郭俊毫 杜曉峰

摘 ?要：全機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)由多種復(fù)雜系統(tǒng)組成，包括控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，加載系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)等，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)參試人員需處理多個(gè)型號(hào)試驗(yàn)值班工作，試驗(yàn)故障排查難度大且耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。為了提高故障診斷效率和提高試驗(yàn)可靠性，將故障樹(shù)分析法應(yīng)用于疲勞試驗(yàn)故障分析中。故障樹(shù)分析法是一種評(píng)價(jià)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性與安全性的方法[1]，通過(guò)收集疲勞試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程故障信息，綜合分析故障信息，最后建立疲勞試驗(yàn)故障樹(shù)。對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析，建立疲勞試驗(yàn)故障事件的最小割集，確定疲勞試驗(yàn)故障事件。針對(duì)故障樹(shù)分析結(jié)果，提出疲勞試驗(yàn)過(guò)程中預(yù)防措施，提高試驗(yàn)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：疲勞試驗(yàn);故障診斷;故障樹(shù);可靠性

中圖分類號(hào)：V216 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）28-0116-03

Abstract： The fatigue test of the whole machine structure is composed of many kinds of complex systems， including control system， hydraulic system， loading system and measuring system. Test fault detection is difficult and time-consuming. In order to improve the efficiency of fault diagnosis and the reliability of the test， the fault tree analysis method is applied to the fault analysis of fatigue test. Fault tree analysis is a method to evaluate the reliability and safety of complex systems. By collecting fault information in the process of fatigue test， comprehensive analysis of fault information， and finallyestablishesthe fatigue test fault tree. The fault tree is qualitatively analyzed， the minimum cut set of fatigue test fault events is established， and the fatigue test fault events are determined. According to the results of fault tree analysis， the preventive measures in the process of fatigue test are put forward to improve the reliability of test operation.

Keywords： fatigue test; fault diagnosis; fault tree; reliability

1 概述

飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、疲勞分析方法和制造工藝質(zhì)量，暴露結(jié)構(gòu)疲勞薄弱部位，為確定結(jié)構(gòu)疲勞壽命提供試驗(yàn)依據(jù)機(jī)疲勞試驗(yàn)[2]。疲勞試驗(yàn)持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)往往存在多個(gè)型號(hào)飛機(jī)疲勞試驗(yàn)并行情況。疲勞試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中，值班人員需要及時(shí)排除試驗(yàn)故障，保證試驗(yàn)的安全和運(yùn)行進(jìn)度。因此需要采用一種疲勞試驗(yàn)故障分析方法，將以往運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的所有故障信息進(jìn)行定性分析，分析各種故障的原因，并針對(duì)分析結(jié)果有針對(duì)性的采取補(bǔ)償措施，保證試驗(yàn)的可靠性。故障樹(shù)分析法是可靠性分析的一種經(jīng)典方法。文獻(xiàn)[3]針對(duì)電梯系統(tǒng)故障，使用故障樹(shù)診斷方法，建立故障樹(shù)模型并提取故障樹(shù)最小割集，實(shí)現(xiàn)了電梯故障的快速準(zhǔn)確診斷。文獻(xiàn)[4]將故障樹(shù)分析法運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床故障診斷過(guò)程中，建立數(shù)控機(jī)床主要部位的故障樹(shù)模型，可快速高效診斷故障。針對(duì)疲勞試驗(yàn)故障特點(diǎn)，將故障樹(shù)分析法運(yùn)用到疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，建立疲勞試驗(yàn)故障樹(shù)模型，對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程的故障進(jìn)行分析，提出補(bǔ)償措施，可提高試驗(yàn)運(yùn)行效率和可靠性。

2 FTA分析方法

故障樹(shù)分析法，簡(jiǎn)稱FTA（Fault Tree Analysis），是一種評(píng)價(jià)系統(tǒng)可靠性與安全性的方法，該方法將系統(tǒng)故障與部件故障聯(lián)系在一起，尋找系統(tǒng)的全部可能的失效狀態(tài)，能夠清晰地說(shuō)明系統(tǒng)的失效原因。因此在故障樹(shù)模型建成后，可以作為一種形象化的技術(shù)資料，對(duì)參與系統(tǒng)的管理、運(yùn)行人員提供直觀的維修指南。

建立故障樹(shù)是FTA中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其完善程度直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，而其化簡(jiǎn)程度則關(guān)系到分析的工作量，也影響故障樹(shù)的直觀性。建造故障樹(shù)的步驟如圖1所示。

結(jié)合全機(jī)疲勞試驗(yàn)特點(diǎn)，具體分析流程如下：

（1）收集疲勞試驗(yàn)運(yùn)行資料，建立疲勞試驗(yàn)故障信息庫(kù)，并對(duì)故障原因進(jìn)行深入分析。

（2）根據(jù)疲勞試驗(yàn)運(yùn)行的要求，選擇與分析目的相關(guān)聯(lián)的事件為頂事件。

（3）從頂事件角度出發(fā)，建立子級(jí)事件，逐級(jí)找出導(dǎo)致各級(jí)事件發(fā)生的所有可能的直接原因，并用相應(yīng)的符號(hào)表示。

