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基于故障樹分析原理的電梯事故分析與專家系統(tǒng)研究

文檔作者：張東平1 伍克林2 文檔來源： 1．重慶市特種設(shè)備檢測研究院重慶 2．重慶邁高電梯有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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基于故障樹分析原理的電梯事故分析與專家系統(tǒng)研究張東平，等
基于故障樹分析原理的電梯事故分析與專家系統(tǒng)研究木
張東平1，伍克林2
(1．重慶市特種設(shè)備檢測研究院重慶，401123)
(2．重慶邁高電梯有限公司重慶，400020)
摘要：管理制度的缺失、人的不規(guī)范行為和設(shè)備的不安全狀態(tài)是引發(fā)電梯事故的主要原因。本文介紹一種事故樹分析原
理，以電梯事故的頂層因素為起點，逐層分析誘發(fā)電梯事故最小事故神經(jīng)元(引發(fā)事故的最小因素或部件)，客觀分析出與真實
事故誘因相近的電梯事故調(diào)查結(jié)果，為電梯事故調(diào)查結(jié)論的公正性和公平性奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：電梯事故；事故樹；專家案例庫；最小事故神經(jīng)元
中圖分類號：Tu857 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI編碼：10．14016／j-cnki．1001—9227．2叭6．11．172
Abstract：Defect of management institution、Nonstandard behavior、Unsafe equipment status are the main cause of the elevator
accident．Anicle introduces the anaIysis principle of fault tree，Elevator accident tree
top point as starting point，1ayer by layer analysis
induced bv elevator accident minimum cause，results of the elevator accident investigation analyse similar to the real accident cause．
I’mvide the basis fbr the impartiality and faimess of the conclusion of the eleVator accident inVestigation．
Key words：elevator accident；accident tree；expert case library；minimal accident neumn
O 引言
隨著我國電梯數(shù)量的增加，電梯安全運行越來越受到百
姓和政府相關(guān)部門的高度關(guān)注。其中，電梯事故分析是電梯
事故調(diào)查處理的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的事故調(diào)查受人員專業(yè)背景
等客觀因素的影響，可能導(dǎo)致事故分析結(jié)論受到質(zhì)疑，如何創(chuàng)
新調(diào)查手段，提高電梯事故調(diào)查過程的權(quán)威性、調(diào)查取證過程
的科學(xué)性，調(diào)查結(jié)論的正確性，有效預(yù)防和減少電梯事故的發(fā)
生，維護(hù)社會和諧，人民安居樂業(yè)具有十分重要的現(xiàn)實意義。
1 電梯事故分析與專家系統(tǒng)概述
