基于FTA的Low－E鍍膜線可靠性研究

羅松松，屠友明

（1.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233018；2.中建材光電裝備（太倉）有限公司，太倉 215400）

基于FTA的Low－E鍍膜線可靠性研究

羅松松1，屠友明2

（1.中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，蚌埠 233018；2.中建材光電裝備（太倉）有限公司，太倉 215400）

為實(shí)現(xiàn)Low－E鍍膜線高可靠性和安全性，以中建材離線Low－E鍍膜線為研究對象，應(yīng)用可靠性工程中的故障樹（FTA）分析法，該文系統(tǒng)地對Low－E鍍膜線的可靠性進(jìn)行了定性分析，建立了Low－E鍍膜線的故障樹。該文應(yīng)用最小割集常用的Fussell－vesely下行算法，求出故障樹的所有最小割集，找出導(dǎo)致鍍膜線系統(tǒng)故障的所有薄弱環(huán)節(jié)，并提出提高Low－E鍍膜線可靠性的措施。

Low－E鍍膜線； 故障樹分析（FTA）； 可靠性

在當(dāng)今，Low－E鍍膜玻璃已成為綠色節(jié)能的代名詞，由于其具有優(yōu)良的節(jié)能性能、光學(xué)性能和環(huán)保性能，已被廣泛的應(yīng)用在世界各地的建筑中。而Low－E鍍膜生產(chǎn)線的可靠與否將直接影響鍍膜玻璃的質(zhì)量、產(chǎn)能以及人身和設(shè)備安全。由于Low－E鍍膜生產(chǎn)線是一個由機(jī)械部分、電氣部分、高真空部分以及冷卻系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，且各部分之間多為串聯(lián)連接，其中任何一部分出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致鍍膜生產(chǎn)線故障或停機(jī)，將會給生產(chǎn)企業(yè)造成較大的損失，同時存在著設(shè)備和人身安全隱患。因此，為降低Low－E鍍膜生產(chǎn)線系統(tǒng)故障率，必須對其進(jìn)行可靠性分析。

該文以中國建材國際工程集團(tuán)有限公司（以下簡稱“中國建材工程”）研發(fā)制造的離線Low－E鍍膜線為研究對象，采用可靠性工程中的故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA），依靠最小割集理論［1］，對 Low－E鍍膜生產(chǎn)線進(jìn)行可靠性分析和研究，找出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，為鍍膜線的可靠性設(shè)計、維護(hù)和科學(xué)管理提供了一種實(shí)用的方法和理論依據(jù)。

1 Low－E鍍膜線故障樹的建立

1.1 故障樹分析法概述

故障樹分析法是研究引起系統(tǒng)發(fā)生故障的各種直接或間接的原因，從而在這些原因之間建立邏輯關(guān)系，并用邏輯框圖（即故障樹）來表示的一種方法［2］。通過樹狀邏輯因果關(guān)系圖，以系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件作為分析目標(biāo)，逐一向下查找，最終找出系統(tǒng)全部可能的失效模式。位于故障樹頂端的是頂事件，也是系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件；位于故障樹最底層的事件為底事件，是某個邏輯門的輸入事件；在頂事件和底事件的中間位置，即為中間事件；用來描述各事件之間因果關(guān)系的邏輯符號，稱為邏輯門。

故障樹分析法的步驟為：1）定義系統(tǒng)邊界、初始條件；2）選擇合理的頂事件；3）建造故障樹；4）進(jìn)行定性分析和定量分析。

1.2 系統(tǒng)邊界條件和頂事件的確定

邊界條件：劃分了所討論的系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的界限，從而限定了故障樹討論的范圍。該文Low－E鍍膜線系統(tǒng)故障樹分析到關(guān)鍵部件為止，并劃定以下邊界原則：1）不考慮電氣線路和機(jī)械連接故障；2）不考慮意外事件和人為因素的影響；3）所有未探明事件均作為底事件，不再進(jìn)行深入探討。

