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基于故障树分析原理的电梯事故分析与专家系统研究

文档作者：张东平1 伍克林2 文档来源： 1．重庆市特种设备检测研究院重庆 2．重庆迈高电梯有限公司		点击数：	更新时间： 2021年09月17日
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基于故障树分析原理的电梯事故分析与专家系统研究张东平，等
基于故障树分析原理的电梯事故分析与专家系统研究木
张东平1，伍克林2
(1．重庆市特种设备检测研究院重庆，401123)
(2．重庆迈高电梯有限公司重庆，400020)
摘要：管理制度的缺失、人的不规范行为和设备的不安全状态是引发电梯事故的主要原因。本文介绍一种事故树分析原
理，以电梯事故的顶层因素为起点，逐层分析诱发电梯事故最小事故神经元(引发事故的最小因素或部件)，客观分析出与真实
事故诱因相近的电梯事故调查结果，为电梯事故调查结论的公正性和公平性奠定基础。
关键词：电梯事故；事故树；专家案例库；最小事故神经元
中图分类号：Tu857 文献标识码：A DOI编码：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
随着我国电梯数量的增加，电梯安全运行越来越受到百
姓和政府相关部门的高度关注。其中，电梯事故分析是电梯
事故调查处理的重要环节，传统的事故调查受人员专业背景
等客观因素的影响，可能导致事故分析结论受到质疑，如何创
新调查手段，提高电梯事故调查过程的权威性、调查取证过程
的科学性，调查结论的正确性，有效预防和减少电梯事故的发
生，维护社会和谐，人民安居乐业具有十分重要的现实意义。
1 电梯事故分析与专家系统概述
1．1 故障树原理在电梯事故分析中的应用分析
1．1．1故障树分析原理简述
事故树理论是安全评价中的一种评价方法，它的基本原
理是识别导致事故的基本事件(基本的设备故障)与人为失
误的组合，为人们提供设法避免或减少导致事故基本原因的
线索，从而降低事故发生的可能性；对导致灾害事故的各种因
素及逻辑关系能做出全面、简洁和形象的描述；便于查明系统
内固有的或潜在的各种危险因素，为设计、施工和管理提供科
学依据；使有关人员、作业人员全面了解和掌握各项预防措施
要点。
1．1．2事故树理论的分析方法
事故树分析是对既定的生产系统或作业中可能出现的事
故及可能导致的灾害后果，按工作流程、先后次序和因果关系
绘成程序方框图，表示导致伤害事故的各种因素之间的逻辑
关系。它由输入符号或关系符号组成，用以分析系统的安全
问题或系统的运行功能问题，为判明伤害的发生途径及事故
因素之间的关系，事故树分析法提供了一种最形象、最简洁的
表达形式。
根据上述要求，事故树分析的基本步骤如下：
(1)熟悉系统：详细了解系统组成部分及各部分的功能
特点，绘出工作流程图；
(2)调查事故：收集事故案例，进行事故统计，假定给定
系统可能发生的事故；
(3)确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所
调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的
事故作为顶上事件；
(4)调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和
各种因素；
(5)画出事故树：从顶上事件起，逐级找出直接原因事
件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出事故树。
以上几个方面，是事故树分析方法中最重要的几个环节，
通过上述分析，我们能得出造成事故原因的主要因素与次要
因素，从而，为事故调查的最终定性提供理论依据。本文将阐
述应用事故树分析原理对电梯事故产生的原因进行分析，并
将专家系统与其结合的一套电梯事故分析系统框架构成、单
元功能及分析原理。
1．2 系统构成
1．2．1 系统逻辑框图
“基于故障树分析原理的电梯事故调查系统”由专家案
例库管理、故障树维护管理、最小事故神经元管理、事故勘察
管理、智能分析算法管理、调查结论管理以及智能学习及归案
管理模块构成，如图1所示。
最小事故神经故障树维护管
