于 平

（中鐵九局六公司，遼寧 沈陽110031）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種工程機械的功能越來越強大，為了更好地應(yīng)用這些功能，工程機械產(chǎn)品的構(gòu)造也越來越復(fù)雜。機械產(chǎn)品的質(zhì)量以及在運行過程中是否可靠逐漸成為了使用者尤其關(guān)心的一項重要的質(zhì)量指標(biāo)。為了有效地保障工程機械運行的穩(wěn)定性和可靠性，使機械的使用壽命延長，需要定期對運行著的工程機械進(jìn)行故障檢查和排查，從而盡量避免一些大的故障發(fā)生，在減少維修維護(hù)費用的同時，也可更大程度地提高機械的使用效益。在進(jìn)行工程機械故障排查時經(jīng)常會用到的一種方法就是故障樹診斷法，由于此種方法對于工程機械的故障排查更加全面，所以很受歡迎。本文主要研究的是故障樹診斷法在工程機械故障排查中的應(yīng)用的相關(guān)問題，希望通過分析可以更加清晰地了解故障樹診斷法在工程機械故障排查中的應(yīng)用，避免給企業(yè)造成一些無法挽救的損失。

1 故障樹診斷法簡介

1.1 故障樹診斷法的內(nèi)涵

故障樹診斷法是一種用來評價復(fù)雜系統(tǒng)可靠性和安全性的常用方法。最早出現(xiàn)的時間是上個世紀(jì)60年代初，是由美國貝爾實驗室提出來的，當(dāng)時主要是用在民兵導(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)安全性分析中，用它來預(yù)測導(dǎo)彈發(fā)射的隨機故障概率。之后，隨著科技水平的不斷發(fā)展，故障樹診斷法的內(nèi)容和技術(shù)也隨之進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸發(fā)展成為了以數(shù)學(xué)、物理、人工智能、模式識別、現(xiàn)代控制論等多學(xué)科綜合交叉的新興學(xué)科技術(shù)形式。被廣泛應(yīng)用在核能、電子、機械、采礦、宇航等領(lǐng)域。需要說明的是，在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展之下，故障樹診斷法的應(yīng)用和計算機軟件技術(shù)的聯(lián)系越來越緊密。通過故障樹診斷法的應(yīng)用可以更全面地找出系統(tǒng)可能存在的失效狀態(tài)，從而指導(dǎo)技術(shù)人員的維護(hù)和維修，以延長機械系統(tǒng)的使用壽命。

1.2 故障樹診斷法的優(yōu)勢

（1）通過使用故障樹診斷法對工程機械進(jìn)行故障排查，可以更加全面、清晰地對導(dǎo)致事故的原因以及它們之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行梳理和描述，這對于技術(shù)人員盡快了解和發(fā)現(xiàn)故障的所在以及原因?qū)鸬椒浅４蟮闹ψ饔茫瑥亩沟镁S修技術(shù)人員更快更有針對性地做出解決方案。（2）根據(jù)故障樹診斷法分析出來的各個事件發(fā)生故障的頻率數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地確定各個基本事件對于導(dǎo)致事故發(fā)生的影響程度，進(jìn)而找到故障的輕重緩急，使得技術(shù)人員在進(jìn)行維修維護(hù)時，可以分清主次，可以知道先從哪一步進(jìn)行處理會更好更快更有效果。（3）應(yīng)用故障樹診斷法對工程機械故障進(jìn)行排查，既可以對其進(jìn)行定性分析，也可囊括定量分析、系統(tǒng)分析，分析愈加全面化。其中，定性分析可以清晰認(rèn)知故障的程度與大小，可為維修工人提供維修思路，解決實際故障將更為順利、更為得心應(yīng)手。定量分析可以評估故障事件發(fā)生概率，可為今后的維護(hù)、檢修工作提供一個明確概念，對有效解決工程機械故障問題起到積極作用和影響。不管是定性分析還是定量分析、系統(tǒng)分析，都有利于工程機械故障的有效、全面解決，可放心地將工程機械投入工程施工中進(jìn)行使用，為工程順利、高效完工奠定堅實基礎(chǔ)，也大大地提高了工程機械的使用壽命。

