第8章

電子設(shè)備失效分析技術(shù)8.1故障模式、影響及危害度分析8.2故障樹(shù)分析法8.3潛在通路分析8.4設(shè)備的故障診斷技術(shù)8.1故障模式、影響及危害度分析（FMEA、FMECA）

8.1.1概述

所謂故障模式影響分析FMEA（failuremodeeffectanalysis）就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品各組成單元潛在的各種故障模式及其對(duì)產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，并把每一個(gè)潛在故障模式按它的嚴(yán)酷程度予以分類(lèi)，提出可以采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。而故障模式影響及危害度分析FMECA（failuremodeeffectandcriticalityanalysis）是在FMEA的基礎(chǔ)上再增加一層任務(wù)，即判斷這種故障模式影響的致命程度有多大，使分析量化，因此，F(xiàn)MECA可以看作是FMEA的一種擴(kuò)展與深化。

以往，人們是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)判斷元部件故障對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，這種判斷依賴(lài)于人的知識(shí)水平和工作經(jīng)驗(yàn)。為了擺脫對(duì)人為因素的過(guò)分依賴(lài)，需要找到一種系統(tǒng)的、全面的、標(biāo)準(zhǔn)化的分析方法來(lái)正確作出判斷，將導(dǎo)致嚴(yán)重后果的單點(diǎn)故障模式消除在設(shè)計(jì)階段。而以前，一般只有等到產(chǎn)品使用后，收集到故障信息后，才進(jìn)行設(shè)計(jì)的改善。這樣做使反饋周期較長(zhǎng)，不僅在經(jīng)濟(jì)上造成損失，而且還可能造成更為嚴(yán)重的人身傷亡。因此，人們力求在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行可能的故障模式及其影響的分析，一旦發(fā)現(xiàn)某種設(shè)計(jì)方案有可能造成不能允許的后果，便立即進(jìn)行研究，作出相應(yīng)設(shè)計(jì)上的更改，這就是逐漸形成的FMEA技術(shù)。

在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家里，F(xiàn)MEA方法已被廣泛地應(yīng)用于宇航、核工業(yè)、電子設(shè)備、機(jī)械設(shè)備以及民品生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，并在工程實(shí)際中總結(jié)了一套科學(xué)而完善的分析方法。FMEA在許多重要領(lǐng)域被明確規(guī)定為設(shè)計(jì)人員必須掌握的技術(shù)，F(xiàn)MEA有關(guān)資料被規(guī)定為不可缺少的設(shè)計(jì)文件。例如：美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)（如MIL-STD-1543，MIL-STD-785）中規(guī)定：“合同承包商應(yīng)提供詳細(xì)的失效模式及影響分析，這個(gè)分析應(yīng)與設(shè)計(jì)工作一起安排與完成，以使設(shè)計(jì)能夠反映分析的結(jié)果和建議”，并要求“把失效模式及影響分析作為一項(xiàng)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和每個(gè)設(shè)計(jì)審查提供資料的連續(xù)工作來(lái)安排”。

美國(guó)宇航局對(duì)于FMEA也極為重視，特別是對(duì)長(zhǎng)壽命通信衛(wèi)星，幾乎無(wú)一例外地采用了這一手段，他們衛(wèi)星成功的關(guān)鍵之一就是采用了FMEA技術(shù)。在我國(guó)，隨著可靠性技術(shù)研究的深入和發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品采用FMEA技術(shù)也逐漸被重視起來(lái)。我國(guó)于1987年頒發(fā)了GB7826-1987《失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）程序》,在1992年頒發(fā)了GJB1391-1992《故障模式影響及致命性分析程序》。FMEA是GJB450A-2004《裝備研制與生產(chǎn)的通用大綱》、QJ1408A-1998《航天產(chǎn)品可靠性保證要求》所規(guī)定的主要工作項(xiàng)目。

上述情況表明，F(xiàn)MECA技術(shù)是可靠性研究中的一個(gè)重要內(nèi)容，也是提高產(chǎn)品可靠性的重要方法和措施之一。8.1.2FMECA方法中的一些基本概念

（1）故障模式

是指故障表現(xiàn)形式，例如：電容器開(kāi)路與短路、晶體管各極間開(kāi)路與短路、機(jī)械零件斷裂等。在這里只討論零件是怎樣失效的，并不討論零件是為什么失效。

（2）失效機(jī)理

是指導(dǎo)致零件失效的物理、機(jī)械或熱（化學(xué)）等內(nèi)在原因，討論零件為什么會(huì)失效。如蠕變、腐蝕、磨損、沖擊斷裂、疲勞、熱等。

（3）危害度

是對(duì)失效的模式及其出現(xiàn)頻率的嚴(yán)重性的相對(duì)量度。

（4）故障模式分析（FMA）是指分析系統(tǒng)的各單元可能發(fā)生的失效或故障，將其分門(mén)別類(lèi)，分析每一模式發(fā)生的概率大小，但不一定要分析發(fā)生的原因。要求盡可能列舉所有的故障模式，以便分析其影響和危害度。

（5）故障影響分析（FEA）是指分析系統(tǒng)的元器件、零件的故障模式對(duì)于組件、部件、設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)的影響，要特別注意分析那些后果嚴(yán)重的致命性影響的故障模式。

（6）危害度分析（CA）是指將失效所產(chǎn)生的影響按照其后果的危害程度加以分類(lèi)，并計(jì)算造成每類(lèi)危害的概率（即危害度），針對(duì)這些危害性的大小，采用各種相應(yīng)的措施改進(jìn)設(shè)計(jì)。8.1.3FMECA的列表分析法

列表分析法是根據(jù)可靠性框圖將有關(guān)的故障模式、相應(yīng)的失效率、失效影響等列一明細(xì)表，以便分析計(jì)算。具體實(shí)施步驟如下：

（1）定義系統(tǒng)

對(duì)系統(tǒng)的完整定義，應(yīng)包括系統(tǒng)的主要和次要功能、用途、預(yù)期性能、應(yīng)用范圍以及系統(tǒng)的故障判據(jù)。由于系統(tǒng)可能有不同的工作方式和用途，因此還應(yīng)明確指出系統(tǒng)所處的外界環(huán)境條件和內(nèi)部環(huán)境條件（如電子設(shè)備機(jī)殼內(nèi)的振動(dòng)程度、溫度、電磁干擾等）。

（2）作可靠性框圖

弄清設(shè)備的硬件、軟件、操作人員與產(chǎn)品的關(guān)系，弄清設(shè)備的部件、元器件、分系統(tǒng)、系統(tǒng)之間的關(guān)系，根據(jù)設(shè)備的基本功能單元，作可靠性框圖。

（3）編號(hào)列表

將構(gòu)成各功能單元的元件、部件編號(hào)列表，如表8-1所示。

（4）列舉故障模式

研究分析所有可能出現(xiàn)的故障模式，出現(xiàn)這種故障模式的條件和應(yīng)力，將含元件、部件可能出現(xiàn)的故障模式填入表中，如果可能就將相應(yīng)的失效率也一并填入。可能發(fā)生的故障模式可參看表8-2。

（5）分析故障模式發(fā)生的原因

在每種故障模式旁邊要列舉使其增加的原因，但有時(shí)不可能。因此，可以將其歸納為幾種類(lèi)型。例如，在分析系統(tǒng)的故障原因時(shí)，將放大器輸出下降的各種電子電路的故障原因全部列舉出來(lái)很困難，這時(shí)可概括為“電路故障”，在以后分析放大器故障與其內(nèi)部電路時(shí)，再一條一條列舉出來(lái)。

