基于故障樹分析法對某引信測試儀的可靠性分析及性能優(yōu)化

丁建寶 曹磐

摘 要：針對某引信測試儀在測試過程中發(fā)生的故障較為復(fù)雜，且不易排除的問題，本文采用故障樹分析法結(jié)合引信測試儀實際故障事件構(gòu)建了故障樹模型。對故障樹模型進行了定性和定量分析，指出了影響引信測試儀可靠性的關(guān)鍵部件。還通過Multisim軟件仿真發(fā)現(xiàn)渦輪上電模塊電路產(chǎn)生正弦信號并不穩(wěn)定的問題，針對該問題對渦輪上電模塊電路進行了改進，仿真與實驗結(jié)果驗證了故障樹分析法可以提高引信測試儀工作的可靠性。

關(guān)鍵詞：引信測試儀；故障樹分析法；可靠性；性能優(yōu)化

中圖分類號：TJ430.6 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0033-06

Reliability Analysis and Performance Optimization of a Fuze Tester Based on Fault Tree Analysis Method

DING Jianbao1，CAO Pan2

（1.Jiangsu Yongfeng Machinery Co.，Ltd.，Huaian 211722，China；2.China Guangdong Nuclear Power Group Yangjiang Nuclear Power Co.，Ltd.，Yangjiang 529941，China）

Abstract：Aiming at the problem that physical fault of fuze tester is complex and difficult to exclude during the testing process，a fault tree model is built by combining fault tree analysis with actual fault events of fuze tester. The qualitative and quantitative analysis of fault tree model point out the key parts affecting of the reliability of fuze tester. Through Multisim software finds that sine signal generated by electric circuit module of turbine is not stable，the electric circuit of the turbine is improved to deal with the problem. The results of simulation and experimental verify the fault tree analysis method to improve the reliability of fuze tester.

Keywords：fuze tester；fault tree analysis method；reliability；performance optimization

引 言

引信是利用目標信息和環(huán)境信息，在預(yù)定條件下引爆或引燃戰(zhàn)斗部裝藥的控制裝置或系統(tǒng)[1]。因此引信失效會導(dǎo)致十分嚴重的后果，誤用會危害己方力量，不作用又會錯失對目標進行攻擊的寶貴機會[2，3]。因此，引信產(chǎn)品的質(zhì)量把控尤為重要，對引信進行測試是保證引信質(zhì)量的一種有效手段。

本文研究的某引信測試儀主要由中央控制單元、裝定模塊、測速信號發(fā)生模塊、信號采集調(diào)理模塊、選擇控制模塊和AC-DC變換單元組成，測試儀的硬件結(jié)構(gòu)組成框圖如圖1所示。引信測試儀在使用過程中可能發(fā)生故障，研究要解決的難點就在于從復(fù)雜的線路和各種元器件中快速地找出故障。若不盡快找出故障，則會延長引信產(chǎn)品的測試時間周期，嚴重的更會損壞引信產(chǎn)品。針對引信測試儀故障復(fù)雜、傳統(tǒng)故障診斷方法周期較長、難度較大等問題，本文運用故障樹分析法對引信測試儀故障現(xiàn)象和原因建立故障樹，并對其進行詳細分析，從而實現(xiàn)對故障源的準確定位，并對引信測試儀中的薄弱環(huán)節(jié)進行改進，來提高引信測試儀的可靠性。

1 故障樹分析法

故障樹分析又稱事故樹分析[4]，是安全系統(tǒng)工程中最重要的分析方法。故障樹分析分為定性分析和定量分析。定性分析主要是求出此故障的所有最小割集，而定量分析主要分為兩種方法：一是根據(jù)底事件的失效概率來進一步測算頂事件的發(fā)生概率；二是求出底事件的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵重要度，根據(jù)重要度的大小排序得出故障診斷和修理順序[5，6]。

