CN103268273A - 一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法 - Google Patents

Abstract

一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，其步骤如下：（一）针对于产品进行系统层次划分，确定最低层次的故障主体及其功能；该“系统层次划分”是指将系统依次分解为子系统、部件，直到最小分析单元；“最低层次”是指能获得技术要求的最低层次；（二）通过故障模式影响分析及征询专家意见，寻找可能的故障模式及故障机理，分析它们之间的相关关系，建立故障模式和故障机理相关矩阵；（三）针对于不同的功能衰变模式进行分类，结合步骤二中已建立的故障模式和故障机理相关矩阵，并考察其中的故障模式是否可测，其中分类及对应的可测性分析进行完毕后，从而确定故障判据。该方法具有广泛适用性，得到最合适的故障判据，具有良好的应用价值。

Description

一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法

技术领域

本发明提供一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，它是分别基于产品的功能解析和机理分析，提出了一种系统的方法来确定故障判据，属于故障学研究、可靠性分析、综合保障分析等相关技术领域。

背景技术

在对一个产品的质量或可靠性等指标进行预计、制订、评价之前，通常需要对相关故障数据信息进行收集、累积、分析和处理。故障数据存在于产品全寿命周期各阶段的工作及活动中，它描述的是产品在规定时间规定的条件不能完成规定功能的状态，具有时间复杂性与空间复杂性。

然而在目前的型号研制过程中，故障数据的采集原则根据型号的不同有很大差异，故障数据的收集过程中缺乏明确的故障判据的确定原则，故障是否列入统计模棱两可，还没有形成一个系统、规范、统一的故障判据确定方法，从而严重影响最终评价结果的可信性。

为此本发明给出了一种基于产品功能解析和机理分析的故障判据确定方法，为后续的数据分析处理工作提供有效的输入，具有较强的工程适用性。

发明内容

（1）本发明的目的：针对故障数据收集过程中故障判据的确定缺乏科学系统体系方法的问题，提出一种故障判据确定的方法。该发明从功能解析和机理分析两个方面出发，在实践中为产品故障判据的确定提供一套系统的方法。首先，综合考虑产品的特点，通过功能解析，明确重要的单个部件功能；其次，针对每个功能进行故障判据表现形式可测性分析；最后，按照不同的情况来考虑故障判据的确定方法。

（2）技术方案：

故障是系统或产品在规定的时间规定的条件不能完成规定功能的状态。故障判据是界定系统或产品正常与故障状态的边界，它会随着系统或产品本身不同的失效机理与不同的使用环境相互作用而表现出不同的形态，一般是由承制方和订购方共同根据产品的功能、性能指标、使用环境等允许极限进行确定的，通常应具有明确的定义或者确定的阈值。根据不同的故障判据和故障统计原则，判断出的故障数据会存在差异。因此我们提出了一套具有实用价值的故障判据的确定方法。

故障判据的确定要遵循科学性（从故障本质出发，减少主观性）、一致性（故障判据的确定要与评价目标一致）及可测性（考虑到技术可测性和经济可测性）的原则，从本质上来说就是要确定产品的评价目标、故障机理和故障模式。影响确定故障判据的因素包括系统层次、任务剖面与环境剖面的划分、使用需求、检测技术及经费的限制等方面。

本发明一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，其流程图如图1所示。

（一）产品功能解析

确定故障判据时，首先要对系统进行系统层次划分，依据检测与维修工作确定最低研究层次，明确故障发生的主体。在此基础上进行产品功能解析，对其构成、原理、功能、接口等各方面进行深入分析，将功能逐层分解到能够获得明确的技术要求的最低层次，明确故障发生主体所对应的所有功能。

（二）故障机理分析方法

故障的本质是对应的故障机理，因此可以说判据表现形式其实描述的是一种转化关系：由产品需要实现的功能转化成系统或设备的性能要求。比如某产品在规定的条件下实现某一功能等同于该产品的某几个性能参数始终保持在规定的范围之内，那么该产品的故障判据就可以由这几个特定的性能参数的阈值来表征，而性能参数的阈值又离不开对故障机理的清晰掌握。因此，可以通过故障模式与故障机理的相关矩阵来了解二者之间的对应关系。

