CN102289577B - 一种基于最大修复时间最小化的排故方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于最大修复时间最小化的排故方法，是基于检测时间，根据检测顺序计算函数统计最大修复时间，通过比较不同方案对应的最大修复时间，选取最大修复时间最小的方案为排故优选方案。本发明根据各检测点的检测时间计算排故检测顺序，检测顺序经过的各检测点检测时间求和得到排故时间，然后取排故时间最大确定为最大修复时间，通过比较不同方案对应的最大修复时间，选取时间最小的方案为排故优选方案，节省大量的人力物力成本；由于基地部队和一些大型民用产业对时间节点要求比较严格，所以在确保规定时间内排除故障的前提下将排故时间缩到最短具有十分重要的意义。

Description

一种基于最大修复时间最小化的排故方法

技术领域

本发明涉及一种基于最大修复时间最小化的排故方法，特别是涉及机电类产品的故障诊断方法，属于电气测试技术领域，适用于军用、民用领域的电气系统排故，尤其适用于对最大修复时间节点有严格要求的情况，例如部队战时使用和飞机修复。

背景技术

随着各国经济水平的不断提高，国际和国内形势也愈加复杂。新的形势对我军的战备能力提出了更高的要求，尤其是作为海军主要武器的飞航导弹更应做到“来之能战，战之能胜”。目前，我军已经批量装备了各型号导弹，但是在正常的批生产过程中和部队的日常维护中经常碰到一些故障。然而，一旦出现故障，就需要专业技术人员赶赴现场进行分析解决。这样耗费了大量的人力、财力、物力，而且，这种解决方法对专业技术人员有很大的依赖性。由于目前我军基地比较分散，而每个型号的专业技术人员人数有限，所以技术人员要奔赴各基地一一进行相应的售后服务，部分基地的问题不能得到及时解决。这种无奈的时间消耗大大削减了我军实际的战斗力，如果在战时，将带来不堪设想的后果。

因此，亟需一套能够为各种排故工作提供一个指导性帮助的专家级的故障诊断系统，基地部队可以使用故障诊断系统按照流程独立地进行排故，这样可以提高我军战士们的技术水平，从而极大地提高我军装备的运作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种在电气系统测试时能够快捷有效的排除故障的基于最大修复时间最小化的排故方法。

本发明的技术解决方案：一种基于最大修复时间最小化的排故方法，通过以下步骤实现：

第一步，根据机电产品出现的故障确定故障现象，故障现象有M种故障原因即故障点b_m导致，m＝1，2，…M，故障点的每一个输入或输出为一个检测点，每个故障点至少有一个输入检测点和至少一个输出检测点，对于本故障现象有N′个检测点d_i，i＝1，2，…N′，根据所有故障点b_m和所有检测点d_i的逻辑关系建立故障树。

机电产品常出现的故障现象有：继电器线圈加电后单组或多组触点无输出；电压输出异常；电流输出过大或过小；两信号点之间的绝缘电阻超差；芯点之间的导通关系异常等等。

以下举例说明，故障现象由b₁～b₆6个故障点和由d₁～d₇7个检测点组成，对于故障点b₁、b₂来说，d₁为其共有的输入检测点，d₂、d₃分别为故障点b₁、b₂的输出检测点，对于故障点b₃和b₄来说，d₂为其共有的输入检测点，d₄、d₅分别为故障点b₃和故障点b₄的输出检测点，对于故障点b₅和b₆来说，d₃为其共有的输入检测点，d₆、d₇分别为故障点b₅和故障点b₆的输出检测点，根据上述逻辑关系建立如图2所示的故障树，从检测点到故障树底事件的输入的分支称为检测点后的分支，从检测点到故障树顶事件的输出的分支称为检测点前的分支。

第二步，确定每个待检测点的检测时间t_i；

检测时间是指排故过程中检测某一个检测点所消耗的总时间。主要包括找到故障点做好检测准备、打开检测设备、进行检测以及记录检测结果等所耗费时间的总和。

在确定具体故障现象时，会有一些检测点的检测结果为已知(这些检测结果已知的检测点一般为故障现象的首尾检测点)，因此，在后续的寻优中舍去，只对检测结构未知的检测点进行寻优。

第三步，确定寻优的基准函数S＝f(t_i)；

寻优的基准函数是指用函数表达式将变量因子与评判依据形成固定的数学逻辑关系，即该函数的函数值就是寻优的评判依据，函数表达式中包含寻优过程中需要参考的因素。在此，寻优基准函数须包含检测时间t_i。寻优的基准函数有许多，一般为一阶函数、二阶函数、三阶函数或四阶函数等，还可以根据实际需要任意选择。常用的寻优基准函数如一阶函数S＝f(t_i)＝t_i，二阶函数S＝f(t_i)＝t_i ²+t_i。寻优基准函数越复杂，后续的寻优函数就越复杂，可能最终得到的寻优结果越准确，但是寻优所消耗的时间和成本就越大，所以在排故时，应根据实际情况选取合适的寻优基准函数。

