故障树分析应用于某型照射器质量改进
故障树分析应用于某型照射器质量改进
Application of the Fault Tree Analysis for the Qualitative Rectification of an Irradiator
作者: 朱海游朱海游，研究员，研究方向为质量管理。 吴剑勇吴剑勇，高级工程师，研究方向为型号管理。
摘要：在收集已发生故障数量和故障模式的基础上，应用故障树分析的原理，对某型照射器建立故障树模型和最小割集分析，根据计算概率重要度，确定照射器的质量改进内容。
关键词：故障树;概率重要度;改进;照射器
Keywords：fault tree;probability importance;rectification;irradiator
0 引言
目前，某型照射器的技术保障还是采用现场维修的手段，无法有效解决相同故障频发等技术质量问题。故障树分析作为可靠性和安全分析的一种技术，是建立在运筹学和系统可靠性基础上的一种符号逻辑分析方法，具有思路清晰、逻辑性强的特点，既可进行定性分析，也可以进行定量分析[1]。在收集和分析近几年该型照射器发生的故障数据的基础上，提出采用故障树分析方法对照射器的故障模式进行全面分析，依据已发生故障的统计分布，找出导致故障的主要因素，提出相应的改进措施，提高该型装备的完好率，缩短现场维修周期。
1 故障树建立
1.1 底事件的确定
故障树分析法以系统最不希望发生的故障状态为分析目标，找出导致这一故障发生的直接因素。通常将最不希望发生的事件称为顶事件，导致顶事件的原因事件称为底事件。
自2001年以来，某型照射器已陆续列装部队，已知交付套数的总使用次数为M，使用至今共出现故障N次。故障频率P由式（1）确定：
故障频率的分布部位如表1所示。
由表1可知，每个故障部位的故障是导致照射器不能正常使用的直接原因。由于维护保障是在部队进行，不具备对元器件损坏的原因进行分析的条件，因此不进一步演绎和查找。表1中的故障部位作为该照射器质量改进的底事件。根据统计概率的定义和工程经验，表1的故障频率可近似为故障概率。
1.2 建立故障树
故障树建造的完善程度将直接影响定量分析的准确性。本研究以照射器故障作为顶事件，已发生故障的故障部位为底事件来建立故障树。 在建造故障树时，首先对照射器的结构树划定边界，然后分析顶事件和底事件在结构树中的相互关系，最后确立故障树。如图1所示，表2为故障树各门事件的含义。
2 故障树的定量分析
2.1 最小割集
最小割集表示系统的一种失效模式，系统的全部最小割集构成系统的故
表1 故障频率分布
障谱。最小割集给出了导致系统故障的所有部件失效的唯一组合，最小割集可以指导系统的故障诊断和维修。修复某个故障件可以使系统恢复功能，只有修复同一最小割集中的全部故障件，才能恢复系统的可靠性设计水平。求系统故障树最小割集的常用方法有下行法、上行法与参数转换法等。表3是通过下行法求得的照射器故障树的最小割集。
经简化、吸收，去掉重复的割集，得到全部11 个最小割集分别为：K1={X1}；K2={X2}；K3={X3}；K4={X4}；K5={X5}；K6={X6}；K7={X7}；K8={X8}；K9={X9}；K10={X10}；K11={X11}。
2.2 定量分析（概率重要度计算）
根据概率知识，照射器不能正常使用的顶事件发生概率FS计算公式为：
由于ki之间不相容，故：
式中，P(ki)为最小割集ki发生的概率，在此P(ki)=Xi为表1中的对应各项。将表1的值代入式(3)，得FS=0.0000253。
根据统计，照射器的平均使用时间t=1000h，λi为各底事件的故障频率，则底事件的不可靠度Fi(t)为：
顶事件FS (t)的不可靠度为：
依据概率重要度定义，
根据表1的数据可以得到各底事件的故障发生概率，则底事件的概率重要度计算值如表4所示。
概率重要度是顶事件的发生概率对某个原因事件发生概率的偏导数，它反映基本事件概率的增减对顶事件发生概率影响的敏感度。从表4可以得出各基本事件的概率重要度排序为X1 > X2 > X9 > X8> X3 > X10 > X4 > X5>X6 = X7 = X11。由此可知，速调管、接触不良、检波器和A4板等四种故障模式对照射器的完好率影响较大。
图1 照射器故障树
表2 故障树门事件含义
表3 下行法求最小割集
表4 概率重要度
3 结论
针对某型照射器已发生的故障模式和故障数量的实际数据，通过构建故障树、确定最小割集以及计算和分析概率重要度，确定了速调管、接触不良、检波器和A4板为质量改进的重点，在现场维护中针对性地加大速调管、检波器和A4板的备件供应，为照射器现场快速修复提供了保证。
参考文献
[1]潘波,黄领才,姜同敏,侯卫国. 服役飞机结构件腐蚀失效故障树分析及改进[J]. 北京航空航天大学学报,2010(3).
[2]李志成. 雷达发射机的故障树分析[J]. 舰船电子对抗,2007(8): 59.
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[5]刘品. 可靠性工程基础[M]. 北京:中国计量出版社，1995.