型號故障樹知識獲取與存儲方法

◎北京宇航系統工程研究所 耿輝 向菁 李璨 劉巧珍

隨著我國航天型號工程不斷發展，工程實施中面臨的故障問題越來越復雜。復雜型號系統中的各種故障具有高度的關聯性，而故障樹是表達型號故障關聯知識的一種有效方法。利用型號故障樹知識不僅可以開展可靠性與安全性分析，還可以進行實時或事后的故障診斷推理。因此，做好型號故障樹知識管理，對于促進航天型號質量管理具有重要意義。

目前，對航天型號故障樹知識獲取與存儲的方式還較為簡單，一般是利用通用的制圖軟件繪制故障樹圖形（知識獲取），并將故障樹知識存儲為相應的圖形文件（知識存儲）。通過這種方式獲取與存儲的故障樹知識仍表現為某種圖形格式，還沒有真正實現知識內容的數字化，而且這些故障樹知識也缺乏規范的格式，不利于進行統一管理。因此，筆者認為需要開發專用的型號故障樹知識獲取軟件和故障樹知識數據庫，以獲取型號各類故障樹知識，并將知識內容存儲于通用數據庫中，從而形成統一規范的型號故障樹知識數據庫，實現型號故障樹知識的數字化管理。

一、面臨的主要問題

型號故障樹知識獲取軟件與知識數據庫的開發應當從型號故障樹知識管理的實際需要出發，以實現故障樹知識獲取與內容存儲，但首先要解決2個關鍵問題：

一是故障樹知識數據的結構設計。為了完整準確地存儲型號中不同范圍、階段的故障樹知識內容，故障樹知識數據結構應盡可能做到通用化、規范化；同時，為了提高故障樹知識數據庫的存取效率，故障樹知識數據結構還應盡可能做到簡單化。

二是故障樹知識獲取軟件模塊的設計。為了便捷高效地獲取型號的故障樹知識，知識獲取軟件應提供圖形化、便利化的故障樹繪制和修改方式，并應提供對故障樹的存儲、讀取、瀏覽、規范化、邏輯檢查、分類管理等功能。做好故障樹知識獲取軟件的模塊設計，是故障樹知識獲取軟件開發的關鍵基礎。

筆者對型號故障樹知識獲取與存儲中面臨的2個關鍵問題進行了梳理分析，提出了解決方法，并在此基礎上開發了型號故障樹知識獲取原型軟件，為后續在試點型號上開展故障樹知識管理改進活動提供了基礎。

二、故障樹知識數據的結構設計

1.故障樹分類結構表

根據應用范圍與階段的不同，航天型號故障樹知識可以按照型號、發次、分系統、工作階段、流程階段、故障樹的6層結構進行分類，如圖1所示。

在故障樹知識的分類結構中使用的具體故障樹位于底層位置，因此只要記錄每個底層故障樹在分類結構中所處的位置，也就記錄了整個型號故障樹知識的分類結構。綜上所述，用于記錄型號故障樹知識分類結構的表格見表1。

2.故障樹內容表

通過故障樹知識獲取軟件獲取的內容包括故障樹中的事件、邏輯門與轉移符號等，分別表示不同層次的故障、故障之間的因果關系、故障樹之間的關聯關系。為了便于存儲，可以利用故障樹知識獲取軟件對初始故障樹進行規范化。只要記錄了規范化故障樹中的每個事件（包括頂事件、中間事件、基本事件、關聯事件）及其屬性（上下層邏輯門、子事件、關聯事件的對應相同子樹）內容，也就記錄了整個規范化故障樹的內容。此外，出于可靠性與安全性分析、故障診斷推理等故障樹知識應用的需要，在事件屬性記錄中還應包括與事件對應的故障代碼、用于檢測事件的測試參數、事件預計發生概率、事件處理方法等知識內容。因此，用于記錄故障樹知識內容的表格見表2。

圖1 航天型號故障樹知識分類結構圖

三、知識獲取軟件模塊的設計

通過梳理航天型號故障樹知識獲取工作的具體需求，得出型號故障樹知識獲取軟件的運行流程如圖2所示。

型號故障樹知識獲取軟件運行流程中主要模塊的功能包括以下幾項：

表1 故障樹分類結構表

表2 故障樹內容表

數據庫管理模塊用于管理故障樹知識數據庫配置，連接故障樹知識數據庫，讀取/存儲數據庫中的故障樹知識內容，以及管理數據庫中的故障樹分類結構。

故障樹描述模塊是以圖形化方式繪制新故障樹/修改數據庫中的現有故障樹，以及對故障樹內容進行邏輯檢查，對故障樹進行規范化管理。

故障樹瀏覽模塊是以圖形化方式瀏覽數據庫中的現有故障樹內容。

日志管理模塊用于記錄與查看軟件的運行日志。

按照上述軟件模塊設計，北京宇航系統工程研究所開發完成了基于MySQL數據庫的專用型號故障樹知識獲取原型軟件，使型號故障樹知識的獲取與存儲實現了數字化，進而推動了故障樹知識的規范管理，實現了故障樹知識的深入應用。