1．1 故障樹原理在電梯事故分析中的應(yīng)用分析
1．1．1故障樹分析原理簡述
事故樹理論是安全評價中的一種評價方法，它的基本原
理是識別導(dǎo)致事故的基本事件(基本的設(shè)備故障)與人為失
誤的組合，為人們提供設(shè)法避免或減少導(dǎo)致事故基本原因的
線索，從而降低事故發(fā)生的可能性；對導(dǎo)致災(zāi)害事故的各種因
素及邏輯關(guān)系能做出全面、簡潔和形象的描述；便于查明系統(tǒng)
內(nèi)固有的或潛在的各種危險因素，為設(shè)計、施工和管理提供科
學(xué)依據(jù)；使有關(guān)人員、作業(yè)人員全面了解和掌握各項預(yù)防措施
要點。
1．1．2事故樹理論的分析方法
事故樹分析是對既定的生產(chǎn)系統(tǒng)或作業(yè)中可能出現(xiàn)的事
故及可能導(dǎo)致的災(zāi)害后果，按工作流程、先后次序和因果關(guān)系
繪成程序方框圖，表示導(dǎo)致傷害事故的各種因素之間的邏輯
關(guān)系。它由輸入符號或關(guān)系符號組成，用以分析系統(tǒng)的安全
問題或系統(tǒng)的運行功能問題，為判明傷害的發(fā)生途徑及事故
因素之間的關(guān)系，事故樹分析法提供了一種最形象、最簡潔的
表達(dá)形式。
根據(jù)上述要求，事故樹分析的基本步驟如下：
(1)熟悉系統(tǒng)：詳細(xì)了解系統(tǒng)組成部分及各部分的功能
特點，繪出工作流程圖；
(2)調(diào)查事故：收集事故案例，進(jìn)行事故統(tǒng)計，假定給定
系統(tǒng)可能發(fā)生的事故；
(3)確定頂上事件：要分析的對象即為頂上事件。對所
調(diào)查的事故進(jìn)行全面分析，從中找出后果嚴(yán)重且較易發(fā)生的
事故作為頂上事件；
(4)調(diào)查原因事件：調(diào)查與事故有關(guān)的所有原因事件和
各種因素；
(5)畫出事故樹：從頂上事件起，逐級找出直接原因事
件，直至所要分析的深度，按其邏輯關(guān)系，畫出事故樹。
以上幾個方面，是事故樹分析方法中最重要的幾個環(huán)節(jié)，
通過上述分析，我們能得出造成事故原因的主要因素與次要
因素，從而，為事故調(diào)查的最終定性提供理論依據(jù)。本文將闡
述應(yīng)用事故樹分析原理對電梯事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并
將專家系統(tǒng)與其結(jié)合的一套電梯事故分析系統(tǒng)框架構(gòu)成、單
元功能及分析原理。
1．2 系統(tǒng)構(gòu)成
1．2．1 系統(tǒng)邏輯框圖
“基于故障樹分析原理的電梯事故調(diào)查系統(tǒng)”由專家案
例庫管理、故障樹維護(hù)管理、最小事故神經(jīng)元管理、事故勘察
管理、智能分析算法管理、調(diào)查結(jié)論管理以及智能學(xué)習(xí)及歸案
管理模塊構(gòu)成，如圖1所示。
最小事故神經(jīng)故障樹維護(hù)管
元管理理
案膳例歸檔鰓．¨艘調(diào)壹結(jié)論
事故勘察管理
●
收苧日期：2唑￡?譬竺。。。。．。。。．。+，；。。。、。。．。。1．2．2 系統(tǒng)架構(gòu)及工作平臺
荔烹皇怒裂耋篡皇喜量羹磐鬈籍誓篡耋謄雪霎i!毒i黧磐目?‘≥裝王籜軍善i-I：i：二?！蝩uNⅣuN。x操作系統(tǒng)作為第(2014QK261)電梯事故調(diào)查計算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)研究爾分L上TF干口w1州uuw洲u?、～uluA睬仟爾習(xí)ofF劌弗
●o，毒 T●●+ I，lIlI
萬方數(shù)據(jù)
《自動化與儀器儀表》2016年第11期(總第205期)