第四步，通过寻优，确定寻优排故顺序即故障点的寻优排序，得到寻优排序的综合成本；

A4.1、确定寻优函数S(u)＝f_u(t_i)；

寻优函数是指在寻优基准函数的基础上，在函数表达式中加入某些变量，随着这些变量的变化可以调整参考因素对寻优判据的影响趋势，从而调整寻优排序。寻优函数根据第三步确定的寻优的基准函数确定。寻优函数选取的一般原则是：对于一阶寻优基准函数，可以在每一个参考因素前增加一个系数；对于二阶寻优基准函数，可以在分别在二次幂和一次幂项前增加相应系数即可。例如假设选定寻优基准函数为一阶函数S＝f(t_i)＝t_i，则寻优函数可选为S(u)＝f_u(t_i)＝a(u)·t_i；其中a(u)是变量系数；假设选定寻优基准函数为二阶函数S＝f(t_i)＝t_i ²+t_i，则寻优函数可选为S(u)＝f_u(t_i)＝a(u)·t_i ²+b(u)·t_i，其中a(u)，b(u)是变量系数。变量系数均为u的函数，函数越复杂，寻优的结果可能越准确，但是寻优所耗费的成本肯定会越高，在实际排故过程中，需综合考虑准确性和成本，选择合适的变量系数。

在寻优过程中故障现象的各个检测点的检测时间不变。

A4.2、令u＝1，得到初步寻优函数S(1)＝f₁(t_i)，利用寻优函数计算每个待检测点，按照计算结果从大到小对检测点d_i进行排序，得到待检测点的初步寻优排序S₁＝{d₁₁，d₁₂，…d_1j，…，d_1N}，其中d₁₁为通过初步寻优函数得到的计算结果最大的检测点，d_1N为通过初步寻优函数得到的计算结果最小的检测点，j＝1，2，…N；

A4.3、根据初步寻优排序S₁，利用公式

计算本故障现象中故障点b_m的排故时间，其中t_1mk是初步寻优排序S₁中完成故障点b_m检测所需经过的各待检测点的检测时间；

A4.3.1、将初步寻优排序S₁中的第一个待检测点作为首选检测点；

A4.3.2、检测首选检测点，若该检测点的检测值与设计值一致即该检测点结果正确，则将该检测点后的故障树分支去除后得到新故障树，若检测值与设计值不一致即该检测点结果错误，则将该检测点前的故障树分支去除后得到新故障树，根据更新后的故障树更新初步寻优排序S₁即去除步骤A4.3.1中初步寻优排序S₁中的无故障分支的待检测点，更新后的初步寻优排序S₁中的检测点排列顺序标准不变，仍按照从大到小的顺序排列；

A4.3.3、将更新初步寻优排序S₁中的第一个待检测点作为首选检测点，重复步骤A4.3.2，直至该故障点b_m的输出检测点和输入检测点均被检测；

A4.3.4、将步骤A4.3.1和A4.3.3中确定的故障点b_m的所有首选检测点的检测时间根据公式

计算得到故障点b_m的排故时间；

A4.4、利用公式D₁＝max(D_1m)得到初步寻优排序S₁的排故最大时间即最大修复时间；

A4.5、利用寻优函数S(u+1)＝f_u+1(t_i)计算每个待检测点，按照计算结果从大到小对待检测点d_i进行排序，得到待检测点的寻优排序S_u+1＝{d_(u+1)1，d_(u+1)2，…d_(u+1)j，…，d_(u+1)N}，其中d_(u+1)1为通过寻优函数得到的计算结果最大的检测点，d_(u+1)N为通过寻优函数得到的计算结果最小的检测点；

A4.6、根据寻优排序S_u+1，利用公式

计算本故障现象中故障点b_m的排故时间，其中t_(u+1)mk是寻优排序S_u+1中完成故障点b_m检测所经过的各待检测点的检测时间；(具体的计算过程如步骤A4.3)

