潛在通路分析技術(shù)綜述

北京宇航系統(tǒng)工程研究所 徐 晨 岳 瑋 李劍峰

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潛在通路分析技術(shù)綜述

北京宇航系統(tǒng)工程研究所 徐 晨 岳 瑋 李劍峰

【摘要】本文闡述了潛在通路分析技術(shù)的基本概念、用途、分析過程、優(yōu)點及局限性，在此基礎(chǔ)上綜述了目前國內(nèi)外潛在通路分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀，最后分析了潛在通路分析技術(shù)的難點，可為相關(guān)科研院所提供研究基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】潛在通路；潛在分析；控制系統(tǒng)

1　引言

自1961年美國波音公司于阿波羅計劃期間提出“潛在通路”這一概念以來，潛在通路分析技術(shù)逐步引起人們的廣泛重視，已經(jīng)逐步發(fā)展成為一門學(xué)科被人們所熟知。潛在通路是一種由于工程師無意帶進系統(tǒng)設(shè)計方案中的錯誤因素而引起系統(tǒng)故障與事故的現(xiàn)象，廣泛存在于復(fù)雜控制系統(tǒng)、氣路、液路等系統(tǒng)中，它的存在給人類生產(chǎn)生活帶來了嚴重的危害，而潛在通路分析技術(shù)旨在預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在通路，從而做好預(yù)防措施，避免各類系統(tǒng)產(chǎn)生故障，因此潛在通路分析技術(shù)具有一定的研究意義。

2　潛在通路分析技術(shù)概述

2.1潛在通路分析技術(shù)

從宏觀上講，潛在通路是指各類系統(tǒng)產(chǎn)生工程師意料之外的功能或者沒有達到預(yù)期目標(biāo)功能的路徑，一般指在電氣系統(tǒng)中使得系統(tǒng)產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能的電路，是由工程師無意引入系統(tǒng)的潛在因素而引起的，與系統(tǒng)的硬件無關(guān)。潛在通路的存在常常會給其所在的系統(tǒng)造成巨大的危害，甚至?xí)：θ松戆踩?，為了解決這一問題，人們提出了潛在通路分析技術(shù)，該技術(shù)通過全面細致的分析和檢查系統(tǒng)可能存在的設(shè)計缺陷，提前發(fā)現(xiàn)潛在路徑，并進一步消除，從而在設(shè)計過程中消除由于潛在通路引發(fā)系統(tǒng)事故的可能性，提高系統(tǒng)設(shè)計的可靠性，縮短系統(tǒng)設(shè)計周期，減弱由于系統(tǒng)事故對經(jīng)濟效益的影響。

2.2潛在通路分析技術(shù)的用途

1961年，美國啟動阿波羅登月計劃，美國航空航天局（NASA）開始設(shè)計復(fù)雜的航空航天系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了潛在通路問題，為了解決該問題，NASA開始研究潛在通路分析技術(shù)，并驗證其功能及有效性，隨著時間推移，這項技術(shù)逐步發(fā)展成為一種工具，發(fā)現(xiàn)各類系統(tǒng)中的潛在問題。。潛在分析工具可以將幾種分析工具，例如故障樹、失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）、可靠性估計（Reliability estimates）等整合到一項分析中，這樣可以節(jié)省時間和項目成本。

2.3潛在通路的分析過程

潛在分析是一種獨特的設(shè)計過程，因為它利用不同的工具（網(wǎng)絡(luò)樹，以幫助確定分析潛在條件）來發(fā)現(xiàn)具體的問題，主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、網(wǎng)絡(luò)樹的建構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)路徑的評估和最終建議與報告四個步驟。網(wǎng)絡(luò)樹和森林是對實際系統(tǒng)進行的拓撲分組。每個網(wǎng)絡(luò)樹代表一種次級功能并顯示了可能影響次級功能輸出的所有輸入數(shù)據(jù)。將那些促成特定系統(tǒng)輸出的網(wǎng)絡(luò)樹結(jié)合起來就能建構(gòu)森林。一個正確的森林能說明系統(tǒng)輸出所有相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)。這些方面和其他方面一起構(gòu)成了分析的輸入數(shù)據(jù)。

根據(jù)前文所述，潛在通路是存在系統(tǒng)內(nèi)不為人知的路徑，在某些情況下，這些路徑會給系統(tǒng)帶來故障，影響系統(tǒng)正常運行，而潛在通路分析技術(shù)的作用就是找出這些路徑，由于這些路徑是系統(tǒng)軟硬件、操作人員操作過程等因素的綜合體，所以通過潛在通路分析技術(shù)分析得到的輸出主要包括以下四類：