元管理理
案膳例归档鳃．¨艘调壹结论
事故勘察管理
●
收苎日期：2唑￡?譬竺。。。。．。。。．。+，；。。。、。。．。。1．2．2 系统架构及工作平台
荔烹皇怒裂耋篡皇喜量羹磐鬈籍誓篡耋誊雪霎i!毒i黧磐目⋯‘≥装王箨军善i-I：i：二专∥uuNⅣuN。x操作系统作为第(2014QK261)电梯事故调查计算机辅助决策支持系统研究尔分L上TF干口w1州uuw洲u⋯、～uluA睬仟尔习ofF刿弗
●o，毒 T●●+ I，lIlI
万方数据
《自动化与仪器仪表》2016年第11期(总第205期)
一层；由sQL sERVER／ORAcLE数据库系统作为系统的第二
层，“基于故障树分析原理的电梯事故调查系统”为工作平台
的第三层(应用层)构成(见图2所示)。
基于故障树分析的
电悌事故调壹系统
数耀库系统sQL SERVER／o ra(Ie
摄作系统WINDoWS，HUN×／UNI×
图二系统工作平台
1．2．3系统主要功能
基于故障树分析的电梯事故调查系统，专家案例库维护、
事故树创建和最小事故神经元管理是分析电梯事故准确性的
核心模块，专家案例库存储和案例越多、事故树创建粒度越
小、最小事故神经元的权重越精确，其电梯事故分析结果越接
近真实的事故原因，因此上述三个模块是“基于故障树分析
原理的电梯事故调查系统”核心模块，应进行独立维护和
处理。
(1)事故树创建及维护管理；
(2)最小事故神经元关联及权重管理；
(3)专家案例库维护管理；
(4)电梯事故勘察管理；
(5)智能学习及递归接近算法功能；
(6)事故调查结果验证管理；
(7)案例自动归档入库管理。
2 系统功能描述
2．1故障树维护管理
故障树维护是由顶上事件开始，逐层展开直到找到可以
诱发电梯安全事故的事故神经元。在本系统中我们以设备不
安全状态、人的不规范行为和电梯安全管理不到位三大类顶
上事件为故障树的起点，按其相应的逻辑逐层对故障树进行
维护，如图3所示。
图3故障树维护
2．2最小事故神经元管理
最小事故神经元即为诱发电梯事故的最小诱因单元，可
能是电梯设备中的最小零部件或也可能是人员的不规范行为
(如电梯维护时未将检修开关置于有效状态)，电梯事故可能
由一个或多个最小故障神经元诱发，而诱发电梯事故的关键
诱因为直接诱因，其诱引电梯事故的权重比值较大，而部分诱
因为间接诱因，诱发电梯事故的权重比值较小。这样可建立
电梯事故与最小事故神经元的关联性和权重比值的属性，其
属性将作为电梯事故定量分析重要指标。
2．3专家案例库管理
收集的大量电梯事故案例，以专家分析的事故类型结论
起点，采用故障树分析方法逐层进行分析，得出诱发电梯事故
的最小事故神经元，并将其归档在专家案例库中，为电梯事故
智能分析提供依据。
2．4事故勘察管理
当电梯发生安全事故后，按特种设备事故调查处理导则
要求，首先对电梯生产、使用、检验、维护以及安全管理制度进
行核查；然后对当事人或报案人进行现场情况直询，了解电梯
事故发生的经过情况；其次对电梯事故进行现场勘察，得出电
梯事故类型、事故现象、勘察要素等信息。
2．5智能分析算法管理
将电梯事故类型、事故现象、现场勘察要素等信息输入系
统，由系统进行电梯事故智能分析。其智能分析算法采用
RPROP的BP神经网络算法。
人工神经网络(artificial neuml networks，ANN)系统是20
世纪40年代后出现的，它是由众多的神经元可调的连接权值
连接而成，具有大规模并行处理、分布式信息存储、良好的自
主学习能力等特点。BP(Back Propagation，简称BP网络)算
法是一种有监督式的学习算法，其主要思想是：输入学习样
本，使用反向传播算法对故障树节点的权值和偏差进行反复
的调整训练，使输出的结果与期望向量尽可能地接近，当网络
输出层的误差平方和小于指定的误差时训练完成，保存网络
的权值和偏差，如图4所示。
t
给定事故类型及关联神经元权重误差初值
蔓
}求关联神经元权盖期望输出和实际输出偏差E
最大学习训练次数
。l
计算故障树中关联神经元误差
t
求关联神经元误差梯度
J
关联神经元权重学习
关i*神经元权重修正
图4智能学习算法流程图
根据特种设备事故处理导则要求，电梯事故勘察应管理、
人员、技术等方面进行调查或事故勘察，事故调查和现场勘察
完成后，将事故类型及勘察要素输入系统，将勘察要素关键属