A4.7、利用公式D_u+1＝max(D_(u+1)m)得到寻优排序S_u+1的排故最大时间即最大修复时间；

A4.8、令u＝u+1，重复A4.5～A4.7步骤，得到一系列寻优排序的最大修复时间，直至令u＝U，U为寻优总次数；

寻优总次数根据实际情况而定，一般寻优的次数越多得到结果的准确性越高、所花费的时间和成本也越高，实际中需在准确性和成本之间进行权衡，选择合适的寻优次数。

第五步，对比第四步中得到的一系列寻优排序对应的最大修复时间，将最大修复时间最小的排序确定为最优排故顺序；

第六步，按照第五步确定的最优排故顺序对故障现象进行检测，确定导致本故障现象的故障点；

故障点的输出检测点错误而输入检测点正确，则该故障点即为导致本故障现象的故障点。

第七步、对第六步确定的故障点进行排故处理。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明根据各检测点的检测时间计算排故检测顺序，检测顺序经过的各检测点检测时间求和得到排故时间，然后取排故时间最大确定为最大修复时间，通过比较不同方案对应的最大修复时间，选取时间最小的方案为排故优选方案，节省大量的人力物力成本；

(2)由于基地部队和一些大型民用产业对时间节点要求比较严格，所以在确保规定时间内排除故障的前提下将排故时间缩到最短具有十分重要的意义；

(3)本发明适用于在电气系统排故过程中对排故时间要求比较严格情况，特别是军用领域；

(4)本发明为故障诊断系统寻优提供了一个理论依据，为专家级故障诊断系统的寻优模块提供了一种理论方案，解决了故障诊断系统寻优过程中的方案评判标准问题。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明示例故障现象示意图；

图3为本发明具体实施方式实例。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。本发明如图1所示，通过以下步骤实现：

以实际故障为例，在电气控制盒测试过程中，测试设备报故，故障为控制电压28V未输出。分析电缆连接图以及电气控制盒接线图得知，此控制电压的输出线路较为简单，具体线路如下：

测试设备通过插头XS8/5点供电，经过自锁继电器后，再经过一个限流电阻R1，最后通过插座XS6/2点输出至测试设备。各个元器件之间用导线焊接连接。

1、根据机电产品出现的故障确定故障现象，建立故障树。

针对产品出现的故障，断开连接器，先分别用万用表测量XS8/5点和XS6/2点的电压是否异常。检查结果表明，XS8/5点电压为28V，而XS6/2点电压为0V。所以确定故障现象为“正常供电后XS6/2点无输出”。根据本故障现象的逻辑关系建立如图3所示的故障数，其中d₁～d₅为检测点，b₁～b₄为故障点。

2、确定每个待检测点的检测时间

根据检测过程及工序，确定各检测点的检测时间。在确定故障现象时，d₁和d₅的检测结果已知，不用复测；检测d₂时可使用万用表直接在产品盖板外测的电阻输出端进行检测即可；检测d₃时需要打开产品盖板，再用万用表检测即可；检测d₄时需要打开产品盖板后，去掉继电器管脚上的热缩套管再用万用表进行检测并且还需要首先测量一下继电器的线圈电阻。根据上述各检测点的检测过程，各检测点的检测时间为：t₂＝1min，t₃＝2min，t₄＝5min。

3、确定寻优的基准函数S＝f(t_i)；

在此，通过分析检测时间对排故顺序的影响，选取二阶函数S＝f(t_i)＝t_i ²+t_i作为寻优基准函数。从函数表达式可以看出，检测点的检测时间越大，计算结果S值就越大。

4、寻优

(1)确定寻优函数S(u)＝f_u(t_i)；

根据寻优基准函数，同样取二阶寻优函数S(u)＝f_u(t_i)＝a(u)·t_i ²+b(u)·t_i，综合考虑寻优成本和寻优规律，定义变量参数a(u)＝-1，b(u)＝2u。则寻优函数简化为S(u)＝-t_i ²+2ut_i。具体的变量参数可以根据实际情况任意确定。

(2)令u＝1，利用寻优函数计算每个待检测点，按照计算结果从大到小对待检测点d_i进行排序，得到检测点的初步寻优排序；

当u＝1时，初步寻优函数为S(1)＝-t_i ²+2t_i，将每个待检测点对应值代入函数计算可得

所以初步寻优排序为S₁＝{d₂，d₃，d₄}。

(3)根据初步寻优排序S₁，利用公式

计算本故障现象中故障点b_m的排故时间；

针对故障树进行分析，如果故障点为b₁，则按照排序S₁，检测到d₂之后即找到故障，所以故障点b₁的排故时间为D₁₁＝t₂＝1min；如果故障为b₂，则按照排序S₁，需要依次检测d₂、d₃之后才能找到故障，所以故障点b₂的排故成本为D₁₂＝t₂+t₃＝1+2＝3min；如果故障为b₃，则按照排序S₁，需要依次检测d₂、d₃、d₄之后才能找到故障，所以故障点b₃的排故成本为D₁₃＝t₂+t₃+t₄＝1+2+5＝8min；如果故障为b₄，则按照排序S₁，需要依次检测d₂、d₃、d₄之后才能找到故障，所以故障点b₄的排故成本为D₁₄＝t₂+t₃+t₄＝1+2+5＝8min。

