楊虹 周立軍

（1.91576部隊(duì)寧波315021）（2.海軍航空大學(xué)煙臺(tái)264001）

故障樹(shù)分析法在深彈維護(hù)保養(yǎng)中的應(yīng)用

楊虹1周立軍2

（1.91576部隊(duì)寧波315021）（2.海軍航空大學(xué)煙臺(tái)264001）

采用故障樹(shù)分析法對(duì)深彈維護(hù)保養(yǎng)工作進(jìn)行指導(dǎo)，將自導(dǎo)系統(tǒng)故障的各種原因，由總體至部分，按樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，自上而下逐層細(xì)化，明確了系統(tǒng)失效的各種原因，有助于維護(hù)人員全面了解系統(tǒng)的各種故障，能夠提高裝備故障分析的全面性、準(zhǔn)確性，提高了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。

深彈；故障樹(shù)分析法；維護(hù)保養(yǎng)；結(jié)構(gòu)重要度

Class NumberO231

1 引言

航空反潛自導(dǎo)深彈，用于摧毀水面、潛望鏡狀態(tài)和潛深在600m以?xún)?nèi)的潛艇［1］。某型自導(dǎo)深彈在國(guó)內(nèi)是首次裝備，該型深彈是無(wú)動(dòng)力自導(dǎo)深彈，其工作原理和方式都不同于普通的航空深彈，借助故障樹(shù)分析法對(duì)該型自導(dǎo)深彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析和定量分析，在日常維護(hù)保養(yǎng)工作中能夠起到事半功倍的效果。

2 故障樹(shù)分析法簡(jiǎn)介

故障樹(shù)［2］是表示系統(tǒng)或特定事件或不希望事件與它的各個(gè)子系統(tǒng)或各個(gè)部件故障事件之間的邏輯結(jié)構(gòu)，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)故障形成原因做出總體至部分按樹(shù)逐漸地細(xì)化劃分。這種方法應(yīng)用到系統(tǒng)中的軟件分析，就叫做軟件故障樹(shù)分析［3］（SFTA）。

故障樹(shù)分析是建立在一種特殊的某個(gè)不希望發(fā)生的事件（即頂端事件TE）基礎(chǔ)上的，用演繹的方法找出它的各種可能的原因事件，直到最基本事件的一種分析方法。

FTA的基本假設(shè)有：

1）事件狀態(tài)為兩態(tài)：工作（W）或失效（F）。

2）各事件之間獨(dú)立。

3）事件之間只有與、或邏輯門(mén)相互聯(lián)系。

故障樹(shù)主要有下列事件項(xiàng)目：

1）底事件：不能再進(jìn)一步展開(kāi)的或無(wú)需再進(jìn)一步展開(kāi)的基本初始故障事件。

2）中間事件：一個(gè)邏輯門(mén)的一個(gè)或多個(gè)輸入事件發(fā)生的故障事件。

3）頂事件：在一次故障樹(shù)分析中，想要分析的最高層的不希望發(fā)生的事件。

故障樹(shù)中事件之間的邏輯關(guān)系是由邏輯門(mén)表示的。故障樹(shù)中常用的邏輯門(mén)是“與門(mén)”和“或門(mén)”。

故障樹(shù)建立的步驟和方法［4］：

1）確定頂事件，根據(jù)分析的目的和故障的判據(jù)確定出分析的頂事件。

2）將頂事件寫(xiě)在頂部矩形框內(nèi)，將引起故障的全部必要充分的直接原因（軟、硬件故障、環(huán)境因素、人為因素等）置于相應(yīng)的原因事件符號(hào)中畫(huà)出第二排，再根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)中它們的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T(mén)聯(lián)接頂事件和這些直接原因事件。遵循建樹(shù)原則，逐級(jí)向下發(fā)展，直到所有最低一排原因事件都是底事件為止。

3）對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，底事件確定為插件、部件級(jí)損壞和操作失誤。

故障樹(shù)定性分析的目的在于尋找導(dǎo)致故障的原因。故障樹(shù)的定性分析通常需要求出故障樹(shù)的最小割集。割集：故障樹(shù)中一些底事件的集合。這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生。最小割集就是保證割集成立的最小底事件的集合。