（6）分析故障模式的影響

分析時(shí)由完成基板功能的最低一級(jí)的故障模式開(kāi)始逐級(jí)往上一級(jí)的故障模式進(jìn)行，直到系統(tǒng)級(jí)為止，看有什么影響。如由元件的故障模式對(duì)部件的影響，再分析部件的故障模式對(duì)分系統(tǒng)的影響，最后分析分系統(tǒng)的故障模式對(duì)系統(tǒng)的影響。通常，將元器件故障模式對(duì)部件、分系統(tǒng)的影響叫做局部影響，而對(duì)系統(tǒng)的影響叫做最終影響。在分析中，最好把局部影響、最終影響列入表中，而不籠統(tǒng)地只列出故障影響。(8-1)

（9）確定故障模式的故障率或故障概率及概率等級(jí)

確定每種故障模式的故障率或故障概率時(shí)，可以查閱可靠性數(shù)據(jù)手冊(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)不足時(shí)，可請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的分析者打分評(píng)級(jí)。

在可靠性標(biāo)準(zhǔn)中，將故障模式發(fā)生概率分為4級(jí)，如表8-6所示。

（10）計(jì)算故障模式對(duì)系統(tǒng)的危害度

通常有兩種方法，可根據(jù)所獲得的資料情況選用其一。

①

直接計(jì)算法(8-2)式中：

每當(dāng)系統(tǒng)完成

次使用時(shí)，由零部件失效導(dǎo)致系統(tǒng)失效的危害度；n

導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障的零部件的故障模式總數(shù)；i

故障模式序號(hào)，i=1,2,…,n；

零部件的基本失效率；t

系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（如一次使命時(shí)）工作時(shí)，其零部件的工作時(shí)間或周期數(shù)（各元器件的工作時(shí)間不一定相等）；解

由式（8-2）得：則系統(tǒng)的危害度：(8-3)

兩種方法比較，直接計(jì)算法簡(jiǎn)單，但不如逐級(jí)計(jì)算法能深刻地表示各單元故障模式對(duì)系統(tǒng)的危害情況。

（11）提出預(yù)防和消除故障模式的措施。

（12）提出貯存、運(yùn)輸、維護(hù)、使用的注意事項(xiàng)。

（13）將故障模式按危害度等級(jí)、故障概率等級(jí)、危害度分別排隊(duì)。

（14）提交FMEACA報(bào)告，供工程技術(shù)管理者決策參考。圖8-1雷達(dá)系統(tǒng)功能等級(jí)框圖

(1)繪制雷達(dá)系統(tǒng)功能等級(jí)框圖（圖8-1），圖中的分析對(duì)象是接收機(jī)的前置放大器，故將其它分系統(tǒng)的分機(jī)和接收機(jī)的其它功能單元及其元器件均被略去了。

(2)確定前置放大器內(nèi)每個(gè)元器件的所有故障模式及其頻數(shù)比

。

(3)定性估計(jì)每個(gè)元器件的每種故障模式引起前置放大器的故障概率

，例中取3個(gè)等級(jí)1.0,0.1和0。

(4)根據(jù)元器件在前置放大器中承受的電應(yīng)力和熱應(yīng)力，確定各種元器件的失效率。

(5)計(jì)算每個(gè)元器件的每種故障模式的危害度

。

(6)填寫(xiě)前置放大器所有元器件的FMECA一纜表（表8-8）(7)根據(jù)（8-3）式計(jì)算前置放大器的危害度：應(yīng)當(dāng)指出，危害度的數(shù)值，只具有相對(duì)比較的意義，并不表示單元故障概率的絕對(duì)水平。

顯然，在前置放大器中，依危害度排列元器件的次序是：晶體管A2B11Q4、薄膜電阻器A2B11R1和A2B11R2，等等，在設(shè)計(jì)中要設(shè)法提高這幾種元器件的可靠性。8.1.4FMEA的矩陣分析法

1.矩陣格式及其符號(hào)

圖8-2(a)給出了矩陣格式及其符號(hào)，圖8-2(b)給出了各種符號(hào)的含義，矩陣的垂直線(xiàn)分別代表該功能級(jí)的輸入、輸出以及組成部分，矩陣的水平線(xiàn)表示它們的各種失效模式引起該功能級(jí)的各種失效效應(yīng)。垂直線(xiàn)和水平線(xiàn)交點(diǎn)處的符號(hào)代表各種不同的失效模式。必須注意的是，前一級(jí)的失效效應(yīng)就是下一級(jí)矩陣表的組成欄中的各項(xiàng)。圖8-2矩陣格式及其符號(hào)

2.矩陣分析法的主要步驟及實(shí)例

在列出矩陣之前，也是要定義系統(tǒng)的功能并作出可靠性框圖，確定各功能級(jí)別的故障模式，確定這些故障模式的影響，然后再列FMEA矩陣。

第一步，將整個(gè)民用產(chǎn)品分為五級(jí)（軍事裝備等級(jí)見(jiàn)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)）：

第一級(jí)：回路級(jí)，由若干元部件組成。

第二級(jí)：?jiǎn)卧?jí)，由若干回路及包含于回路中的元部件組成。

第三級(jí)：組件級(jí)，由若干單元及不包含于單元中的回路和元部件組成。

第四級(jí)：子系統(tǒng)級(jí)，由若干組件及不包含于組件中單元、回路和元部件組成。

第五級(jí)：系統(tǒng)級(jí)，由若干子系統(tǒng)及不包含于子系統(tǒng)中的組件、單元、回路和元部件組成。

第二步，自下而上逐級(jí)構(gòu)造矩陣。

1）構(gòu)成第一級(jí)（回路級(jí)）矩陣

現(xiàn)以晶體管電路（圖8-3）為例，該放大電路由三個(gè)輸入（即+5V直流電源及其地線(xiàn)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)）、兩個(gè)輸出、六個(gè)部件（包括一個(gè)晶體管、一個(gè)反相放大器、四個(gè)電阻）組成，這個(gè)電路的FMEA矩陣見(jiàn)圖8-4所示。圖8-3晶體管放大電路圖8-4第一級(jí)FMEA矩陣

該矩陣說(shuō)明：

：表示A和B同時(shí)無(wú)輸出，引起

的原因是散個(gè)輸入之一開(kāi)路，或電阻

之一開(kāi)路，或者晶體管Q1開(kāi)路或短路。

E4：表示B沒(méi)有輸出，引起E3的原因是，B輸出開(kāi)路，或電阻R4開(kāi)路。

E3

：表示A沒(méi)有輸出，引起E3的原因是，A輸出開(kāi)路，或反相器U1開(kāi)路或短路。

E2：屬于一種非災(zāi)難性的輕微影響，不在矩陣分析中仔細(xì)分析。

E1

：沒(méi)有影響。2）構(gòu)成第二級(jí)（單元級(jí)）的矩陣

由多個(gè)放大電路組成之單元如圖8-5所示。單元的FMEA矩陣如圖8-6所示，它的垂直線(xiàn)項(xiàng)，除本功能級(jí)的輸入和輸出外，就是構(gòu)成它的電路的失效效應(yīng)以及不包括于電路的部件的失效模式，本功能級(jí)的失效效應(yīng)有七種，它們分別表示的內(nèi)容為：

