基于FTA的Low－E镀膜线可靠性研究

罗松松，屠友明

（1.中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠 233018；2.中建材光电装备（太仓）有限公司，太仓 215400）

基于FTA的Low－E镀膜线可靠性研究

罗松松1，屠友明2

（1.中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠 233018；2.中建材光电装备（太仓）有限公司，太仓 215400）

为实现Low－E镀膜线高可靠性和安全性，以中建材离线Low－E镀膜线为研究对象，应用可靠性工程中的故障树（FTA）分析法，该文系统地对Low－E镀膜线的可靠性进行了定性分析，建立了Low－E镀膜线的故障树。该文应用最小割集常用的Fussell－vesely下行算法，求出故障树的所有最小割集，找出导致镀膜线系统故障的所有薄弱环节，并提出提高Low－E镀膜线可靠性的措施。

Low－E镀膜线； 故障树分析（FTA）； 可靠性

在当今，Low－E镀膜玻璃已成为绿色节能的代名词，由于其具有优良的节能性能、光学性能和环保性能，已被广泛的应用在世界各地的建筑中。而Low－E镀膜生产线的可靠与否将直接影响镀膜玻璃的质量、产能以及人身和设备安全。由于Low－E镀膜生产线是一个由机械部分、电气部分、高真空部分以及冷却系统组成的复杂系统，且各部分之间多为串联连接，其中任何一部分出现问题都将导致镀膜生产线故障或停机，将会给生产企业造成较大的损失，同时存在着设备和人身安全隐患。因此，为降低Low－E镀膜生产线系统故障率，必须对其进行可靠性分析。

该文以中国建材国际工程集团有限公司（以下简称“中国建材工程”）研发制造的离线Low－E镀膜线为研究对象，采用可靠性工程中的故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA），依靠最小割集理论［1］，对 Low－E镀膜生产线进行可靠性分析和研究，找出系统薄弱环节，为镀膜线的可靠性设计、维护和科学管理提供了一种实用的方法和理论依据。

1 Low－E镀膜线故障树的建立

1.1 故障树分析法概述

故障树分析法是研究引起系统发生故障的各种直接或间接的原因，从而在这些原因之间建立逻辑关系，并用逻辑框图（即故障树）来表示的一种方法［2］。通过树状逻辑因果关系图，以系统最不希望发生的事件作为分析目标，逐一向下查找，最终找出系统全部可能的失效模式。位于故障树顶端的是顶事件，也是系统最不希望发生的事件；位于故障树最底层的事件为底事件，是某个逻辑门的输入事件；在顶事件和底事件的中间位置，即为中间事件；用来描述各事件之间因果关系的逻辑符号，称为逻辑门。

故障树分析法的步骤为：1）定义系统边界、初始条件；2）选择合理的顶事件；3）建造故障树；4）进行定性分析和定量分析。

1.2 系统边界条件和顶事件的确定

边界条件：划分了所讨论的系统与其他系统的界限，从而限定了故障树讨论的范围。该文Low－E镀膜线系统故障树分析到关键部件为止，并划定以下边界原则：1）不考虑电气线路和机械连接故障；2）不考虑意外事件和人为因素的影响；3）所有未探明事件均作为底事件，不再进行深入探讨。

Low－E镀膜线系统故障树的顶事件：系统最不希望发生的事件，该文以整线故障停机为顶事件。需要说明的是整线故障停机是指不能够正常生产的故障。

1.3 Low－E镀膜线系统故障树的建立

故障树分析法的关键是建立故障树，离线Low－E镀膜线是一个复杂而庞大的多系统的组合，包括输送系统、真空系统、冷却循环系统、气体供应系统、阴极系统以及电气控制系统等。各组成系统之间通过程序相互关联，且互锁条件繁多，其中任一子系统出现故障都将导致其余子系统故障，并最终导致整线故障停机。

该文以中建材研发设计的离线Low－E镀膜线作为分析目标，经作者在现场长期的安装、调试分析，以“整线故障停机”作为系统故障树的顶事件，找出导致这一故障的所有可能发生的因素。依据以上原则建立的故障树如图1，故障树事件说明表如表1所示。

表1 故障事件说明表

2 Low－E镀膜线系统分析

2.1 Low－E镀膜线定性分析

对Low－E镀膜线进行系统分析之前，需进行如下的假设［3］：1）各故障都是独立发生的；2）不考虑维修因素。

该文采用求最小割集（MCS）常用的Fussell－vesely下行算法［4］，根据逻辑与门仅增加割集的容量，而逻辑或门才增加割集的个数这一性质，由上而下，对每一个输出事件，若下面是或门，则将该或门下的每一个输入事件各自排成一行；若下面是与门，则将该与门下的所有输入事件排在同一行。以此类推，直到所有结果事件均被处理，所在每行底事件的集合均为故障树的一个割集，最后按最小割集理论求出故障树的所有最小割集，找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式。

