CN102306244A - 一种基于检测点评估的排故方法 - Google Patents

Abstract

一种基于检测点评估的排故方法，根据故障现象列出故障树，确定故障概率和检测成本，通过二分法建立每个检测点的逻辑结构权重，将以上三种因素综合评估检测点以确定首选检测点，然后对该点进行检测，将检测结果与理论值进行比较，根据此检测点是否正确来剔除原故障树中无故障分支，更新故障树，对新故障数中各检测点再次进行评估，进而选取新的优选检测点进行检测。重复以上步骤循环优选检测，直至故障树只剩下某个故障点的输出检测点错误而输入检测点均正确，则故障定位。本发明综合考虑了故障点的故障概率、检测点的检测成本以及检测点在整个故障树中的逻辑结构权重等因素，简单易行，且综合性强，能够为排故工作提供一个指导性的依据。

Description

一种基于检测点评估的排故方法

技术领域

本发明涉及一种基于检测点评估的排故方法，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。

背景技术

伴随着各军兵种开展的战略转型，我国的武器装备建设进入了一个新的阶段，新一代武器装备不再追求功能、性能指标的简单提高，而是强调综合作战效能的提升。这种“软性”的作战能力需求给产品的维修性、测试性等提出了更高的要求。

在产品的测试过程中，现场测试人员要对出现的故障进行诊断，传统的故障诊断系统过分依赖于现场测试人员的经验和技术水平，排故时间长，故障定位难，直接影响产品维护质量和排故进度，而且造成很大的浪费。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，以方便现场测试人员对于出现的故障进行诊断。

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检测点评估的排故方法。

本发明的技术解决方案：一种基于检测点评估的排故方法，通过以下步骤实现：

第一步，根据机电产品出现的故障现象，建立机电产品的故障树。

对于某一确定的故障现象，有M种故障原因即故障点f_m导致，m＝1，2，…M，所以有故障点集合故障点{f_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t_i，i＝1，2，…N，所以有检测点集合{t_i}。根据故障点和输入输出检测点的逻辑结构建立故障树，故障树上包含故障点集合{f_m}和检测点集合{t_i}。

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。

本发明针对机电产品单一的故障现象建立故障树，故障树根据导致故障现象出现的故障原因和故障原因的输入输出检测点的逻辑结构关系建立。以下举例说明一个由f₁～f₄4个故障点组成的故障点集合和由t₁～t₅5个检测点组成的检测点集合的故障现象的故障树的建立，故障点集合和检测点集合的逻辑结构关系如下：对于故障点f₁来说，t₁为其输出检测点，t₂为其输入检测点，对f₂来说，t₂为其输出检测点，t₃为其输入检测点，对于故障点f₃来说，t₃为其输出检测点，t₄为其输入检测点，对f₄来说，t₅为其输入检测点，t₄为其输出检测点，根据上述的逻辑结构关系得到如图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。

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)。

第二步，确定每个故障点的故障概率P_m。

本发明针对一种确定的故障现象，结合该类故障的特点，运用统计分析的方法，对各个故障点出现故障的频率进行统计汇总，确定故障点的概率P_m。

定义故障概率的计算公式为

其中G表示历史上(选择的一段时间内统计结果，统计时间可以根据实际情况来相应调整，一般来说，统计时间越长其概率就会越准确)此种故障现象出现的总次数，g_m表示由故障点b_m导致此种故障现象的次数(g_m与G的统计时间一致)，λ_m表示对应于故障点b_m的专家经验补偿参数，此参数取决于专家的故障分析意见(专家经验值，取值范围为0～1)。

第三步，确定每个待检测点的检测成本C_i。

结合产品的逻辑结构特点，梳理各故障点的检测过程，根据产品拆装所需要的人工劳动、所耗费的材料以及检测过程所用到的检测设备及其使用次数等人力、物力成本，确定待检测点的检测成本C_i。