E7

：沒(méi)有任何輸出；

E6：無(wú)信號(hào)輸出,同時(shí)TLM中有一個(gè)輸出，TLM表示遙測(cè)信息。

E5

：TLM-2無(wú)輸出；

E4：TLM-1無(wú)輸出；

E3：無(wú)信號(hào)輸出；

E2：輕微影響；

E1：沒(méi)有影響。圖8-5單元圖圖8-6第二級(jí)矩陣8.1.5FMEA和FMECA的評(píng)價(jià)

FMEA或FMECA是可靠性設(shè)計(jì)中被廣泛采用的一門(mén)技術(shù)，這是因?yàn)椋?/p>

(1)理簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)便，基本上是定性分析，也可以進(jìn)行定量分析。

(2)適用于產(chǎn)品研制的全過(guò)程和各個(gè)階段，它對(duì)于電氣、機(jī)械、民用、宇航等專(zhuān)業(yè)均為適用。

(3)可以在一定程度上反映人的因素所引起的失誤，并可以幫助研究人員將失效及其影響減到最小，從而提高產(chǎn)品的可靠性水平。

(4)FMEA或FMECA的實(shí)際效果大，是其他失效分析的基礎(chǔ)之一，若和其它失效分析方法綜合使用，效果更佳。圖8-7各功能級(jí)FMEA矩陣FMEA或FMECA尚存在不足之處。

(1).在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里指出“此方法用于分析導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效非常有效”，但具有多功能和具有大量元件的復(fù)雜系統(tǒng)FMEA或FMECA實(shí)施起來(lái)就較為困難、繁瑣，借助于計(jì)算機(jī)用矩陣分析法可以彌補(bǔ)這方面的不足。

(2)它是一種單因素分析法，對(duì)于多因素同時(shí)起作用或相互作用而導(dǎo)致一種結(jié)果的情況就難以分析。

(3)在進(jìn)行失效分析時(shí)，在環(huán)境效應(yīng)事關(guān)重大的情況下，F(xiàn)MEA有局限性。 8.2故障樹(shù)分析法

8.2.1故障樹(shù)分析法的特點(diǎn)

故障樹(shù)分析法就是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)可能造成系統(tǒng)故障的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）進(jìn)行分析，畫(huà)出邏輯框圖（即故障樹(shù)），

從而確定系統(tǒng)故障原因的各種可能組合方式及其發(fā)生概率，以計(jì)算系統(tǒng)故障概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。故障樹(shù)分析法具有以下特點(diǎn)：(1)它具有很大的靈活性，即不是局限于對(duì)系統(tǒng)可靠性作一般的分析，而是可以分析系統(tǒng)的各種故障狀態(tài)。不僅可以分析某些元部件故障對(duì)系統(tǒng)的影響，還可以對(duì)導(dǎo)致這些元部件故障的特殊原因（例如環(huán)境的，甚至人為的原因）進(jìn)行分析，予以統(tǒng)一考慮。

(2)FTA法是一種圖形演繹法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。它可以圍繞某些特定的故障狀態(tài)作層層深入的分析，因而在清晰的故障樹(shù)圖形下，表達(dá)了系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系，并指出元部件故障與系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

(3)進(jìn)行FTA的過(guò)程，也是一個(gè)對(duì)系統(tǒng)更深入認(rèn)識(shí)的過(guò)程，它要求分析人員把握系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，弄清各種潛在因素對(duì)故障發(fā)生影響的途徑和程度，因而許多問(wèn)題在分析的過(guò)程就被發(fā)現(xiàn)和解決了，從而提高了系統(tǒng)的可靠度。

(4)通過(guò)故障樹(shù)可以定量地計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率及其它可靠性參數(shù)，為改善和評(píng)價(jià)系統(tǒng)可靠性提供定量數(shù)據(jù)。

(5)故障樹(shù)建成后，對(duì)不曾參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的管理和維修人員來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于一個(gè)形象的管理、維修指南，因此對(duì)培訓(xùn)使用系統(tǒng)的人員更有意義。8.2.2故障樹(shù)的應(yīng)用

FTA法在系統(tǒng)壽命周期任何階段都可采用。然而在下面兩個(gè)階段采用時(shí)最為有效：

(1)早期設(shè)計(jì)階段。這時(shí)用FTA法的目的是判明故障模式，并在設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)。

(2)詳細(xì)設(shè)計(jì)和樣機(jī)生產(chǎn)后、批量生產(chǎn)前的階段。這時(shí)用FTA法的目的，是要證明所制造的系統(tǒng)是否滿(mǎn)足可靠性和安全性的要求。

FTA法用途很廣，一般可以用在以下幾個(gè)方面：

(1)系統(tǒng)的可靠性分析，可以作定性分析及定量分析。

(2)系統(tǒng)的事故分析及安全性分析。

(3)可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，利用故障樹(shù)幫助判明系統(tǒng)潛在故障。

(4)在系統(tǒng)使用階段可以用來(lái)作故障診斷，預(yù)測(cè)系統(tǒng)故障時(shí)，最可能造成故障發(fā)生的原因，并可用來(lái)制訂檢修計(jì)劃等。8.2.3故障樹(shù)中使用的符號(hào)

1.事件及其符號(hào)

1)底事件

底事件是故障樹(shù)分析中僅導(dǎo)致其它事件發(fā)生的原因事件，它位于故障樹(shù)的底端，是邏輯門(mén)的輸入事件而不是輸出事件。底事件分為基本事件和未探明事件。

基本事件是在特定的故障樹(shù)分析中無(wú)須探明其發(fā)生原因的底事件。一般說(shuō)它的故障分布是已知的。其圖形符號(hào)如圖8-8(a)所示。

未探明事件是原則上應(yīng)進(jìn)一步探明其原因，但暫時(shí)不必或暫時(shí)不能探明其原因的底事件，其圖形符號(hào)如圖8-8(b)所示。圖8-8事件符號(hào)

2)結(jié)果事件

結(jié)果事件是故障樹(shù)分析中由其它事件或事件組合所導(dǎo)致的事件，它總位于邏輯門(mén)的輸出端，其圖形符號(hào)如圖8-8(c)所示。結(jié)果事件分頂事件和中間事件。

頂事件是故障樹(shù)分析中所關(guān)心的事件，它總位于故障樹(shù)的頂端。因此頂事件總是邏輯門(mén)的輸出事件而不是輸入事件。

中間事件是位于底事件和頂事件之間的結(jié)果事件，它既是某個(gè)邏輯門(mén)的輸入事件，又是另一個(gè)邏輯門(mén)的輸出事件。

3)特殊事件

特殊事件指在故障樹(shù)分析中需用特殊符號(hào)表明其特殊性或引起注意的事件，它又分為開(kāi)關(guān)事件和條件事件。

開(kāi)關(guān)事件是在正常條件下必然發(fā)生或必然不發(fā)生的特殊事件，其圖形符號(hào)如圖8-8(d)所示的房形符號(hào)。

條件事件是描述邏輯門(mén)起作用的具體限制的特殊事件，其圖形符號(hào)如圖8-8(e)所示。

人為事件是由于人為差錯(cuò)或疏忽而造成的原因事件，常用虛線(xiàn)畫(huà)出相應(yīng)的圖形符號(hào)，如圖8-8(f)所示。

2.邏輯門(mén)及其符號(hào)

