部隊故障樹在艦船通信裝備故障診斷中的應(yīng)用研究＊

李曉瑾 李忠猛

（1.海軍91551部隊自動化站 九江 332005）（2.海軍工程大學(xué)訓(xùn)練部 武漢 430033）

1 引言

隨著我國海上領(lǐng)土及權(quán)益沖突的不斷爆發(fā)，海戰(zhàn)場環(huán)境日益復(fù)雜，艦船的作用也日益凸顯。為有效維護我海上領(lǐng)土完整、保護海上戰(zhàn)略通道及相關(guān)利益，要求我艦艇部隊提供強有力的軍事后盾。對于戰(zhàn)場態(tài)勢透明化程度要求越來越高的海上戰(zhàn)場，艦船通信裝備承擔(dān)的使命任務(wù)也愈發(fā)繁重，給艦船通信裝備的技術(shù)保障帶來了巨大的挑戰(zhàn)和壓力。

目前，如何對通信裝備進行快速檢測并實現(xiàn)故障診斷定位是軍用通信裝備維修保障工作中仍然有待解決的一個難題［1］。盡管已經(jīng)出現(xiàn)了多種軍用通信裝備故障檢測診斷設(shè)備，但大多操作復(fù)雜，不適合海戰(zhàn)場和機動檢測，影響了通信裝備作戰(zhàn)效能的充分發(fā)揮。為了保障艦艇通信裝備有效完成新形勢所賦予的歷史使命，提高戰(zhàn)場保障水平，有必要針對裝備特點，研究可操作性強的裝備故障診斷及排除方法。

2 故障樹的適用性分析

故障樹診斷方法是一種將系統(tǒng)故障形成的原因，由總體到部件按樹枝狀逐級細化的分析方法。基于故障的層次特性，其故障成因和后果的關(guān)系往往具有很多層次，并形成一連串的因果鏈，加之一因多果或一果多因的情況就構(gòu)成了故障樹［2］。

故障樹是一種體現(xiàn)故障傳播關(guān)系的有向圖，它反映了系統(tǒng)故障（頂事件）與導(dǎo)致系統(tǒng)故障的諸因素（中間事件和底事件）之間的邏輯關(guān)系，因此是分析故障關(guān)系、查找系統(tǒng)故障單元的一種有效手段［3］。

對于艦艇通信裝備而言，由于普遍實現(xiàn)了模塊化及可測性設(shè)計，具有集成度高、功能強、操作復(fù)雜、維修空間有限及可更換模塊數(shù)量適中等特點，因此，非常適合采用故障樹技術(shù)進行故障診斷及排除。

3 故障樹的構(gòu)建

3.1 確定頂事件

所謂頂事件，就是系統(tǒng)最不希望發(fā)生的一種故障狀態(tài)，通常被作為辨識、估計系統(tǒng)發(fā)生故障的一種目標(biāo)。確定頂事件的基本原則就是要直觀，便于操作、維護人員及時發(fā)現(xiàn)故障。

新型艦船通信裝備普遍采用了可測性設(shè)計，設(shè)置了諸多用于觀察、測試的指示燈、顯示屏及儀表等，為合理設(shè)置故障頂事件提供了便利。通常，根據(jù)裝備實際特點，可以結(jié)合“看”、“聽”、“聞”、“摸”等感官方式確定頂事件。

1）看現(xiàn)象

現(xiàn)在的裝備在研制期間基本都考慮、采用了可測性設(shè)計。根據(jù)裝備特點，選取信號通路、控制電路及電源的重要測試點，并將其工作狀態(tài)或相關(guān)信息通過裝備面板上的指示燈、顯示屏、儀表等形式直觀表現(xiàn)出來。

眼睛是人們獲取信息的首要渠道。用戶對裝備工作狀態(tài)的判斷，往往都是首先通過視覺觀察來完成的。因此，依據(jù)裝備面板上指示燈、顯示屏、儀表的顯示內(nèi)容或狀態(tài)確定故障樹頂事件具有合理性，并將在整個故障頂事件集合中占據(jù)主體地位。

2）聽聲音

電子設(shè)備或機械設(shè)備加電工作時都會或多或少地產(chǎn)生各種聲音，如機械震動、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動、繼電器動作、接收機背景噪聲以及人為設(shè)計的報警聲等。通常，這些聲音會有其各自特點或規(guī)律性，如聲音的大小、有無、持續(xù)時間、間隔時間、音調(diào)等，都能夠在一定程度上反應(yīng)裝備當(dāng)前的運行狀態(tài)，使得通過“聽”來判斷裝備狀態(tài)具有較好的可行性。特別是對于大功率設(shè)備而言，往往都伴有大功率繼電器、風(fēng)機等，相對降低了“聽”的難度。因此，可以根據(jù)聽到的聲音來判斷裝備工作狀態(tài)，并相應(yīng)設(shè)置故障樹的頂事件。

3）聞氣味

電子部件加電工作時難免會產(chǎn)生一些氣味，特別是當(dāng)發(fā)生短路、擊穿等異常情況或故障時，往往會使得元器件損壞，并散發(fā)出各種較為強烈的氣味。部分情況下，這類故障也會導(dǎo)致明顯的故障現(xiàn)象，如燒黑現(xiàn)象等。但是，這類故障現(xiàn)象通常出現(xiàn)在裝備內(nèi)容的板件上，不打開機箱難以觀察到。一旦出現(xiàn)這種情況，往往意味著發(fā)生了較為嚴重的故障，應(yīng)立即斷電檢查。因此，可以將聞到異常氣味的事件作為故障樹的頂事件。

