故障树分析法在深弹维护保养中的应用

杨虹 周立军

（1.91576部队宁波315021）（2.海军航空大学烟台264001）

故障树分析法在深弹维护保养中的应用

杨虹1周立军2

（1.91576部队宁波315021）（2.海军航空大学烟台264001）

采用故障树分析法对深弹维护保养工作进行指导，将自导系统故障的各种原因，由总体至部分，按树枝状结构，自上而下逐层细化，明确了系统失效的各种原因，有助于维护人员全面了解系统的各种故障，能够提高装备故障分析的全面性、准确性，提高了部队战斗力。

深弹；故障树分析法；维护保养；结构重要度

Class NumberO231

1 引言

航空反潜自导深弹，用于摧毁水面、潜望镜状态和潜深在600m以内的潜艇［1］。某型自导深弹在国内是首次装备，该型深弹是无动力自导深弹，其工作原理和方式都不同于普通的航空深弹，借助故障树分析法对该型自导深弹内部结构进行定性分析和定量分析，在日常维护保养工作中能够起到事半功倍的效果。

2 故障树分析法简介

故障树［2］是表示系统或特定事件或不希望事件与它的各个子系统或各个部件故障事件之间的逻辑结构，通过这种结构对系统故障形成原因做出总体至部分按树逐渐地细化划分。这种方法应用到系统中的软件分析，就叫做软件故障树分析［3］（SFTA）。

故障树分析是建立在一种特殊的某个不希望发生的事件（即顶端事件TE）基础上的，用演绎的方法找出它的各种可能的原因事件，直到最基本事件的一种分析方法。

FTA的基本假设有：

1）事件状态为两态：工作（W）或失效（F）。

2）各事件之间独立。

3）事件之间只有与、或逻辑门相互联系。

故障树主要有下列事件项目：

1）底事件：不能再进一步展开的或无需再进一步展开的基本初始故障事件。

2）中间事件：一个逻辑门的一个或多个输入事件发生的故障事件。

3）顶事件：在一次故障树分析中，想要分析的最高层的不希望发生的事件。

故障树中事件之间的逻辑关系是由逻辑门表示的。故障树中常用的逻辑门是“与门”和“或门”。

故障树建立的步骤和方法［4］：

1）确定顶事件，根据分析的目的和故障的判据确定出分析的顶事件。

2）将顶事件写在顶部矩形框内，将引起故障的全部必要充分的直接原因（软、硬件故障、环境因素、人为因素等）置于相应的原因事件符号中画出第二排，再根据实际系统中它们的逻辑关系用适当的逻辑门联接顶事件和这些直接原因事件。遵循建树原则，逐级向下发展，直到所有最低一排原因事件都是底事件为止。

3）对故障树进行适当简化，底事件确定为插件、部件级损坏和操作失误。

故障树定性分析的目的在于寻找导致故障的原因。故障树的定性分析通常需要求出故障树的最小割集。割集：故障树中一些底事件的集合。这些底事件同时发生时，顶事件必然发生。最小割集就是保证割集成立的最小底事件的集合。

故障树往往包含多个底事件，各个底事件在故障树中的重要性必然因它们所代表的元件在系统中的位置的不同而不同。底事件的发生在顶事件的发生中所作的贡献可称作结构重要度。结构重要度是指事件在系统中所出位置的重要程度，它与事件本身的事故概率无关，仅与该事件在系统中所处的位置有关［5］。基本事件的结构重要度系数可用下式进行计算：

式中Iϕ(i)为第i个基本事件的结构重要度；Kj为第j个最小割集；Nj(j∈Kj)为基本事件i所在的最小割集Kj中基本事件的个数；xi∈Kj为第i个基本事件属于第j个最小割集。

3 自导深弹概述

自导深弹按其系统工作分为降落伞系统、保险系统、自导系统等分系统。其中自导系统保证深弹发现并导向潜艇目标，它是深弹中最关键的系统。该型深弹自导系统主被动声联合自导系统。主动声自导系统结构如图1所示，被动自导系统结构如图2所示。

4 建造自导深弹故障树

根据自导系统的功能原理图，可以建造故障树，如图3所示。

其中顶事件：

T：自导系统发生故障

中间事件：

M1：主动声自导系统发生故障M2：被动自导系统发生故障

底事件：

A：声基阵发生故障

B：收发转换开关不能正常工作C：发射机故障

D：信号处理分机故障

E：接收机故障

F：操纵分机故障

5 定量分析与仿真分析

根据自导系统的故障树，利用布尔代数法可以求出故障树函数和最小割集。

对应的最小割集为：｛A｝，｛AD｝，｛AE｝，｛AF｝，｛AB｝，｛BD｝，｛BE｝，｛BF｝，｛AC｝，｛CD｝，｛CE｝，｛CF｝，｛D｝，｛DE｝，｛DF｝，｛E｝，｛EF｝，｛F｝共18个。