在故障樹(shù)中邏輯門(mén)只描述事件間的邏輯因果關(guān)系，分為與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)和特殊門(mén)。

圖8-9或門(mén)、與門(mén)和非門(mén)示意圖（2）與門(mén)

與門(mén)表示僅當(dāng)所有輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生，其圖形符號(hào)如圖8-9(b)所示。與門(mén)表示的輸出事件A與輸入的n個(gè)事件(i=1,2…,n)的邏輯關(guān)系為積事件的關(guān)系，即：(3)非門(mén)

非門(mén)表示輸出事件是輸入事件的對(duì)立事件。其圖形符號(hào)如圖8-9(c)所示，若輸出事件A，輸入事件B，則

。２）特殊門(mén)

特殊門(mén)表示輸出事件發(fā)生是具有一定條件的。特殊門(mén)包括順序與門(mén)、表決門(mén)、異或門(mén)或禁門(mén)。

異或門(mén)表示僅當(dāng)單個(gè)輸入事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生，其圖形符號(hào)如圖8-10(a)所示。

順序門(mén)表示僅當(dāng)輸入事件按規(guī)定的順序發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生，其圖形符號(hào)如圖8-10(b)所示。

表決門(mén)表示僅當(dāng)n個(gè)輸入事件至少有r個(gè)事件發(fā)生時(shí)，輸出事件才發(fā)生，其圖形符號(hào)如圖8-10(c)所示。

禁門(mén)表示僅當(dāng)條件事件發(fā)生時(shí)，輸入事件的發(fā)生導(dǎo)致輸出事件發(fā)生。其圖形符號(hào)如圖8-10(d)所示。圖8-10特殊門(mén)符號(hào)

3.轉(zhuǎn)移符號(hào)

轉(zhuǎn)移符號(hào)是為了避免畫(huà)圖時(shí)重復(fù)、轉(zhuǎn)頁(yè)和使圖形簡(jiǎn)明而設(shè)置的符號(hào)，它分為相同轉(zhuǎn)移符號(hào)和相似轉(zhuǎn)移符號(hào)。

(1)相同轉(zhuǎn)移符號(hào)。圖8-11所示是一對(duì)相同轉(zhuǎn)移符號(hào)，用以指明子樹(shù)的位置，圖8-11(a)為相同轉(zhuǎn)移符號(hào)，表示“下面轉(zhuǎn)到符號(hào)內(nèi)的字母或數(shù)字所指的子樹(shù)去”。圖8-11(b)為相同轉(zhuǎn)此符號(hào)，表示由具有相同字母或數(shù)字的轉(zhuǎn)向符號(hào)處轉(zhuǎn)到這里來(lái)。圖8-11相同轉(zhuǎn)移符號(hào)圖8-12相似轉(zhuǎn)移符號(hào)

(2)相似轉(zhuǎn)移符號(hào)。圖8-12所示是一對(duì)相似轉(zhuǎn)移符號(hào)，用以指明相似子樹(shù)的位置，圖8-12(a)為相似轉(zhuǎn)向符號(hào)，表示“下面轉(zhuǎn)到以字母或數(shù)字為代號(hào)所指的結(jié)構(gòu)相似而事件標(biāo)號(hào)不同的子樹(shù)去”。不同事件表號(hào)在三角形旁邊注明。圖8-12(b)為相似轉(zhuǎn)此符號(hào)，表示“相似轉(zhuǎn)向符號(hào)所指子樹(shù)與此處子樹(shù)相似，但事件標(biāo)號(hào)不同”。8.2.4故障樹(shù)的建立

故障樹(shù)是實(shí)際系統(tǒng)故障組合和傳遞的邏輯關(guān)系的正確抽象的表達(dá)，在FTA分析過(guò)程中，建樹(shù)是第一個(gè)關(guān)鍵，是最基本、最實(shí)際、最艱苦，在一定意義上也是最有用的環(huán)節(jié)。建樹(shù)是否完善直接影響定性分析和定量分析計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，建樹(shù)時(shí)首先應(yīng)對(duì)系統(tǒng)及其組成部件產(chǎn)生故障的原因、后果以及各種影響因素和它們之間的因果關(guān)系有透徹的了解。一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的建樹(shù)過(guò)程往往需要多次反復(fù)，逐步深入和逐步完善。在這一過(guò)程中應(yīng)對(duì)發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)采取改進(jìn)措施，以提高系統(tǒng)的可靠性，這比簡(jiǎn)單算出可靠性的意義更大。

建樹(shù)的方法一般分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是人工建樹(shù)，基本上是用演繹法，即選定系統(tǒng)失效的一個(gè)判據(jù)作為分析的目標(biāo)（頂事件），第一步找出直接導(dǎo)致頂事件發(fā)生的各種可能因素或因素組合，這些因素可包括功能故障、部件不良、程序錯(cuò)誤、人為錯(cuò)誤、環(huán)境影響等。第二步再找出第一步中各因素的直接原因。循此格式逐級(jí)向下演繹。一般來(lái)說(shuō)，直至找出各個(gè)基本事件為止，由于基本事件是故障分布已知的隨機(jī)故障事件單元，不需要再進(jìn)一步查找其發(fā)生原因的事件。這樣就得到一顆故障樹(shù)。第二類(lèi)是計(jì)算機(jī)輔助建樹(shù)，主要有合成法和判定表法等。

為了建樹(shù)，應(yīng)該首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面而深入的了解。需要廣泛地收集有關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造工藝、安裝調(diào)整、使用運(yùn)行、維修保養(yǎng)以及其它有關(guān)方面的數(shù)據(jù)、資料、技術(shù)文件及技術(shù)規(guī)范等。并進(jìn)行深入、細(xì)致的分析研究。在分析故障事件的原因時(shí)，不僅要考慮電子設(shè)備系統(tǒng)本身的因素，而且應(yīng)考慮人的因素及環(huán)境的影響，為了區(qū)別故障事件是由單元（零、部件）本身引起的還是由人或外界條件引起的，故障樹(shù)分析中規(guī)定：凡是由單元本身引起的事件稱(chēng)為“一次事件”，而由人的因素或環(huán)境條件引起的事件稱(chēng)為“二次事件”。

在故障樹(shù)分析中，首先要確定頂事件，然后才能進(jìn)行故障樹(shù)的建立。

（1）頂事件的確定

任何需要分析的系統(tǒng)故障，只要它是可以分解且有明確定義的，則在該系統(tǒng)的故障樹(shù)分析中都可作為頂事件。因此，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，頂事件不是唯一的。但通常往往把該系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障作為該系統(tǒng)故障分析的頂事件。

（2）故障樹(shù)的建立過(guò)程

在頂事件確立以后，則將它作為故障樹(shù)分析的起始端，找出導(dǎo)致頂事件所有可能的直接原因，作為第一級(jí)中間事件。將這些事件用相應(yīng)的事件符號(hào)表示，并用適合于它們之間邏輯關(guān)系的邏輯門(mén)符號(hào)與上一級(jí)事件（最上一級(jí)為頂事件）相連接。依次類(lèi)推，逐級(jí)向下發(fā)展，直至找出引起系統(tǒng)故障的全部毋須再追究下去的原因，作為底事件。這樣就完成了故障樹(shù)的建立。