定义检测成本的计算公式为C_i＝R_i+W_i，其中R_i表示检测点t_i完成检测所消耗的人力成本的总和，W_i表示检测点t_i完成检测所耗费的物力成本的总和。

第四步，根据公式(1)得到故障树上每个待检测点的逻辑结构权重T_i， $T_i=\frac{\left[{\log }_2\frac{n^{\′}-1}{2}\right]}{\left[{\log }_2\left(\max \right\{k_i,(n^{\′}-1-k_i)\left\}\right)\right]}---\left(1\right)$

其中n′＝n-n₀，n是检测点集合{t_i}中所有点的总数，n₀是检测结果已知的检测点(检测结果已知的检测点是指在判断故障现象时就确定结果的点，如故障树的顶事件和底事件等)，所以n′表示检测点集合中待检测的检测点的总数(n′≥2)，k_i是检测点t_i到故障树顶事件分支一侧的待检测点的个数；其中“[]”表示小数进一取整，如果“[]”内为整数，则“[]”取该整数加1。当n′＝1时，待检测点仅剩一个，不用比较，直接进行检测，所以无所谓逻辑权重，不再用此公式计算，故此公式中取n′≥2。

本发明是在不考虑故障概率和检测成本的情况下，根据二分法建立各检测点在故障树中的逻辑结构权重。

对于一个故障树，故障现象确定时，其内部逻辑结构也是确定的。根据逻辑结构可以勾列出该故障的故障树，并将故障树结构转化为单向决策的结构。假设故障树共有n′个待检测点节点(下文中的节点都是指待检测点)，那么根据二分法原理，对于所有可能的故障，最优的检测方法为选取故障分支上所有检测点的对分点为首选检测点进行检测。假定最大检测次数为x，则需满足2^x＝n′，得出x＝[1og₂n′]，其中“[]”表示小数进一取整，如果log₂n′为整数，则取x＝log₂n′+1。由此定义上述公式(1)得到的T_i为第t_i点的逻辑结构权重，n′表示检测点集合中节点总数，k_i是检测点t_i到故障树顶事件分支一侧的节点总数，n′-1-k_i为检测点t_i到故障树底事件分支一侧的节点总数，当k_i＝0或k_i＝n′-1时，取log₂(max{k_i，(n′-1-k_i)})＝log₂(n′-1)。显然，从公式上可以看出，当k_i＝(n′-1)/2时，T_i＝1，为最大值。也就是说，位于故障树中间位置的节点的逻辑结构权重最大。

如图2所示的故障树，由于故障树顶事件t₁和故障树底事件t₅的状态已知。所以此处只有另外3个检测点待检测，即n′＝3，计算检测点t₂的逻辑结构权重时，由于t₁状态已知，所以从t₂到t₁的节点总数为k₂＝0，根据公式(1)的原则，取log₂(max{k₂，(n′-1-k₂)})＝log₂(n′-1)＝log₂2，所以权重

计算检测点t₃的逻辑结构权重时，k₃＝1，得到 $T_3=\frac{\left[{\log }_2\frac{3-1}{2}\right]}{\left[{\log }_{2}1\right]}=\frac{0+1}{0+1}=1.$

第五步，根据公式(2)确定每个待检测点的评估分数G(t_i)，

G(t_i)＝(P_i*T_i)/C_i    (2)

其中

是第i个检测点的相邻故障点的故障概率平均值。

相邻故障点是指以该检测点为输出或输入检测点的所有故障点。以图2所示的故障树为例，对于检测点t₂来说，是故障点f₁、f₂的故障概率的平均值。这样的计算方法比较科学。

第六步，对比第五步得到的每个检测点的评估分数G(t_i)，将评估分数最大的检测点确定为首选检测点。

第七步，确定新故障树。

检测第六步确定的首选检测点，得到该检测点的检测值，若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，根据新故障树更新故障点集合和检测点集合。

第八步，故障定位，

重复第四步～第七步，直至故障树只剩一个故障点的输出检测点错误而输入检测点正确，该故障点即为导致本故障现象的故障点。在重复过程中故障点集合和检测点集合的数量根据新建立的故障树进行更新，各个故障点的故障概率和各检测点的检测成本不变。

