基于故障树分析法对某引信测试仪的可靠性分析及性能优化

丁建宝 曹磐

摘 要：针对某引信测试仪在测试过程中发生的故障较为复杂，且不易排除的问题，本文采用故障树分析法结合引信测试仪实际故障事件构建了故障树模型。对故障树模型进行了定性和定量分析，指出了影响引信测试仪可靠性的关键部件。还通过Multisim软件仿真发现涡轮上电模块电路產生正弦信号并不稳定的问题，针对该问题对涡轮上电模块电路进行了改进，仿真与实验结果验证了故障树分析法可以提高引信测试仪工作的可靠性。

关键词：引信测试仪；故障树分析法；可靠性；性能优化

中图分类号：TJ430.6 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）02-0033-06

Reliability Analysis and Performance Optimization of a Fuze Tester Based on Fault Tree Analysis Method

DING Jianbao1，CAO Pan2

（1.Jiangsu Yongfeng Machinery Co.，Ltd.，Huaian 211722，China；2.China Guangdong Nuclear Power Group Yangjiang Nuclear Power Co.，Ltd.，Yangjiang 529941，China）

Abstract：Aiming at the problem that physical fault of fuze tester is complex and difficult to exclude during the testing process，a fault tree model is built by combining fault tree analysis with actual fault events of fuze tester. The qualitative and quantitative analysis of fault tree model point out the key parts affecting of the reliability of fuze tester. Through Multisim software finds that sine signal generated by electric circuit module of turbine is not stable，the electric circuit of the turbine is improved to deal with the problem. The results of simulation and experimental verify the fault tree analysis method to improve the reliability of fuze tester.

Keywords：fuze tester；fault tree analysis method；reliability；performance optimization

引 言

引信是利用目标信息和环境信息，在预定条件下引爆或引燃战斗部装药的控制装置或系统[1]。因此引信失效会导致十分严重的后果，误用会危害己方力量，不作用又会错失对目标进行攻击的宝贵机会[2，3]。因此，引信产品的质量把控尤为重要，对引信进行测试是保证引信质量的一种有效手段。

本文研究的某引信测试仪主要由中央控制单元、装定模块、测速信号发生模块、信号采集调理模块、选择控制模块和AC-DC变换单元组成，测试仪的硬件结构组成框图如图1所示。引信测试仪在使用过程中可能发生故障，研究要解决的难点就在于从复杂的线路和各种元器件中快速地找出故障。若不尽快找出故障，则会延长引信产品的测试时间周期，严重的更会损坏引信产品。针对引信测试仪故障复杂、传统故障诊断方法周期较长、难度较大等问题，本文运用故障树分析法对引信测试仪故障现象和原因建立故障树，并对其进行详细分析，从而实现对故障源的准确定位，并对引信测试仪中的薄弱环节进行改进，来提高引信测试仪的可靠性。

1 故障树分析法

故障树分析又称事故树分析[4]，是安全系统工程中最重要的分析方法。故障树分析分为定性分析和定量分析。定性分析主要是求出此故障的所有最小割集，而定量分析主要分为两种方法：一是根据底事件的失效概率来进一步测算顶事件的发生概率；二是求出底事件的结构重要度、概率重要度和关键重要度，根据重要度的大小排序得出故障诊断和修理顺序[5，6]。

1.1 结构重要度

结构重要度指的是此部件在整个系统中所处位置的重要程度，数学表达式如下：

1.2 概率重要度

概率重要度是利用顶事件概率函数偏导数求底事件概率函数，把顶事件进行全概率分解：

P[Φ（X）]=P（xi=1）P[Φ（X）=1|xi=1]+P（xi=0）P[Φ（X）=1|xi=0] （3）

其中：，

则上式为g（Q）=Qig（1i，Q）+（1-Qi）g（0i，Q），两边取偏导数得：

1.3 关键重要度

关键重要度指的是底事件故障概率的变化率与它引起顶事件发生的概率变化率之间的比率。

2 故障树的建立

通过对引信测试仪的故障历史和故障模式分析，设定故障树顶事件是引信测试仪未正常工作，各分支故障树如图2、3、4、5、6所示。并对事件进行编号，得出故障树事件表如表1所示。