(4)利用公式D₁＝max(D_1m)计算初步寻优排序S₁的排故最大时间即最大修复时间；

D₁＝max{D₁₁，D₁₂，D₁₃，D₁₄}＝max{1，3，8，8}＝8min即S₁的最大修复时间。

(5)寻优函数为S(2)＝f₂(t_i)＝-t_i ²+4t_i，将每个待检测点的值代入函数式中可得

因此寻优排序S₂＝{d₃，d₂，d₄}。

(6)根据寻优排序S₂，利用公式

计算本故障现象中故障点b_m的排故时间；

根据故障树进行分析，如果故障点为b₁，则按照排序S₂，需要依次检测d₃、d₂之后才能找到故障，所以故障点b₁的排故时间为D₂₁＝t₃+t₂＝2+1＝3min；如果故障为b₂，则按照排序S₂，需要依次检测d₃、d₂之后才能找到故障，所以故障点b₂的排故时间为D₂₂＝t₃+t₂＝2+1＝3min；如果故障为b₃，则按照排序S₂，首先检测d₃，由于故障为b₃位于d₃、d₄之间，所以d₃的检测结果一定是异常的，因此故障根本不在d₂分支上，故不需要检测d₂而直接检测d₄即可找到故障所在，所以故障为b₃的情况下，排故需要依次检测的点为d₃、d₄，所以故障点b₃的排故成本为D₂₃＝t₃+t₄＝2+5＝7min；如果故障为b₄，则按照排序S₂，同理，检测完d₃后发现故障根本不在d₂分支上，可以跳过d₂而直接检测d₄即可找到故障所在，所以依次检测d₃、d₄之后即可找到故障，所以故障点b₄的排故成本为D₂₄＝t₃+t₄＝2+5＝7min。

(7)同理，利用公式D_u+1＝max(D_(u+1)m)计算寻优排序S₂的排故最大时间即最大修复时间为D₂＝max{D₂₁，D₂₂，D₂₃，D₂₄}＝max{3，3，7，7}＝7min。

(8)令u＝u+1，重复上述第(5)(6)(7)节中的计算方法可得到另一组寻优排序及其对应的最大修复时间。循环计算，直至u＝U，其中U为寻优总次数，此处取寻优总次数为U＝5。

通过计算可以得到如下计算结果：

S₃＝{d₃，d₄，d₂}，D₃＝7min；

S₄＝{d₄，d₃，d₂}，D₄＝8min；

S₅＝{d₄，d₃，d₂}，D₅＝8min；

7、确定最优排故顺序

根据上述计算结果，将最大修复时间最小的排序确定为最优排故顺序。最大修复时间最小为7min，其对应的寻优排序为{d₃，d₂，d₄}或{d₃，d₄，d₂}，所以最优排故顺序为{d₃，d₂，d₄}或{d₃，d₄，d₂}。

8、按照确定的最优排故顺序对故障现象进行检测，确定导致本故障现象的故障点；

打开产品盖板用万用表检查焊点d₃的电压为0V，电压异常，说明故障不在d₂分支上，跳过d₂而直接检测d₄的电压，结果为0V，说明故障为b₄，即继电器供电后转换异常。

9、对确定的故障点进行排故处理。

联系厂家对继电器进行失效分析，解决故障问题。

以上通过实例说明了本发明的具体实施方法，为了验证本发明方法的寻优结果是否正确，针对该实例，对排故顺序进行全列举，分别计算各种排故顺序下对应的最大修复时间。根据排故顺序，利用公式

计算出每个故障点的排故时间，再用公式D₁＝max(D_1m)计算出对应于该排故顺序的最大修复时间。

分析此示例，共有3个检测点需要检测，所以其排故顺序共有6种，分别为{d₂，d₃，d₄}、{d₂，d₄，d₃}、{d₃，d₂，d₄}、{d₃，d₄，d₂}、{d₄，d₂，d₃}、{d₄，d₃，d₂}。通过上述方法，计算结果如下：