4）摸線索

隨著新技術(shù)的應(yīng)用及通信裝備的升級換代，裝備的功能越來越強大，但同時也越來越復(fù)雜。借助看、聽、聞等手段查找的故障時，可以考慮通過“感觸”來判斷裝備工作狀態(tài)。如，當(dāng)由于裝備長時間連續(xù)工作或散熱不佳、存在故障等原因?qū)е虏糠植考p壞或自動保護啟動時，可以通過直接接觸或接近感覺器件表面工作溫度來判斷裝備工作狀態(tài)是否正常。此類操作通常必須在斷電情況下才能進行，以保證人員及設(shè)備安全。通過建立故障樹進行裝備故障診斷時，可以考慮將此類現(xiàn)象作為故障樹的一種頂事件。

3.2 劃分底事件

底事件通常是指在故障樹診斷過程中，不能再展開或毋需再深究的最基本的故障事件或解決措施。根據(jù)艦艇通信裝備形體小、集成度高且多采用模塊化設(shè)計等特點，可將底事件分為軟故障及硬故障兩大類。軟故障主要是指由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、操作不正確等原因?qū)е卵b備工作不正常的現(xiàn)象。軟故障的排除通常只需重新進行正確的參數(shù)設(shè)置及操作即可。因此，軟故障類的故障底事件主要是以參數(shù)設(shè)置及檢查操作為主。

硬故障主要包括保險絲斷路、連接線及接插件等導(dǎo)致的通路故障、板件故障等類型故障。對于硬故障而言，在有隨機備件且維修實時性要求較高的情況下，通常是以連接通路的檢查和部件、板件的更換為主。有條件的情況下，再對更換下來的部件及板件進行勘用性分析及修復(fù)處理。因此，硬故障類的故障底事件主要是以連接通路的檢查和部件、板件的更換為主。

3.3 建立診斷流程

建立故障樹的過程，就是一個從故障頂事件導(dǎo)出底事件的過程，同時也是對裝備進行故障診斷及排除的過程。在診斷過程中，故障樹很好地體現(xiàn)了系統(tǒng)與單元之間的故障因果關(guān)系，即關(guān)于系統(tǒng)故障與單元故障原因之間的邏輯數(shù)學(xué)關(guān)系［4］。

故障樹分析包括定性分析和定量分析。定性分析中使用最小割集算法和最小路集算法找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，即分析系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)某種最不希望的故障時間的各種可能性；定量分析的主要目的是求頂事件發(fā)生的特征量（如可靠度、重要度、故障率、累計故障概率、首次故障時間等）和底事件的重要度［2］。

當(dāng)前工程實踐中，故障樹的定性分析比其定量計算更具有實用性，特別是考慮到數(shù)據(jù)不全、不準，人為因素難以定量時尤其如此。

4 故障樹的應(yīng)用

熟悉裝備基本原理及操作，能夠通過“看”、“聽”、“聞”、“摸”等手段全面掌握裝備正常工作及技術(shù)狀態(tài)，及時、準確發(fā)現(xiàn)故障頂事件，是利用故障樹進行裝備故障診斷及排除的前提。同時，由于基礎(chǔ)條件、檢測時間要求、費用消耗及檢測完整度要求的不同，用戶可根據(jù)自身經(jīng)驗、技術(shù)水平進行不同的故障診斷及排除操作。

4.1 流程檢測法

流程檢測法是指嚴格從故障頂事件出發(fā)，按照故障樹的要求依次進行檢測或判斷，并根據(jù)檢測或判斷結(jié)果逐步推理，直至達到故障底事件，實現(xiàn)故障診斷及排除的一種方法。流程檢測法可以達到較高的檢測完整度，但是對人員技術(shù)水平、基礎(chǔ)條件的要求均較高，相應(yīng)也會花費較長的檢測時間。

4.2 替換法

替換法是指從故障頂事件出發(fā)，依據(jù)該頂事件對應(yīng)故障樹中底事件操作的難易程度，同時結(jié)合一定的經(jīng)驗，跳過故障樹的中間事件，直接進行與底事件相應(yīng)的檢測或判斷，實現(xiàn)故障診斷及排除的一種方法。替換法適合操作人員，對備品備件的要求較高。當(dāng)故障樹的規(guī)模較大時，采用替換法的檢測時間具有較大的偶然性，并且可能會導(dǎo)致許多不必要的操作，甚至增加人為故障的風(fēng)險。

4.3 經(jīng)驗法

經(jīng)驗法是指從故障頂事件出發(fā)，主要根據(jù)操作者的實際排故經(jīng)驗，同時參考故障樹的流程，直接進行針對性的檢測或判斷，實現(xiàn)故障診斷及排除的一種方法。經(jīng)驗法的檢測時間通常都較短，但是對操作人員技術(shù)水平及排故經(jīng)驗的要求都很高，同時難以保證故障檢測的完整度。

4.4 對比

上述三種基于故障樹的排故方法各有特點，表1是從檢測時間、適用人群等方面對三種排故方法進行的對比。

表1 不同的故障樹應(yīng)用方法對比

5 結(jié)語

通信裝備規(guī)模適中、普遍采用模塊化及可測性設(shè)計的特點，非常適合采用故障樹分析法進行故障診斷與排除，對提高裝備可信性具有十分積極的作用及意義。在故障樹的建立過程中，應(yīng)結(jié)合裝備特點合理確定頂事件并劃分底事件，并結(jié)合信號流程、控制電路及電源供應(yīng)綜合建立診斷流程，提高檢測方法及流程的可操作性。應(yīng)用故障樹進行通信裝備故障診斷及排除時，不同的檢測環(huán)境有著不同的最優(yōu)解，實際操作時根據(jù)應(yīng)用人員技術(shù)水平并結(jié)合備品備件條件及排故要求等因素，可分別采用流程檢測法、替換法或經(jīng)驗法。

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