故障樹(shù)往往包含多個(gè)底事件，各個(gè)底事件在故障樹(shù)中的重要性必然因它們所代表的元件在系統(tǒng)中的位置的不同而不同。底事件的發(fā)生在頂事件的發(fā)生中所作的貢獻(xiàn)可稱(chēng)作結(jié)構(gòu)重要度。結(jié)構(gòu)重要度是指事件在系統(tǒng)中所出位置的重要程度，它與事件本身的事故概率無(wú)關(guān)，僅與該事件在系統(tǒng)中所處的位置有關(guān)［5］?；臼录慕Y(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中I?(i)為第i個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度；Kj為第j個(gè)最小割集；Nj(j∈Kj)為基本事件i所在的最小割集Kj中基本事件的個(gè)數(shù)；xi∈Kj為第i個(gè)基本事件屬于第j個(gè)最小割集。

3 自導(dǎo)深彈概述

自導(dǎo)深彈按其系統(tǒng)工作分為降落傘系統(tǒng)、保險(xiǎn)系統(tǒng)、自導(dǎo)系統(tǒng)等分系統(tǒng)。其中自導(dǎo)系統(tǒng)保證深彈發(fā)現(xiàn)并導(dǎo)向潛艇目標(biāo)，它是深彈中最關(guān)鍵的系統(tǒng)。該型深彈自導(dǎo)系統(tǒng)主被動(dòng)聲聯(lián)合自導(dǎo)系統(tǒng)。主動(dòng)聲自導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，被動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 建造自導(dǎo)深彈故障樹(shù)

根據(jù)自導(dǎo)系統(tǒng)的功能原理圖，可以建造故障樹(shù)，如圖3所示。

其中頂事件：

T：自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障

中間事件：

M1：主動(dòng)聲自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障M2：被動(dòng)自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障

底事件：

A：聲基陣發(fā)生故障

B：收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)不能正常工作C：發(fā)射機(jī)故障

D：信號(hào)處理分機(jī)故障

E：接收機(jī)故障

F：操縱分機(jī)故障

5 定量分析與仿真分析

根據(jù)自導(dǎo)系統(tǒng)的故障樹(shù)，利用布爾代數(shù)法可以求出故障樹(shù)函數(shù)和最小割集。

對(duì)應(yīng)的最小割集為：｛A｝，｛AD｝，｛AE｝，｛AF｝，｛AB｝，｛BD｝，｛BE｝，｛BF｝，｛AC｝，｛CD｝，｛CE｝，｛CF｝，｛D｝，｛DE｝，｛DF｝，｛E｝，｛EF｝，｛F｝共18個(gè)。

根據(jù)式（1）可以計(jì)算出各底事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)為

因此各底事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)順序?yàn)?/p>

I?(A)=I?(D)=I?(E)=I?(F)＞I?(B)=I?(C)

上述排列表明當(dāng)自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，底事件A、D、E、F發(fā)生故障的概率要比底事件B、C大。

在仿真分析中，可以假設(shè)各底事件服從威布爾分布［6］，其中失效分布函數(shù)［7］為

故障密度函數(shù)［8］為

故障率函數(shù)［9］為

上式中，t為時(shí)間，α為尺度參數(shù)，β為形狀參數(shù)。根據(jù)自導(dǎo)深彈的實(shí)際情況，在仿真分析中，取t=1000，α=0，β=1.5。

根據(jù)自導(dǎo)系統(tǒng)的故障樹(shù)，對(duì)自導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析［10］。在仿真分析中，模擬次數(shù)為1000次。仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 中可以看出，自導(dǎo)系統(tǒng)的故障率為P= 1-A=11.42%。在前期的發(fā)射中出現(xiàn)故障的概率較小，而在后期的發(fā)射中出現(xiàn)的故障概率比前期明顯增大。因此，服役時(shí)間長(zhǎng)的自導(dǎo)深彈，其維護(hù)保養(yǎng)工作就應(yīng)該仔細(xì)全面深入。仿真分析的結(jié)果與自導(dǎo)深彈實(shí)際情況接近。

當(dāng)自導(dǎo)深彈的自導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，各底事件發(fā)生故障的概率如表1所示。