1.1 結(jié)構(gòu)重要度

結(jié)構(gòu)重要度指的是此部件在整個系統(tǒng)中所處位置的重要程度，數(shù)學表達式如下：

1.2 概率重要度

概率重要度是利用頂事件概率函數(shù)偏導(dǎo)數(shù)求底事件概率函數(shù)，把頂事件進行全概率分解：

P[Φ（X）]=P（xi=1）P[Φ（X）=1|xi=1]+P（xi=0）P[Φ（X）=1|xi=0] （3）

其中：，

則上式為g（Q）=Qig（1i，Q）+（1-Qi）g（0i，Q），兩邊取偏導(dǎo)數(shù)得：

1.3 關(guān)鍵重要度

關(guān)鍵重要度指的是底事件故障概率的變化率與它引起頂事件發(fā)生的概率變化率之間的比率。

2 故障樹的建立

通過對引信測試儀的故障歷史和故障模式分析，設(shè)定故障樹頂事件是引信測試儀未正常工作，各分支故障樹如圖2、3、4、5、6所示。并對事件進行編號，得出故障樹事件表如表1所示。

3 故障樹模型定性分析和定量計算

3.1 故障樹定性分析

引信測試儀故障樹有18項最小割集且為一階割集，一階割集對應(yīng)的是測試儀故障樹的底事件，所以保證每一個底事件模塊的可靠性是保證系統(tǒng)高可靠性的前提，即在使用元器件前需要進行篩選并選用軍品級別的元器件。測試儀的結(jié)構(gòu)函數(shù)可以表示為：

3.2 故障樹定量計算

根據(jù)設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)手冊要素說明，另一方面根據(jù)GJB/Z 299C-2006《電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》和GJB/Z 768A-1998《故障樹分析指南》，統(tǒng)計并計算得到了故障樹各底事件的發(fā)生概率，表2為測試儀底事件故障發(fā)生概率表。

從上表中可以看出每一個底事件發(fā)生概率p（xi）不大于0.1，則可以把18個最小割集看作是相互獨立事件。計算可得引信測試儀的失效率P（T）和可靠度R分別為：

由上式可得，引信測試儀故障樹最小割集的概率重要度和關(guān)鍵重要度如表3所示。

根據(jù)上表得知，x1、x13、x14底事件的重要度相對于其他底事件較高，故這三個底事件為引發(fā)故障樹頂事件的主要事件。

因此，需要對這三個事件進行重點檢測和維護。

4 模擬渦輪上電模塊電路改進

根據(jù)上文用故障樹分析法得到的結(jié)論，引信測試儀的12M晶振、9V電源失效和-9V電源硬件電路部分存在潛在故障，即模擬渦輪上電模塊電路出現(xiàn)問題的概率較大。并對設(shè)計的電路在Multisim軟件下進行了仿真，如圖7所示。

由圖7可知，RC振蕩電路有一個起振的過程，即正弦信號從小到大漸變提高，并在50ms達到穩(wěn)定振蕩狀態(tài)。如果在檢測過程中，振蕩電路的幅值沒有穩(wěn)定，則檢測儀測試的發(fā)火/解保電壓是不滿足要求的。圖8顯示對電路進行的改進[7，8]。

如圖9所示，放大電路的輸入信號通過C6連接到三極管1腳，R8、C10用于抑制高頻噪聲，100mF、0.1mF兩個電容并聯(lián)去耦濾波，并選擇合適阻值的R7、R8，令輸出功率達到20W，最后使輸出峰值在2ms后到達36V穩(wěn)定狀態(tài)。通過仿真驗證了此方案的可行性，仿真結(jié)果如圖10。

將改進后的硬件電路應(yīng)用于實際檢測當中，運用Altium Designer軟件進行電路原理圖繪制和PCB板的打樣，然后焊接元器件，并進行電路板的調(diào)試，制作引信測試儀的實物樣機，如圖11所示。

實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)過對渦輪上電模塊電路的改進，引信測試儀的可靠性得到了加強。

5 結(jié) 論

本文采用故障樹分析法對引信測試儀系統(tǒng)進行了可靠性分析，以“引信測試儀未正常工作”作為頂事件建立了引信測試儀系統(tǒng)故障樹模型，進行了定性分析和定量分析，并根據(jù)最小割集求得了底事件的概率重要度和關(guān)鍵重要度，最后以故障樹分析法得到的結(jié)果為依據(jù)，改進了引信測試儀模擬渦輪上電模塊電路，經(jīng)實驗驗證，引信測試儀工作的可靠性得到了提升。

參考文獻：

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