（三）故障判据表现形式确定

我们可以从产品的功能衰变的表现形式开始考察故障判据的表现形式。产品功能的衰变分为三种类型：退化型、突变型与间歇性。功能的衰变如果有退化趋势而且这种退化趋势在经济技术允许范围内可以被检测到的，那么这种功能衰变就是非常好的一种故障判据表现形式，此时可以将表征这种功能衰变的某个指标阈值作为故障判据。然而，有些功能的衰变很难呈现出某种退化趋势，而呈现出突变的特征，此时需要通过之前建立的故障模式和故障机理相关矩阵，把功能的衰变转化为与之对应的机理的指标阈值作为故障判据。对于间歇性功能衰变，例如惯导平台的陀螺漂移现象，通常可以通过故障机理分析转换为性能或某一指标的退化趋势，在经过可测性分析后确定为故障判据。

本发明所述方法的技术方案如下：

本发明一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，具体的实施步骤如下：

步骤一：针对于预定产品进行系统层次划分，确定出最低层次的故障主体以及对应的功能；其中“系统层次划分”是指将系统依次分解为子系统、部件，直到最小的分析单元；“最低层次”是指能够获得明确的技术要求的最低层次（如部件）。

步骤二：通过故障模式影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简称FMEA）及征询相关领域专家意见，寻找所有可能的故障模式及故障机理，分析它们之间的相关关系，建立故障模式和故障机理相关矩阵；

步骤三：针对于不同的功能衰变模式进行分类，结合步骤二中已建立的故障模式和故障机理相关矩阵，并考察其中的故障模式是否可测，其中分类及对应的可测性分析内容如下（示意图如图3），从而确定故障判据。

①退化型功能衰变：功能衰变有明显的退化趋势，且退化量在条件约束范围之内可测，则直接根据定义或阈值确定故障判据；

②突变型功能衰变：功能衰变没有明显痕迹，而有突变的特征，则需要通过之前建立的故障模式和故障机理相关矩阵来把功能的衰变转化为条件约束范围内的性能衰变作为故障判据，否则只能把功能衰变的结果作为故障判据；

③间歇型功能衰变：功能衰变没有明显痕迹，但有间歇性发生的特征，可以看它是否能够转化为可检测的参数值。

其中，在步骤二中所述的“建立故障模式和故障机理相关矩阵”，是指建立一个表格，将故障模式填入竖栏，故障机理填入横栏，0表示不相关，1表示相关，其建立的结果如表3所示。

其中，在步骤三中所述的“确定故障判据”，以鼠标的外壳和内部二极管故障为例，确定方法如下：

（1）针对外壳开裂无法实现保护鼠标内部结构的功能来说，功能的衰变表现为外壳裂纹的不断扩展，属于退化型，我们选取裂纹长度作为退化量，它较容易测得，由此可以确定出故障判据为裂纹长度的临界值，即超过该值便认定鼠标外壳出现故障。

（2）针对二极管不能发出光线，因而无法提供鼠标工作时所需光源这一功能来说，该功能的衰变形式通常表现为突变型，需要寻找故障模式对应的故障机理。对应步骤三中的故障模式故障机理相关矩阵，得到与此相关的故障机理为二极管击穿和二极管参数漂移，通过简单的检测手段（比如万用表、示波器）便可以检测出来，由此可以确定该动能的故障判据为二极管是否击穿，或者反向击穿电压的具体阈值。

（3）针对二极管发出的光线不稳定，因而无法持续提供鼠标工作时所需光源这一功能来说，该功能的衰变形式为间歇型，我们可以将它转化为可测的漂移参数，将反向电流的具体阈值作为故障判据。

