故障樹在化學激光器故障診斷中的應用

摘 要：故障樹分析法是一種演繹分析的方法，考慮的是基本故障事件，追溯的是系統失效根源，深入到故障組合之中。介紹了基于故障樹模型的故障診斷方法，以化學氧碘激光器為例創造出其出光功率失常故障樹模型，進行了相應的故障樹定性分析和定量分析。為化學氧化碘激光器系統的設計和維修提供理論依據，也對提高激光器系統的可靠性給予參照。

關鍵詞：故障樹 定性分析 定量分析 化學氧碘激光器

中圖分類號：TN305文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0132-01

1961年，美國人提出了故障樹分析（Fault Tree Analysis簡稱FTA）法，并成功應用于“民兵”導彈系統。我國20世紀80年代引進故障樹分析法，在研究和應用方面取得了許多進展。本文就故障樹分析法在化學激光器中的應用進行了詳細探討。

1 故障樹分析法

故障樹分析法是用故障樹做為工具，分析系統故障的發生地點，分析各個可靠性特征量，評價系統可靠性的方式。它的根本原則指將系統中最糟糕境遇的故障事件作為故障分析的錨點，從而順藤摸瓜追尋造成故障的所有誘因，將其作為先頭第一層事件，于是再利用這一層中的各個原因事件作為出發點，分別尋找造成所有事件發生的下一級的全部因素，循序漸進，一直尋找至所有原始的、故障機理或概率分布都是已知的因素截止。

故障樹分析法流程圖如圖1所示。---

首先，創造故障樹的目原因旨在利用創造故障樹全面挖掘系統，追尋系統中的弱項未知項；對故障樹定性分析旨在追尋頂事件發生的全部因素的故障模式集合，可運用在發現故障，完善使用和維護方案等；對故障樹的定量分析的核心在定量計算頂事件發生可能，從而綜合評價該系統的能力。

2 建立故障樹

2.1 建樹的基本原則

（1）嚴格定義故障事件，劃清邊界，合理簡化。

（2）由葉到根，循序深入。

（3）共因事件在故障樹中必須使用統一標示。

2.2 建樹示例

以某化學氧碘激光器系統為例，該激光器由氯氣供給分系統、碘供給分系統、氦氣供給分系統、氧發生器分系統、光學諧振腔、壓力恢復分系統及控制分系統七部分組成。以激光器“激光器功率失常”作為頂事件，經過層層分析，得到代表各種故障形式的底事件。圖2為化學氧碘激光器功率失常故障樹，由圖2可知共有15個底事件，用X1，X2，……，Xn表示。

3 應用故障樹進行定性及定量分析

3.1 定性分析

故障樹定性分析首先求出故障樹割集，所謂割集是能夠使頂事件發生的底事件的集合，當這些底事件都出現時，則頂事件肯定出現。若割集中的任何一個底事件不被激活，頂事件就不出現時，則該割集稱為最小割集。

采用下行法找出圖2的最小割集為X1，X2，X3，

X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11， X12，X13，X14，X15。

由圖2可知，15個底事件中任一個發生都將引起激光器出光功率失常。

3.2 定量分析

定量分析是根據各個底事件發生的概率，計算系統故障樹頂事件的發生概率。

通過對該化學氧碘激光器的跟蹤實驗，收集一定數據，得到各底事件X1，X2，……，X15的發生概率P1，P2，……，P15分別為：

未給出具體概率的底事件發生概率很小，可忽略。按式（1）計算頂事件發生的概率：

P=1- （1）

計算得出該化學氧碘激光器激光器出光功率失常發生的概率為4.17%。

4 結語

綜上所述，故障樹分析法直觀性強，能把系統的故障與其成因形象地表現為故障因果鏈，反映出系統的相應關系，從而查找系統的弱項部分，并分析出系統的故障概率，可為評價和改善化學激光器設備的可靠性、提高工程化應用水平服務。

參考文獻

[1]朱繼洲.故障樹原理和應用[M].西安：西安交通大學出版社，1981.

[2]楊為民.可靠性·維修性·保障性·總論[M].北京：國防工業出版社，1996.

[3]多麗萍.氣流化學激光測試診斷技術[M].北京：科學出版社，2005.