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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．重慶市特種設備檢測研究院重慶 2．重慶邁高電梯有限公司		點擊數：	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研究木
張東平1，伍克林2
(1．重慶市特種設備檢測研究院重慶，401123)
(2．重慶邁高電梯有限公司重慶，400020)
摘要：管理制度的缺失、人的不規范行為和設備的不安全狀態是引發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，逐層分析誘發電梯事故最小事故神經元(引發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查結果，為電梯事故調查結論的公正性和公平性奠定基礎。
關鍵詞：電梯事故；事故樹；專家案例庫；最小事故神經元
中圖分類號：Tu857 文獻標識碼：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
隨著我國電梯數量的增加，電梯安全運行越來越受到百
姓和政府相關部門的高度關注。其中，電梯事故分析是電梯
事故調查處理的重要環節，傳統的事故調查受人員專業背景
等客觀因素的影響，可能導致事故分析結論受到質疑，如何創
新調查手段，提高電梯事故調查過程的權威性、調查取證過程
的科學性，調查結論的正確性，有效預防和減少電梯事故的發
生，維護社會和諧，人民安居樂業具有十分重要的現實意義。
1 電梯事故分析與專家系統概述
1．1 故障樹原理在電梯事故分析中的應用分析
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
理是識別導致事故的基本事件(基本的設備故障)與人為失
誤的組合，為人們提供設法避免或減少導致事故基本原因的
線索，從而降低事故發生的可能性；對導致災害事故的各種因
素及邏輯關系能做出全面、簡潔和形象的描述；便于查明系統
內固有的或潛在的各種危險因素，為設計、施工和管理提供科
學依據；使有關人員、作業人員全面了解和掌握各項預防措施
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系統或作業中可能出現的事
故及可能導致的災害后果，按工作流程、先后次序和因果關系
繪成程序方框圖，表示導致傷害事故的各種因素之間的邏輯
關系。它由輸入符號或關系符號組成，用以分析系統的安全
問題或系統的運行功能問題，為判明傷害的發生途徑及事故
因素之間的關系，事故樹分析法提供了一種最形象、最簡潔的
表達形式。
根據上述要求，事故樹分析的基本步驟如下：
(1)熟悉系統：詳細了解系統組成部分及各部分的功能
特點，繪出工作流程圖；
(2)調查事故：收集事故案例，進行事故統計，假定給定
系統可能發生的事故；
(3)確定頂上事件：要分析的對象即為頂上事件。對所
調查的事故進行全面分析，從中找出后果嚴重且較易發生的
事故作為頂上事件；
(4)調查原因事件：調查與事故有關的所有原因事件和
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節，
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，為事故調查的最終定性提供理論依據。本文將闡
述應用事故樹分析原理對電梯事故產生的原因進行分析，并
將專家系統與其結合的一套電梯事故分析系統框架構成、單
元功能及分析原理。
1．2 系統構成
1．2．1 系統邏輯框圖
“基于故障樹分析原理的電梯事故調查系統”由專家案
例庫管理、故障樹維護管理、最小事故神經元管理、事故勘察
管理、智能分析算法管理、調查結論管理以及智能學習及歸案
管理模塊構成，如圖1所示。
最小事故神經故障樹維護管
元管理理
案膳例歸檔鰓．¨艘調壹結論
事故勘察管理
●
收苧日期：2唑￡?譬竺。。。。．。。。．。+，；。。。、。。．。。1．2．2 系統架構及工作平臺