1.3 故障樹診斷法的缺點

（1）故障樹診斷法是通過產(chǎn)生的故障結(jié)果來推算造成故障的各種因素，而不是通過各種小的因素來演算結(jié)果，這可以說是故障樹診斷法的一個劣勢。（2）在工程機械故障排查工作中運用故障樹診斷法時，需要技術(shù)人員對整個工程機械設(shè)備有一定的了解，且不同的技術(shù)人員即便是分析同一個事件或者同一個故障過程都可能會產(chǎn)生不一樣的分析結(jié)果，這樣會使得分析出來的數(shù)據(jù)也是不同的。（3）如果在遇到一些過程比較復(fù)雜或者內(nèi)容比較豐富的工程機械系統(tǒng)時，在應(yīng)用故障樹診斷法時也需要建立更龐大的故障樹，這時所要考慮的因素也會變得更多更繁雜，所需要計算的數(shù)據(jù)量也會很龐大，從這一點上來說，相比于其他的一些故障診斷方法，故障樹診斷法就明顯處于劣勢。（4）故障樹診斷法既可以用作定性分析，又可以用來進(jìn)行定量分析，但在進(jìn)行定量分析之前，是需要先全面地進(jìn)行定性分析的，如果在定性分析上有所疏漏，那么勢必會對定量分析的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的影響，造成數(shù)據(jù)之間的偏差，這會對后期整體、對工程機械故障的分析產(chǎn)生很大的影響，從而造成故障分析不夠精準(zhǔn)，進(jìn)而影響到故障的解決措施制定。

2 故障樹診斷法在工程機械故障排查中的應(yīng)用分析

2.1 建樹方法和流程

在工程機械故障排查工作中，建立故障樹其實是一項較為復(fù)雜和龐大的工程，因此在應(yīng)用故障樹診斷法對工程機械故障進(jìn)行排查之前，需要收集和分析有關(guān)工程機械設(shè)備的技術(shù)資料，從而能夠更加全面、仔細(xì)地掌握工程機械的設(shè)計、使用維護(hù)等各方面的知識，并根據(jù)故障情況科學(xué)地選擇故障樹診斷法，進(jìn)而實施人工建樹的過程。需要說明的是，在使用故障樹診斷法時，要從上到下、循序漸進(jìn)的逐層建樹，主要的流程如下：（1）對各種與技術(shù)相關(guān)的資料，如接線圖、表，各個組成設(shè)備的技術(shù)、使用和維護(hù)相關(guān)的說明書以及設(shè)備的工作流程、相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備之間的接口類型、工作原理等都要進(jìn)行了解并能夠消化吸收。（2）確定頂事件，在搜集和認(rèn)知工程機械設(shè)備基本情況基礎(chǔ)上，憑借自己的經(jīng)驗，將工程機械可能遭遇的故障類型由大到小排列，結(jié)合這份評估按照順序排查故障，保障工程機械自身沒有較大故障，真正做到全方位排查。也借此機會明確此次故障排查的頂事件。（3）將已經(jīng)確定的頂事件記載于矩形框內(nèi)，分析故障引發(fā)的諸多緣由，將涉及環(huán)境因素、人為因素以及軟硬件方面的故障等放在對應(yīng)的故障問題中，結(jié)合多年故障排查經(jīng)驗，探析諸多問題與故障中的規(guī)律和特點，將頂事件與這些故障串聯(lián)起來，逐個摸索原因，直到所有問題迎刃而解。（4）通常情況下，工程機械發(fā)生故障，維修人員會將故障零件進(jìn)行更換，但這種維修方式只限于插件和部件級，對其他地方進(jìn)行故障排查與維修，則需要探索故障源頭，這個時候，故障樹診斷法就會派上用場，只是需要盡可能地簡化排查工序，將底事件真正摸索清楚，利于之后采取更正確、合理手段解決問題。

