故障樹(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中的應(yīng)用探析

于 平

（中鐵九局六公司，遼寧 沈陽(yáng)110031）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種工程機(jī)械的功能越來(lái)越強(qiáng)大，為了更好地應(yīng)用這些功能，工程機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)造也越來(lái)越復(fù)雜。機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量以及在運(yùn)行過(guò)程中是否可靠逐漸成為了使用者尤其關(guān)心的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。為了有效地保障工程機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，使機(jī)械的使用壽命延長(zhǎng)，需要定期對(duì)運(yùn)行著的工程機(jī)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(fèi)用的同時(shí)，也可更大程度地提高機(jī)械的使用效益。在進(jìn)行工程機(jī)械故障排查時(shí)經(jīng)常會(huì)用到的一種方法就是故障樹(shù)診斷法，由于此種方法對(duì)于工程機(jī)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(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中的應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題，希望通過(guò)分析可以更加清晰地了解故障樹(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中的應(yīng)用，避免給企業(yè)造成一些無(wú)法挽救的損失。

1 故障樹(shù)診斷法簡(jiǎn)介

1.1 故障樹(shù)診斷法的內(nèi)涵

故障樹(shù)診斷法是一種用來(lái)評(píng)價(jià)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(shí)間是上個(gè)世紀(jì)60年代初，是由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出來(lái)的，當(dāng)時(shí)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(lái)預(yù)測(cè)導(dǎo)彈發(fā)射的隨機(jī)故障概率。之后，隨著科技水平的不斷發(fā)展，故障樹(shù)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(shí)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(jī)械、采礦、宇航等領(lǐng)域。需要說(shuō)明的是，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展之下，故障樹(shù)診斷法的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的聯(lián)系越來(lái)越緊密。通過(guò)故障樹(shù)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(zhǎng)機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。

1.2 故障樹(shù)診斷法的優(yōu)勢(shì)

（1）通過(guò)使用故障樹(shù)診斷法對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行故障排查，可以更加全面、清晰地對(duì)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(duì)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)?huì)起到非常大的助力作用，從而使得維修技術(shù)人員更快更有針對(duì)性地做出解決方案。（2）根據(jù)故障樹(shù)診斷法分析出來(lái)的各個(gè)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(gè)基本事件對(duì)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(shí)，可以分清主次，可以知道先從哪一步進(jìn)行處理會(huì)更好更快更有效果。（3）應(yīng)用故障樹(shù)診斷法對(duì)工程機(jī)械故障進(jìn)行排查，既可以對(duì)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(shí)際故障將更為順利、更為得心應(yīng)手。定量分析可以評(píng)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(gè)明確概念，對(duì)有效解決工程機(jī)械故障問(wèn)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(jī)械故障的有效、全面解決，可放心地將工程機(jī)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也大大地提高了工程機(jī)械的使用壽命。

1.3 故障樹(shù)診斷法的缺點(diǎn)

（1）故障樹(shù)診斷法是通過(guò)產(chǎn)生的故障結(jié)果來(lái)推算造成故障的各種因素，而不是通過(guò)各種小的因素來(lái)演算結(jié)果，這可以說(shuō)是故障樹(shù)診斷法的一個(gè)劣勢(shì)。（2）在工程機(jī)械故障排查工作中運(yùn)用故障樹(shù)診斷法時(shí)，需要技術(shù)人員對(duì)整個(gè)工程機(jī)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(gè)事件或者同一個(gè)故障過(guò)程都可能會(huì)產(chǎn)生不一樣的分析結(jié)果，這樣會(huì)使得分析出來(lái)的數(shù)據(jù)也是不同的。（3）如果在遇到一些過(guò)程比較復(fù)雜或者內(nèi)容比較豐富的工程機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，在應(yīng)用故障樹(shù)診斷法時(shí)也需要建立更龐大的故障樹(shù)，這時(shí)所要考慮的因素也會(huì)變得更多更繁雜，所需要計(jì)算的數(shù)據(jù)量也會(huì)很龐大，從這一點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，相比于其他的一些故障診斷方法，故障樹(shù)診斷法就明顯處于劣勢(shì)。（4）故障樹(shù)診斷法既可以用作定性分析，又可以用來(lái)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(shì)必會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)后期整體、對(duì)工程機(jī)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(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中的應(yīng)用分析

2.1 建樹(shù)方法和流程

在工程機(jī)械故障排查工作中，建立故障樹(shù)其實(shí)是一項(xiàng)較為復(fù)雜和龐大的工程，因此在應(yīng)用故障樹(shù)診斷法對(duì)工程機(jī)械故障進(jìn)行排查之前，需要收集和分析有關(guān)工程機(jī)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(jī)械的設(shè)計(jì)、使用維護(hù)等各方面的知識(shí)，并根據(jù)故障情況科學(xué)地選擇故障樹(shù)診斷法，進(jìn)而實(shí)施人工建樹(shù)的過(guò)程。需要說(shuō)明的是，在使用故障樹(shù)診斷法時(shí)，要從上到下、循序漸進(jìn)的逐層建樹(shù)，主要的流程如下：（1）對(duì)各種與技術(shù)相關(guān)的資料，如接線圖、表，各個(gè)組成設(shè)備的技術(shù)、使用和維護(hù)相關(guān)的說(shuō)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(jī)械設(shè)備基本情況基礎(chǔ)上，憑借自己的經(jīng)驗(yàn)，將工程機(jī)械可能遭遇的故障類型由大到小排列，結(jié)合這份評(píng)估按照順序排查故障，保障工程機(jī)械自身沒(méi)有較大故障，真正做到全方位排查。也借此機(jī)會(huì)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(duì)應(yīng)的故障問(wèn)題中，結(jié)合多年故障排查經(jīng)驗(yàn)，探析諸多問(wèn)題與故障中的規(guī)律和特點(diǎn)，將頂事件與這些故障串聯(lián)起來(lái)，逐個(gè)摸索原因，直到所有問(wèn)題迎刃而解。（4）通常情況下，工程機(jī)械發(fā)生故障，維修人員會(huì)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(jí)，對(duì)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(gè)時(shí)候，故障樹(shù)診斷法就會(huì)派上用場(chǎng)，只是需要盡可能地簡(jiǎn)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(wèn)題。

