部隊故障樹在艦船通信裝備故障診斷中的應用研究＊

李曉瑾 李忠猛

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

1 引言

隨著我國海上領土及權益沖突的不斷爆發，海戰場環境日益復雜，艦船的作用也日益凸顯。為有效維護我海上領土完整、保護海上戰略通道及相關利益，要求我艦艇部隊提供強有力的軍事后盾。對于戰場態勢透明化程度要求越來越高的海上戰場，艦船通信裝備承擔的使命任務也愈發繁重，給艦船通信裝備的技術保障帶來了巨大的挑戰和壓力。

目前，如何對通信裝備進行快速檢測并實現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］。盡管已經出現了多種軍用通信裝備故障檢測診斷設備，但大多操作復雜，不適合海戰場和機動檢測，影響了通信裝備作戰效能的充分發揮。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成了故障樹［2］。

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

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

3 故障樹的構建

3.1 確定頂事件

所謂頂事件，就是系統最不希望發生的一種故障狀態，通常被作為辨識、估計系統發生故障的一種目標。確定頂事件的基本原則就是要直觀，便于操作、維護人員及時發現故障。

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

1）看現象

現在的裝備在研制期間基本都考慮、采用了可測性設計。根據裝備特點，選取信號通路、控制電路及電源的重要測試點，并將其工作狀態或相關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的判斷，往往都是首先通過視覺觀察來完成的。因此，依據裝備面板上指示燈、顯示屏、儀表的顯示內容或狀態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主體地位。

2）聽聲音

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

3）聞氣味

電子部件加電工作時難免會產生一些氣味，特別是當發生短路、擊穿等異常情況或故障時，往往會使得元器件損壞，并散發出各種較為強烈的氣味。部分情況下，這類故障也會導致明顯的故障現象，如燒黑現象等。但是，這類故障現象通常出現在裝備內容的板件上，不打開機箱難以觀察到。一旦出現這種情況，往往意味著發生了較為嚴重的故障，應立即斷電檢查。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

隨著新技術的應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。如，當由于裝備長時間連續工作或散熱不佳、存在故障等原因導致部分部件損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。根據艦艇通信裝備形體小、集成度高且多采用模塊化設計等特點，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設置不當、操作不正確等原因導致裝備工作不正常的現象。軟故障的排除通常只需重新進行正確的參數設置及操作即可。因此，軟故障類的故障底事件主要是以參數設置及檢查操作為主。

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，故障樹很好地體現了系統與單元之間的故障因果關系，即關于系統故障與單元故障原因之間的邏輯數學關系［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致頂事件發生的所有可能的故障模式，即分析系統或設備出現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，特別是考慮到數據不全、不準，人為因素難以定量時尤其如此。

4 故障樹的應用

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狀態，及時、準確發現故障頂事件，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，用戶可根據自身經驗、技術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，按照故障樹的要求依次進行檢測或判斷，并根據檢測或判斷結果逐步推理，直至達到故障底事件，實現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，但是對人員技術水平、基礎條件的要求均較高，相應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，依據該頂事件對應故障樹中底事件操作的難易程度，同時結合一定的經驗，跳過故障樹的中間事件，直接進行與底事件相應的檢測或判斷，實現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。當故障樹的規模較大時，采用替換法的檢測時間具有較大的偶然性，并且可能會導致許多不必要的操作，甚至增加人為故障的風險。

4.3 經驗法

經驗法是指從故障頂事件出發，主要根據操作者的實際排故經驗，同時參考故障樹的流程，直接進行針對性的檢測或判斷，實現故障診斷及排除的一種方法。經驗法的檢測時間通常都較短，但是對操作人員技術水平及排故經驗的要求都很高，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 不同的故障樹應用方法對比

5 結語

通信裝備規模適中、普遍采用模塊化及可測性設計的特點，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，應結合裝備特點合理確定頂事件并劃分底事件，并結合信號流程、控制電路及電源供應綜合建立診斷流程，提高檢測方法及流程的可操作性。應用故障樹進行通信裝備故障診斷及排除時，不同的檢測環境有著不同的最優解，實際操作時根據應用人員技術水平并結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、替換法或經驗法。

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