3 故障树模型定性分析和定量计算

3.1 故障树定性分析

引信测试仪故障树有18项最小割集且为一阶割集，一阶割集对应的是测试仪故障树的底事件，所以保证每一个底事件模块的可靠性是保证系统高可靠性的前提，即在使用元器件前需要进行筛选并选用军品级别的元器件。测试仪的结构函数可以表示为：

3.2 故障树定量计算

根据设计过程中的数据手册要素说明，另一方面根据GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》和GJB/Z 768A-1998《故障樹分析指南》，统计并计算得到了故障树各底事件的发生概率，表2为测试仪底事件故障发生概率表。

从上表中可以看出每一个底事件发生概率p（xi）不大于0.1，则可以把18个最小割集看作是相互独立事件。计算可得引信测试仪的失效率P（T）和可靠度R分别为：

由上式可得，引信测试仪故障树最小割集的概率重要度和关键重要度如表3所示。

根据上表得知，x1、x13、x14底事件的重要度相对于其他底事件较高，故这三个底事件为引发故障树顶事件的主要事件。

因此，需要对这三个事件进行重点检测和维护。

4 模拟涡轮上电模块电路改进

根据上文用故障树分析法得到的结论，引信测试仪的12M晶振、9V电源失效和-9V电源硬件电路部分存在潜在故障，即模拟涡轮上电模块电路出现问题的概率较大。并对设计的电路在Multisim软件下进行了仿真，如图7所示。

由图7可知，RC振荡电路有一个起振的过程，即正弦信号从小到大渐变提高，并在50ms达到稳定振荡状态。如果在检测过程中，振荡电路的幅值没有稳定，则检测仪测试的发火/解保电压是不满足要求的。图8显示对电路进行的改进[7，8]。

如图9所示，放大电路的输入信号通过C6连接到三极管1脚，R8、C10用于抑制高频噪声，100mF、0.1mF两个电容并联去耦滤波，并选择合适阻值的R7、R8，令输出功率达到20W，最后使输出峰值在2ms后到达36V稳定状态。通过仿真验证了此方案的可行性，仿真结果如图10。

将改进后的硬件电路应用于实际检测当中，运用Altium Designer软件进行电路原理图绘制和PCB板的打样，然后焊接元器件，并进行电路板的调试，制作引信测试仪的实物样机，如图11所示。

实验发现经过对涡轮上电模块电路的改进，引信测试仪的可靠性得到了加强。

5 结 论

本文采用故障树分析法对引信测试仪系统进行了可靠性分析，以“引信测试仪未正常工作”作为顶事件建立了引信测试仪系统故障树模型，进行了定性分析和定量分析，并根据最小割集求得了底事件的概率重要度和关键重要度，最后以故障树分析法得到的结果为依据，改进了引信测试仪模拟涡轮上电模块电路，经实验验证，引信测试仪工作的可靠性得到了提升。

参考文献：

[1] 马宝华.战争、技术与引信——关于引信及引信技术的发展 [J].探测与控制学报，2001（1）：1-6.

[2] 张合，李豪杰.引信机构学 [M].北京：北京理工大学出版社，2014.

[3] 高越俊.硬目标侵彻引信性能检测用测试系统设计 [D].南京：南京理工大学，2013.

[4] 芮延年，傅戈燕.现代可靠性设计 [M].北京：国防工业出版社，2007.

[5] 曹明，刘亚斌.故障树分析法在某型号导引头故障诊断中的应用 [J].电子设计工程，2016，24（11）：118-119+123.

[6] 孙玮琢，韩云东.故障树分析法在装备故障诊断中的应用研究 [J].电脑编程技巧与维护，2015（20）：93-94.

[7] 邓明，金业壮.航空发动机故障诊断 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[8] 李悦.直流绝缘监测系统的研究 [D].南京：南京师范大学，2012.