当排故顺序为{d₂，d₃，d₄}时，最大修复时间为8min；

当排故顺序为{d₂，d₄，d₃}时，最大修复时间为8min；

当排故顺序为{d₃，d₂，d₄}时，最大修复时间为7min；

当排故顺序为{d₃，d₄，d₂}时，最大修复时间为7min；

当排故顺序为{d₄，d₂，d₃}时，最大修复时间为8min；

当排故顺序为{d₄，d₃，d₂}时，最大修复时间为8min；

可以看出，最大修复时间最小为7min，对应的排故顺序为{d₃，d₂，d₄}或{d₃，d₄，d₂}。与上述的寻优结果一样，说明此寻优结果是正确的。

由此可见，利用本发明中的最大修复时间最小化的排故方法，通过寻优函数得到最优排故顺序，能够在确保排除故障的情况下使得最大修复时间最小，显著减小排故可能耗费的时间。对于对排故时间要求十分严格的情况来说，具有十分重要的意义。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种基于最大修复时间最小化的排故方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，根据机电产品出现的故障确定故障现象，对于确定的故障现象，有M种故障原因即故障点b_m导致，m＝1，2，…M，故障点的每一个输入或输出为一个检测点，每个故障点至少有一个输入检测点和一个输出检测点，对于本故障现象有N′个检测点d_i，i＝1，2，…N′，根据所有故障点b_m和所有检测点d_i的逻辑关系建立故障树；

第二步，确定每个待检测点的检测时间t_i；

第三步，确定寻优的基准函数S＝f(t_i)；

第四步，通过寻优，确定寻优排故顺序即待检测点的寻优排序，得到寻优排序的最大修复时间，

A4.1、确定寻优函数S(u)＝f_u(t_i)，

寻优函数确定原则是：对于一阶寻优基准函数，在每一个参考因素前增加一个系数，对于二阶寻优基准函数，分别在二次幂和一次幂项前增加相应系数；

A4.2、令u＝1，得到初步寻优函数S(1)＝f₁(t_i)，利用寻优函数计算每个待检测点，按照计算结果从大到小对待检测点d_i进行排序，得到待检测点的初步寻优排序S₁＝{d₁₁，d₁₂，…d_1j，…，d_1N}，其中d₁₁为通过初步寻优函数得到的计算结果最大的检测点，d_1n为通过初步寻优函数得到的计算结果最小的检测点，j＝1，2，…N，N为待检测点的总数；

A4.3、根据初步寻优排序S₁，利用公式

计算本故障现象中每一个故障点b_m的排故时间，其中t_1mk是初步寻优排序S₁中完成故障点b_m检测所需经过的各待检测点的检测时间，

A4.3.1、将初步寻优排序S₁中的第一个待检测点作为首选检测点；

A4.3.2、检测首选检测点，若该检测点的检测值与设计值一致即该检测点结果正确，则将该检测点后的故障树分支去除后得到新故障树，若检测值与设计值不一致即该检测点结果错误，则将该检测点前的故障树分支去除后得到新故障树，根据更新后的故障树更新初步寻优排序S₁即去除步骤A4.3.1中初步寻优排序S₁中的无故障分支的待检测点；

A4.3.3、将更新初步寻优排序S₁中的第一个待检测点作为首选检测点，重复步骤A4.3.2，直至该故障点b_m的输出检测点和输入检测点均被检测；

A4.3.4、将步骤A4.3.1和A4.3.3中确定的故障点b_m的所有首选检测点的检测时间根据公式

计算得到故障点b_m的排故时间；

A4.4、利用公式D₁＝max(D_1m)得到初步寻优排序S₁的排故最大时间即最大修复时间；

A4.5、利用寻优函数S(u+1)＝f_u+1(t_i)计算每个待检测点，按照计算结果从大到小对待检测点d_i进行排序，得到待检测点的寻优排序S_u+1＝{d_(u+1)1，d_(u+1)2，…d_(u+1)j，…，d_(u+1)N}，其中d_(u+1)1为通过寻优函数得到的计算结果最大的检测点，d_(u+1)N为通过寻优函数得到的计算结果最小的检测点；

A4.6、根据寻优排序S_u+1，利用公式

计算本故障现象中故障点b_m的排故时间，其中t_(u+1)mk是寻优排序S_u+1中完成故障点b_m检测所经过的各待检测点的检测时间；

A4.7、利用公式D_u+1＝max(D_(u+1)m)得到寻优排序S_u+1的排故最大时间即最大修复时间；

A4.8、令u＝u+1，重复A4.5～A4.7步骤，得到一系列寻优排序的最大修复时间，直至今u＝U，U为寻优总次数；

第五步，对比第四步中得到的一系列寻优排序对应的最大修复时间，将最大修复时间最小的排序确定为最优排故顺序；

第六步，按照第五步确定的最优排故顺序对故障现象进行检测，确定导致本故障现象的故障点；

第七步、对第六步确定的故障点进行排故处理。

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