型號故障樹知識獲取與存儲方法

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 耿輝 向菁 李璨 劉巧珍

隨著我國航天型號工程不斷發(fā)展，工程實施中面臨的故障問題越來越復(fù)雜。復(fù)雜型號系統(tǒng)中的各種故障具有高度的關(guān)聯(lián)性，而故障樹是表達(dá)型號故障關(guān)聯(lián)知識的一種有效方法。利用型號故障樹知識不僅可以開展可靠性與安全性分析，還可以進(jìn)行實時或事后的故障診斷推理。因此，做好型號故障樹知識管理，對于促進(jìn)航天型號質(zhì)量管理具有重要意義。

目前，對航天型號故障樹知識獲取與存儲的方式還較為簡單，一般是利用通用的制圖軟件繪制故障樹圖形（知識獲?。?，并將故障樹知識存儲為相應(yīng)的圖形文件（知識存儲）。通過這種方式獲取與存儲的故障樹知識仍表現(xiàn)為某種圖形格式，還沒有真正實現(xiàn)知識內(nèi)容的數(shù)字化，而且這些故障樹知識也缺乏規(guī)范的格式，不利于進(jìn)行統(tǒng)一管理。因此，筆者認(rèn)為需要開發(fā)專用的型號故障樹知識獲取軟件和故障樹知識數(shù)據(jù)庫，以獲取型號各類故障樹知識，并將知識內(nèi)容存儲于通用數(shù)據(jù)庫中，從而形成統(tǒng)一規(guī)范的型號故障樹知識數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)型號故障樹知識的數(shù)字化管理。

一、面臨的主要問題

型號故障樹知識獲取軟件與知識數(shù)據(jù)庫的開發(fā)應(yīng)當(dāng)從型號故障樹知識管理的實際需要出發(fā)，以實現(xiàn)故障樹知識獲取與內(nèi)容存儲，但首先要解決2個關(guān)鍵問題：

一是故障樹知識數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了完整準(zhǔn)確地存儲型號中不同范圍、階段的故障樹知識內(nèi)容，故障樹知識數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能做到通用化、規(guī)范化；同時，為了提高故障樹知識數(shù)據(jù)庫的存取效率，故障樹知識數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還應(yīng)盡可能做到簡單化。

二是故障樹知識獲取軟件模塊的設(shè)計。為了便捷高效地獲取型號的故障樹知識，知識獲取軟件應(yīng)提供圖形化、便利化的故障樹繪制和修改方式，并應(yīng)提供對故障樹的存儲、讀取、瀏覽、規(guī)范化、邏輯檢查、分類管理等功能。做好故障樹知識獲取軟件的模塊設(shè)計，是故障樹知識獲取軟件開發(fā)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

筆者對型號故障樹知識獲取與存儲中面臨的2個關(guān)鍵問題進(jìn)行了梳理分析，提出了解決方法，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了型號故障樹知識獲取原型軟件，為后續(xù)在試點(diǎn)型號上開展故障樹知識管理改進(jìn)活動提供了基礎(chǔ)。

二、故障樹知識數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.故障樹分類結(jié)構(gòu)表

根據(jù)應(yīng)用范圍與階段的不同，航天型號故障樹知識可以按照型號、發(fā)次、分系統(tǒng)、工作階段、流程階段、故障樹的6層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，如圖1所示。

在故障樹知識的分類結(jié)構(gòu)中使用的具體故障樹位于底層位置，因此只要記錄每個底層故障樹在分類結(jié)構(gòu)中所處的位置，也就記錄了整個型號故障樹知識的分類結(jié)構(gòu)。綜上所述，用于記錄型號故障樹知識分類結(jié)構(gòu)的表格見表1。

2.故障樹內(nèi)容表

通過故障樹知識獲取軟件獲取的內(nèi)容包括故障樹中的事件、邏輯門與轉(zhuǎn)移符號等，分別表示不同層次的故障、故障之間的因果關(guān)系、故障樹之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。為了便于存儲，可以利用故障樹知識獲取軟件對初始故障樹進(jìn)行規(guī)范化。只要記錄了規(guī)范化故障樹中的每個事件（包括頂事件、中間事件、基本事件、關(guān)聯(lián)事件）及其屬性（上下層邏輯門、子事件、關(guān)聯(lián)事件的對應(yīng)相同子樹）內(nèi)容，也就記錄了整個規(guī)范化故障樹的內(nèi)容。此外，出于可靠性與安全性分析、故障診斷推理等故障樹知識應(yīng)用的需要，在事件屬性記錄中還應(yīng)包括與事件對應(yīng)的故障代碼、用于檢測事件的測試參數(shù)、事件預(yù)計發(fā)生概率、事件處理方法等知識內(nèi)容。因此，用于記錄故障樹知識內(nèi)容的表格見表2。

圖1 航天型號故障樹知識分類結(jié)構(gòu)圖

三、知識獲取軟件模塊的設(shè)計

通過梳理航天型號故障樹知識獲取工作的具體需求，得出型號故障樹知識獲取軟件的運(yùn)行流程如圖2所示。

型號故障樹知識獲取軟件運(yùn)行流程中主要模塊的功能包括以下幾項：

表1 故障樹分類結(jié)構(gòu)表

表2 故障樹內(nèi)容表

數(shù)據(jù)庫管理模塊用于管理故障樹知識數(shù)據(jù)庫配置，連接故障樹知識數(shù)據(jù)庫，讀取/存儲數(shù)據(jù)庫中的故障樹知識內(nèi)容，以及管理數(shù)據(jù)庫中的故障樹分類結(jié)構(gòu)。

故障樹描述模塊是以圖形化方式繪制新故障樹/修改數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)有故障樹，以及對故障樹內(nèi)容進(jìn)行邏輯檢查，對故障樹進(jìn)行規(guī)范化管理。

故障樹瀏覽模塊是以圖形化方式瀏覽數(shù)據(jù)庫中的現(xiàn)有故障樹內(nèi)容。

日志管理模塊用于記錄與查看軟件的運(yùn)行日志。

按照上述軟件模塊設(shè)計，北京宇航系統(tǒng)工程研究所開發(fā)完成了基于MySQL數(shù)據(jù)庫的專用型號故障樹知識獲取原型軟件，使型號故障樹知識的獲取與存儲實現(xiàn)了數(shù)字化，進(jìn)而推動了故障樹知識的規(guī)范管理，實現(xiàn)了故障樹知識的深入應(yīng)用。