一層；由sQL sERVER／ORAcLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為系統(tǒng)的第二
層，“基于故障樹分析原理的電梯事故調(diào)查系統(tǒng)”為工作平臺
的第三層(應(yīng)用層)構(gòu)成(見圖2所示)。
基于故障樹分析的
電悌事故調(diào)壹系統(tǒng)
數(shù)耀庫系統(tǒng)sQL SERVER／o ra(Ie
攝作系統(tǒng)WINDoWS，HUN×／UNI×
圖二系統(tǒng)工作平臺
1．2．3系統(tǒng)主要功能
基于故障樹分析的電梯事故調(diào)查系統(tǒng)，專家案例庫維護(hù)、
事故樹創(chuàng)建和最小事故神經(jīng)元管理是分析電梯事故準(zhǔn)確性的
核心模塊，專家案例庫存儲和案例越多、事故樹創(chuàng)建粒度越
小、最小事故神經(jīng)元的權(quán)重越精確，其電梯事故分析結(jié)果越接
近真實的事故原因，因此上述三個模塊是“基于故障樹分析
原理的電梯事故調(diào)查系統(tǒng)”核心模塊，應(yīng)進(jìn)行獨立維護(hù)和
處理。
(1)事故樹創(chuàng)建及維護(hù)管理；
(2)最小事故神經(jīng)元關(guān)聯(lián)及權(quán)重管理；
(3)專家案例庫維護(hù)管理；
(4)電梯事故勘察管理；
(5)智能學(xué)習(xí)及遞歸接近算法功能；
(6)事故調(diào)查結(jié)果驗證管理；
(7)案例自動歸檔入庫管理。
2 系統(tǒng)功能描述
2．1故障樹維護(hù)管理
故障樹維護(hù)是由頂上事件開始，逐層展開直到找到可以
誘發(fā)電梯安全事故的事故神經(jīng)元。在本系統(tǒng)中我們以設(shè)備不
安全狀態(tài)、人的不規(guī)范行為和電梯安全管理不到位三大類頂
上事件為故障樹的起點，按其相應(yīng)的邏輯逐層對故障樹進(jìn)行
維護(hù)，如圖3所示。
圖3故障樹維護(hù)
2．2最小事故神經(jīng)元管理
最小事故神經(jīng)元即為誘發(fā)電梯事故的最小誘因單元，可
能是電梯設(shè)備中的最小零部件或也可能是人員的不規(guī)范行為
(如電梯維護(hù)時未將檢修開關(guān)置于有效狀態(tài))，電梯事故可能
由一個或多個最小故障神經(jīng)元誘發(fā)，而誘發(fā)電梯事故的關(guān)鍵
誘因為直接誘因，其誘引電梯事故的權(quán)重比值較大，而部分誘
因為間接誘因，誘發(fā)電梯事故的權(quán)重比值較小。這樣可建立
電梯事故與最小事故神經(jīng)元的關(guān)聯(lián)性和權(quán)重比值的屬性，其
屬性將作為電梯事故定量分析重要指標(biāo)。
2．3專家案例庫管理
收集的大量電梯事故案例，以專家分析的事故類型結(jié)論
起點，采用故障樹分析方法逐層進(jìn)行分析，得出誘發(fā)電梯事故
的最小事故神經(jīng)元，并將其歸檔在專家案例庫中，為電梯事故
智能分析提供依據(jù)。
2．4事故勘察管理
當(dāng)電梯發(fā)生安全事故后，按特種設(shè)備事故調(diào)查處理導(dǎo)則
要求，首先對電梯生產(chǎn)、使用、檢驗、維護(hù)以及安全管理制度進(jìn)
行核查；然后對當(dāng)事人或報案人進(jìn)行現(xiàn)場情況直詢，了解電梯
事故發(fā)生的經(jīng)過情況；其次對電梯事故進(jìn)行現(xiàn)場勘察，得出電
梯事故類型、事故現(xiàn)象、勘察要素等信息。
2．5智能分析算法管理
將電梯事故類型、事故現(xiàn)象、現(xiàn)場勘察要素等信息輸入系
統(tǒng)，由系統(tǒng)進(jìn)行電梯事故智能分析。其智能分析算法采用
RPROP的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neuml networks，ANN)系統(tǒng)是20
