曹洪福 馬東冬

[摘 要] 柴油發(fā)電機組維修實訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生排故思路不清，查找故障點效率低，導(dǎo)致學(xué)習(xí)進度緩慢和教學(xué)效果不理想等問題。故障樹分析法為學(xué)生快速定位故障原因、提高排故效率提供了有力工具，既促進教學(xué)目標的達成，又能增強學(xué)生診斷、分析故障問題的能力。

[關(guān) 鍵 詞] 故障樹；實訓(xùn)教學(xué)；柴油發(fā)電機組

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）13-0238-02

柴油發(fā)電機組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及機械、電氣等多個領(lǐng)域，學(xué)生在初步掌握機組構(gòu)造和工作原理階段，缺乏實踐經(jīng)驗，對故障現(xiàn)象與原因之間的聯(lián)系還比較模糊，在機組維修實訓(xùn)過程中，排查故障耗費時間多，導(dǎo)致教學(xué)進度緩慢、教學(xué)效果不理想。職業(yè)教育課堂上多采用案例式、問題引導(dǎo)式教學(xué)法，在啟發(fā)學(xué)生思考分析過程的同時，也需要配合講授科學(xué)有效的故障分析方法，幫助學(xué)生在機組常見故障維修過程中，逐步理順思路、規(guī)范處理流程、提高排故效率，強化教學(xué)效果。故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）在這方面提供了有力支持。故障樹分析法是指對所有可能造成系統(tǒng)故障的各種原因進行逐層分析，根據(jù)這些原因的邏輯關(guān)系建立從上至下的故障樹，通過故障樹反推導(dǎo)致系統(tǒng)故障的各種原因及其組合，可用于指導(dǎo)故障診斷。

一、故障樹分析法概述

故障樹分析法的基礎(chǔ)是以事件符號、邏輯門符號等為要素繪制出的故障樹模型。故障樹模型是一個基于研究對象結(jié)構(gòu)、功能特征的模型，以系統(tǒng)最不希望發(fā)生事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件作為中間事件和底事件，并用邏輯門表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹狀結(jié)構(gòu)。故障樹是一種體現(xiàn)故障傳播關(guān)系的有向圖，反映了系統(tǒng)故障（頂事件）與導(dǎo)致系統(tǒng)故障的諸因素（中間事件和底事件）之間的邏輯關(guān)系，因此是分析故障關(guān)系、查找系統(tǒng)故障單元的一種有效手段。圖1為一個簡單的故障樹模型。

故障樹分析法通常按照以下步驟進行：確定頂事件、建立故障樹、定性分析、定量分析及得出結(jié)論并確定改進措施。教學(xué)過程中僅借鑒故障樹建立過程的思考方法和定性分析的結(jié)論，而定量分析需要計算事件概率，暫不討論。

二、利用故障樹法分析的教學(xué)過程

（一）確定頂事件、建立故障樹

燒瓦是影響柴油發(fā)電組性能的嚴重故障，也是維修課程教學(xué)重點。發(fā)生燒瓦故障時，機組運轉(zhuǎn)吃力，甚至冒白煙，嚴重時發(fā)生抱軸，突然自行停機，停機后可發(fā)現(xiàn)油底殼機油內(nèi)含有細顆粒手感的金屬粉末。

以燒瓦故障作為頂事件，找出直接導(dǎo)致頂事件的所有可能原因，確定第一級中間事件，再循跡找出導(dǎo)致上級事件發(fā)生的所有可能原因，以此循環(huán)類推，直至追尋到引起燒瓦故障的所有可能原因。用相應(yīng)的代表符號和邏輯門將頂事件、中間事件、底事件連接起來，形成樹狀邏輯因果關(guān)系圖即故障樹。按照上述分析建立的故障樹如圖2所示，下頁表列出了所有事件及對應(yīng)符號。

柴油發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)組成可簡要概括為“兩大機構(gòu)、五大系統(tǒng)”，即曲軸連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。故障樹建立過程中，引導(dǎo)學(xué)生從柴油發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)組成和工作原理出發(fā)思考可能引發(fā)燒瓦故障的大致方向，初步確定故障范圍，再向下逐層分析至底層的故障原因及其可能引發(fā)頂事件的組合關(guān)系，從中可發(fā)現(xiàn)以下具體信息：

