基于故障樹分析法的某型航空電子裝備故障診斷方法研究

趙鋒+景建方

摘 要：為了解決以微機芯片單元為核心的系統(tǒng)故障診斷問題，文章提出了基于輸入輸出型故障樹的故障診斷方法。按照功能模塊劃分系統(tǒng)，單獨引出關(guān)鍵元器件，從故障樹事件層間引出關(guān)鍵節(jié)點，經(jīng)實際應(yīng)用證明，該方法提高了某型航空電子裝備故障診斷的速度和精度。

關(guān)鍵詞：MCU單元；故障診斷；輸入輸出型故障樹；關(guān)鍵節(jié)點

中圖分類號：V241 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0096-02

引言

隨著我軍裝備更新?lián)Q代，裝備的智能化、集成化程度越來越高，故障診斷的難度卻沒有降低。以某型航空電子裝備故障診斷為例，該型裝備是以微機芯片為控制核心的復(fù)雜系統(tǒng)。雖然系統(tǒng)整體可靠性比以前分立式電路組成的系統(tǒng)更高，但是微機芯片外圍電路的可靠性與微機芯片相比仍有差距，這已經(jīng)成為影響系統(tǒng)整體可靠性繼續(xù)提升的關(guān)鍵因素，同時外圍電路也是故障多發(fā)點。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，外圍電路故障約占裝備總故障數(shù)的95%。目前在該型裝備維修過程中，技術(shù)人員應(yīng)用故障樹模型進(jìn)行故障診斷。

1 基于故障樹模型的故障診斷概述

故障樹分析法是基于故障樹模型的一種分析系統(tǒng)可靠性和安全性的方法。使用該方法不但可以進(jìn)行故障分析，還可以計算、分析單元可靠度對系統(tǒng)的影響。以便設(shè)計人員查找薄弱環(huán)節(jié)并采取改進(jìn)措施，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計[1]。

近年來，技術(shù)人員開始研究如何利用故障樹模型搜索故障源?；诠收蠘淠Ｐ偷墓收显\斷就是將故障原因自上而下逐層分解，從整體到局部逐步細(xì)化，對系統(tǒng)進(jìn)行故障分析和可靠性評價的方法。它可以清楚地分析故障的產(chǎn)生以及傳播過程，為裝備故障定位提供了一種有效的方法。圖1為某型航空電子裝備發(fā)射電路部分原理圖。MCU單元（以微機芯片為核心組成的運算和控制電路）處理輸入輸出信號之間的關(guān)系，是整個電路的控制核心。

2 建立故障樹模型

不同的故障樹模型表征不同的系統(tǒng)特征，其中有的適合故障診斷，有的適合可靠性分析。為了完成特定任務(wù)需要建立相應(yīng)的故障樹模型，首先對系統(tǒng)進(jìn)行劃分，一般有兩種常用的方法：按功能模塊劃分和按照結(jié)構(gòu)特征劃分。下面開始按照故障樹分析法建立圖1所示電路的故障樹模型，發(fā)射電路故障是最不希望發(fā)生的，我們將其選取為頂事件，將劃分好的輸入輸出功能模塊選取為底事件。將頂事件從上到下分割為輸入故障、輸出故障和MCU單元內(nèi)部故障三個中間事件，再將中間事件分割為各個底事件，故障樹模型如圖2所示，我們將其定義為輸入輸出型故障樹。以MCU單元為核心的系統(tǒng)具有相似性，組成結(jié)構(gòu)上一般可劃分為MCU單元、輸入輸出電路和最小系統(tǒng)電路，并且MCU單元完成了系統(tǒng)的大部分運算和控制。按照這樣的故障樹建立方法可以對類似系統(tǒng)建立故障樹模型。

圖2體現(xiàn)了兩重邏輯關(guān)系：故障傳播的層次和父子節(jié)點間的因果關(guān)系，診斷對象結(jié)構(gòu)、功能和行為的因果關(guān)系。深入的說，從任意一個子節(jié)點到對應(yīng)的父節(jié)點組成一條正向因果鏈，從任意底事件節(jié)點到頂事件節(jié)點組成一條完整正向因果鏈。底事件的簡單組合形成了這型故障樹的最小割集。因此當(dāng)故障樹建立之后，如果各個底事件的故障概率已知，就可以用故障樹分析法對整個系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析[2]。本文主要應(yīng)用這種輸入輸出型故障樹進(jìn)行故障診斷。