（1）潛在路徑：電流、邏輯順序等意外流動路徑；

（2）潛在時序：以意外或相互沖突的順序發(fā)生的事項；

（3）潛在表述：對系統(tǒng)運行狀況的含混不清或錯誤的顯示，這樣可能會使系統(tǒng)或操作人員采取不當(dāng)行為；

（4）潛在標(biāo)識：由于系統(tǒng)工作人員操作失誤而對系統(tǒng)進行錯誤的標(biāo)識，從而給系統(tǒng)工作人員錯誤的引導(dǎo)，引發(fā)相關(guān)事故。

2.4潛在通路分析技術(shù)的優(yōu)點

潛在通路分析技術(shù)存在一定的雙面性，其中優(yōu)點包括：（1）潛在分析有利于識別設(shè)計錯誤；（2）與危險與可操作性分析一起使用時會有最佳效果；（3）非常有利于處理那些有多重情況的系統(tǒng)，例如配料車間和半配料車間。

潛在通路分析技術(shù)的局限包括：（1）潛在通路分析技術(shù)的過程不是統(tǒng)一的，會根據(jù)其適用環(huán)境而變化；（2）潛在通路分析技術(shù)必須建立正確的網(wǎng)絡(luò)樹，否則無法有效的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的潛在通路。

3　潛在通路分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀

3.1潛在通路分析技術(shù)的國外研究現(xiàn)狀

歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，潛在通路分析理論已經(jīng)逐步趨向完善，發(fā)展成為一門學(xué)科。到目前為止，國外有3家公司主要研究潛在通路分析技術(shù)，它們是美國波音公司、歐洲空間局和SoHar公司，這3家公司目前都已經(jīng)開發(fā)出了比較成熟的潛在通路分析軟件平臺。在這3家公司的引領(lǐng)下，潛在通路分析技術(shù)已經(jīng)被美國、歐洲等發(fā)達國家應(yīng)用在了航空航天、工業(yè)、民用等領(lǐng)域中，且已取得了較好的應(yīng)用成果。

3.2潛在通路分析技術(shù)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，由于潛在通路分析技術(shù)是航空航天領(lǐng)域必不可缺的技術(shù)，因此在20世紀90年代初，我國航天事業(yè)開始起步之后，我國相關(guān)科研機構(gòu)也逐漸著手潛在通路分析技術(shù)的研究。目前，我國一些科研院所已經(jīng)自主開發(fā)出一些潛在通路分析軟件平臺，比如北京航天自動控制研究所研發(fā)的計算機輔助網(wǎng)絡(luò)樹生成系統(tǒng)CANTGS，第二炮兵工程學(xué)院開發(fā)的計算機輔助潛在通路分析系統(tǒng)等。除此之外，我國首次自主實現(xiàn)了“長征三號”運載火箭系統(tǒng)關(guān)鍵電路的潛通路的分析，“長征三號”運載火箭系統(tǒng)電路規(guī)模較大，這個案例證明我國在潛在通路分析技術(shù)的工程應(yīng)用方面取得了突破性的進展。

4　潛在通路分析技術(shù)難點

目前，潛在通路分析技術(shù)仍存在很多難點，因為現(xiàn)有的技術(shù)都依賴經(jīng)驗豐富的專家，根據(jù)自己長期工作積累的經(jīng)驗分析計算機相關(guān)軟件輸出的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲模式，這就導(dǎo)致一般的系統(tǒng)工作人員無法使用該項技術(shù)，從而導(dǎo)致潛在通路分析技術(shù)效率低、分析周期長且容易出現(xiàn)錯誤，因此目前潛在通路分析技術(shù)的難點在于如何提高潛在通路分析技術(shù)的自動和智能程度，使其能夠被一般的系統(tǒng)工作人員熟練應(yīng)用。

5　結(jié)論

隨著科技的進步，潛在通路分析技術(shù)將會不斷得到發(fā)展和優(yōu)化，將會出現(xiàn)各有所長的各類潛在通路分析技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)中，通過和其他技術(shù)相結(jié)合，相互融合，推動潛在通路分析技術(shù)的快速發(fā)展，為人類生產(chǎn)生活帶來社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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作者簡介：

徐晨（1972-），男，江蘇儀征人，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于北京宇航系統(tǒng)工程研究所，研究方向：航空動力與熱能工程。