质量工具之故障树分析FTA

FTA的历史

故障树分析(Fault Tree Analysis)，简称FTA，1962年由贝尔实验室的H.A. Watson为美国空军开发。

FTA现在是最重要的系统可靠性和安全分析技术之一。FTA方法广泛用于航空航天、汽车、化工、核工业、软件业等和系统安全及可靠性工程相关的行业领域，当然也可以用于质量管理中各种问题包括客户投诉的解决，即使是生活中的问题困扰，也可以让FTA大展身手。

英文Fault作为名词，根据其使用场景不同，有很多种解释，FTA中的Fault，最直白的翻译是故障，和故障相近或的词如事故、失效、风险、危险、缺陷或问题等，实际上都是FTA的应用范围。

纵观FTA的发展历史，也是围绕和安全及可靠性工程有关的行业领域发生的事故或灾难等，不断向前推进的。

从上世纪60年代中期开始，NASA一直抱着FMEA(Failure Mode and Effect Analysis，失效模式和影响分析)的大腿不放，通过使用FMEA和其他定性方法进行阿波罗计划的系统安全评估。

二十多年以后，也就是1986年1月28日，在美国佛罗里达肯尼迪航天中心，“挑战者”号航天飞机在升空73秒后爆炸解体，7名宇航员殉职。这次事故，是美国宇航局也是人类太空探索史上最沉重的悲剧。

美国航空航天安全咨询小组在1987年的年度报告中明确指出：

“为了完成当前航天飞机项目风险评估的初始部分，一个现实的、有用的方法如下：

· 开发一个定性的故障树分析。

· 通过定性评估（通过一个简单的发生概率与严重性矩阵），提供危险的优先次序。

· 在有数据的地方使用选定的定量分析。”

这实际上已为FTA在NASA航空航天的应用指明了方向，即需要使用FTA进行定性和定量的风险分析。在核工业故障树手册NUREG–0492的基础上，NASA发布了用于航空航天的故障树手册。

NASA在其《基于航空航天应用的故障树手册》(Faulit Tree Handbook with Aerospace Appliactions)的前言中写道，

“20世纪60年代初，进行风险和可靠性评估的方法起源于美国的航空航天和导弹项目。故障树分析就是这样一个例子，在60年代中期相当流行。在阿波罗计划的早期，有人问到了成功将宇航员送上月球并安全返回地球的概率问题。进行了某种风险或可靠性的计算，结果是任务成功的概率低得令人无法接受。这个结果使NASA不愿意进一步进行定量的风险或可靠性分析，直到1986年的挑战者号事故之后。相反，NASA决定依靠使用故障模式和影响分析(FMEA)和其他定性方法进行系统安全评估。在挑战者号事故之后，人们意识到PRA和FTA在系统风险和可靠性分析中的重要性，它在NASA的使用也开始增加。”

在美国挑战者号航天飞机事故发生的前后几年时间内，全球流程工业先后出现了几次严重且影响深远的大灾难。这几起大灾难，对全球的影响是巨大且无可估量的，更是推动了FTA在全球的应用普及。

1980s全球大灾难盘点

印度博帕尔灾难

1984年12月3日凌晨，美国联合碳化物公司UCC设在印度博帕尔市(Bhopal, India)的农药厂爆炸，这起事故被认为是人类历史上最严重的灾难。此次事故造成大规模的氰化物泄漏，酿成重大悲剧。UCC因此受到很大损失，被迫进行重大改组。

印度民众也在此次事故中遭受了永久的肉体和心灵创伤。2006年印度政府在一份公开文件指出，泄漏造成558,125人受伤，其中包括38,478人暂时部分受伤和大约3,900人严重和永久致残伤害。 其他人估计有8,000人在两周内死亡，另有8,000 人或更多人死于与气体有关的疾病。

前苏联切尔诺贝利灾难

1986年4月26日，前苏联切乌克兰苏维埃社会主义共和国的切尔诺贝利(Chernobyl)核电站4号反应堆发生核事故，它是国际核事件分级表上仅有的两起被评为7级--最高严重程度的核能事故之(另一起是2011年日本福岛核灾难)。

核事故发生后，最初的应急疏散以及后来的环境净化，涉及50多万人，处理费用截止2019年大约为680亿美元。和印度博帕尔灾难一样，这也是一起严重的生态灾难，水体、动植物群落、人类食物链等都受到不可估量的影响。

核事故造成的辐射尘飘过俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰，也飘过欧洲的大部分地区。到目前为止，切尔诺贝利事故对普通民众的健康影响仍无法确定。

英国北海石油平台爆炸灾难

1988年7月9日晚，英国北海油田的阿尔法(Piper Alpha)石油平台突然爆炸并沉没。在灾难发生时，该平台约占北海石油和天然气产量的10%。爆炸导致167人死亡，赔偿金、官司和财产损失、环保罚款及整改等相关费用花费合计约75亿美金。

就生命损失和行业影响而言，这次事故是世界上最严重的海上石油灾难。

可靠性标准国际化

可靠性工程的系列标准，包括FTA，1965年开始进入国际标准领域。当时在美国的建议下，根据可靠性工程的标准化发展需要，国际电工委员会(IEC)决定成立一个名为“电子元件和设备可靠性”的技术委员会(即TC 56)。

随着可靠性工程技术的不断拓展，维修性和维修保障性的相继提出，也随着IT产业的高速发展，软件和网络及系统方面的安全和可靠性问题已日益受到普遍关注，与之相应的技术与管理方面的标准需求也不断上升。为了适应可靠性标准发展的需求，TC 56的名称也跟着不断发生改变。

FTA在国际和一些国家标准中都有描述。

1990年10月，国际电工委员会发布了IEC 61025第一版，这是针对FTA专门制定的标准。IEC制定了一系列可靠性标准，IEC 61025只是其中之一，其最新版本为第二版，于2006年12月发布。

欧盟标准EN 61025、德国标准DIN EN 61025、英国标准BS EN 61025、澳大利亚 AS IEC 61025等标准，都等同采用IEC 61025标准。

1992年，美国劳工部职业安全与健康管理局(OSHA)在联邦公报57 FR 6356(1992-02-24)中公布和确认，FTA是流程安全管理(PSM)中流程危险分析(PHA)的一种可接受方法。

1996年12月，美国汽车工程师协会SAE发布了适用于民用航空的标准ARP4761《对民用机载系统和设备进行安全评估过程的准则和方法》，ARP4761中使用大量篇幅描述了FTA方法。

中国可靠性标准制定重新起航

所以改革开放之初，我国在可靠性标准化上与国际是完全接轨的。20世纪80年代，我国就制定了一系列可靠性标准，这其中就包括GB/T 7829《故障树分析程序》，标准在1987年6月发布，于1988年1月正式实施。但是国标GB/T 7829并未随着IEC 61025的发布而随后更新。

2019年12月，我国发布了NB/T 201558《核电厂故障树分析导则》，这是除了GB/T 7829外唯一可见的公开标准，也是我们可靠性行业标准的起点。