见《事故树分析与应用》一书，机械工业出版社出版。
（2）B3概率计算
①求最小割集
故障树结构函数式：
B3=C3C4
=(x21+x22)[ x11+x20+x19(x12x13+x14+x15+x16+x17+x18）]
=x11x21+x20x21+x22x11+x20x22+x12x13x19x21+x12x13x19x22+x14x19x21+x14x19x22+x15x19x21+x15x19x22+x16x19x21+x16x19x22+x17x19x21+x17x19x22+x18x19x21+x18x19x22
得到最小割集16个，分别为：
K1={ x11,x21} K2={ x20,x21} K3={ x22,x11} K4={ x20，x22} K5={ x12,x13,x19,x21} K6={ x12,x13,x19,x22} K7={ x14,x19,x21} K8={ x14,x19,x22} K9={ x15,x19,x21} K10={ x15,x19,x22} K11={ x16,x19,x21} K12={ x16,x19,x22} K13={ x17,x19,x21} K14={ x17,x19,x22} K15={ x18，x19,x21} K16={ x18，x19,x22}
②求B3概率
由结构函数式可得：
qB3≈1-（1- q11q21）（1- q20q21）（1- q22q11）（1- q20q22）（1- q12q13q19q21）（1- q12q13q19q22）（1- q14q19q21）（1- q14q19q22）（1- q15q19q21）（1- q15q19q22）（1- q16q19q21）（1- q16q19q22）（1- q17q19q21）（1- q17q19q22）（1- q18q19q21）（1- q18q19q22）
将表9.1中数值代入得qB3≈1.3×10-5。
（3）B4概率计算
①求最小割集
故障树结构函数式为：
B4=C5+C6+C7
=x19(x12x13+x14+x15+x16+x17+x18)+x23+x24+x25+x26+x27+x28+(x29+x30+x31+x32)[x33+(x34+x35)(x36+x37)]
=x19x12x13+x19x14+x19x15+x19x16+x19x17+x19x18+x23+x24+x25+x26+x27+x28+ x29x33+x30x33+x31x33+x32x33+x29x34x36+x29x34x37+x29x35x36+x29x35x37+ x30x34x36+x30x34x37+x30x35x36+x30x35x37+x31x34x36+x31x34x37+x31x35x36+x31x35x37+ x32x34x36+x32x34x37+x32x35x36+x32x35x37
得到最小割集32个，分别为：
K1=｛x19，x12，x13｝； K2=｛x19，x14｝； K3=｛x19，x15｝；K4=｛x19，x16｝；K5=｛x19，x17｝ ；K6=｛x19，x18｝； K7=｛x23｝；K8=｛x24｝；K9=｛x25｝；K10=｛x26｝； K11=｛x27｝；K12=｛x28｝；K13=｛x29，x33｝； K14=｛x30，x33｝； K15=｛x31，x33｝； K16=｛x32，x33｝；K17=｛x29，x34，x36｝； K18=｛x29，x34，x37｝； K19=｛x29，x35，x36｝ ；K20=｛x29，x35，x37｝；K21=｛x30，x34，x36｝ ； K22=｛x30，x34，x37｝；K23=｛x30，x35，x36｝；K24=｛x30，x35，x37｝；K25=｛x31，x34，x36｝；K26=｛x31，x34，x37｝； K27=｛x31，x35，x36｝；K28=｛x31，x35，x37｝；K29=｛x32，x34，x36｝；K30=｛x32，x34，x37｝； K31=｛x32，x35，x36｝； K32=｛x32，x35，x37｝。
②求B4概率
按B4的结构函数式，近似计算概率。
将表9.1中数值代入得：
qB4=10-4×（2×10-1×10-1+10-2+10-3+5×10-2×10-2+10-3）+10-4+10-4+10-5+10-4+10-4+5×10-4+（5×10-2+10-3+10-2+10-3）[5×10-2+（5×10-2+5×10-3）（10-3+10-4）]
=4×10-3
（4）B5概率计算
①求最小割集
故障树结构函数式为：
B5=x19(x12x13+x14+x15+x16+x17+x18)+x38+x39+x40+x41+x42+x43+x44+x45+x46= x19x12x13+x19x14+x19x15+x19x16+x19x17+x19x18+x38+x39+x40+x41+x42+x43+x44+x45+x46
得到最小割集15个，分别为：
K1=｛x19，x12，x13｝； K2=｛x19，x14｝； K3=｛x19，x15｝；K4=｛x19，x16｝；K5=｛x19，x17｝ ；K6=｛x19，x18｝； K7=｛x38｝；K8=｛x39｝；K9=｛x40｝；K10=｛x41｝； K11=｛x42｝；K12=｛x43｝；K13=｛x44｝； K14=｛x45｝； K15=｛x46｝。
②求B5概率
按B5的结构函数式近似计算得：
qB5= q19(q12q13+q14+q15+q16+q17+q18)+q38+q39+q40+q41+q42+q43+q44+q45+q46
将表中数值代入得：qB5=1.7×10-3。
（5）B6概率计算
