故障树诊断法在工程机械故障排查中的应用探析

于 平

（中铁九局六公司，辽宁 沈阳110031）

随着科学技术的不断发展和进步，各种工程机械的功能越来越强大，为了更好地应用这些功能，工程机械产品的构造也越来越复杂。机械产品的质量以及在运行过程中是否可靠逐渐成为了使用者尤其关心的一项重要的质量指标。为了有效地保障工程机械运行的稳定性和可靠性，使机械的使用寿命延长，需要定期对运行着的工程机械进行故障检查和排查，从而尽量避免一些大的故障发生，在减少维修维护费用的同时，也可更大程度地提高机械的使用效益。在进行工程机械故障排查时经常会用到的一种方法就是故障树诊断法，由于此种方法对于工程机械的故障排查更加全面，所以很受欢迎。本文主要研究的是故障树诊断法在工程机械故障排查中的应用的相关问题，希望通过分析可以更加清晰地了解故障树诊断法在工程机械故障排查中的应用，避免给企业造成一些无法挽救的损失。

1 故障树诊断法简介

1.1 故障树诊断法的内涵

故障树诊断法是一种用来评价复杂系统可靠性和安全性的常用方法。最早出现的时间是上个世纪60年代初，是由美国贝尔实验室提出来的，当时主要是用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，用它来预测导弹发射的随机故障概率。之后，随着科技水平的不断发展，故障树诊断法的内容和技术也随之进步，现在已经逐渐发展成为了以数学、物理、人工智能、模式识别、现代控制论等多学科综合交叉的新兴学科技术形式。被广泛应用在核能、电子、机械、采矿、宇航等领域。需要说明的是，在计算机技术和网络技术的飞速发展之下，故障树诊断法的应用和计算机软件技术的联系越来越紧密。通过故障树诊断法的应用可以更全面地找出系统可能存在的失效状态，从而指导技术人员的维护和维修，以延长机械系统的使用寿命。

1.2 故障树诊断法的优势

（1）通过使用故障树诊断法对工程机械进行故障排查，可以更加全面、清晰地对导致事故的原因以及它们之间的逻辑关系进行梳理和描述，这对于技术人员尽快了解和发现故障的所在以及原因将会起到非常大的助力作用，从而使得维修技术人员更快更有针对性地做出解决方案。（2）根据故障树诊断法分析出来的各个事件发生故障的频率数据，可以更准确地确定各个基本事件对于导致事故发生的影响程度，进而找到故障的轻重缓急，使得技术人员在进行维修维护时，可以分清主次，可以知道先从哪一步进行处理会更好更快更有效果。（3）应用故障树诊断法对工程机械故障进行排查，既可以对其进行定性分析，也可囊括定量分析、系统分析，分析愈加全面化。其中，定性分析可以清晰认知故障的程度与大小，可为维修工人提供维修思路，解决实际故障将更为顺利、更为得心应手。定量分析可以评估故障事件发生概率，可为今后的维护、检修工作提供一个明确概念，对有效解决工程机械故障问题起到积极作用和影响。不管是定性分析还是定量分析、系统分析，都有利于工程机械故障的有效、全面解决，可放心地将工程机械投入工程施工中进行使用，为工程顺利、高效完工奠定坚实基础，也大大地提高了工程机械的使用寿命。

1.3 故障树诊断法的缺点

（1）故障树诊断法是通过产生的故障结果来推算造成故障的各种因素，而不是通过各种小的因素来演算结果，这可以说是故障树诊断法的一个劣势。（2）在工程机械故障排查工作中运用故障树诊断法时，需要技术人员对整个工程机械设备有一定的了解，且不同的技术人员即便是分析同一个事件或者同一个故障过程都可能会产生不一样的分析结果，这样会使得分析出来的数据也是不同的。（3）如果在遇到一些过程比较复杂或者内容比较丰富的工程机械系统时，在应用故障树诊断法时也需要建立更庞大的故障树，这时所要考虑的因素也会变得更多更繁杂，所需要计算的数据量也会很庞大，从这一点上来说，相比于其他的一些故障诊断方法，故障树诊断法就明显处于劣势。（4）故障树诊断法既可以用作定性分析，又可以用来进行定量分析，但在进行定量分析之前，是需要先全面地进行定性分析的，如果在定性分析上有所疏漏，那么势必会对定量分析的数据产生一定的影响，造成数据之间的偏差，这会对后期整体、对工程机械故障的分析产生很大的影响，从而造成故障分析不够精准，进而影响到故障的解决措施制定。