性当成接近算法的一个维度，获取专家案例库中含有关键属
性的所有事故神经元集合，然后递归算法查找与实际诱发电
梯事故的最小事故神经元最大权值对应案例；如此类推得到
·173．
万方数据
基于故障树分析原理的电梯事故分析与专家系统研究张东平，等
多个最小事故神经元的最大权值的案例，如图5所示。
图5递归趋近算法流程图
2．6调查结论管理
基于事故树分析法得出的电梯事故调查结论，是基于智
能学习算法和事故树递归趋近算法得出的结论，其专家案例
库中电梯事故案例调查结论和递归趋近算法差异可能导致电
梯事故调查结论的偏差，因此应对电梯事故调查结论进行技
术检验和试验论证，有时需要模拟电梯事故试验，重现电梯事
故过程，验证事故结论的合理性和准确性。
2．7案例归档入库管理
电梯事故调查完成后，应将电梯事故类型、事故诱因、事
故神经元、事故与神经元的关联等属性值写入事故案例(专
家知识库)库，作为后续电梯事故分析评判的参考，使后续的
电梯分析能更接近真实的结论。
3 案例分析
某电梯冲顶造成2名乘客受伤的安全事故，由xxx特种
设备检验院组织技术人员对其事故进行技术鉴定。其鉴定情
况如下：
3．1 鉴定小组成员听取了当事人的描述且进行了调查笔录
调查笔录如下：伤者两人于上午7：45左右从18楼进入
轿厢，电梯关门向下运行后感觉电梯有抖动和异响，然后电梯
在17楼开门，轿厢未平层，突然电梯轿厢向上高速行驶直至
冲到机房楼板，轿厢吊顶掉落造成两人受伤的安全事故，11：
00左右经消防人员在33楼上部的夹层打洞将人员救出，送
进xxx医院医治。
3．2鉴定小组成员采用本系统对电梯事故进行专家案例
分析
根据技术鉴定小组与当事人的交流和问询，结合现场轿
厢的位置，初步判断本事故属于冲顶撞击类事故，由此将制动
器、电梯对重和安全回路作为事故的勘察要素输入本系统，系
统使用故障树顶层事故，反向传播算法和递归接近算法的智
能，对故障树节点的权值和偏差进行反复的调整训练，使输出
的结果与期望向量尽可能地接近通过与专家案例库的得出多
条分析结论：
(1)电梯对重及平衡系数不满足要求；
·174·
(2)电梯制动器故障；
(3)电梯安全回路故障；
(4)电梯控制系统电气故障；
(5)上极限开关失效。
3．3事故现场勘察确认
技术鉴定小组成员根据上述分析结论，对事故电梯的制
动器、对重等部位进行检查(制动器、制动弹簧、安全钳、对
重、平衡链)、电气部分(变频器故障代码、运行接触器)、安全
回路及安全保护装置(限速器上、下行极限开关)、上行超速
保护装置、轿厢等关键属性进行了现在勘察、检澳0及试验。发
现制动器和制动弹簧有明显的调整痕迹，且运行接触器两个
副触点断裂导致封星功能失效。
3．4系统分析结论
系统分析结论与现场检查结果基本吻合，在对重量大于
轿厢重量情况下(平衡系数不符合规范要求)，导致电梯轿厢
在停止的情况下向上溜车，由于封星功能失效不能控制电梯
向上溜车的速度(电气失效)，并且由于制动器失效导致上行
轿厢不能制动停止(制动故障)，轿厢快速冲顶。
3．5完善专家案例库
将系统案例存储于专家案例库中，同时根据系统分析和
现场勘察结论得出制动器失效、平衡系数不符合要求，电气故
障是导致本次事故的原因，因此修改专家案例库的冲顶撞击
类事故中制动器失效、平衡系数，电气故障的权重值，以便于
后续电梯事故的分析和准确可靠。
通过上述案例与多名从事电梯检验的专家、工程师进行
讨论及沟通，专家和工程师一致认为本软件系统调查分析电
梯事故的原因符合逻辑，具有较高的准确性。
4 结束语
电梯安全运行涉及广大民众，电梯事故的责任认定更是
涉及电梯生产单位、电梯维保单位、电梯使用单位及事故受害
人等行政处罚和经济利益敏感问题。在我国电梯事故调查方
法讨论较多，便缺少真实能利用计算机技术实现电梯事故调
查的软件和工具。本系统主要从如何保证电梯事故调查过程
的合法性、调查取证过程的科学性，调查结论的正确性，如何
界定电梯事故人的不安全行为、设备的不安全状态以及电梯
制度的不规范管理，实现正确的分析事故原因，达到客观公正
的明确责任，为事故最终结案提供技术支撑。
参考文献
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万方数据

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