模糊故障樹分析法在某航空發動機中的應用

黨軍強

摘 要：針對傳統故障樹難以確定基本事件發生概率這一現狀，通過引入模糊集概念，用三角模糊數來描述底事件的發生概率。將傳統故障樹中基本事件的發生概率模糊化，對所建立的故障樹進行定量計算分析，得到航空發動機頂事件發生的模糊概率。然后計算各基本事件在不同截集下的概率重要度并進行排序，得到發生概率較高的底事件。案例分析結果表明，該方法對航空發動機的故障診斷及系統的可靠性有積極的推動作用。

關鍵詞： 模糊故障樹;航空發動機;概率重要度;可靠性

0 前言

由于在其全壽命周期的前期，無法獲得大量的實驗數據及現場數據，系統單元失效還有一些主觀的人為因素，如操作失誤、設計經驗等因素[1]。所以，引入模糊理論不僅具有重要的理論意義，也是實際操作與實驗的迫切需要。

考慮到航空發動機復雜苛刻的工作環境，人為因素造成的影響難以用具體的數據來表示，故運用三角模糊數來給出基本事件概率的可能性分布，實現故障概率的模糊化。依據故障樹對發動機在生產、使用中常見的故障，從現象到原因、排障方法進行分析，總結出發動機故障特性和診斷方法。

模糊故障樹分析中既有用模糊數表示的事件，又有用概率值表示的事件，如何用模糊數表示事件的概率并進行運算，成為此方法的關鍵問題[2]。本文的解決思路是通過非模糊化的方法將模糊數轉化為確定量，用傳統故障樹分析法進行定量分析。

1模糊故障樹分析法

故障樹分析法就是把最不希望發生的故障作為分析目標，通過邏輯演繹找出可能造成系統失效的各種因素，用符號和邏輯門把頂事件、中間事件、底事件連接成倒狀樹形邏輯圖。再定性分析可能引起系統失效的組合方式，定量計算頂事件發生的概率和基本事件對系統失效的影響程度，提高系統的可靠性。

本文將模糊理論與傳統故障樹相結合，用模糊數表示底事件的發生概率，是一種評判復雜系統可靠性與安全性的有效方法[2-3]，即模糊故障樹分析，簡稱FFTA（Fuzzy Fault Tree Analysis）。

1.1模糊數

同理，得到其他截集下底事件發生的概率重要度系數并進行排序，可得到對頂事件影響較大的幾個底事件，對其采取相應的措施，可減小系統的故障率，提高可靠性及安全性。

2.3故障原因

通過故障樹定性分析和概率重要度系數的比較可知，頂桿卡在關小位置、活塞環故障、活塞鍥體、活塞銷斷裂的比例較大，是影響發動機正常啟動的主要原因，須加以重視并采取必要的措施。就活塞環這一故障，主要表現為拉缸、磨料磨損等，其主要原因是活塞環外圓周面急速磨損致使其徑向尺寸急速減小，這不僅破壞了其外圓密封面，也導致環的彈力快速下降，貼合性降低，最終導致活塞環的密封性能失效。故在發動機的設計中應選用優質活塞環，并且盡可能使用推薦型號的燃油和潤滑油，避免溫度過高而使油膜破壞。

3結論

通過計算出不同截集下頂事件的失效概率，能基本確定故障發生的位置。本方法的優點在于計算方法和估計策略簡單直觀，可用模糊語言來表述故障發生的可能性;針對復雜環境和工作條件，能提供一種較為合適的函數結構來合成各種事件的主觀判斷結果。

模糊故障樹分析法能夠解決傳統故障樹難以確定底事件精確概率的故障分析問題。它采用多種模糊數、模糊語言及精確概率值表示事件發生的概率，解決了傳統故障樹在分析工程問題中的困難，具有較大的靈活性和適應性。既反映了概率本身的模糊性，又容許概率值存在一定的誤差，將現場和少量統計數據與技術人員的經驗相結合，使數據和經驗得到充分利用，分析結果的可信度也會增大。不僅能達到經典概率論的分析目的，還能在定量分析時，包容統計過程中各種因素的影響和專家經驗的局限性，反映數據本身存在著的不確定性。

4參考文獻

[1]趙德孜，溫衛東，段成美.故障樹模糊分析方法的研究[J].機械設計與制造.

[2]董玉革.機械模糊可靠性設計[M].機械工業出版社.

[3]趙德孜.機械系統設計初期的可靠性模糊預計與分配[M].國防工業出版社.

[4]唐淑云.基于模糊理論的發動機可靠性風險評價方法研究.江西理工大學[D].

[5]Bowles J. ASurvey of Reliability Prediction Procedures for Microelectronic Devices [J]. IEEE ? ? ? Trans Reliability.