世紀(jì)40年代后出現(xiàn)的，它是由眾多的神經(jīng)元可調(diào)的連接權(quán)值
連接而成，具有大規(guī)模并行處理、分布式信息存儲、良好的自
主學(xué)習(xí)能力等特點。BP(Back Propagation，簡稱BP網(wǎng)絡(luò))算
法是一種有監(jiān)督式的學(xué)習(xí)算法，其主要思想是：輸入學(xué)習(xí)樣
本，使用反向傳播算法對故障樹節(jié)點的權(quán)值和偏差進(jìn)行反復(fù)
的調(diào)整訓(xùn)練，使輸出的結(jié)果與期望向量盡可能地接近，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)
輸出層的誤差平方和小于指定的誤差時訓(xùn)練完成，保存網(wǎng)絡(luò)
的權(quán)值和偏差，如圖4所示。
t
給定事故類型及關(guān)聯(lián)神經(jīng)元權(quán)重誤差初值
蔓
}求關(guān)聯(lián)神經(jīng)元權(quán)蓋期望輸出和實際輸出偏差E
最大學(xué)習(xí)訓(xùn)練次數(shù)
。l
計算故障樹中關(guān)聯(lián)神經(jīng)元誤差
t
求關(guān)聯(lián)神經(jīng)元誤差梯度
J
關(guān)聯(lián)神經(jīng)元權(quán)重學(xué)習(xí)
關(guān)i*神經(jīng)元權(quán)重修正
圖4智能學(xué)習(xí)算法流程圖
根據(jù)特種設(shè)備事故處理導(dǎo)則要求，電梯事故勘察應(yīng)管理、
人員、技術(shù)等方面進(jìn)行調(diào)查或事故勘察，事故調(diào)查和現(xiàn)場勘察
完成后，將事故類型及勘察要素輸入系統(tǒng)，將勘察要素關(guān)鍵屬
性當(dāng)成接近算法的一個維度，獲取專家案例庫中含有關(guān)鍵屬
性的所有事故神經(jīng)元集合，然后遞歸算法查找與實際誘發(fā)電
梯事故的最小事故神經(jīng)元最大權(quán)值對應(yīng)案例；如此類推得到
·173．
萬方數(shù)據(jù)
基于故障樹分析原理的電梯事故分析與專家系統(tǒng)研究張東平，等
多個最小事故神經(jīng)元的最大權(quán)值的案例，如圖5所示。
圖5遞歸趨近算法流程圖
2．6調(diào)查結(jié)論管理
基于事故樹分析法得出的電梯事故調(diào)查結(jié)論，是基于智
能學(xué)習(xí)算法和事故樹遞歸趨近算法得出的結(jié)論，其專家案例
庫中電梯事故案例調(diào)查結(jié)論和遞歸趨近算法差異可能導(dǎo)致電
梯事故調(diào)查結(jié)論的偏差，因此應(yīng)對電梯事故調(diào)查結(jié)論進(jìn)行技
術(shù)檢驗和試驗論證，有時需要模擬電梯事故試驗，重現(xiàn)電梯事
故過程，驗證事故結(jié)論的合理性和準(zhǔn)確性。
2．7案例歸檔入庫管理
電梯事故調(diào)查完成后，應(yīng)將電梯事故類型、事故誘因、事
故神經(jīng)元、事故與神經(jīng)元的關(guān)聯(lián)等屬性值寫入事故案例(專
家知識庫)庫，作為后續(xù)電梯事故分析評判的參考，使后續(xù)的
電梯分析能更接近真實的結(jié)論。
3 案例分析
某電梯沖頂造成2名乘客受傷的安全事故，由xxx特種
設(shè)備檢驗院組織技術(shù)人員對其事故進(jìn)行技術(shù)鑒定。其鑒定情
況如下：
3．1 鑒定小組成員聽取了當(dāng)事人的描述且進(jìn)行了調(diào)查筆錄
調(diào)查筆錄如下：傷者兩人于上午7：45左右從18樓進(jìn)入
轎廂，電梯關(guān)門向下運行后感覺電梯有抖動和異響，然后電梯
在17樓開門，轎廂未平層，突然電梯轎廂向上高速行駛直至
沖到機(jī)房樓板，轎廂吊頂?shù)袈湓斐蓛扇耸軅陌踩鹿剩?1：