2.2 故障樹的建立

在很多的工程機械中，柴油機是非常重要的一個動力設(shè)備，它可以為工程機械提供足夠的動力，以保證工程施工的順利進(jìn)行。所以，在工程機械的故障排查中，針對柴油機的故障排查是非常重要的，并且是不可缺少的。本文主要對故障樹診斷法在柴油機的故障排查中的應(yīng)用情況進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。

此次研究的柴油發(fā)動機型號為C6.6ACERT，一般故障多發(fā)生于發(fā)動機部位，會造成發(fā)動機無法啟動、無法正常運作，因此，明確此次柴油發(fā)動機故障的頂事件為發(fā)動機不轉(zhuǎn)動。頂事件明確后，維修人員即可縮小檢查、維修范圍，僅針對發(fā)動機進(jìn)行觀察、分析，這個時候，不必急躁地拆分發(fā)動機部件，可以先分析發(fā)動機不轉(zhuǎn)動緣由，然后結(jié)合評判和分析來進(jìn)行下一步操作，也正因如此，在使用故障樹診斷法時，對于工程機械的故障樹頂事件的確定是非常重要的。而通過分析，我們發(fā)現(xiàn)和柴油機對應(yīng)的底事件有17個類型，如圖1所示：

圖1 柴油機發(fā)動機不轉(zhuǎn)動的故障樹診斷圖

通過圖1中采用故障樹診斷法對柴油機機械故障進(jìn)行頂事件的定位分析發(fā)現(xiàn)，造成柴油機發(fā)動機不轉(zhuǎn)動的原因主要有四類：第一種是由于發(fā)動機的飛輪齒環(huán)損壞導(dǎo)致的發(fā)動機無法正常轉(zhuǎn)動；第二種是因為嚙合齒套受到了損壞而導(dǎo)致的柴油機的發(fā)動機不能轉(zhuǎn)動；第三種是因為發(fā)動機卡住了而無法轉(zhuǎn)動；第四種是發(fā)動機的電源失效而不能正常啟動發(fā)動機，導(dǎo)致發(fā)動機無法轉(zhuǎn)動。而在這四大類的故障樹分析中，造成發(fā)動機卡住的原因又有活塞氣缸燒結(jié)、曲軸軸瓦燒結(jié)、燃燒室有異物、嚙合齒套損壞。在發(fā)電機失效中又主要是由電源斷電、點火開關(guān)失效、電源電壓低、繼電器損壞、起動電機燒毀等原因?qū)е?。而?dǎo)致電源斷電的原因又有蓄電池?fù)p壞、電源線松動、搭鐵絲斷。導(dǎo)致電源電壓低又主要是由于極板損壞、電液面低、充點電量低造成的。通過清晰的故障樹診斷方法可以發(fā)現(xiàn)造成柴油機發(fā)動機不轉(zhuǎn)動的原因主要有17個。之后可以一一對其進(jìn)行排查和排除，以找到真正的造成柴油機發(fā)動機不轉(zhuǎn)動的原因，進(jìn)而采取針對性的措施對其進(jìn)行維修以排除故障，使得發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)。

3 故障樹診斷法在工程機械故障排查應(yīng)用中的發(fā)展方向

3.1 融合更加智能的故障診斷技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展背景之下，和人工智能相結(jié)合的故障樹診斷法在工程機械故障排查中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，但科技依然是在不斷進(jìn)步的，在將來，故障樹診斷法在工程機械故障排查中的應(yīng)用必將會融合更加智能、更加多元的學(xué)科內(nèi)容，在相互交叉糅合的基礎(chǔ)上，可以更快速更便捷地診斷出工程機械發(fā)生的一些故障，以幫助技術(shù)人員盡快解決故障。比如，和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相互融合和基于規(guī)則系統(tǒng)的融合等。

3.2 智能BIT技術(shù)