2 故障树诊断法在工程机械故障排查中的应用分析

2.1 建树方法和流程

在工程机械故障排查工作中，建立故障树其实是一项较为复杂和庞大的工程，因此在应用故障树诊断法对工程机械故障进行排查之前，需要收集和分析有关工程机械设备的技术资料，从而能够更加全面、仔细地掌握工程机械的设计、使用维护等各方面的知识，并根据故障情况科学地选择故障树诊断法，进而实施人工建树的过程。需要说明的是，在使用故障树诊断法时，要从上到下、循序渐进的逐层建树，主要的流程如下：（1）对各种与技术相关的资料，如接线图、表，各个组成设备的技术、使用和维护相关的说明书以及设备的工作流程、相关系统和设备之间的接口类型、工作原理等都要进行了解并能够消化吸收。（2）确定顶事件，在搜集和认知工程机械设备基本情况基础上，凭借自己的经验，将工程机械可能遭遇的故障类型由大到小排列，结合这份评估按照顺序排查故障，保障工程机械自身没有较大故障，真正做到全方位排查。也借此机会明确此次故障排查的顶事件。（3）将已经确定的顶事件记载于矩形框内，分析故障引发的诸多缘由，将涉及环境因素、人为因素以及软硬件方面的故障等放在对应的故障问题中，结合多年故障排查经验，探析诸多问题与故障中的规律和特点，将顶事件与这些故障串联起来，逐个摸索原因，直到所有问题迎刃而解。（4）通常情况下，工程机械发生故障，维修人员会将故障零件进行更换，但这种维修方式只限于插件和部件级，对其他地方进行故障排查与维修，则需要探索故障源头，这个时候，故障树诊断法就会派上用场，只是需要尽可能地简化排查工序，将底事件真正摸索清楚，利于之后采取更正确、合理手段解决问题。

2.2 故障树的建立

在很多的工程机械中，柴油机是非常重要的一个动力设备，它可以为工程机械提供足够的动力，以保证工程施工的顺利进行。所以，在工程机械的故障排查中，针对柴油机的故障排查是非常重要的，并且是不可缺少的。本文主要对故障树诊断法在柴油机的故障排查中的应用情况进行了较为详细的分析。

此次研究的柴油发动机型号为C6.6ACERT，一般故障多发生于发动机部位，会造成发动机无法启动、无法正常运作，因此，明确此次柴油发动机故障的顶事件为发动机不转动。顶事件明确后，维修人员即可缩小检查、维修范围，仅针对发动机进行观察、分析，这个时候，不必急躁地拆分发动机部件，可以先分析发动机不转动缘由，然后结合评判和分析来进行下一步操作，也正因如此，在使用故障树诊断法时，对于工程机械的故障树顶事件的确定是非常重要的。而通过分析，我们发现和柴油机对应的底事件有17个类型，如图1所示：

图1 柴油机发动机不转动的故障树诊断图

通过图1中采用故障树诊断法对柴油机机械故障进行顶事件的定位分析发现，造成柴油机发动机不转动的原因主要有四类：第一种是由于发动机的飞轮齿环损坏导致的发动机无法正常转动；第二种是因为啮合齿套受到了损坏而导致的柴油机的发动机不能转动；第三种是因为发动机卡住了而无法转动；第四种是发动机的电源失效而不能正常启动发动机，导致发动机无法转动。而在这四大类的故障树分析中，造成发动机卡住的原因又有活塞气缸烧结、曲轴轴瓦烧结、燃烧室有异物、啮合齿套损坏。在发电机失效中又主要是由电源断电、点火开关失效、电源电压低、继电器损坏、起动电机烧毁等原因导致。而导致电源断电的原因又有蓄电池损坏、电源线松动、搭铁丝断。导致电源电压低又主要是由于极板损坏、电液面低、充点电量低造成的。通过清晰的故障树诊断方法可以发现造成柴油机发动机不转动的原因主要有17个。之后可以一一对其进行排查和排除，以找到真正的造成柴油机发动机不转动的原因，进而采取针对性的措施对其进行维修以排除故障，使得发动机正常运转。