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：二專∥uuNⅣuN。x操作系統作為第(2014QK261)電梯事故調查計算機輔助決策支持系統研究爾分L上TF干口w1州uuw洲u?、～uluA睬仟爾習ofF劌弗
●o，毒 T●●+ I，lIlI
萬方數據
《自動化與儀器儀表》2016年第11期(總第205期)
一層；由sQL sERVER／ORAcLE數據庫系統作為系統的第二
層，“基于故障樹分析原理的電梯事故調查系統”為工作平臺
的第三層(應用層)構成(見圖2所示)。
基于故障樹分析的
電悌事故調壹系統
數耀庫系統sQL SERVER／o ra(Ie
攝作系統WINDoWS，HUN×／UNI×
圖二系統工作平臺
1．2．3系統主要功能
基于故障樹分析的電梯事故調查系統，專家案例庫維護、
事故樹創建和最小事故神經元管理是分析電梯事故準確性的
核心模塊，專家案例庫存儲和案例越多、事故樹創建粒度越
小、最小事故神經元的權重越精確，其電梯事故分析結果越接
近真實的事故原因，因此上述三個模塊是“基于故障樹分析
原理的電梯事故調查系統”核心模塊，應進行獨立維護和
處理。
(1)事故樹創建及維護管理；
(2)最小事故神經元關聯及權重管理；
(3)專家案例庫維護管理；
(4)電梯事故勘察管理；
(5)智能學習及遞歸接近算法功能；
(6)事故調查結果驗證管理；
(7)案例自動歸檔入庫管理。
2 系統功能描述
2．1故障樹維護管理
故障樹維護是由頂上事件開始，逐層展開直到找到可以
誘發電梯安全事故的事故神經元。在本系統中我們以設備不
安全狀態、人的不規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，按其相應的邏輯逐層對故障樹進行
維護，如圖3所示。
圖3故障樹維護
2．2最小事故神經元管理
最小事故神經元即為誘發電梯事故的最小誘因單元，可
能是電梯設備中的最小零部件或也可能是人員的不規范行為
(如電梯維護時未將檢修開關置于有效狀態)，電梯事故可能
由一個或多個最小故障神經元誘發，而誘發電梯事故的關鍵
誘因為直接誘因，其誘引電梯事故的權重比值較大，而部分誘
因為間接誘因，誘發電梯事故的權重比值較小。這樣可建立
電梯事故與最小事故神經元的關聯性和權重比值的屬性，其
屬性將作為電梯事故定量分析重要指標。
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論
起點，采用故障樹分析方法逐層進行分析，得出誘發電梯事故
的最小事故神經元，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。
2．4事故勘察管理
當電梯發生安全事故后，按特種設備事故調查處理導則
要求，首先對電梯生產、使用、檢驗、維護以及安全管理制度進
行核查；然后對當事人或報案人進行現場情況直詢，了解電梯
事故發生的經過情況；其次對電梯事故進行現場勘察，得出電
梯事故類型、事故現象、勘察要素等信息。
2．5智能分析算法管理
將電梯事故類型、事故現象、現場勘察要素等信息輸入系
統，由系統進行電梯事故智能分析。其智能分析算法采用
RPROP的BP神經網絡算法。
人工神經網絡(artificial neuml networks，ANN)系統是20
世紀40年代后出現的，它是由眾多的神經元可調的連接權值
連接而成，具有大規模并行處理、分布式信息存儲、良好的自
主學習能力等特點。BP(Back Propagation，簡稱BP網絡)算
法是一種有監督式的學習算法，其主要思想是：輸入學習樣
本，使用反向傳播算法對故障樹節點的權值和偏差進行反復
的調整訓練，使輸出的結果與期望向量盡可能地接近，當網絡
輸出層的誤差平方和小于指定的誤差時訓練完成，保存網絡
的權值和偏差，如圖4所示。
t
給定事故類型及關聯神經元權重誤差初值
蔓
}求關聯神經元權蓋期望輸出和實際輸出偏差E
最大學習訓練次數
。l
計算故障樹中關聯神經元誤差
t
求關聯神經元誤差梯度
J
關聯神經元權重學習
關i*神經元權重修正
圖4智能學習算法流程圖
根據特種設備事故處理導則要求，電梯事故勘察應管理、
人員、技術等方面進行調查或事故勘察，事故調查和現場勘察
完成后，將事故類型及勘察要素輸入系統，將勘察要素關鍵屬
性當成接近算法的一個維度，獲取專家案例庫中含有關鍵屬
性的所有事故神經元集合，然后遞歸算法查找與實際誘發電