3 關(guān)鍵節(jié)點檢測方法

如果需要考慮系統(tǒng)每一個元器件的影響，底事件須選取組成電路的各個基本元器件故障，按照上述故障樹建立方法將建立一個龐雜的故障樹。理論上不但可以對系統(tǒng)可靠性做定性分析，還可以做定量分析。但是這樣建立起來的故障樹，不但整體規(guī)模異常龐大，而且底層元器件復(fù)雜多樣，將會對技術(shù)人員和計算機程序造成很大的困擾。因此，我們一般按照功能模塊劃分系統(tǒng)，這樣可以大大縮小系統(tǒng)故障樹的規(guī)模，還可以滿足一般系統(tǒng)對故障診斷精度的要求，便于對系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和可靠性分析[3]。故障樹的復(fù)雜度和故障診斷精度是對立統(tǒng)一的，在確保系統(tǒng)故障診斷精度的前提下，可以合理調(diào)整系統(tǒng)故障樹的規(guī)模。

如果采用黑箱問題的研究思路，把待故障診斷的系統(tǒng)看成一個黑箱，就可以把黑箱問題的模式識別方法引進(jìn)來。為了提高模式識別效率和準(zhǔn)確度，需要從黑箱內(nèi)部引出若干重要檢測點。我們從系統(tǒng)內(nèi)部引出功能模塊和關(guān)鍵元器件的檢測點作為關(guān)鍵節(jié)點，如圖3所示。這種按照功能模塊劃分系統(tǒng)，引進(jìn)關(guān)鍵元器件的選取方法，不但可以縮小龐雜的故障樹，還把關(guān)鍵元器件納入進(jìn)來，大大提高了故障診斷效能。

4 故障診斷方法

利用故障樹進(jìn)行故障診斷的先決條件是選擇頂事件或者明顯的故障節(jié)點作為切入點。如果MCU單元不能有效地容錯控制輸入分支故障，就會擾亂輸出分支使其產(chǎn)生多樣性故障，使系統(tǒng)產(chǎn)生故障報警。遇到較大規(guī)模的系統(tǒng)時，技術(shù)人員難以有效地分析處理大量的故障報警和查詢系統(tǒng)故障，各種組合報警狀態(tài)使得故障遍歷更加困難。經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員可以根據(jù)系統(tǒng)各部分不同的故障報警和故障表現(xiàn)判斷系統(tǒng)故障，但是這種判斷方法過于依賴技術(shù)人員的經(jīng)驗，理論指導(dǎo)性不強。因此，測試較大規(guī)模系統(tǒng)的故障位置必須進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理，圖4所示的輸入輸出型的故障樹就是一種合適的邏輯推理方法。

搜尋單一故障時，首先判斷輸入分支是否有故障，如果輸入分支有故障，就按照故障樹的輸入分支層次由上到下遍歷故障，直至找到故障底事件。如果輸入分支沒有故障，就按照同樣的推理方法遍歷輸出分支故障，直至找到故障底事件。在搜尋多故障，即輸入輸出分支同時發(fā)生故障時，這種推理方法需要進(jìn)行二次搜尋，先確定并糾正輸入分支故障后，再確定輸出分支故障。這種推理方法的一個優(yōu)勢在于系統(tǒng)同時發(fā)生大量故障時，故障搜尋次數(shù)也只要兩次。

5 結(jié)束語

航空電子裝備的故障診斷方法有很多種，基于故障樹模型的故障診斷方法具備基于經(jīng)驗基礎(chǔ)和定量模型進(jìn)行故障診斷兩者的優(yōu)點。利用輸入輸出型故障樹在故障診斷方面的優(yōu)勢，可以比較容易地對以MCU單元為核心的系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，既保證了故障診斷精度，又簡化了故障搜尋過程。這種邏輯推理方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于某型航空電子裝備故障診斷和定位過程中，并且取得了良好的實際效果，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟價值和軍事價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓兆福，葛銀茂，程江濤，等.故障樹分析法在某型飛機火控系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用[J].中國測試技術(shù)，2006，32（3）：39-41.

[2]朱芳儀.故障樹分析法在工控故障診斷中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（8）：104-106.

[3]黃文虎，夏松波，劉瑞巖.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1996.

[4]于卓.船舶主機系統(tǒng)故障診斷中故障樹分析法的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（03）：156.endprint