Low－E鍍膜線系統(tǒng)故障樹的頂事件：系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，該文以整線故障停機(jī)為頂事件。需要說明的是整線故障停機(jī)是指不能夠正常生產(chǎn)的故障。

1.3 Low－E鍍膜線系統(tǒng)故障樹的建立

故障樹分析法的關(guān)鍵是建立故障樹，離線Low－E鍍膜線是一個復(fù)雜而龐大的多系統(tǒng)的組合，包括輸送系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、氣體供應(yīng)系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)等。各組成系統(tǒng)之間通過程序相互關(guān)聯(lián)，且互鎖條件繁多，其中任一子系統(tǒng)出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致其余子系統(tǒng)故障，并最終導(dǎo)致整線故障停機(jī)。

該文以中建材研發(fā)設(shè)計的離線Low－E鍍膜線作為分析目標(biāo)，經(jīng)作者在現(xiàn)場長期的安裝、調(diào)試分析，以“整線故障停機(jī)”作為系統(tǒng)故障樹的頂事件，找出導(dǎo)致這一故障的所有可能發(fā)生的因素。依據(jù)以上原則建立的故障樹如圖1，故障樹事件說明表如表1所示。

表1 故障事件說明表

2 Low－E鍍膜線系統(tǒng)分析

2.1 Low－E鍍膜線定性分析

對Low－E鍍膜線進(jìn)行系統(tǒng)分析之前，需進(jìn)行如下的假設(shè)［3］：1）各故障都是獨(dú)立發(fā)生的；2）不考慮維修因素。

該文采用求最小割集（MCS）常用的Fussell－vesely下行算法［4］，根據(jù)邏輯與門僅增加割集的容量，而邏輯或門才增加割集的個數(shù)這一性質(zhì)，由上而下，對每一個輸出事件，若下面是或門，則將該或門下的每一個輸入事件各自排成一行；若下面是與門，則將該與門下的所有輸入事件排在同一行。以此類推，直到所有結(jié)果事件均被處理，所在每行底事件的集合均為故障樹的一個割集，最后按最小割集理論求出故障樹的所有最小割集，找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式。

從基本割集可以看出，影響Low－E鍍膜線系統(tǒng)停機(jī)的故障原因很多，且大多數(shù)為單一故障，尤其對易發(fā)故障如腐蝕、高溫、磨損、冷卻水故障、保護(hù)報警等更易引起系統(tǒng)故障停機(jī)，必須要求現(xiàn)場工人能夠定期維護(hù)設(shè)備，提前預(yù)知，盡早排除可能出現(xiàn)的故障，以免產(chǎn)生更大的損失。

2.2 提高Low－E鍍膜線可靠性的措施

2.2.1 可靠性設(shè)計與制造

Low－E鍍膜線的可靠性是通過設(shè)計、制造、維護(hù)來實(shí)現(xiàn)，而設(shè)計和制造決定著鍍膜線的固有可靠性，即鍍膜線一旦安裝完成后其固有可靠性即已定下，很難通過后期的維護(hù)來改變。所以在鍍膜線設(shè)計階段要對方案進(jìn)行反復(fù)討論，找出最優(yōu)方案，并嚴(yán)格控制加工圖紙的尺寸、公差等；在制造階段能夠?qū)χ圃鞆S家進(jìn)行監(jiān)控，要求制造廠家必須嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行加工，以免加工誤差對設(shè)備可靠性造成影響。

2.2.2 生產(chǎn)線維護(hù)

Low－E鍍膜生產(chǎn)線的維護(hù)分為日常點(diǎn)檢和定期維護(hù)兩種。日常點(diǎn)檢要求操作工人每班必須要做到上班前仔細(xì)檢查設(shè)備使用情況，上班過程中要正確進(jìn)行設(shè)備的操作，注意對整線的巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，交接班時必須保證生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)良好。定期維護(hù)要求在規(guī)定的維護(hù)期對整線進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)，尤其是對易損（耗）件，需要記錄詳細(xì)的使用情況，定期更換。對循環(huán)冷卻水站、真空泵抽系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)等重要部分更需加強(qiáng)監(jiān)控，以便能夠及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，則可大大降低整線停機(jī)的概率。

