1引言

故障树是对一种系统故障事件以倒推法追其可能起因时作出的一种因果关系的图解，系统故障本身是故障树的顶事件。故障树分析法是运用图形演绎法对系统在一定条件下的故障事件进行逻辑推理，它除对系统进行一般可靠性分析外，还可围绕一个或一些特定的状态对系统做层层深入的分析，它用清晰直观的图形来表达系统内各部件之间的联系，指出部件故障与系统的逻辑关系。通过对故障树的分析，确定系统的故障谱，从而为改善设计、提高系统可靠性指出了方向。因而故障树分析法对分析复杂系统的可靠性和安全性来说，是一种有效的系统工程方法。

2建立故障树

2.1系统顶结构的确定

建立故障树是故障树研究工作的重心，只有在故障树建立后，其它工作才能进行。然而我们首先要解决的问题是如何确定故障树的顶结构。合理地确定系统故障树的顶事件和顶结构是建立故障树的关键问题之一，它对系统边界的确定和故障树的最终形式有着重要影响。

由于水下航行器任一部分的失效都会造成产品的失效或者影响任务的完成，所以我们将其视为一个串联系统。为与维护、使用过程中采取分系统或组合的故障树隔离方式相统一，我们按水下航行器的功能和组合进行了分系统的划分，并由此建立了系统的顶结构。

2.2故障树边界的确定

在水下航行器控制系统故障树研究过程中，必须进行由系统到分系统，再到插（组）件或元器件层层分解，其分解极限的确定须与实际维修、排故的需要相结合。因此我们将故障树边界限定为：“不易分解的组部件和元器件。”

2.3分系统故障树的建立

各分系统故障树以一定的逻辑关系组合构成系统故障树，系统的剖析主要在分系统故障树体现。因此，分系统故障树是系统故障树的实质，它反映了电路的工作原理、内在联系和电路、元器件间的逻辑关系。分系统故障树是以大量的设计定型试验、外场使用和生产过程质量监督中所发现的问题和故障的统计数据为依据，确定故障模式后进行分析绘制的。为使系统关系的表达更加清晰，突出失效形式的主要环节，故障树绘制时应着重于一次失效，对过应力失效和受控失效予以省略。对于电路结构完全相同的支路，在绘制时仅选其中一路进行绘制。

3最小割集计算

故障树最小割集的计算是其定性分析的结果之一，它给出了可导致系统失效的所有部件失效的唯一组合。部件的最小割集也是对故障树进行定性、定量分析评价的依据。因此，故障树最小割集的计算是故障树研究中不可缺少的内容。

对于比较简单的故障树可人工用布尔代数的方法求得，但对复杂系统的故障树则必须借助于计算机。我们在水下航行器控制系统故障树研究中就是运用计算机最小割集运算程序求出最小割集的。由于程序对门和基本事件数的限制，复杂系统的故障树结构不能一次输入。因此我们以分系统故障树为单位，分别以相互独立的形式进行运算求得单部件最小割集、双部件最小割集、三部件最小割集、四部件最小割集和最小割集总数。在这些最小割集中不包含省略通路的割集数，也就是说系统故障树的最小割集数要大于计算结果。

4运用元器件应力法估算组合、整机的失效率

为了估算水下航行器控制系统的整机失效率，要对其各组合的失效率进行计算，才能估算出整雷的基本可靠性水平。假设水下航行器控制系统是一串联系统，因此整机失效率λp与组合失效率λj的关系为：

           ①

即整机失效率为各组合失效之和。整机平均故障间隔时间则为：

MTBF＝1/λp          ②

而组合失效率λj为组合内各种元器件失效率之和，即：

元器件失效率λ＝元器件数×元器件工作失效率     ③

由此可以看出，计算的主要工作在元器件失效率的计算方面。这是一项工作量大而又细致的工作。我国目前对于某些特殊元器件的基本失效率统计尚不全面，故对这类元器件的工作失效率我们采用类比法计算。

以上结果对整机的可靠性水平作出了基本的评估，尤其是元器件失效率的计算结果，为故障树研究中进一步的定量分析打下了基础。

5定性重要度分析

系统失效可能以不同的形式出现，每一种独特的形式就是一种失效模式，它涉及到单个或多个部件的失效。为了减少系统失效的可能性，首先必须在多种失效模式中找出系统薄弱环节，然后设法消除经常出现的危害性极大的失效模式。重要度分析的实际意义就在于此。

在水下航行器控制系统故障树分析的研究中，我们通过故障树最小割集计算，产品试验和生产以及部队使用过程中的失效数据统计，确认系统的薄弱环节。这些薄弱环节在系统中占有较高的重要度或有较高的失效率，因而对系统顶事件的发生具有较大的贡献。

确定系统中有关器（部）件的重要度，找出其薄弱环节，采取针对性的改进措施，提高系统的可靠性与安全性水平，是重要性分析工作的目的。我们正是根据重要度分析的结果，在水下航行器控制系统可靠性增长工作中提出具体建议。这些建议在可靠性增长工作中发挥了成功的作用，使水下航行器控制系统的MTBF下限值得到显著提高。

6故障树的使用

故障树建立的目的就是为了使用。故障树可以作为部队维护和厂内修理的有效工具。多次的实践证明，故障树可以帮助使用维护人员提高分析、判断故障的能力，帮助他们较系统地掌握水下航行器控制系统的工作原理，发现系统的薄弱环节，提高工作效率。故障树的使用步骤如下：

a、根据故障现象判断、确定故障所属的分系统；

b、在分系统故障树中分层查找相应的故障模式及其发生的分支；

c、在分支中找出造成故障的基本事件，进行故障排除。

结束语

综上所述，通过对水下航行器控制系统故障树的分析，确定系统的故障谱，从而为改善设计、提高系统可靠性指出了方向。故障树分析法对分析复杂系统的可靠性和安全性来说，是一种具有“纲举目张”意义的、有效的系统工程方法，确保了水下航行器产品研制生产过程的质量与可靠性。

参考文献

[1]唐亚彬.基于有限元分析的薄壁结构件加工变形预测方法研究[J].组合机床与自动化加工技术.2016，32(1).

[2]齐永兴;徐朋;孙卫峰.薄壁工件装夹稳定性研究[J].机械管理开发.2019，1(1).