根据式（1）可以计算出各底事件的结构重要度系数为

因此各底事件的结构重要度系数顺序为

Iϕ(A)=Iϕ(D)=Iϕ(E)=Iϕ(F)＞Iϕ(B)=Iϕ(C)

上述排列表明当自导系统发生故障时，底事件A、D、E、F发生故障的概率要比底事件B、C大。

在仿真分析中，可以假设各底事件服从威布尔分布［6］，其中失效分布函数［7］为

故障密度函数［8］为

故障率函数［9］为

上式中，t为时间，α为尺度参数，β为形状参数。根据自导深弹的实际情况，在仿真分析中，取t=1000，α=0，β=1.5。

根据自导系统的故障树，对自导系统进行仿真分析［10］。在仿真分析中，模拟次数为1000次。仿真结果如图4所示。

图4 中可以看出，自导系统的故障率为P= 1-A=11.42%。在前期的发射中出现故障的概率较小，而在后期的发射中出现的故障概率比前期明显增大。因此，服役时间长的自导深弹，其维护保养工作就应该仔细全面深入。仿真分析的结果与自导深弹实际情况接近。

当自导深弹的自导系统发生故障时，各底事件发生故障的概率如表1所示。

表1 各事件发生概率

在表1中可以看出，底事件E（接收机故障）发生的概率最大，底事件A（声基阵发生故障）发生的概率次之，而底事件B（收发转换开关不能正常工作）发生的概率最小。因此对于自导系统的维护保养工作，重点依次是接收机，然后是声基阵，接着是信号处理分机，操纵分机，发射机，最后是收发转换开关。以上的仿真分析结果与各底事件的结构重要度系数顺序大致一致。

6 结语

采用故障树分析法对自导深弹维护保养工作进行指导，将自导系统故障的各种原因，由总体至部分，按树枝状结构，自上而下逐层细化，明确了系统失效的各种原因，有助于维护人员全面了解系统的各种故障。实践证明，通过故障树分析法能够提高装备故障分析的全面性、准确性，保证了装备的可用水平，提高了部队战斗力。

对照表1，在平时的维护保养工作中，只要能抓住重点，自导深弹的维护保养工作就能事半功倍。以下是几点措施和建议：

1）自导系统系统发生故障时，对照表1中的部件顺序依次排查故障，能够快速有效地查出发生故障的部件。

2）对于曾经发生过故障的自导深弹应该详细登记故障原因和记录排查过程，以便下次快速排除故障。

3）在自导系统故障树中，没有将一些小概率事件的人为事件列出，但是在维护保养工作中要杜绝人为失误。

4）自导深弹在存储、运输、维护、操作使用等过程，都要严格遵循安全规定。

［1］杨有金.深水炸弹的历程与发展［J］.水雷战与舰船防护，2011，19（2）：1-4.

［2］NASA Software Safety Guidebook.NASA-GB-8719.13，2004：315-316.

［3］朱继洲，故障树原理和原理［M］.西安：西安交通大学出版社，1989：2-3.

［4］常健，马敢干.故障树分析法在舰载装备维修中的应用［J］.舰船电子工程，2008（3）：165-166.

［5］王涛，余文力，王效廉.基于故障树的某导弹战斗部炸药部件安全性分析［J］.导弹与航天运载技术，2008，295（3）：51-53.

［6］李书明，董成利，黄燕晓.基于威布尔的发动机涡轮叶片寿命可靠性评估［J］.中国民航大学学报，2008，26（4）：14-17.

［7］郭春营，姜猛，林源根等.电子器件辐射失效分布函数选择及生存概率的计算与分析［C］//沈阳：第十届全国抗辐射电子学与电磁脉冲学会年报，2010：14-17.

［8］邓昌瑞.基于概率论的密度函数问题分析［J］.宜春学院学报，2013，35（3）：19-21.

［9］Meek，张皓.以截尾子样估计威布尔故障率函数的子样容量［J］.杭州电子工业学院译丛，1994（2）：67-72.

［10］库明阳，郭建英.基于故障树的系统可靠性仿真分析［C］//扬州：全国机械可靠性学术交流会，2006：78-80.

Application of Fault Tree Analysis In Maintenance of Depth Charge

YANG Hong1ZHOU Lijun2
（1.No.91576 Troops of PLA，Ningbo315021）（2.University of Naval Aeronautics，Yantai264001）

The fault tree analysis method is used to guide the maintenance work of deep missile，from whole to part，according to the tree structure top-down layer by layer thinning，clearly the various reasons for the failure of the system，helps people to fully understand the various faults of the system，improve the overall accuracy of equipment failure analysis，enhance the combat effectiveness.

deep missile，fault tree analysis，maintenance，structure importance

O231

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.023

2016年12月10日，

2017年1月30日

杨虹，男，硕士，工程师，研究方向：分布式计算机。周立军，男，硕士，副教授，研究方向：计算机仿真。