表1 各事件發(fā)生概率

在表1中可以看出，底事件E（接收機(jī)故障）發(fā)生的概率最大，底事件A（聲基陣發(fā)生故障）發(fā)生的概率次之，而底事件B（收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)不能正常工作）發(fā)生的概率最小。因此對(duì)于自導(dǎo)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作，重點(diǎn)依次是接收機(jī)，然后是聲基陣，接著是信號(hào)處理分機(jī)，操縱分機(jī)，發(fā)射機(jī)，最后是收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。以上的仿真分析結(jié)果與各底事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)順序大致一致。

6 結(jié)語(yǔ)

采用故障樹(shù)分析法對(duì)自導(dǎo)深彈維護(hù)保養(yǎng)工作進(jìn)行指導(dǎo)，將自導(dǎo)系統(tǒng)故障的各種原因，由總體至部分，按樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，自上而下逐層細(xì)化，明確了系統(tǒng)失效的各種原因，有助于維護(hù)人員全面了解系統(tǒng)的各種故障。實(shí)踐證明，通過(guò)故障樹(shù)分析法能夠提高裝備故障分析的全面性、準(zhǔn)確性，保證了裝備的可用水平，提高了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。

對(duì)照表1，在平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)工作中，只要能抓住重點(diǎn)，自導(dǎo)深彈的維護(hù)保養(yǎng)工作就能事半功倍。以下是幾點(diǎn)措施和建議：

1）自導(dǎo)系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)照表1中的部件順序依次排查故障，能夠快速有效地查出發(fā)生故障的部件。

2）對(duì)于曾經(jīng)發(fā)生過(guò)故障的自導(dǎo)深彈應(yīng)該詳細(xì)登記故障原因和記錄排查過(guò)程，以便下次快速排除故障。

3）在自導(dǎo)系統(tǒng)故障樹(shù)中，沒(méi)有將一些小概率事件的人為事件列出，但是在維護(hù)保養(yǎng)工作中要杜絕人為失誤。

4）自導(dǎo)深彈在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、維護(hù)、操作使用等過(guò)程，都要嚴(yán)格遵循安全規(guī)定。

［1］楊有金.深水炸彈的歷程與發(fā)展［J］.水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù)，2011，19（2）：1-4.

［2］NASA Software Safety Guidebook.NASA-GB-8719.13，2004：315-316.

［3］朱繼洲，故障樹(shù)原理和原理［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1989：2-3.

［4］常健，馬敢干.故障樹(shù)分析法在艦載裝備維修中的應(yīng)用［J］.艦船電子工程，2008（3）：165-166.

［5］王濤，余文力，王效廉.基于故障樹(shù)的某導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部炸藥部件安全性分析［J］.導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2008，295（3）：51-53.

［6］李書(shū)明，董成利，黃燕曉.基于威布爾的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片壽命可靠性評(píng)估［J］.中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，26（4）：14-17.

［7］郭春營(yíng)，姜猛，林源根等.電子器件輻射失效分布函數(shù)選擇及生存概率的計(jì)算與分析［C］//沈陽(yáng)：第十屆全國(guó)抗輻射電子學(xué)與電磁脈沖學(xué)會(huì)年報(bào)，2010：14-17.

［8］鄧昌瑞.基于概率論的密度函數(shù)問(wèn)題分析［J］.宜春學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，35（3）：19-21.

［9］Meek，張皓.以截尾子樣估計(jì)威布爾故障率函數(shù)的子樣容量［J］.杭州電子工業(yè)學(xué)院譯叢，1994（2）：67-72.

［10］庫(kù)明陽(yáng)，郭建英.基于故障樹(shù)的系統(tǒng)可靠性仿真分析［C］//揚(yáng)州：全國(guó)機(jī)械可靠性學(xué)術(shù)交流會(huì)，2006：78-80.

Application of Fault Tree Analysis In Maintenance of Depth Charge

YANG Hong1ZHOU Lijun2
（1.No.91576 Troops of PLA，Ningbo315021）（2.University of Naval Aeronautics，Yantai264001）

The fault tree analysis method is used to guide the maintenance work of deep missile，from whole to part，according to the tree structure top-down layer by layer thinning，clearly the various reasons for the failure of the system，helps people to fully understand the various faults of the system，improve the overall accuracy of equipment failure analysis，enhance the combat effectiveness.

deep missile，fault tree analysis，maintenance，structure importance

O231

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.023

2016年12月10日，

2017年1月30日

楊虹，男，碩士，工程師，研究方向：分布式計(jì)算機(jī)。周立軍，男，碩士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)仿真。