00左右經(jīng)消防人員在33樓上部的夾層打洞將人員救出，送
進(jìn)xxx醫(yī)院醫(yī)治。
3．2鑒定小組成員采用本系統(tǒng)對電梯事故進(jìn)行專家案例
分析
根據(jù)技術(shù)鑒定小組與當(dāng)事人的交流和問詢，結(jié)合現(xiàn)場轎
廂的位置，初步判斷本事故屬于沖頂撞擊類事故，由此將制動
器、電梯對重和安全回路作為事故的勘察要素輸入本系統(tǒng)，系
統(tǒng)使用故障樹頂層事故，反向傳播算法和遞歸接近算法的智
能，對故障樹節(jié)點的權(quán)值和偏差進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整訓(xùn)練，使輸出
的結(jié)果與期望向量盡可能地接近通過與專家案例庫的得出多
條分析結(jié)論：
(1)電梯對重及平衡系數(shù)不滿足要求；
·174·
(2)電梯制動器故障；
(3)電梯安全回路故障；
(4)電梯控制系統(tǒng)電氣故障；
(5)上極限開關(guān)失效。
3．3事故現(xiàn)場勘察確認(rèn)
技術(shù)鑒定小組成員根據(jù)上述分析結(jié)論，對事故電梯的制
動器、對重等部位進(jìn)行檢查(制動器、制動彈簧、安全鉗、對
重、平衡鏈)、電氣部分(變頻器故障代碼、運行接觸器)、安全
回路及安全保護(hù)裝置(限速器上、下行極限開關(guān))、上行超速
保護(hù)裝置、轎廂等關(guān)鍵屬性進(jìn)行了現(xiàn)在勘察、檢澳0及試驗。發(fā)
現(xiàn)制動器和制動彈簧有明顯的調(diào)整痕跡，且運行接觸器兩個
副觸點斷裂導(dǎo)致封星功能失效。
3．4系統(tǒng)分析結(jié)論
系統(tǒng)分析結(jié)論與現(xiàn)場檢查結(jié)果基本吻合，在對重量大于
轎廂重量情況下(平衡系數(shù)不符合規(guī)范要求)，導(dǎo)致電梯轎廂
在停止的情況下向上溜車，由于封星功能失效不能控制電梯
向上溜車的速度(電氣失效)，并且由于制動器失效導(dǎo)致上行
轎廂不能制動停止(制動故障)，轎廂快速沖頂。
3．5完善專家案例庫
將系統(tǒng)案例存儲于專家案例庫中，同時根據(jù)系統(tǒng)分析和
現(xiàn)場勘察結(jié)論得出制動器失效、平衡系數(shù)不符合要求，電氣故
障是導(dǎo)致本次事故的原因，因此修改專家案例庫的沖頂撞擊
類事故中制動器失效、平衡系數(shù)，電氣故障的權(quán)重值，以便于
后續(xù)電梯事故的分析和準(zhǔn)確可靠。
通過上述案例與多名從事電梯檢驗的專家、工程師進(jìn)行
討論及溝通，專家和工程師一致認(rèn)為本軟件系統(tǒng)調(diào)查分析電
梯事故的原因符合邏輯，具有較高的準(zhǔn)確性。
4 結(jié)束語
電梯安全運行涉及廣大民眾，電梯事故的責(zé)任認(rèn)定更是
涉及電梯生產(chǎn)單位、電梯維保單位、電梯使用單位及事故受害
人等行政處罰和經(jīng)濟(jì)利益敏感問題。在我國電梯事故調(diào)查方
法討論較多，便缺少真實能利用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)電梯事故調(diào)
查的軟件和工具。本系統(tǒng)主要從如何保證電梯事故調(diào)查過程
的合法性、調(diào)查取證過程的科學(xué)性，調(diào)查結(jié)論的正確性，如何
界定電梯事故人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)以及電梯
制度的不規(guī)范管理，實現(xiàn)正確的分析事故原因，達(dá)到客觀公正
的明確責(zé)任，為事故最終結(jié)案提供技術(shù)支撐。
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