建立故障樹(shù)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)選擇建樹(shù)流程時(shí)，通常以系統(tǒng)功能為主線(xiàn)來(lái)分析所有故障事件并按演繹邏輯貫穿始終。但一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的主流程可能不是唯一的，因?yàn)楦鞣种СＳ凶约旱闹髁鞒蹋?shù)時(shí)要靈活掌握。

(2)合理地選擇和確定系統(tǒng)及單元的邊界條件，在建樹(shù)前對(duì)系統(tǒng)和單元（部件）的某些變動(dòng)參數(shù)作出合理的假設(shè)，即為邊界條件。這些假設(shè)可使故障樹(shù)分析中抓住重點(diǎn)；同時(shí)也明確了建樹(shù)范圍，即故障樹(shù)建到何處為止。

(3)故障事件定義要明確，描述要具體，盡量做到唯一的解釋。

(4)系統(tǒng)中各事件間的邏輯關(guān)系和條件必須十分清晰，不允許邏輯混亂和條件矛盾。

(5)故障樹(shù)應(yīng)盡量地簡(jiǎn)化，去掉邏輯多余事件，以方便定性及定量分析。圖8-13硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器工作原理是利用特定的磁粒子的極性來(lái)記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號(hào)變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫(xiě)的操作正好與此相反。另外，硬盤(pán)中還有一個(gè)存儲(chǔ)緩沖區(qū)，這是為了協(xié)調(diào)硬盤(pán)與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設(shè)的。

硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時(shí)磁頭置于盤(pán)片中心位置，初始化完成后主軸電機(jī)將啟動(dòng)并以高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車(chē)機(jī)構(gòu)移動(dòng)，將浮動(dòng)磁頭置于盤(pán)片表面的00道，處于等待指令的啟動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)接口電路接收到微機(jī)系統(tǒng)傳來(lái)的指令信號(hào)，通過(guò)前置放大控制電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)發(fā)出磁信號(hào)，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對(duì)盤(pán)片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確定位，并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，通過(guò)放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給主機(jī)系統(tǒng)完成指令操作。結(jié)束硬盤(pán)操作的斷電狀態(tài)，在反力矩彈簧的作用下浮動(dòng)磁頭駐留到盤(pán)面中心。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖8-13。

研究硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的可靠性問(wèn)題，我們選擇“硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器”作為頂事件，它是由下列兩個(gè)事件之一引起的：“讀寫(xiě)錯(cuò)誤”、“主軸電機(jī)失效”。對(duì)于每一個(gè)次級(jí)中間事件還可以再進(jìn)行分解，如“讀寫(xiě)錯(cuò)誤”是由下面三個(gè)事件之一引起的：“寫(xiě)入電路失效”、“定位不準(zhǔn)”、“讀出電路失效”。這里“定位不準(zhǔn)”是一個(gè)中間事件，又可以進(jìn)行分解，依次類(lèi)推，按同樣的方法，進(jìn)一步把各次級(jí)中間事件逐一分析下去，最終得到故障樹(shù)如圖8-14所示。其中“盤(pán)片定位不準(zhǔn)”、“磁頭定位機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效”用轉(zhuǎn)移符號(hào)表示，可以簡(jiǎn)化故障樹(shù)的表示形式。圖8-14硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器失效故障樹(shù)而“控制電路失效”、“定位控制電路失效”是在分析機(jī)械部分失效時(shí)暫不考慮的電路部分失效事件，所以用未探明事件表示。

由本例我們可以進(jìn)一步體會(huì)到：故障樹(shù)建立后，它提供了失效事件間關(guān)系的形象描述。人們可以看出不同失效模式（事件）在造成頂事件發(fā)生時(shí)所起的作用。因此，故障樹(shù)無(wú)論對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師，或者對(duì)系統(tǒng)的使用、管理及維修人員都是很有價(jià)值的。8.2.5故障樹(shù)的定性分析

進(jìn)行故障樹(shù)定性分析的目的在于尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因和原因組合，識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式，它可以幫助判明潛在的故障，以便改進(jìn)設(shè)計(jì)，也可以用于指導(dǎo)故障診斷，改進(jìn)運(yùn)行和維修方案。而故障樹(shù)的定性分析過(guò)程就是找出故障樹(shù)的全部最小割集或全部最小路集。

1.割集與路集

割集：設(shè)故障樹(shù)中有n個(gè)底事件

，C={}為某些事件的集合，當(dāng)C中全部底事件都發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生，則稱(chēng)C為故障樹(shù)的一個(gè)割集，而任意去掉其中一個(gè)底事件后就不是割集了，這樣的割集稱(chēng)為最小割集。

系統(tǒng)故障樹(shù)的一個(gè)割集，代表了該系統(tǒng)發(fā)生故障的一種可能性，即一種失效形式。由于最小割集發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生，因此一棵故障樹(shù)的全部最小割集的完整集合代表了頂事件發(fā)生的所有可能性，即系統(tǒng)的全部故障。最小割集指出了處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)所必須修理的基本故障，指出了系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。圖8-15割集與路集圖8-16系統(tǒng)故障樹(shù)

2.求最小割集的方法

1）Fussell—Vesely算法

該方法的特點(diǎn)是從頂事件開(kāi)始往下逐級(jí)進(jìn)行，故又稱(chēng)為“下行法”。它是根據(jù)邏輯與門(mén)僅增加割集的容量，而邏輯或門(mén)才增加割集的個(gè)數(shù)這一性質(zhì)，由上而下，遇到與門(mén)就把與門(mén)下面所有輸入事件均排列于同一行；遇到或門(mén)就把或門(mén)下面的所有輸入事件均排列于一列。依此類(lèi)推，往下一直到不能分解為止。這樣得到的基本事件集合是割集，但不一定是最小割集。

要進(jìn)一步找出最小割集可以采用如下方法，讓每一個(gè)底事件依次對(duì)應(yīng)一個(gè)素?cái)?shù)，例如讓底事件

對(duì)應(yīng)第i個(gè)正素?cái)?shù),把每個(gè)割集也對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)。它是割集中底事件對(duì)應(yīng)的素?cái)?shù)的乘積，經(jīng)排列后可得到一串由小到大的數(shù)列,k為割集總數(shù)。把這些數(shù)依次相除，例如若

能被

整除，它們對(duì)應(yīng)的割集即為所求的最小割集。這種方法也易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

2)Semanderes算法

這種算法是由下而上進(jìn)行，故稱(chēng)為“上行法”。每進(jìn)行一步，根據(jù)故障樹(shù)的邏輯關(guān)系，并用布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算并簡(jiǎn)化，算到最后即得到最小割集?，F(xiàn)仍以例8-2的故障樹(shù)為例來(lái)說(shuō)明，為簡(jiǎn)化書(shū)寫(xiě)，今用“+”代替“

”，且省去“

”的符號(hào)。

如圖8-16所示，其故障樹(shù)的最下一級(jí)為：往上一級(jí)為：再往上一級(jí)為：利用集合運(yùn)算規(guī)則，上式簡(jiǎn)化得：最上一級(jí)為：故得到最小割集為：所得結(jié)果與Fussell-Vesely算法完全相同。

利用“上行法”且計(jì)算時(shí)把上面算法中的

調(diào)換，可得：

共得兩個(gè)最小路集。

在“上行法”中要注意對(duì)每一步計(jì)算結(jié)果按集合運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得留下的是不相互包容的事件的集合。8.2.6故障樹(shù)的定量分析