梯事故的最小事故神經元最大權值對應案例；如此類推得到
·173．
萬方數據
基于故障樹分析原理的電梯事故分析與專家系統研究張東平，等
多個最小事故神經元的最大權值的案例，如圖5所示。
圖5遞歸趨近算法流程圖
2．6調查結論管理
基于事故樹分析法得出的電梯事故調查結論，是基于智
能學習算法和事故樹遞歸趨近算法得出的結論，其專家案例
庫中電梯事故案例調查結論和遞歸趨近算法差異可能導致電
梯事故調查結論的偏差，因此應對電梯事故調查結論進行技
術檢驗和試驗論證，有時需要模擬電梯事故試驗，重現電梯事
故過程，驗證事故結論的合理性和準確性。
2．7案例歸檔入庫管理
電梯事故調查完成后，應將電梯事故類型、事故誘因、事
故神經元、事故與神經元的關聯等屬性值寫入事故案例(專
家知識庫)庫，作為后續電梯事故分析評判的參考，使后續的
電梯分析能更接近真實的結論。
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
設備檢驗院組織技術人員對其事故進行技術鑒定。其鑒定情
況如下：
3．1 鑒定小組成員聽取了當事人的描述且進行了調查筆錄
調查筆錄如下：傷者兩人于上午7：45左右從18樓進入
轎廂，電梯關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
沖到機房樓板，轎廂吊頂掉落造成兩人受傷的安全事故，11：
00左右經消防人員在33樓上部的夾層打洞將人員救出，送
進xxx醫院醫治。
3．2鑒定小組成員采用本系統對電梯事故進行專家案例
分析
根據技術鑒定小組與當事人的交流和問詢，結合現場轎
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，系
統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，對故障樹節點的權值和偏差進行反復的調整訓練，使輸出
的結果與期望向量盡可能地接近通過與專家案例庫的得出多
條分析結論：
(1)電梯對重及平衡系數不滿足要求；
·174·
(2)電梯制動器故障；
(3)電梯安全回路故障；
(4)電梯控制系統電氣故障；
(5)上極限開關失效。
3．3事故現場勘察確認
技術鑒定小組成員根據上述分析結論，對事故電梯的制
動器、對重等部位進行檢查(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
回路及安全保護裝置(限速器上、下行極限開關)、上行超速
保護裝置、轎廂等關鍵屬性進行了現在勘察、檢澳0及試驗。發
現制動器和制動彈簧有明顯的調整痕跡，且運行接觸器兩個
副觸點斷裂導致封星功能失效。
3．4系統分析結論
系統分析結論與現場檢查結果基本吻合，在對重量大于
轎廂重量情況下(平衡系數不符合規范要求)，導致電梯轎廂
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
將系統案例存儲于專家案例庫中，同時根據系統分析和
現場勘察結論得出制動器失效、平衡系數不符合要求，電氣故
障是導致本次事故的原因，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，電氣故障的權重值，以便于
后續電梯事故的分析和準確可靠。
通過上述案例與多名從事電梯檢驗的專家、工程師進行
討論及溝通，專家和工程師一致認為本軟件系統調查分析電
梯事故的原因符合邏輯，具有較高的準確性。
4 結束語
電梯安全運行涉及廣大民眾，電梯事故的責任認定更是
涉及電梯生產單位、電梯維保單位、電梯使用單位及事故受害
人等行政處罰和經濟利益敏感問題。在我國電梯事故調查方
法討論較多，便缺少真實能利用計算機技術實現電梯事故調
查的軟件和工具。本系統主要從如何保證電梯事故調查過程
的合法性、調查取證過程的科學性，調查結論的正確性，如何
界定電梯事故人的不安全行為、設備的不安全狀態以及電梯
制度的不規范管理，實現正確的分析事故原因，達到客觀公正
的明確責任，為事故最終結案提供技術支撐。
參考文獻
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萬方數據

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