安全评价系列讲座(一)-故障树分析(上）

故障树分析(fta)技术是美国贝尔电话实验室于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。一般来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。

1974 年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，即“拉姆森报告”，大量、有效地应用了fta，从而迅速推动了它的发展。

1数学基础

11基本概念

(1)集：从最普遍的意义上说，集就是具有某种共同可识别特点的项(事件)的集合。这些共同特点使之能够区别于他类事物。

(2)并集

把集合a的元素和集合b的元素合并在一起，这些元素的全体构成的集合叫做a与b的并集，记为au b或a+b。若a与b有公共元素，则公共元素在并集中只出现一次。

例若a={a、b、c、d}；

b={c、d、e、f}；

aub= {a、b、c、d、e、f}。

(3)交集

两个集合a与b的交集是两个集合的公共元素所构成的集合，记为a∪b或a+b。

根据定义，交是可以交换的，即a∩b=ba

例若a={a、b、c、d}；

b={c、d、e}；

则a∩b={c、d}。

(4)补集

在整个集合(ω)中集合a的补集为一个不属于a集的所有元素的集。补集又称余，记为a'' 或a12布尔代数规则布尔代数用于集的运算，与普通代数运算法则不同。它可用于故障讨分析，布尔代数可以帮助我们将事件表达为另一些基本事件的组合。将系统失效表达为基本元件失效的组合。演算这些方程即可求出导致系统失效的元件失效组合(即最小割集)，进而根据元件失效概率，计算出系统失效的概率。

布尔代数规则如下(x、y代表两个集合)：

(1)交换律x·y=y·x

x+y =y +x

(2)结合律

(3)分配律

x·(y ·z)：(x ·y)·z

x+(y+z)=(x+y)+z

x·(y+z)：x -y+x·z

x+(y·z)=(x+y)-(x+z)

(4)吸收律x·(x+y)：x

x+(x·y)：x

(5)互补律x+x =ω=1

x·x =φ(φ表示空集)

(6)幂等律x·x=x

x+x=x

(7)狄摩根定律(x·y)'' =x'' +y

(x+y) =x'' ·y

(8)对合律(x'' )'' =x

(9)重叠律x+x'' y=x+y=y+y ''x

2故障树的编制

故障树是由各种事件符号和逻辑门组成的，事件之间的逻辑关系用逻辑门表示。这些符号可分逻辑符号、事件符号等。

21故障树的符号及意义

(1)事件符号

①矩形符号：代表顶t=事件或中间事件，见图8—1(a)。是通过逻辑门作用的、由一个或多个原因而导致的故障事件。

②圆形符号：代表基本事件，见图8—1(b)。表示不要求进一步展开的基本引发故障事件。

③屋形符号：代表正常事件，见图8—1(c)。即系统在正常状态下发挥正常功能的事件。

④菱形符号：代表省略事件，见图8一l(d)。因该事件影响不大或因情报不足，因而没有进一步展开的故障事件。

⑤椭圆形符号：代表条件事件，见图8—1(e)。表示施加于任何逻辑门的条件或限制。

(2)逻辑符号

故障树中表示事件之间逻辑关系的符号称门，主要有以下几种。

①或门：代表一个或多个输入事件发生，即发生输出事件的情况。或门符号见图8—2(a)，或门示意图见图8—3。

②与门：代表当全部输入事件发生时，输出事件才发生的逻辑关系。表现为逻辑积的关系。与门符号见图8—2(b)，与门示意图见图8—4。

③ 禁门：是与门的特殊情况。它的输出事件是由单输入事件所引起的。但在输入造成输出之间，必须满足某种特定的条件。禁门符号见图8—2(c)，禁门示意图见图8—5。

例如许多化学反应只有在催化剂存在的情况下才能反应完全，催化剂不参加反应，但它的存在是必要的。这种逻辑如图8—6所示。

22建树原则

故障树的树形结构是进行分析的基础。故障树树形结构正确与否，直接影响到故障树的分析及其可靠程度。因此，为了成功地建造故障树，要遵循一套基本规则。

(1)“直接原因原理”(细步思考法则)编制故障树时，首先从顶上事件分析，确定顶上事件的直接、必要和充分的原因，应注意不是顶上事件的基本原因。将这直接、必要和充分原因事件作为次顶上事件(即中间事件)，再来确定它们的直接、必要和充分的原因，这样逐步展开。这时，“直接原因”是至关重要的。按照直接原因原理，才能保持故障树的严密的逻辑性，对事故的基本原因作详尽的分析。