2.2.3 規(guī)范操作

Low－E鍍膜線是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，各組成部分通過程序相互關(guān)聯(lián)，任一部分的操作不當(dāng)，都將引起整線停機(jī)，甚至造成設(shè)備的損壞。所以，在對鍍膜線進(jìn)行日常的維護(hù)保養(yǎng)以及正常生產(chǎn)時，必須嚴(yán)格按照操作手冊執(zhí)行。尤其需要強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：1）在對腔體進(jìn)行日常清理維護(hù)以及更換靶材時，必須是無塵操作，嚴(yán)格保護(hù)密封面；2）定期對陰極下部屏蔽冷卻組件進(jìn)行噴砂，防止過厚的濺射層對鍍膜質(zhì)量產(chǎn)生影響；3）對冷卻水管道進(jìn)行操作時，注意濺水保護(hù)，避免水直接濺在密封面以及電氣元件上；4）嚴(yán)格按照抽真空和破空的順序進(jìn)行操作，避免抽空和破空時對真空泵以及真空測量元件的損壞；5）注意行車慢速問題，避免對設(shè)備和人員造成傷害。以上為常見的不規(guī)范操作易發(fā)生的地方，避免該類問題的出現(xiàn)，也可大幅度降低設(shè)備故障率。

2.2.4 及時更換易損（耗）件

Low－E鍍膜線中易損件較多，如密封件、軸承、膠圈、同步帶、過濾器等，需按整線操作手冊定期檢查、記錄易損件使用情況，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。對真空測量元件需定期校驗(yàn)，防止讀數(shù)誤差對工藝造成的誤判斷；對真空泵齒輪箱油需定期檢查，查看油位、顏色是否正常，及時補(bǔ)充或更換潤滑油；對純水系統(tǒng)，注意查看電導(dǎo)率和電阻率值，及時進(jìn)行加藥。

3 結(jié) 語

該文通過作者現(xiàn)場對Low－E鍍膜線的安裝和調(diào)試以及大量調(diào)研的基礎(chǔ)上建立了Low－E鍍膜線系統(tǒng)的故障樹，對系統(tǒng)進(jìn)行了定性分析。通過最小割集理論找到鍍膜線系統(tǒng)故障停機(jī)的根本原因、故障模式和薄弱環(huán)節(jié)，為后續(xù)的Low－E鍍膜線的設(shè)計、使用和維護(hù)提供了一種切實(shí)可行的方法。

［1］Lee W S，Crrosh D L，Tilman F A.Reliability［J］.Lie C H.IEEE Trans，1985，34（3）：194－203.

［2］孫新利.可靠性工程教程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［3］萬 毅，鄧 斌.基于FTA的接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠性研究［J］.鐵道工程學(xué)報，2005，12（6）：55－59.

［4］劉惟信.機(jī)械可靠性設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1996.

Research on Reliability of the Low－E Coating Line Based on FTA

LUO Song－song1，TU You－ming2
（1.China Triumph International Engineering Co，Ltd，Bengbu 233018，China；2.CNBM Photovoltaic Equipment（Taicang）Co，Ltd，Taicang 215400，China）

In order to realize the high security and reliability of Low－E coating line，this paper takes the off－line Low－E coating line of CTIEC as research object，and make the qualitative analysis of the reliability of Low－E coating line according to the fault tree analysis（FTA）method.The fault tree and the mathematical model of Low－E coating line were constructed.All of the minimal cut sets and fault modes of Low－E coating line system were found based on the method of Fussell－vesely down row method，and methods of raising Low－E coating line system reliability were also mentioned.

Low－E coating line； fault tree analysis（FTA）； reliability

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.012

2013－12－20.

羅松松（1983－），工程師.E－mail：luoss＠ctiec.net