故障樹(shù)定量計(jì)算的任務(wù)就是要計(jì)算或估計(jì)頂事件發(fā)生的概率等，復(fù)雜系統(tǒng)的故障樹(shù)定量計(jì)算一般是很繁雜的。特別是當(dāng)故障不服從指數(shù)分布時(shí)，難以用解析法求得精確結(jié)果。這時(shí)可用蒙特卡洛仿真的方法進(jìn)行估計(jì)。

在FTA的定量計(jì)算中，可通過(guò)最小割集求頂事件發(fā)生的概率，我們按最小割集之間不交與相交兩種情況處理。

(1)最小割集之間不相交的情況

假定已求出了故障樹(shù)的全部最小割集

，并且各最小割集中沒(méi)有重復(fù)出現(xiàn)的底事件，也就是最小割集之間不相交，可得：(8-4)式中：m——最小割集數(shù)；P(T)——頂端事件發(fā)生的概率。

(2)最小割集之間相交的情況

用式（8-4）精確計(jì)算任意一顆故障樹(shù)頂端事件發(fā)生的概率時(shí)，要求假設(shè)在各最小割集中沒(méi)有重復(fù)出現(xiàn)的底事件，也就是最小割集之間是完全不相交的。但在大多數(shù)情況下，底事件可以在幾個(gè)最小割集中重復(fù)出現(xiàn)，也就是說(shuō)最小割集之間是相交的。這樣精確計(jì)算頂事件發(fā)生的概率就必須用相容事件的概率公式：(8-5)

由式（8-5)可看出它共有

項(xiàng)，當(dāng)最小割集數(shù)m足夠大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“組合爆炸”問(wèn)題。如某故障樹(shù)有40個(gè)最小割集，則計(jì)算P(T)的式（8-5）共有

項(xiàng)，每一項(xiàng)又是許多數(shù)的連乘積，即使大型計(jì)算機(jī)也難以勝任。

解決的辦法，就是化相交和為不交和再求頂端事件發(fā)生的概率的精確解。這就是近似計(jì)算頂事件發(fā)生概率的方法，我們可以采用取式（8-5）中的代數(shù)和中起主要作用的是首項(xiàng)或首項(xiàng)及第二項(xiàng)，后面一些的數(shù)值極小，如果取首項(xiàng)，則近似計(jì)算式為：(8-6)

該式與（8-4）式相同，所以在估算頂事件發(fā)生概率時(shí)，不管最小割集是否相交，都可以用（8-4）式來(lái)計(jì)算。當(dāng)頂事件發(fā)生概率求得后，也就是知道系統(tǒng)的不可靠度，而系統(tǒng)的可靠度為：(8-7)例8-3試估算圖8-16頂端事件發(fā)生的概率，已知：解系統(tǒng)的可靠度為：

8.3潛在通路分析8.3.1概述

系統(tǒng)發(fā)生故障，有時(shí)并非由于元器件和部件損壞、參數(shù)漂移、電磁干擾等原因所造成，而是由于系統(tǒng)的“潛在通路”作用造成的。所謂“潛在通路”指的是在某種條件下，電路中產(chǎn)生的不希望有的通路，它的存在會(huì)引起功能異?；蛞种普９δ?。例如圖8-17示出了一個(gè)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和關(guān)機(jī)電路存在的潛在電路實(shí)例，初看起來(lái)這是一個(gè)簡(jiǎn)單而明確的電路，但是當(dāng)尾部脫落插頭比起飛脫落插頭先脫落時(shí)，就出現(xiàn)了如箭頭所示的潛在通路，使關(guān)機(jī)線(xiàn)圈流過(guò)反向電流，結(jié)果導(dǎo)彈剛從發(fā)射臺(tái)啟動(dòng)由于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)而失敗。當(dāng)然，電路異常狀態(tài)不一定都是由潛在通路造成，也可能是由電路不正確定時(shí)或控制標(biāo)志顯示不正確等原因所引起的。

潛在通路分析的目的是在假定所有組件均正常工作的情況下，分析哪些能引起功能異?；蛞种普９δ艿臐撛谕?，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本節(jié)所述潛在通路分析方法主要適用于常規(guī)電路。圖8-17固有的潛通電路實(shí)例8.3.2潛在通路的特點(diǎn)及產(chǎn)生原因

1.潛在通路的特點(diǎn)

(1)多數(shù)潛在通路并非在系統(tǒng)每次運(yùn)行時(shí)都會(huì)起作用，而必須在某種特定條件下才能起作用。因此，在多數(shù)情況下，難以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)是否存在潛在通路。

(2)存在潛在通路并非一定是個(gè)不良狀況。比如，當(dāng)其他通路出現(xiàn)故障時(shí)，某些潛在通路卻代替故障電路完成了任務(wù)。因此，在采取任何措施之前，必須對(duì)潛在通路內(nèi)含本質(zhì)加以仔細(xì)研究，并確定它對(duì)電路功能的影響。

2.產(chǎn)生潛在通路的原因

(1)各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)如何適當(dāng)?shù)剡B接各分系統(tǒng)缺乏全面的考慮。

(2)沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)評(píng)審?fù)瓿珊笏龅母臅?huì)給系統(tǒng)帶來(lái)的影響進(jìn)行充分的審查。

(3)操作人員差錯(cuò)。8.3.3潛在通路的主要表現(xiàn)形式

一般可以歸納出潛在通路的四種表現(xiàn)形式：潛在電路、潛在時(shí)間、潛在標(biāo)志和潛在指示。這些都可能使系統(tǒng)發(fā)生故障。圖8-18汽車(chē)上的潛在電路

（1）潛在電路

它是指在某種條件下，電路中產(chǎn)生不希望有的通路，它會(huì)引起功能異常或抑制正常的功能。圖8-17就是其中一例；圖8-18是汽車(chē)上的潛在電路。在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，收音機(jī)工作情況下，按照設(shè)計(jì)目的，當(dāng)?shù)拍_剎車(chē)時(shí)，告警開(kāi)關(guān)閉合尾燈才不斷閃爍，但由于有圖中箭頭所示的潛在電路，此時(shí)收音機(jī)也會(huì)發(fā)出不應(yīng)有的雜音。

（2）潛在時(shí)間

潛在時(shí)間指某種功能在一個(gè)不希望出現(xiàn)的時(shí)間內(nèi)存在或發(fā)生。

圖8-19是一個(gè)保護(hù)控制電路中發(fā)生的“潛在時(shí)間”的實(shí)例。它是某測(cè)量雷達(dá)防止天線(xiàn)在俯仰時(shí)因超過(guò)角度界限而損壞的保護(hù)控制電路。圖中的

和

是微動(dòng)開(kāi)關(guān)。當(dāng)天線(xiàn)轉(zhuǎn)到

時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)

接通，使天線(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)，一旦離開(kāi)了

位置，微動(dòng)開(kāi)關(guān)

斷開(kāi)，使天線(xiàn)俯仰方向不受保護(hù)控制電路影響。當(dāng)天線(xiàn)轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，

接通，使天線(xiàn)改變轉(zhuǎn)向，從而保護(hù)了天線(xiàn)。但當(dāng)天線(xiàn)俯仰齒輪箱的速比設(shè)計(jì)發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)