（4）分析到底事件為基本事件停止。

（5）繪制故障樹(shù)模型圖，從故障樹(shù)的最下級(jí)開(kāi)始，逐級(jí)確定下級(jí)事件的邏輯關(guān)系，直到頂事件為止，根據(jù)邏輯運(yùn)算對(duì)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

故障樹(shù)建立之后，對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性分析。定性分析的主要任務(wù)是尋找故障樹(shù)的全部最小割集。其中某些事件所組成的集合中全部基本事件都發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生，則稱這個(gè)集合為故障樹(shù)的一個(gè)割集，系統(tǒng)的全部最小割集就構(gòu)成系統(tǒng)的故障譜[5]。

3 疲勞試驗(yàn)故障樹(shù)定性分析

針對(duì)疲勞試驗(yàn)特點(diǎn)，收集試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中的故障信息，故障樹(shù)事件定義表見(jiàn)表1，疲勞試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程最大故障即為試驗(yàn)停止，因此選取試驗(yàn)停止為頂事件，以此為基礎(chǔ)按照?qǐng)D1順序逐級(jí)分析，最終根據(jù)故障事件建立疲勞試驗(yàn)故障樹(shù)模型，見(jiàn)圖2。

采用下行法求得疲勞試驗(yàn)故障的最小割集：{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}、{X12}、{X13}、{X14}，即為任一底事件的發(fā)生均會(huì)導(dǎo)致頂事件的發(fā)生。其中底事件{X10}出現(xiàn)3次，在14個(gè)故障事件中應(yīng)加以注意。

4 疲勞試驗(yàn)可靠性保障措施

結(jié)合FTA分析結(jié)果，將14個(gè)底事件進(jìn)行歸類分析，提出預(yù)防措施，具體如下。

（1）元件故障事件，包括{X3}，{X4}，{X5}，{X6}。此類故障為試驗(yàn)過(guò)程中，部分元件故障或者線纜連接不正常故障，此類故障可以通過(guò)試驗(yàn)前的排查解決。例如試驗(yàn)啟動(dòng)前逐項(xiàng)核對(duì)線纜連接情況，定期對(duì)可能松動(dòng)位置進(jìn)行預(yù)防處理。對(duì)性能存在隱患的閥件及時(shí)更換，選用可靠性能較高元件。

（2）試驗(yàn)操作故障事件，包括{X2}、{X7}、{X8}、{X11}，例如X7，試驗(yàn)加載過(guò)程中回油未打開(kāi)，作動(dòng)筒只能往外放，此類故障不僅會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)超限卸壓，也是可能導(dǎo)致嚴(yán)重故障的事件。針對(duì)此類與人員操作相關(guān)故障事件，一是建立系統(tǒng)級(jí)培訓(xùn)，對(duì)試驗(yàn)的參試人員進(jìn)行定期培訓(xùn)考核，參試人員必須掌握必須的理論知識(shí);二是建立規(guī)范化操作流程，每一步工作有記錄，有簽字確認(rèn)，將每項(xiàng)工作落到紙質(zhì)上，減少人員操作導(dǎo)致的試驗(yàn)故障。

（3）試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置故障事件，包括{X10}、{X13}，疲勞試驗(yàn)加載點(diǎn)多，特別對(duì)于硬式加載點(diǎn)多的型號(hào)試驗(yàn)，加載參數(shù)設(shè)置是一個(gè)逐步完善過(guò)程，通過(guò)前期的調(diào)試以及試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中單點(diǎn)的跟隨情況，逐步調(diào)整加載參數(shù)，直到最大限度滿足試驗(yàn)要求。

（4）試驗(yàn)設(shè)計(jì)不足故障事件，包括{X9}、{X14}、{X15}。例如X9加載點(diǎn)作動(dòng)筒過(guò)長(zhǎng)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中為了解決加載點(diǎn)作動(dòng)筒形成問(wèn)題，采用多節(jié)過(guò)渡段螺栓連接方式，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)加載點(diǎn)作動(dòng)筒過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致加載點(diǎn)震動(dòng)出現(xiàn)，最終會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)的卸壓。疲勞試驗(yàn)運(yùn)行后，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況，逐步完善試驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作，提高試驗(yàn)加載精度和試驗(yàn)運(yùn)行速度。

5 結(jié)論

全機(jī)疲勞試驗(yàn)是一項(xiàng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、檢查要求高的試驗(yàn)，采用高效的檢測(cè)手段不僅可以快捷解決故障，更能提高試驗(yàn)的可靠性。將故障樹(shù)分析法運(yùn)用到全機(jī)疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，建立疲勞試驗(yàn)的故障樹(shù)，得到基本故障事件，建立故障事件最小割集。結(jié)合故障樹(shù)分析結(jié)果，提出預(yù)防措施。目前已在試驗(yàn)中采用此方法并取得良好效果，極大提高了疲勞試驗(yàn)的運(yùn)行效率。

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