第九步，对第八步定位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)本发明综合考虑了故障点的故障概率、检测点的检测成本以及检测点在整个故障树中的逻辑结构权重等因素，简单易行，且综合性强，能够为排故工作提供一个指导性的依据；

(2)本发明给出一种循环择优检测的方法，此排故方法简单易行，且合理通用，能够极大提高排故工作的准确性和高效性。在军用、民用电气测试领域具有很强的应用前景；

(3)本发明对逻辑结构权重的提出，充分考虑了检测点在故障树中的位置优势，将二分法用于排故理论，尽量减少检测次数，使排故工作能够达到事半功倍的效果；

(4)本发明为军用、民用等领域的企业日常排故提供一套可行的排故方法，在提高故障诊断的准确性和有效性的同时，减少了产品测试过程中故障分析、故障定位工作对操作者水平的过分依赖，避免了重复性和无序化劳动，降低了劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明故障树结构示例示意图；

图3为本发明具体实施方式实例；

图4为本发明具体实例第二次新故障树；

图5为本发明具体实例第三次新故障树；

图6为本发明具体实例第四次新故障树。

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(图3)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

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”。根据逻辑关系，t₁～t₅为检测点，f₁～f₄为故障点。

2、确定每个故障点的故障概率

根据历史上(统计时间为2年)此种故障现象排故结果统计，利用故障概率计算公式可以得到f₁～f₄的故障概率分别为：P₁＝0.05，P₂＝0.05，P₃＝0.05，P₄＝0.85。此处，均取计算公式中的专家补偿参数λ_m＝0。

3、确定每个待检测点的检测成本

根据检测过程及工序，确定各检测点的检测成本。在确定故障现象时，t₁和t₅的检测结果已知，不用复测；检测t₂时需要在产品盖板外测的电阻输出端使用万用表进行检测即可；检测t₃时需要打开产品盖板，再用万用表检测即可；检测t₄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。根据上述各检测点的检测过程，利用检测成本计算公式，定义各检测点的检测成本为：C₂＝2元，C₃＝3元，C₄＝4元。

4、根据公式(1)得到故障树上每个检测点的逻辑结构权重T_i，

$T_i=\frac{\left[{\log }_2\frac{n^{\′}-1}{2}\right]}{\left[{\log }_2\left(\max \right\{k_i,(n^{\′}-1-k_i)\left\}\right)\right]}---\left(1\right)$

其中n′＝n-n₀，n是检测点集合{t_i}中所有点的总数，n₀是检测结果已知的检测点(如故障树的顶事件和底事件等)，所以n′表示检测点集合中待检测的检测点的总数(n′≥2)，k_i是检测点t_i到故障树顶事件分支一侧的待检测点的个数；其中“[]”表示小数进一取整，如果“[]”内为整数，则“[]”取该整数加1。当n′＝1时，待检测点仅剩一个，不用比较，直接进行检测，所以无所谓逻辑权重，不再用此公式计算。因此，每个检测点的逻辑结构权重T_i为：T₃＝1，

(已知检测结果的检测点不在计算之列)

5、根据公式(2)确定每个待检测点的评估分数G(t_i)，

$G\left(t_i\right)=(\stackrel{\‾}{P_i}*T_i)/C_i---\left(2\right)$

其中是第i个检测点的相邻故障点的故障概率平均值；

$\stackrel{\‾}{P_2}=(P_1+P_2)/2=0.05,$ $\stackrel{\‾}{P_3}=(P_2+P_3)/2=0.05,$ $\stackrel{\‾}{P_4}=(P_3+P_4)/2=0.85.$

将检测点各个值代入公式(2)中可得

G(t₃)＝0.05*1/3＝0.0167， $G\left(t_4\right)=0.45*\frac{1}{2}/2=0.1125.$

6、对比第五步得到的每个待检测点的评估分数G(t_i)，将评估分数最大的检测点确定为首选检测点，因此，t₄为首选检测点。

7、确定新故障树

检测t₄，得到该检测点的检测值电压为28V，检测值与设计值一致即该检测点结果正确，说明该检测点之后的故障树分支无故障，则将该检测点后的故障树分支去除后得到第二次新故障树，如图4所示。