和

可能會(huì)在一個(gè)特定位置上同時(shí)接通，結(jié)果使負(fù)載短路而燒毀整個(gè)控制電路的直流電源。

圖8-19“潛在時(shí)間”例圖

（3）潛在標(biāo)志

這是指開(kāi)關(guān)或控制系統(tǒng)上的標(biāo)志不得當(dāng)，會(huì)引起操作失靈。

圖8-20就是“潛在標(biāo)志”的一個(gè)實(shí)例。它取自一機(jī)載雷達(dá)，由于接通雷達(dá)與液體冷卻泵的電源開(kāi)關(guān)僅標(biāo)志為液體冷卻泵開(kāi)關(guān)，因而當(dāng)操作人員斷開(kāi)液體冷卻泵時(shí)，無(wú)意中把雷達(dá)電源也切斷了。

（4）潛在指示

潛在指示是會(huì)引起混淆或不正確的指示，它會(huì)造成錯(cuò)誤的操作。圖8-21所示的是聲納供電系統(tǒng)中的一個(gè)指示燈。圖中開(kāi)關(guān)

的位置說(shuō)明電機(jī)處于工作狀態(tài)，但馬達(dá)是否運(yùn)轉(zhuǎn)還取決于開(kāi)關(guān)

、

及繼電器

、

的狀態(tài)，因此該指示燈并不方映電機(jī)的實(shí)際工作情況。圖8-20“潛在標(biāo)志”例圖圖8-21“潛在指示”例圖8.3.4潛在通路分析方法

為了查出潛在通路，顯然先要列出電路所存在的一切通路。通路是由元器件（包括電線(xiàn)、電纜）組成的。為了簡(jiǎn)化通路起見(jiàn)，可略去不必要的部分。例如，對(duì)元器件來(lái)說(shuō)，必須保留開(kāi)關(guān)、負(fù)載、繼電器和晶體管等，而應(yīng)略去只起電路連接作用的終端板和連接點(diǎn)等。對(duì)通路來(lái)說(shuō)，必須保持連通電源和接地總線(xiàn)通路，略去無(wú)關(guān)路徑。

上述過(guò)程的工作量較大，一般要用計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)分析程序把有用的元器件作為編碼的節(jié)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輸出的節(jié)點(diǎn)組合就代表電路的所有通路。圖8-22為潛在通路分析工作流程圖。

在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)樹(shù)。這種網(wǎng)絡(luò)樹(shù)規(guī)定把所有電源置于每一網(wǎng)絡(luò)樹(shù)的頂端，而底部是地，并使電路按電流自上而下的規(guī)則排列。網(wǎng)絡(luò)樹(shù)實(shí)際上代表化簡(jiǎn)后的電路拓?fù)湫问健Ｈ魏坞娐返木W(wǎng)絡(luò)樹(shù)，均可用圖8-23所示的五種基本拓?fù)鋱D形的某種組合表示。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)樹(shù)中開(kāi)關(guān)S位置的組合及其他標(biāo)志，就可以判斷出在的潛在通路。圖8-22潛在通路分析工作流程圖

例如對(duì)最簡(jiǎn)單的單線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)樹(shù)（圖8-23(a)），就可以提供三條判斷潛在通路的線(xiàn)索：圖8-23網(wǎng)絡(luò)樹(shù)

(1)當(dāng)需要負(fù)載L時(shí)，開(kāi)關(guān)S是否處于斷開(kāi)狀態(tài)；

(2)當(dāng)不需要負(fù)載L時(shí)，開(kāi)關(guān)S是否處于閉合狀態(tài)；

(3)S的標(biāo)志是反映負(fù)載L的真實(shí)功能，即負(fù)載L接入或脫離電路時(shí)，S是否指示斷開(kāi)或閉合。

若上述三條線(xiàn)索中有一條回答“是”，則在此情況下系統(tǒng)會(huì)因存在潛在通路而故障。

這是最簡(jiǎn)單的例子，實(shí)際上這種簡(jiǎn)單的拓?fù)錁?shù)及其所含的潛在通路是不常見(jiàn)的。圖中其它四種拓?fù)錁?shù)及其不同的組合就十分復(fù)雜。例如圖中8-23(e)所示的“H”形拓?fù)錁?shù)可能存在一百條以上的潛在通路，因?yàn)閮H網(wǎng)絡(luò)中的六個(gè)開(kāi)關(guān)所處不同位置的組合狀態(tài)就有64種之多。目前所識(shí)別出來(lái)的潛在通路，將近一半是由“H”形網(wǎng)絡(luò)得出的。8.3.5潛在通路分析方法的特點(diǎn)

與前面介紹的其他可靠性分析方法相比，潛在通路分析有其獨(dú)特的特點(diǎn)。表現(xiàn)為：

(1)在進(jìn)行潛在通路分析時(shí)，一般不考慮環(huán)境變化的影響，也不去識(shí)別由于某些硬件故障、制造或?qū)Νh(huán)境敏感所引起的潛在電路。

(2)潛在通路分析與可靠性大綱中通常進(jìn)行的其他分析相比，側(cè)重面有所不同。潛在通路分析只注重系統(tǒng)各元、部件之間的相互連接、相互關(guān)系及相互影響，而不注重元、部件本身的可靠性。它更注重系統(tǒng)將發(fā)生什么故障，而不注重系統(tǒng)如何正常工作。例如FMECA是分析所有元、部件的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)的影響。而潛在通路分析，則是在假定所有元、部件正常工作的情況下，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生什么故障，而且考慮了人為差錯(cuò)。因此潛在通路分析和其他可靠性分析是相輔相成，互為補(bǔ)充的。 (3)在確定潛在狀態(tài)時(shí)，必須滿(mǎn)足的首要條件是保證用于分析的電路能代表實(shí)際的系統(tǒng)電路。在識(shí)別系統(tǒng)潛在通路時(shí)，使用詳細(xì)的生產(chǎn)圖及安裝圖要比使用系統(tǒng)級(jí)或功能級(jí)圖紙更有效。因?yàn)檩^高一級(jí)圖紙通常代表設(shè)計(jì)目的和總體方案，在把該方案轉(zhuǎn)化為原理圖、布線(xiàn)圖和安裝圖的過(guò)程中，往往會(huì)引入潛在狀態(tài)。也就是說(shuō)，潛在通路分析往往是在設(shè)計(jì)圖紙文件完全確定、要投產(chǎn)前進(jìn)行的。而在這種時(shí)候進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，要作改進(jìn)比較困難的，往往會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。

(4)對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，進(jìn)行潛在通路分析的工作量極大，因此，一般宜用計(jì)算機(jī)處理。

8.4設(shè)備的故障診斷技術(shù)8.4.1故障診斷技術(shù)的內(nèi)容

1.診斷對(duì)象

(1)機(jī)械零部件的技術(shù)診斷

機(jī)械零部件的技術(shù)診斷包括對(duì)工程結(jié)構(gòu)的損傷診斷，例如齒輪、軸、軸承、梁、柱、板、殼等等的損傷診斷。 (2)機(jī)器的技術(shù)診斷

機(jī)器的技術(shù)診斷包括對(duì)它的性能和強(qiáng)度的診斷和評(píng)價(jià)。在性能評(píng)價(jià)方有功能的正常和異常、故障和劣化，要分析其產(chǎn)生的原因；在強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方面要分析其主要零部件的可靠性，預(yù)測(cè)其壽命；在機(jī)械設(shè)備的性能和強(qiáng)度的檢測(cè)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上確定出修復(fù)和改善的方法。圖8-24故障診斷過(guò)程框圖

