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，單獨引出關鍵元器件，從故障樹事件層間引出關鍵節點，經實際應用證明，該方法提高了某型航空電子裝備故障診斷的速度和精度。

關鍵詞：MCU單元；故障診斷；輸入輸出型故障樹；關鍵節點

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

引言

隨著我軍裝備更新換代，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雜系統。雖然系統整體可靠性比以前分立式電路組成的系統更高，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，這已經成為影響系統整體可靠性繼續提升的關鍵因素，同時外圍電路也是故障多發點。據相關數據統計表明，外圍電路故障約占裝備總故障數的95%。目前在該型裝備維修過程中，技術人員應用故障樹模型進行故障診斷。

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可靠性和安全性的方法。使用該方法不但可以進行故障分析，還可以計算、分析單元可靠度對系統的影響。以便設計人員查找薄弱環節并采取改進措施，優化系統設計[1]。

近年來，技術人員開始研究如何利用故障樹模型搜索故障源。基于故障樹模型的故障診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化，對系統進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。為了完成特定任務需要建立相應的故障樹模型，首先對系統進行劃分，一般有兩種常用的方法：按功能模塊劃分和按照結構特征劃分。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，發射電路故障是最不希望發生的，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單元為核心的系統具有相似性，組成結構上一般可劃分為MCU單元、輸入輸出電路和最小系統電路，并且MCU單元完成了系統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建立故障樹模型。

圖2體現了兩重邏輯關系：故障傳播的層次和父子節點間的因果關系，診斷對象結構、功能和行為的因果關系。深入的說，從任意一個子節點到對應的父節點組成一條正向因果鏈，從任意底事件節點到頂事件節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進行可靠性分析[2]。本文主要應用這種輸入輸出型故障樹進行故障診斷。

3 關鍵節點檢測方法

如果需要考慮系統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，不但整體規模異常龐大，而且底層元器件復雜多樣，將會對技術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，這樣可以大大縮小系統故障樹的規模，還可以滿足一般系統對故障診斷精度的要求，便于對系統進行故障診斷和可靠性分析[3]。故障樹的復雜度和故障診斷精度是對立統一的，在確保系統故障診斷精度的前提下，可以合理調整系統故障樹的規模。

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

4 故障診斷方法

利用故障樹進行故障診斷的先決條件是選擇頂事件或者明顯的故障節點作為切入點。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生多樣性故障，使系統產生故障報警。遇到較大規模的系統時，技術人員難以有效地分析處理大量的故障報警和查詢系統故障，各種組合報警狀態使得故障遍歷更加困難。經驗豐富的技術人員可以根據系統各部分不同的故障報警和故障表現判斷系統故障，但是這種判斷方法過于依賴技術人員的經驗，理論指導性不強。因此，測試較大規模系統的故障位置必須進行嚴密的邏輯推理，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生故障時，這種推理方法需要進行二次搜尋，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勢在于系統同時發生大量故障時，故障搜尋次數也只要兩次。

5 結束語

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驗基礎和定量模型進行故障診斷兩者的優點。利用輸入輸出型故障樹在故障診斷方面的優勢，可以比較容易地對以MCU單元為核心的系統進行故障診斷，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廣泛應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，產生了一定的經濟價值和軍事價值。

參考文獻：

[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故障診斷中的應用[J].中國測試技術，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用[J].現代電子技術，2012，35（8）：104-106.

[3]黃文虎，夏松波，劉瑞巖.設備故障診斷原理、技術及應用[M].北京：科學出版社，1996.

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