①求最小割集
故障树的结构函数式为：
B6=C9+C10=C9+D3+D4+D5
=x47x48+x42+x50+x51+x45+x53+x56(x54+x55)+x57+x58+x59+x60+x61+x19x12x13+x19x14+x19x15+x19x16+x19x17+x19x18
得出最小割集19个，分别为：
K1=｛x19，x12，x13｝； K2=｛x19，x14｝； K3=｛x19，x15｝；K4=｛x19，x16｝；K5=｛x19，x17｝ ；K6=｛x19，x18｝； K7=｛x42｝；K8=｛x50｝；K9=｛x51｝；K10=｛x45｝； K11=｛x53｝；K12=｛x57｝；K13=｛x58｝； K14=｛x59｝； K15=｛x60｝； K16=｛x61｝；K17=｛x55，x56｝； K18=｛x54，x56｝； K19=｛x47，x48｝
②求B6概率
按结构函数式近似计算得：
qB6=q47q48+q42+q50+q51+q45+q53+q56(q54+q55)+q57+q58+q59+q60+q61+q19q12q13+q19q14+q19q15+q19q16+q19q17+q19q18
将表9.1中数值代入得：qB6=4.6×10-3。
（6）B7概率计算
①求最小割集
按行列法进行运算。
得到最小割集4个，分别为：K1={x66}；K2={x62}；K3={x63,x65}；K4={x64,x65}。
②求B7概率
故障树结构函数式为：
B7=x66+x62+x63x65+x64x65
qB7=1-（1- q66）（1- q62）（1- q63q65）（1- q64q65）
将表9.1中数值代入得：qB7=2.5×10-4。
（7）起重机吊钩吊物坠落伤人事故概率计算
故障树结构函数式为：
T=A1(B3+B4+B5+B6+B7+x67)
g≈qA1[1-（1- qB3）（1- qB4）（1- qB5）（1- qB6）（1- qB7）（1- q67）]
=10-2[1-（1-1.3×10-5）（1- 4×10-3）（1- 1.7×10-3）（1- 4.6×10-3）（1- 2.5×10-4）（1- 10-6）]
=10-4
9.1.2.2概率重要度分析
根据公式

得到：
=[1-（1- qB3）（1- qB4）（1- qB5）（1- qB6）（1- qB7）（1- q67）]代入数值得到Ig（A1）=10-2。
同理可得
Ig（B3）=9.899×10-3。
Ig（B4）=9.934×10-3。
Ig（B5）=9.91×10-3。
Ig（B6）=9.94×10-3。
Ig（B7）=9.897×10-3。
Ig（x67）=9.895×10-3。
9.1.2.3临界重要度分析
CIg（A1）= Ig（A1）qA1/g=10-2×10-2/10-4=1；
同理可得：
CIg（B3）=1.287×10-3；
CIg（B4）=3.974×10-1；
CIg（B5）=1.685×10-1；
CIg（B6）=4.572×10-1；
CIg（B7）=2.474×10-2；
CIg（67）=9.895×10-5。
因此，临界重要度顺序为：
CIg（A1）> CIg（B6）> CIg（B4）> CIg（B5）> CIg（B7）> CIg（B3）> CIg（67）。
9.1.3结果分析
（1）从故障树图9-1及其续图看，造成顶上事件的基本事件很多，有67个。逻辑或门28个，逻辑与门13个，这说明此类事故易发生。
（2）顶上事件发生的概率为10-4。中间事件：吊钩、吊物下有人发生概率为10-2；吊钩失控发生概率1.3×10-5；起重钢丝绳破断发生概率为4×10-3；吊具、吊索破断发生概率为1.7×10-3；吊物脱落发生概率为4.6×10-3；平衡轮轴断裂发生概率为2.5×10-4；卷筒固定绳夹断发生概率为10-4。从中间事件来看，A1发生概率最高。A2下各中间事件发生概率顺序为B6>B4>B5>B7>B3>x67。
（3）从临界重要系数来看，吊钩、吊物下有人最重要，其次是吊物脱落，起重钢丝绳破断，吊具、吊索破断较重要。
从以上分析结果与实际情况基本相符。
从上诉分析可知控制吊钩、吊物坠落伤害事故应从最重要的中间事件着手，控制发生该中间事件中最重要的基本事件，才能有效地控制此类事故发生。
对吊钩、吊物坠落伤害事故，应首先抓住吊钩、吊物下有人这个最重要的中间事件。其中又要重点抓住无人指挥、指挥者疏忽大意、看见未制止和非挂钩工指挥这四个基本事件。应杜绝人在吊物下作业、吊物在人上方通过和人在吊物下行走，就可杜绝吊钩吊物下有人这一中间事件发生。
其次应抓住吊物脱落、其中钢丝绳破断、吊具吊索破断这三个较重要的中间事件。控制这三个中间事件发生应重点抓造成其发生的最主要的基本事件。即应控制选用吊具不合理、未捆绑好就起吊、歪吊工件、捆绑方法不对、吊物未涉及吊点等基本事件，就能有效地控制吊物脱落这一事件发生。控制钢丝绳的选定、钢丝绳断股超标等基本事件就可以控制起重钢丝绳破断发生。控制强度不够就可以减少吊具、吊索破断。过载在三个中间事件中都有，因此要严格控制吊物超重这一事件。
根据以上分析，预防事故发生应从以下几点入手。
（1）行车司机必须经过专业训练和考试，考试不合格者不得上岗。
（2）对挂钩工（起重工）也要进行专业培训，使他们熟悉起吊工具的基本性能和各种吊具、索具的最大负荷、报废标准，熟悉掌握捆绑、吊挂要求和指挥信号，其他人员不得随意从事捆绑和挂钩工作。
（3）设备动力部门应定期进行大修、中修。安全技术部门应定期进行安全检查，特别是对各安全附件安全装置的检查，不使设备带病运转。
（4）严格交接班制度，对重要部位更要认真交接和检查。
（5）要严格吊、索具的管理制度，并应实行周检。