（3）优点：

本发明提出了一种系统、规范、统一的确定产品故障判据的方法，其优点如下：

①本发明将故障判据与故障模式结合，并最终定位到故障机理，这样的故障判据具有明确的物理含义，可以为设计人员提供设计依据，从而更容易实现设计上的改进；

②本发明提出的故障判据确定方法面向产品功能，从功能角度出发寻找故障判据，因此对各类产品具有广泛适用性；

③本发明提出的方法最终实现也考虑到了产品故障判据的可测性，从技术可达性和经济可承受性两方面来衡量故障判据能否确定，因此具有良好的应用价值

附图说明

图1是本发明流程图

图2是本发明的思路说明

图3是计算机产品层次划分

图4是故障判据表现形式可测性分析

具体实施方式

本发明一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，其流程图如图1所示，思路说明如图2所示。

以计算机产品为例，结合附图3，对本发明做进一步详细说明。

步骤一：对计算机分为软件和硬件两大部分，考虑各自组成部分，依此进行系统层次划分，确定最低层次的故障主体并明确其功能，层次划分的结果如图3所示；

步骤二：考虑正常工作环境和条件，寻找计算机最低层次故障主体可能出现的故障模式和对应的故障机理，列举如下：

表1鼠标的故障模式和故障机理

根据以上的故障模式和故障机理分析，以外壳和发光二极管为例，建立相关矩阵如表2、表3，其中0表示不相关，1表示相关；

表2外壳的故障模式和故障机理相关矩阵

	故障机理1	故障机理2	故障机理3
				故障模式1	1	0	1
故障模式2	0	1	1

表3发光二极管的故障模式和故障机理相关矩阵

	故障机理1	故障机理2
			故障模式1	1	0
故障模式2	0	1

步骤三：针对鼠标外壳和二极管的功能进行功能衰变分析，思路如图4所示，考虑故障机理相关矩阵与可测性，确定故障判据如下：

1、针对外壳开裂无法实现保护鼠标内部结构的功能来说，功能的衰变表现为外壳裂纹的不断扩展，属于退化型，我们选取裂纹长度作为退化量，它较容易测得，由此可以确定出故障判据为裂纹长度的临界值，即超过该值便认定鼠标外壳出现故障。

2、针对二极管不能发出光线，因而无法提供鼠标工作时所需光源这一功能来说，该功能的衰变形式通常表现为突变型，需要寻找故障模式对应的故障机理。对应步骤三中的故障模式故障机理相关矩阵，得到与此相关的故障机理为二极管击穿和二极管参数漂移，通过简单的检测手段（比如万用表、示波器）便可以检测出来，由此可以确定该动能的故障判据为二极管是否击穿，或者反向击穿电压的具体阈值。

3、针对二极管发出的光线不稳定，因而无法持续提供鼠标工作时所需光源这一功能来说，该功能的衰变形式为间歇型，我们可以将它转化为可测的漂移参数，将反向电流的具体阈值作为故障判据。

Claims (3)

1.一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，其特征在于：该方法的具体实施步骤如下：

步骤一：针对于预定产品进行系统层次划分，确定出最低层次的故障主体以及对应的功能；其中“系统层次划分”是指将系统依次分解为子系统、部件，直到最小的分析单元；“最低层次”是指能够获得明确的技术要求的最低层次；

步骤二：通过故障模式影响分析即FMEA及征询相关领域专家意见，寻找所有可能的故障模式及故障机理，分析它们之间的相关关系，建立故障模式和故障机理相关矩阵；

步骤三：针对于不同的功能衰变模式进行分类，结合步骤二中已建立的故障模式和故障机理相关矩阵，并考察其中的故障模式是否可测，其中分类及对应的可测性分析内容如下所述，从而确定故障判据：

①退化型功能衰变：功能衰变有明显的退化趋势，且退化量在条件约束范围之内可测，则直接根据定义或阈值确定故障判据；

②突变型功能衰变：功能衰变没有明显痕迹，而有突变的特征，则需要通过之前建立的故障模式和故障机理相关矩阵来把功能的衰变转化为条件约束范围内的性能衰变作为故障判据，否则只能把功能衰变的结果作为故障判据；

③间歇型功能衰变：功能衰变没有明显痕迹，但有间歇性发生的特征，可以看它是否能够转化为可检测的参数值。

2.根据权利要求1所述的一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，其特征在于：在步骤二中所述的“建立故障模式和故障机理相关矩阵”，是指建立一个表格，将故障模式填入竖栏，故障机理填入横栏，0表示不相关，1表示相关，以发光二极管为例，其建立的结果如下列表3所示：

表3发光二极管的故障模式和故障机理相关矩阵

故障机理1 故障机理2 故障模式1 1 0 故障模式2 0 1

。

3.根据权利要求1所述的一种功能解析和机理分析的故障判据确定方法，其特征在于：在步骤三中所述的“确定故障判据”，以鼠标的外壳和内部二极管故障为例，其确定方法如下：

（1）针对外壳开裂无法实现保护鼠标内部结构的功能来说，功能的衰变表现为外壳裂纹的不断扩展，属于退化型，我们选取裂纹长度作为退化量，它很容易测得，由此可以确定出故障判据为裂纹长度的临界值，即超过该值便认定鼠标外壳出现故障；

（2）针对二极管不能发出光线，因而无法提供鼠标工作时所需光源这一功能来说，该功能的衰变形式通常表现为突变型，需要寻找故障模式对应的故障机理；对应步骤三中的故障模式故障机理相关矩阵，得到与此相关的故障机理为二极管击穿和二极管参数漂移，通过简单的检测手段便可以检测出来，由此可以确定该动能的故障判据为二极管是否击穿，或者反向击穿电压的具体阈值；

（3）针对二极管发出的光线不稳定，因而无法持续提供鼠标工作时所需光源这一功能来说，该功能的衰变形式为间歇型，我们可以将它转化为可测的漂移参数，将反向电流的具体阈值作为故障判据。

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