BIT技術(shù)可以理解為自測技術(shù)，即是工程機械內(nèi)部自行測算和檢驗的技術(shù)和能力，又可以迅速地找出內(nèi)部故障所在。一般而言，BIT技術(shù)有兩個發(fā)展方向：其一，和ATE實現(xiàn)融合，便可發(fā)揮智能性優(yōu)勢與特點，確保工程機械故障可以自動化檢索和診斷，可將信息進(jìn)行評估和分析，即可給出綜合評價，有利于之后的研制維修方案。其二，和現(xiàn)如今運用很廣泛的IT技術(shù)進(jìn)行融合，可以使BIT技術(shù)功能愈加全面，涵蓋定位、檢測、自控、保護(hù)等多項功能于一身，即可強化檢測能力、維護(hù)能力，大大提升了檢測性能，而且也可以降低成本，使得維修變得更簡便。這是非常值得推廣的一種故障樹診斷技術(shù)，會有很好的應(yīng)用前景和優(yōu)勢。

3.3 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)

隨著微電子、計算機、智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于因特網(wǎng)的工程機械設(shè)備故障遠(yuǎn)程協(xié)作診斷將會成為故障樹診斷技術(shù)的一大趨勢，這也是當(dāng)前人工智能應(yīng)用正在深入探索和推廣的一個重要的關(guān)注點。需要說明的是，在基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)作故障樹診斷方法的應(yīng)用中要尤其注意三點內(nèi)容：一是要有若干臺中心計算機作為服務(wù)器，以便在關(guān)鍵的工程機械設(shè)備上建立狀態(tài)監(jiān)測點，方便采集數(shù)據(jù)。二是要建立故障樹的分析診斷中心，為工程機械的故障排查和檢查提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持和保障。三是要把故障樹診斷方法和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行更深層次的融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、診斷技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)共享，使得故障樹診斷法在網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中可以方便遠(yuǎn)程使用，以達(dá)到與面對面的分析和應(yīng)用同樣的效果。

3.4 多層次的診斷方法集成

我們不能否認(rèn)故障樹診斷法在工程機械故障排查中所發(fā)揮的作用和優(yōu)勢，但由于現(xiàn)代工程機械的構(gòu)造越來越復(fù)雜，所以在故障排查中，故障樹診斷法和其他的診斷方法的相互配合也將會變得越來越普遍。也就是多層次的診斷方法集成，它可以把知識庫中的各種診斷知識、診斷技術(shù)進(jìn)行集成，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的各種故障數(shù)據(jù)，根據(jù)工程機械不同的故障情況做出綜合的分析、判斷，從而更精準(zhǔn)快速地定位故障點和故障原因，并給出最為合適的解決方法。它的工作過程：把對工程機械的工作狀態(tài)監(jiān)測所得到的各種信息進(jìn)行融合，然后結(jié)合層次診斷集成方法，按照從淺入深的步驟一步一步地進(jìn)行層次推理進(jìn)而做出診斷。以故障樹診斷法為基礎(chǔ)的多層次的診斷方法的集成進(jìn)一步把工程機械的工作狀態(tài)監(jiān)測中的信號監(jiān)測處理集成到更加系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)中，可以進(jìn)行在線數(shù)據(jù)處理和在線診斷推理，實現(xiàn)非實時診斷到實時診斷的轉(zhuǎn)變，這也是信息診斷和智能診斷的統(tǒng)一。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，故障樹診斷法在工程機械的排查中發(fā)揮著非常重要的作用，它可以對工程機械的故障進(jìn)行從上到下，進(jìn)行較為徹底的排查，可以更加清楚故障所在的部位，以便幫助技術(shù)人員更加快速地確定故障點，從而制定出更加科學(xué)有效的解決方法。故障樹診斷法在工程機械排查中的應(yīng)用大幅度解決了企業(yè)的人力和物力的成本問題，從而給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，也為我國工程機械故障排查技術(shù)的提高奠定了非常堅實的基礎(chǔ)。但我們也不能忽略故障樹診斷法的一些弊端，在工程機械設(shè)備的集成化、智能化和精密化程度越來越高的情況下，故障樹診斷法也會隨之而不斷的提升，更好地助力于我國企業(yè)的發(fā)展。