(3)系統(tǒng)的技術(shù)診斷

工廠或企業(yè)對(duì)于其機(jī)組和生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行是最重視的，系統(tǒng)的技術(shù)診斷也就顯示出其特殊的重要性，系統(tǒng)的故障與部件互相有關(guān)但也有差別，而部件故障與系統(tǒng)故障的關(guān)系，對(duì)于不同的系統(tǒng)也不相同，所以進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)診斷要必須具體分析各部件故障和系統(tǒng)故障的關(guān)系，從而確定系統(tǒng)故障的原因。

2.診斷過(guò)程

故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、識(shí)別診斷和預(yù)測(cè)三個(gè)方面，在預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和性能時(shí)，如果識(shí)別出異常狀態(tài)，就要對(duì)其原因、部位和危險(xiǎn)程度進(jìn)行診斷和評(píng)價(jià)，研究決定其修正和預(yù)防的方法，整個(gè)診斷過(guò)程表示在圖8-24的框圖中。一個(gè)系統(tǒng)或一臺(tái)機(jī)器在運(yùn)行過(guò)程中必然有能量、介質(zhì)、力、熱及摩擦等各種物理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化，必然會(huì)由此而產(chǎn)生各種各樣的信息，這些信息的變化直接和間接地反映出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也就是說(shuō)正常運(yùn)行和異常運(yùn)行時(shí)的信息變化規(guī)律是不一樣的，故障診斷就是根據(jù)機(jī)器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不同的信息變化規(guī)律，即信息特征，來(lái)識(shí)別機(jī)器是處在正常運(yùn)行狀態(tài)還是異常運(yùn)行狀態(tài)的。

3.診斷的分類(lèi)

工程中系統(tǒng)（機(jī)器）運(yùn)行的狀態(tài)多種多樣，其環(huán)境條件各不相同，由此就產(chǎn)生了不同類(lèi)型的故障診斷的方法，現(xiàn)分類(lèi)如下：

(1)功能診斷和運(yùn)行診斷

對(duì)于新安裝或剛維修好的機(jī)器或系統(tǒng)需要診斷它的功能是否正常，并根據(jù)檢查和診斷的結(jié)果對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，這就是功能診斷；而對(duì)正常服役的機(jī)器或系統(tǒng)則進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的診斷，監(jiān)視其故障的發(fā)生和發(fā)展。

(2)定期診斷和在線(xiàn)監(jiān)控

定期診斷是隔一定時(shí)間對(duì)服役的機(jī)器進(jìn)行一次檢查和診斷，也叫做巡回檢查和診斷，簡(jiǎn)稱(chēng)巡檢；在線(xiàn)監(jiān)控是采用現(xiàn)代化儀表和計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)機(jī)器或系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和控制。對(duì)于哪些設(shè)備采用哪種診斷形式，需要根據(jù)設(shè)備的關(guān)鍵程度，設(shè)備故障影響的嚴(yán)重程度，運(yùn)行中機(jī)器性能下降的速度和設(shè)備故障發(fā)生和發(fā)展的可預(yù)測(cè)性，按照設(shè)備綜合工程學(xué)的原則來(lái)確定。

(3)直接診斷和間接診斷

直接診斷是指直接根據(jù)關(guān)鍵零部件的信息確定這些零部件的狀態(tài)，例如對(duì)軸承間隙、齒面磨損、軸或葉片的裂紋以及在腐蝕條件下的管道的壁厚等進(jìn)行直接觀察和診斷；由于受到機(jī)器結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件的限制無(wú)法進(jìn)行直接診斷時(shí)，只好采用間接診斷，它是通過(guò)二次診斷信息來(lái)間接地判別關(guān)鍵零部件的狀態(tài)變化，由于多數(shù)二次信息轉(zhuǎn)化成的輸出信號(hào)中攜帶的是綜合信息，因此會(huì)發(fā)生誤診斷，也就是出現(xiàn)偽警和漏檢的可能性會(huì)增大。

(4)常規(guī)診斷和特殊診斷

在常規(guī)工況，也就是機(jī)器正常運(yùn)行條件下進(jìn)行的診斷叫常規(guī)診斷，大多數(shù)診斷都屬于這一類(lèi)；但在個(gè)別情況下需要?jiǎng)?chuàng)造特殊的條件來(lái)采集信息，例如動(dòng)力機(jī)組的起動(dòng)和停車(chē)過(guò)程要通過(guò)轉(zhuǎn)子的幾個(gè)臨界轉(zhuǎn)速，就需要采集起動(dòng)和停車(chē)過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)，而這些信號(hào)在常規(guī)診斷中是得不到的。

(5)簡(jiǎn)易診斷和精密診斷

簡(jiǎn)易診斷相當(dāng)于人的初級(jí)健康診斷，一般由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員實(shí)施，能對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)迅速有效地做出概括性的評(píng)價(jià)。精密診斷的目的是對(duì)由簡(jiǎn)易診斷判定的“大概有點(diǎn)異常”的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的精確診斷，由精密診斷的專(zhuān)家來(lái)進(jìn)行，其功能應(yīng)包括應(yīng)力定量技術(shù)、故障檢測(cè)分析技術(shù)和強(qiáng)度性能定量技術(shù)。8.4.2診斷信息的采集和處理技術(shù)

1.診斷信息的采集

對(duì)一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行診斷時(shí)，第一步工作就是要探測(cè)出它的故障信息，也可叫做故障探測(cè)，就是要收集到反映機(jī)器或系統(tǒng)故障的信息。設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，獲取診斷信息的方法有：直接觀察法、振動(dòng)噪聲檢測(cè)法、磨損殘留物檢測(cè)法，運(yùn)轉(zhuǎn)性能檢測(cè)法等。

大多數(shù)情況無(wú)法直接測(cè)量設(shè)備元部件的各種參量，一般多采用以上的間接信息作診斷，宜用幾種方法綜合分析作出判斷，避免誤診。

(1)直接觀察法

由操作人員或設(shè)備檢查人員，隨時(shí)聽(tīng)聲、目估或用簡(jiǎn)單儀器觀察設(shè)備的運(yùn)行情況，這種方法是定性的、粗略的。

(2)振動(dòng)和噪聲檢測(cè)法

設(shè)備在運(yùn)行中不斷發(fā)生振動(dòng)和噪聲，這是診斷的重要信息，它反映了設(shè)備的狀態(tài)。振動(dòng)和噪聲的測(cè)量和分析可以分為三個(gè)步驟：

①測(cè)總的振動(dòng)和噪聲的強(qiáng)度，可以初步判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常；

②進(jìn)行頻譜分析，確定什么環(huán)節(jié)上出問(wèn)題；

③采用其它測(cè)定手段，以便于更進(jìn)一步的分析。

(3)磨損殘余物檢測(cè)法

機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械零件，在運(yùn)行過(guò)程中，它們的磨損殘余物混入潤(rùn)滑油中，定期對(duì)它們進(jìn)行測(cè)定，可以間接地推測(cè)哪些機(jī)件在磨損，它的磨損情況如何。測(cè)定的方法有三種一是直接檢查殘余物，二是磁性探頭收集殘余物，三是油樣分析。

(4)整機(jī)性能測(cè)定

機(jī)電產(chǎn)品的總的功能指標(biāo)，是監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目，可以用它來(lái)判斷運(yùn)行是否正常，例如：測(cè)量精密機(jī)床的加工精度，測(cè)量光劃?rùn)C(jī)的套刻精度等。

2.診斷故障