新故障树的检测点只剩下t₂和t₃。运用同样的方法重新计算两个点的逻辑结构权重可得：T₂＝1，T₃＝1，同理，将检测点的各值代入公式(2)中重新计算检测点的评估分数为：G(t₂)＝0.05*1/2＝0.025，G(t₃)＝0.05*1/3＝0.0167。所以确定t₂为首选检测点。

检测t₂，得到该检测点的检测值电压为0V，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第三次新故障树，如图5所示。

该故障树检测点只剩下一个检测点t₃待检测，因此不再需要用逻辑权重计算公式进行比较计算。检测t₃，得到该检测点的检测值电压为28V，检测值与设计值一致即该检测点结果正确，说明该检测点之后的分支无故障，则将该检测点后的故障树分支去除后得到第四次新故障树，如图6所示。该故障树无待检测点，故障树更新停止。

8、故障定位；

故障树只剩一个故障点f₂的输出检测点t₂错误而输入检测点t₃正确，该故障点即为导致本故障现象的故障点。

9、对确定的故障点进行排故处理。

用万用表测量电阻R1阻值为无穷大，所以确定故障为电阻R1断路，拆下故障电阻进行失效分析并更换新电阻。更换后，该产品功能恢复正常。

利用本发明提出的基于检测点评估的排故方法，通过二分法计算每个检测点在故障树中的逻辑结构权重，再结合故障点的故障概率和检测点的检测成本，对每个检测点进行评估，根据评估值确定首选检测点。首选检测点的故障概率较大且检测成本较小，同时使得总体的检测次数较少。整体来看，此方法能够显著降低整体排故总成本。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种基于检测点评估的排故方法，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现象，建立机电产品的故障树，

故障树上包含故障点集合{f_m}和检测点集合{t_i}，m＝1，2，…M，i＝1，2，…N，对于本故障现象，有M种故障原因即故障点f_m导致，所有故障点f_m的集合为{f_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t_i，所有检测点的集合为{t_i}，根据故障点和检测点的逻辑结构建立故障树；

第二步，确定每个故障点的故障概率P_m；

第三步，确定每个待检测点的检测成本C_i；

第四步，根据公式(1)得到故障树上每个待检测点的逻辑结构权重T_i，

$T_i=\frac{\left[{\log }_2\frac{n^{\′}-1}{2}\right]}{\left[{\log }_2\left(\max \right\{k_i,(n^{\′}-1-k_i)\left\}\right)\right]}---\left(1\right)$

其中n′＝n-n₀，n是检测点集合{t_i}中所有点的总数，n₀是检测结果已知的检测点，n′表示检测点集合中待检测的检测点的总数，n′≥2，k_i是检测点t_i到故障树顶事件分支一侧的待检测点的个数，[]表示小数进一取整，若[]内为整数，则[]取该整数加1；

第五步，根据公式(2)确定每个待检测点的评估分数G(t_i)，

$G\left(t_i\right)=(\stackrel{\‾}{P_i}*T_i)/C_i---\left(2\right)$

其中

是第i个待检测点的相邻故障点的故障概率平均值；

第六步，对比第五步得到的每个待检测点的评估分数G(t_i)，将评估分数最大的待检测点确定为首选检测点；

第七步，确定新故障树，

检测第六步确定的首选检测点，得到该检测点的检测值，若检测值与设计值一致即该检测点结果正确，说明该检测点之后的故障树分支无故障，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，说明该检测点之前的故障树分支无故障，则将该检测点前的故障树分支去除后得到新故障树，根据新故障树更新故障点集合和检测点集合；

第八步，故障定位，

重复第四步～第七步，直至故障树只剩一个故障点的输出检测点错误而输入检测点正确，该故障点即为导致本故障现象的故障点；

第九步，对第八步定位的故障点进行排故处理。

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