(2)基本规则i

事件方框图内填入故障内容，说明什么样的故障，在什么条件下发生。

(3)基本规则ⅱ

对方框内事件提问：“方框内的故障能否由一个元件失效构成”如果对该问题的回答是肯定的，把事件列为“元件类”故障。如果回答是否定的，把奇件列为“系统类”故障。

“元件类”故障下，加卜或门，找出主因故障、次因故障、指令故障或其他影响。

“系统类”故障下，根据具体情况，加上或门、与门或禁门等，逐项分析下去。

主因故障为元件在规定的工作条件范围内发生的故障。如：设计压力p0的压力容器在工作压力p≤po时的破坏。次因故障为元件在超过规定的工作条件范围内发生的故障。如：设计压力为 p0的压力容器在压力p>po时的破坏。指令故障为元件的工作是正常的，但时间发生错误或地点发生错误。其他影响的故障：主要指环境或安装所致的故障，如湿度太大、接头锈死等。

(4)完整门规则

在对某个门的全部输入事件中的任一输入尊件作进一步分析之前，应先对该门的全部输入事件作出完整的定义。

(5)非门门规则

门的输入应当是恰当定义的故障事件，门与门之间不得直接相连， 门门连接的出现说明粗心。在定量评定及简化故障树时，门门连接可能是对的，但在建树过程中会导致混乱。

23故障树分析步骤

(1)确定所分析的系统

确定分析系统即确定系统所包括的内容及其边界范围。

(2)熟悉所分析的系统

指熟悉系统的整个情况，包括系统性能、运行情况、操作情况及各种重要参数等，必要时要画出工艺流程图及布置图。

(3)凋查系统发生的事故

调查分析过去、现在和未来可能发生的故障，同时调查本单位及外单位同类系统曾发生的所有事故。

(4)确定故障树的顶上事件

是指确定所要分析的对象事件。将易于发生且后果严重的事故作为顶卜事件。

(5)调查与顶上市件有关的所有原囚奇件。

(6)故障树作图

按建树原则，从顶上事件起一层·层往下分析各自的直接原因誊件，根据彼此间的逻辑关系，用逻辑门连接上下层事件，直到所要求的分析深度，形成一株倒置的逻辑树形图，即故障树图。

(7)故障树定性分析

定性分析是故障树分析的核心内容之一。其目的是分析该类事故的发生规律及特点，通过求取最小割集(或最小经集)，找出控制事故的可行方案，并从故障树结构卜、发生概率上分析各基本事件的重要程度， 以便按轻重缓急分别采取对策。

(8)定量分析

定量分析包括①确定各基本事件的故障率或失误率；②求取顶上事件发生的概率，将计算结果与通过统计分析得出的事故发生概率进行比较。

(9)安全性评价

根据损失率的大小评价该类事故的危险性。这就要从定性和定量分析的结果中找出能够降低顶上事件发生概率的最佳方案。

　　引言　　“人要衣装，物要包装”，说明包装与人们的生活密切相关，它以有形的手段传达出无形的社会审美意识。随着中国加入WTO，市场竞争日趋激烈，对于众多的企业来说，成功地推销其产品是他们的最终目的，因此同产品密切相关的包装设计也日益受到企业决策层和设计人员的重视。作为多学科综合艺术组合的包装设计，它集商标、广告、展示和推广等相关内容于一体，其功能已经从过去单纯的保护商品发展到同消费者进行交流并促使他们购买的广告作用。系列化包装是现代包装设计中较为普遍、较为流行的形式。系列化包装的迅速发展，充分符合广大消费者的审美心理，是当代国际包装设计中颇为流行的一个形式。

　图a、b分别为AVON洗发水设计和春开窖酒系列包装设计。统一的品牌，统一的图案装饰，一系列的产品陈列在货架上，那么消费者的视觉上从一点扩充到一线或一面，加强了识别与记忆，相应地削弱了其他品牌商品的竞争力度。

　系列化设计的优点

　系列化包装既有多样的变化美、又有统一的整体美。在形式美中，多样性与整体性的统一是一条很重要的法则，东方艺术和西方艺术都有整体美的传统。如今整体美的法则也随之深入到生活的各个领域，从服装到家具，从室内装饰到环境艺术都追求艺术格调一致的整体美。包装系列化设计正好符合了“多样统一”这一我们民族和其他各民族都共同遵循的美学基本法则。以一个企业或一个商标、牌名的不同种类的产品用一种共性特征来统一的设计，可用特殊的包装造型特点、形体、色调、图案、标识等统一设计，形成一种统一的视觉形象。

　一、上架陈列效果强烈，容易识别和记忆，起到扩大销售的作用，消费者如果对系列产品中的一件满意，就会对该系列的其它品种产品产生信任，这就扩大了销售影响。如果是传统名牌产品系列，更可借名牌魅力来扩大销售；

　二、能缩短设计周期，便于商品新品种发展设计，方便制版印刷。如果商品采用系列化包装，那么设计出一种商品的包装，其他的包装也就很容易被设计出来，因此，商品包装设计周期缩短，减少了人力和财力。而在印刷过程中，必然有很多排版是一样的，这样也减少了制版工作；