从基本割集可以看出，影响Low－E镀膜线系统停机的故障原因很多，且大多数为单一故障，尤其对易发故障如腐蚀、高温、磨损、冷却水故障、保护报警等更易引起系统故障停机，必须要求现场工人能够定期维护设备，提前预知，尽早排除可能出现的故障，以免产生更大的损失。

2.2 提高Low－E镀膜线可靠性的措施

2.2.1 可靠性设计与制造

Low－E镀膜线的可靠性是通过设计、制造、维护来实现，而设计和制造决定着镀膜线的固有可靠性，即镀膜线一旦安装完成后其固有可靠性即已定下，很难通过后期的维护来改变。所以在镀膜线设计阶段要对方案进行反复讨论，找出最优方案，并严格控制加工图纸的尺寸、公差等；在制造阶段能够对制造厂家进行监控，要求制造厂家必须严格按照图纸要求进行加工，以免加工误差对设备可靠性造成影响。

2.2.2 生产线维护

Low－E镀膜生产线的维护分为日常点检和定期维护两种。日常点检要求操作工人每班必须要做到上班前仔细检查设备使用情况，上班过程中要正确进行设备的操作，注意对整线的巡查，发现问题及时处理，交接班时必须保证生产线运转良好。定期维护要求在规定的维护期对整线进行系统的维护和保养，尤其是对易损（耗）件，需要记录详细的使用情况，定期更换。对循环冷却水站、真空泵抽系统、阴极系统等重要部分更需加强监控，以便能够及时发现和解决问题，则可大大降低整线停机的概率。

2.2.3 规范操作

Low－E镀膜线是一个复杂而庞大的系统，各组成部分通过程序相互关联，任一部分的操作不当，都将引起整线停机，甚至造成设备的损坏。所以，在对镀膜线进行日常的维护保养以及正常生产时，必须严格按照操作手册执行。尤其需要强调以下几点：1）在对腔体进行日常清理维护以及更换靶材时，必须是无尘操作，严格保护密封面；2）定期对阴极下部屏蔽冷却组件进行喷砂，防止过厚的溅射层对镀膜质量产生影响；3）对冷却水管道进行操作时，注意溅水保护，避免水直接溅在密封面以及电气元件上；4）严格按照抽真空和破空的顺序进行操作，避免抽空和破空时对真空泵以及真空测量元件的损坏；5）注意行车慢速问题，避免对设备和人员造成伤害。以上为常见的不规范操作易发生的地方，避免该类问题的出现，也可大幅度降低设备故障率。

2.2.4 及时更换易损（耗）件

Low－E镀膜线中易损件较多，如密封件、轴承、胶圈、同步带、过滤器等，需按整线操作手册定期检查、记录易损件使用情况，发现问题及时更换。对真空测量元件需定期校验，防止读数误差对工艺造成的误判断；对真空泵齿轮箱油需定期检查，查看油位、颜色是否正常，及时补充或更换润滑油；对纯水系统，注意查看电导率和电阻率值，及时进行加药。

3 结 语

该文通过作者现场对Low－E镀膜线的安装和调试以及大量调研的基础上建立了Low－E镀膜线系统的故障树，对系统进行了定性分析。通过最小割集理论找到镀膜线系统故障停机的根本原因、故障模式和薄弱环节，为后续的Low－E镀膜线的设计、使用和维护提供了一种切实可行的方法。

［1］Lee W S，Crrosh D L，Tilman F A.Reliability［J］.Lie C H.IEEE Trans，1985，34（3）：194－203.

［2］孙新利.可靠性工程教程［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［3］万 毅，邓 斌.基于FTA的接触网系统可靠性研究［J］.铁道工程学报，2005，12（6）：55－59.

［4］刘惟信.机械可靠性设计［M］.北京：清华大学出版社，1996.

Research on Reliability of the Low－E Coating Line Based on FTA

LUO Song－song1，TU You－ming2
（1.China Triumph International Engineering Co，Ltd，Bengbu 233018，China；2.CNBM Photovoltaic Equipment（Taicang）Co，Ltd，Taicang 215400，China）

In order to realize the high security and reliability of Low－E coating line，this paper takes the off－line Low－E coating line of CTIEC as research object，and make the qualitative analysis of the reliability of Low－E coating line according to the fault tree analysis（FTA）method.The fault tree and the mathematical model of Low－E coating line were constructed.All of the minimal cut sets and fault modes of Low－E coating line system were found based on the method of Fussell－vesely down row method，and methods of raising Low－E coating line system reliability were also mentioned.

Low－E coating line； fault tree analysis（FTA）； reliability

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.012

2013－12－20.

罗松松（1983－），工程师.E－mail：luoss＠ctiec.net