3 故障树诊断法在工程机械故障排查应用中的发展方向

3.1 融合更加智能的故障诊断技术

在科学技术的快速发展背景之下，和人工智能相结合的故障树诊断法在工程机械故障排查中的应用已经越来越广泛，但科技依然是在不断进步的，在将来，故障树诊断法在工程机械故障排查中的应用必将会融合更加智能、更加多元的学科内容，在相互交叉糅合的基础上，可以更快速更便捷地诊断出工程机械发生的一些故障，以帮助技术人员尽快解决故障。比如，和人工神经网络的相互融合和基于规则系统的融合等。

3.2 智能BIT技术

BIT技术可以理解为自测技术，即是工程机械内部自行测算和检验的技术和能力，又可以迅速地找出内部故障所在。一般而言，BIT技术有两个发展方向：其一，和ATE实现融合，便可发挥智能性优势与特点，确保工程机械故障可以自动化检索和诊断，可将信息进行评估和分析，即可给出综合评价，有利于之后的研制维修方案。其二，和现如今运用很广泛的IT技术进行融合，可以使BIT技术功能愈加全面，涵盖定位、检测、自控、保护等多项功能于一身，即可强化检测能力、维护能力，大大提升了检测性能，而且也可以降低成本，使得维修变得更简便。这是非常值得推广的一种故障树诊断技术，会有很好的应用前景和优势。

3.3 基于网络技术的远程协作诊断技术

随着微电子、计算机、智能技术和网络技术的不断发展，基于因特网的工程机械设备故障远程协作诊断将会成为故障树诊断技术的一大趋势，这也是当前人工智能应用正在深入探索和推广的一个重要的关注点。需要说明的是，在基于因特网的远程协作故障树诊断方法的应用中要尤其注意三点内容：一是要有若干台中心计算机作为服务器，以便在关键的工程机械设备上建立状态监测点，方便采集数据。二是要建立故障树的分析诊断中心，为工程机械的故障排查和检查提供远程技术支持和保障。三是要把故障树诊断方法和网络技术进行更深层次的融合，实现数据信息、诊断技术的网络共享，使得故障树诊断法在网络的环境中可以方便远程使用，以达到与面对面的分析和应用同样的效果。

3.4 多层次的诊断方法集成

我们不能否认故障树诊断法在工程机械故障排查中所发挥的作用和优势，但由于现代工程机械的构造越来越复杂，所以在故障排查中，故障树诊断法和其他的诊断方法的相互配合也将会变得越来越普遍。也就是多层次的诊断方法集成，它可以把知识库中的各种诊断知识、诊断技术进行集成，并结合数据库中的各种故障数据，根据工程机械不同的故障情况做出综合的分析、判断，从而更精准快速地定位故障点和故障原因，并给出最为合适的解决方法。它的工作过程：把对工程机械的工作状态监测所得到的各种信息进行融合，然后结合层次诊断集成方法，按照从浅入深的步骤一步一步地进行层次推理进而做出诊断。以故障树诊断法为基础的多层次的诊断方法的集成进一步把工程机械的工作状态监测中的信号监测处理集成到更加系统的诊断系统中，可以进行在线数据处理和在线诊断推理，实现非实时诊断到实时诊断的转变，这也是信息诊断和智能诊断的统一。

4 结束语

通过以上分析可以发现，故障树诊断法在工程机械的排查中发挥着非常重要的作用，它可以对工程机械的故障进行从上到下，进行较为彻底的排查，可以更加清楚故障所在的部位，以便帮助技术人员更加快速地确定故障点，从而制定出更加科学有效的解决方法。故障树诊断法在工程机械排查中的应用大幅度解决了企业的人力和物力的成本问题，从而给企业带来了较大的经济效益和社会效益，也为我国工程机械故障排查技术的提高奠定了非常坚实的基础。但我们也不能忽略故障树诊断法的一些弊端，在工程机械设备的集成化、智能化和精密化程度越来越高的情况下，故障树诊断法也会随之而不断的提升，更好地助力于我国企业的发展。