潜在通路分析技术综述

2016-03-13北京宇航系统工程研究所李剑峰

电子世界 2016年13期

关键词：控制系统

北京宇航系统工程研究所徐晨岳玮李剑峰

潜在通路分析技术综述

北京宇航系统工程研究所徐晨岳玮李剑峰

【摘要】本文阐述了潜在通路分析技术的基本概念、用途、分析过程、优点及局限性，在此基础上综述了目前国内外潜在通路分析技术的研究现状，最后分析了潜在通路分析技术的难点，可为相关科研院所提供研究基础。

【关键词】潜在通路；潜在分析；控制系统

1　引言

自1961年美国波音公司于阿波罗计划期间提出“潜在通路”这一概念以来，潜在通路分析技术逐步引起人们的广泛重视，已经逐步发展成为一门学科被人们所熟知。潜在通路是一种由于工程师无意带进系统设计方案中的错误因素而引起系统故障与事故的现象，广泛存在于复杂控制系统、气路、液路等系统中，它的存在给人类生产生活带来了严重的危害，而潜在通路分析技术旨在预先发现潜在通路，从而做好预防措施，避免各类系统产生故障，因此潜在通路分析技术具有一定的研究意义。

2　潜在通路分析技术概述

2.1潜在通路分析技术

从宏观上讲，潜在通路是指各类系统产生工程师意料之外的功能或者没有达到预期目标功能的路径，一般指在电气系统中使得系统产生非期望功能或抑制期望功能的电路，是由工程师无意引入系统的潜在因素而引起的，与系统的硬件无关。潜在通路的存在常常会给其所在的系统造成巨大的危害，甚至会危害人身安全，为了解决这一问题，人们提出了潜在通路分析技术，该技术通过全面细致的分析和检查系统可能存在的设计缺陷，提前发现潜在路径，并进一步消除，从而在设计过程中消除由于潜在通路引发系统事故的可能性，提高系统设计的可靠性，缩短系统设计周期，减弱由于系统事故对经济效益的影响。

2.2潜在通路分析技术的用途

1961年，美国启动阿波罗登月计划，美国航空航天局（NASA）开始设计复杂的航空航天系统，从而出现了潜在通路问题，为了解决该问题，NASA开始研究潜在通路分析技术，并验证其功能及有效性，随着时间推移，这项技术逐步发展成为一种工具，发现各类系统中的潜在问题。。潜在分析工具可以将几种分析工具，例如故障树、失效模式和效应分析（FMEA）、可靠性估计（Reliability estimates）等整合到一项分析中，这样可以节省时间和项目成本。

2.3潜在通路的分析过程

潜在分析是一种独特的设计过程，因为它利用不同的工具（网络树，以帮助确定分析潜在条件）来发现具体的问题，主要包括数据准备、网络树的建构、网络路径的评估和最终建议与报告四个步骤。网络树和森林是对实际系统进行的拓扑分组。每个网络树代表一种次级功能并显示了可能影响次级功能输出的所有输入数据。将那些促成特定系统输出的网络树结合起来就能建构森林。一个正确的森林能说明系统输出所有相关的输入数据。这些方面和其他方面一起构成了分析的输入数据。

根据前文所述，潜在通路是存在系统内不为人知的路径，在某些情况下，这些路径会给系统带来故障，影响系统正常运行，而潜在通路分析技术的作用就是找出这些路径，由于这些路径是系统软硬件、操作人员操作过程等因素的综合体，所以通过潜在通路分析技术分析得到的输出主要包括以下四类：

（1）潜在路径：电流、逻辑顺序等意外流动路径；

（2）潜在时序：以意外或相互冲突的顺序发生的事项；

（3）潜在表述：对系统运行状况的含混不清或错误的显示，这样可能会使系统或操作人员采取不当行为；

（4）潜在标识：由于系统工作人员操作失误而对系统进行错误的标识，从而给系统工作人员错误的引导，引发相关事故。

2.4潜在通路分析技术的优点

潜在通路分析技术存在一定的双面性，其中优点包括：（1）潜在分析有利于识别设计错误；（2）与危险与可操作性分析一起使用时会有最佳效果；（3）非常有利于处理那些有多重情况的系统，例如配料车间和半配料车间。

潜在通路分析技术的局限包括：（1）潜在通路分析技术的过程不是统一的，会根据其适用环境而变化；（2）潜在通路分析技术必须建立正确的网络树，否则无法有效的发现系统中的潜在通路。

3　潜在通路分析技术的研究现状

3.1潜在通路分析技术的国外研究现状

历经几十年的发展，潜在通路分析理论已经逐步趋向完善，发展成为一门学科。到目前为止，国外有3家公司主要研究潜在通路分析技术，它们是美国波音公司、欧洲空间局和SoHar公司，这3家公司目前都已经开发出了比较成熟的潜在通路分析软件平台。在这3家公司的引领下，潜在通路分析技术已经被美国、欧洲等发达国家应用在了航空航天、工业、民用等领域中，且已取得了较好的应用成果。

3.2潜在通路分析技术的国内研究现状

在国内，由于潜在通路分析技术是航空航天领域必不可缺的技术，因此在20世纪90年代初，我国航天事业开始起步之后，我国相关科研机构也逐渐着手潜在通路分析技术的研究。目前，我国一些科研院所已经自主开发出一些潜在通路分析软件平台，比如北京航天自动控制研究所研发的计算机辅助网络树生成系统CANTGS，第二炮兵工程学院开发的计算机辅助潜在通路分析系统等。除此之外，我国首次自主实现了“长征三号”运载火箭系统关键电路的潜通路的分析，“长征三号”运载火箭系统电路规模较大，这个案例证明我国在潜在通路分析技术的工程应用方面取得了突破性的进展。

4　潜在通路分析技术难点

目前，潜在通路分析技术仍存在很多难点，因为现有的技术都依赖经验丰富的专家，根据自己长期工作积累的经验分析计算机相关软件输出的系统网络拓扑模式，这就导致一般的系统工作人员无法使用该项技术，从而导致潜在通路分析技术效率低、分析周期长且容易出现错误，因此目前潜在通路分析技术的难点在于如何提高潜在通路分析技术的自动和智能程度，使其能够被一般的系统工作人员熟练应用。