　三、增强广告宣传的效果，强化消费者的印象，扩大影响，树立名牌产品。系列化包装设计采用局部色彩、形象或文字的变化，而整体构图完整统一地设计，将多种商品统一起来，也叫“家族式”设计，使顾客一眼便知是某家某厂某牌的产品。从而树立信誉和名牌产品观念，使商品整体形象感增强，给人印象鲜明，让人久久不忘，使企业产品显赫，有利于以众压寡，吸引人的注意力，从而有利于创名牌，有利于市场竞争。

　系列化包装的表现形式

　一、色彩系列化：包装的色彩具有先声夺人的魅力，对于需要有强大货架视觉冲击力的现代包装设计而言，色彩起着举足轻重的作用。包装设计的总体艺术效果在很大程度上取决于包装色彩的运用。因为鲜明的色彩不仅可以使产品锦上添花、身价倍增、扩大销路，还可以博得顾客的注意，有助于增加购买者对商品的认可，从而产生购买欲。选择能够表达企业精神或者传达商品某种信息的色彩进行统一设计是包装设计人员的首选。不同规格的系列产品，可以用一种或者若干种色彩作为主色，一般可采用企业的标准色和辅助色，符合企业的CIS战略，其广告效果为最佳。

　商品的色彩是商品的特性、属性和功能的形象表现。一般是什么样的商品就用什么样的包装色彩，即商品所谓的形象色。例如在自然界中，许多成熟的水果都有其代表色，桔子是橙色，葡萄是紫色，柠檬是**……这些色彩在视觉上能引起人们的香甜可口感觉并增进食欲，所以在食品包装系列化设计上，用橙色代表桔子，紫色代表葡萄，**代表柠檬等；在化妆品系列化包装中，粉色表示花香型的，**表示果香型的，绿色表示草香型的，蓝色表示药物型的。而不同国家、民族，由于其社会政治状况、风俗习惯、宗教信仰、文化教育、自然环境等因素的不同，形成了不同的色彩习俗，例如绿色在信仰的国家里很受欢迎，而在日本却被认为是不祥之色。

　因此，系列化包装中的色彩不是简单地多用几个色彩就可以的，它不但要充分考虑到包装色彩的商品性、广告性、民俗性，还要对商品的属性、特点和功能、销售对象和销售地区有充分的了解。在此基础上设计的系列化包装色彩，才有极强的视觉冲击力和广告推广力，只有这样的包装系列化色彩设计才是行之有效的包装设计策略。

　二、造型系列化：不同规格的系列产品，按大小分类成若干种比例相同的包装造型规格进行统一设计，设计具有某种外形特点的包装结构，使一系列的商品互为整体。这种方法多见于化妆品和食品系列包装设计。如有的瓶装产品的瓶身不同，就可在瓶盖上统一造型特征；有的瓶身大小高低不同，可以统一强调某些造型装饰特征。在造型结构及装璜都达到统一的情况下，可在装璜画面上标明不同品种，或以不同的色彩来区别不同品种，以取得格调一致而形成系列化包装。

　当然，系列化包装设计还有很多表现形式：图形系列化、文字系列化、编排系列化、材质系列化等，在包装设计中要综合考虑如上诸多因素。

　系列化包装设计应注意的问题

　一、产品类别不能混淆。系列化包装强调的只是在同类商品中进行组合变化，非同类商品组合就破坏了它的作用，比如系列化清凉饮料包装，有桔汁的，葡萄汁的，山楂汁的，桃子汁的等，在设计中构想一个统一的形式，再在一个较明显的位置上突出各自的果品形象，使人一目了然，达到系列化的目的，得到较理想的效果。如果将山楂汽酒组合到里面就不合适了，因为一个是果汁类，而另一个是酒类，虽同为饮料，其成分不同，不能混淆。

　二、同类商品系列化应在共性中强调个性。以上面所举清茶饮料为例，如将桔子、葡萄等果品形象表现的模糊不清，或因经营位置、大小处理不当，就不能明确清晰地展示商品内容，容易引起消费者的误解，失去其销售价值。又如在设计咖啡的系列包装中要明确其象征色调；红色表示味浓，**表示味淡，酸则用绿色表示等。另外还要档次分明，同类商品亦有贵贱、优劣之分，一般高档商品不能同低档商品构成系列，如果高档西服与低档西服构成系列包装，人们会怀疑高档的真假，结果弄得高级的反而不高级，低级的冒牌高级，因而失去信誉。

　结语

　纵观我国的系列化包装设计，近些年来已取得了突飞猛进的发展，但依然存在许多不尽如人意之处，这就要求我们的设计师们以设计美学为理论基础和指导思想，进行长期的、付诸实践的设计艺术劳动，日益提高水平，以适应日趋丰富的现代设计需要。系列化包装设计有待于我们更加深入地挖掘与探讨。

　参考文献：

　［1］王庆斌，张福昌包装设计奥妙之一色彩系列化七彩世界，102-103

　［2］严耀华统一化的系列包装设计上海包装，1995，(4)：20-21

　［3］朱晓虎系列化包装设计的意义渭南师范学院学报，2002，(7)：175-176

　［4］李道亮系列化包装设计与品牌传达中国包装，20045