1.從故障樹的結(jié)構(gòu)上看，它清晰、直觀地反映出導(dǎo)致故障的因素及相互邏輯關(guān)系，軸頸是發(fā)生燒瓦故障的主要部位，軸頸錐度或與軸瓦配合間隙的大小是導(dǎo)致曲軸連桿故障的原因，機油數(shù)量、質(zhì)量等問題是導(dǎo)致潤滑不暢的直接原因，起動前檢查不到位或未按規(guī)定起動機組時極易發(fā)生潤滑系統(tǒng)故障。以此為參照結(jié)合外部檢查，可快速定位故障，提高排故效率的同時，可加深學(xué)生對機組結(jié)構(gòu)原理與故障之間關(guān)系的認識。

2.從故障樹的事件構(gòu)成上看，潤滑系統(tǒng)導(dǎo)致燒瓦故障的因素最多，也最復(fù)雜，相關(guān)故障部位的拆裝和檢查方法應(yīng)作為排故練習(xí)的重點內(nèi)容。

3.從底事件的性質(zhì)上看，多數(shù)是操作使用、維護保養(yǎng)等人為因素，這說明在柴油發(fā)電機組操作使用過程按照規(guī)范定期維護保養(yǎng)，起動前檢查到位，重點關(guān)注機油數(shù)量及質(zhì)量，就能有效避免燒瓦故障的發(fā)生。

（二）定性分析

故障樹頂事件的發(fā)生與否是由構(gòu)成故障樹各基本事件的狀態(tài)決定。當(dāng)所有基本事件發(fā)生時，頂事件一定發(fā)生，但大多數(shù)情況下只要某些基本事件發(fā)生就可以導(dǎo)致頂事件的發(fā)生。在故障樹分析中，把引起頂事件發(fā)生的某些事件的集合稱為割集，一個故障樹的割集不止一個，這些割集中不包含其它割集的割集稱為最小割集，可由各事件的布爾代數(shù)運算簡化得到，每個最小割集是相互獨立的。最小割集的數(shù)量越多，組成最小割集的基本事件數(shù)量越少，頂事件發(fā)生的可能性就越大。在本例的故障樹中，最小割集是能引起柴油發(fā)電機組燒瓦故障的各事件邏輯組合。布爾代數(shù)運算的簡化結(jié)果如下：

TE=M1+M2

=B1+M3+M4+M5+M6

=B1+B2+B3+B4+M7+M8+M9

=B1+B2+B3+B4+B5+B6+B7+B8

從簡化結(jié)果看，故障樹有7個最小割集，其中一階割集6個，二階割集1個。B1-B6每個底事件獨立發(fā)生都能引發(fā)燒瓦故障，而底事件B7和B8同時發(fā)生才會。這說明引發(fā)柴油發(fā)電機組故障的可能性有7個，其中軸頸錐度或橢圓度過大、安裝時未按規(guī)定檢查、機油泵磨損導(dǎo)致間隙過大、起動后未按規(guī)定程序加負載、未定期更換機油、未根據(jù)機組使用特點選擇機油共6個基本事件是本故障樹的薄弱環(huán)節(jié)，最容易引起燒瓦故障。這些基本事件應(yīng)作為排查故障原因時優(yōu)先考慮的因素并在使用和維護過程中應(yīng)給予重點關(guān)注，它們的頂事件應(yīng)作為排查故障的優(yōu)先考慮方向。通過比較不同故障的最小割集數(shù)量，也可幫助學(xué)生了解哪些是柴油發(fā)電機組的多發(fā)故障，哪些因素引發(fā)故障的可能性最大。

三、結(jié)論

從建立燒瓦故障樹的過程及其定性分析中可以看出，故障樹分析法在實訓(xùn)教學(xué)中有以下優(yōu)點：（1）故障樹的建立過程能直觀地反映出導(dǎo)致失效的部位、因素及其相互影響關(guān)系，幫助學(xué)生形成較為科學(xué)的思維方法，加深對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和工作原理的認識，快速找到問題所在及解決途徑。（2）故障樹的事件分布反映了導(dǎo)致系統(tǒng)失效因素的分布情況，哪些事件的“或門分支”越多，就越容易引發(fā)系統(tǒng)失效，對突出教學(xué)訓(xùn)練重點有明顯的指示作用。（3）最小割集代表導(dǎo)致系統(tǒng)失效的最直接原因，它的數(shù)量反映出系統(tǒng)失效的可能性；最小割集中基本事件的數(shù)量反映由該最小割集導(dǎo)致系統(tǒng)失效的可能性，能幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)多發(fā)故障及其最可能的誘因，對日常維護重點也有很好的提示作用。

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