2.2 故障樹(shù)的建立

在很多的工程機(jī)械中，柴油機(jī)是非常重要的一個(gè)動(dòng)力設(shè)備，它可以為工程機(jī)械提供足夠的動(dòng)力，以保證工程施工的順利進(jìn)行。所以，在工程機(jī)械的故障排查中，針對(duì)柴油機(jī)的故障排查是非常重要的，并且是不可缺少的。本文主要對(duì)故障樹(shù)診斷法在柴油機(jī)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(dòng)機(jī)型號(hào)為C6.6ACERT，一般故障多發(fā)生于發(fā)動(dòng)機(jī)部位，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)、無(wú)法正常運(yùn)作，因此，明確此次柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障的頂事件為發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。頂事件明確后，維修人員即可縮小檢查、維修范圍，僅針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行觀察、分析，這個(gè)時(shí)候，不必急躁地拆分發(fā)動(dòng)機(jī)部件，可以先分析發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)緣由，然后結(jié)合評(píng)判和分析來(lái)進(jìn)行下一步操作，也正因如此，在使用故障樹(shù)診斷法時(shí)，對(duì)于工程機(jī)械的故障樹(shù)頂事件的確定是非常重要的。而通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)和柴油機(jī)對(duì)應(yīng)的底事件有17個(gè)類型，如圖1所示：

圖1 柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的故障樹(shù)診斷圖

通過(guò)圖1中采用故障樹(shù)診斷法對(duì)柴油機(jī)機(jī)械故障進(jìn)行頂事件的定位分析發(fā)現(xiàn)，造成柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的原因主要有四類：第一種是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒環(huán)損壞導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)；第二種是因?yàn)閲Ш淆X套受到了損壞而導(dǎo)致的柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)；第三種是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)卡住了而無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)；第四種是發(fā)動(dòng)機(jī)的電源失效而不能正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。而在這四大類的故障樹(shù)分析中，造成發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)失效中又主要是由電源斷電、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)失效、電源電壓低、繼電器損壞、起動(dòng)電機(jī)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(dòng)、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(diǎn)電量低造成的。通過(guò)清晰的故障樹(shù)診斷方法可以發(fā)現(xiàn)造成柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的原因主要有17個(gè)。之后可以一一對(duì)其進(jìn)行排查和排除，以找到真正的造成柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的原因，進(jìn)而采取針對(duì)性的措施對(duì)其進(jìn)行維修以排除故障，使得發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 故障樹(shù)診斷法在工程機(jī)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(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，但科技依然是在不斷進(jìn)步的，在將來(lái)，故障樹(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中的應(yīng)用必將會(huì)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(jī)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(cè)技術(shù)，即是工程機(jī)械內(nèi)部自行測(cè)算和檢驗(yàn)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(gè)發(fā)展方向：其一，和ATE實(shí)現(xiàn)融合，便可發(fā)揮智能性優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，確保工程機(jī)械故障可以自動(dòng)化檢索和診斷，可將信息進(jìn)行評(píng)估和分析，即可給出綜合評(píng)價(jià)，有利于之后的研制維修方案。其二，和現(xiàn)如今運(yùn)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(cè)、自控、保護(hù)等多項(xiàng)功能于一身，即可強(qiáng)化檢測(cè)能力、維護(hù)能力，大大提升了檢測(cè)性能，而且也可以降低成本，使得維修變得更簡(jiǎn)便。這是非常值得推廣的一種故障樹(shù)診斷技術(shù)，會(huì)有很好的應(yīng)用前景和優(yōu)勢(shì)。

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(jì)算機(jī)、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(jī)械設(shè)備故障遠(yuǎn)程協(xié)作診斷將會(huì)成為故障樹(shù)診斷技術(shù)的一大趨勢(shì)，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(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。需要說(shuō)明的是，在基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)作故障樹(shù)診斷方法的應(yīng)用中要尤其注意三點(diǎn)內(nèi)容：一是要有若干臺(tái)中心計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，以便在關(guān)鍵的工程機(jī)械設(shè)備上建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，方便采集數(shù)據(jù)。二是要建立故障樹(shù)的分析診斷中心，為工程機(jī)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(shù)診斷方法和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行更深層次的融合，實(shí)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(shù)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(duì)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(shù)診斷法在工程機(jī)械故障排查中所發(fā)揮的作用和優(yōu)勢(shì)，但由于現(xiàn)代工程機(jī)械的構(gòu)造越來(lái)越復(fù)雜，所以在故障排查中，故障樹(shù)診斷法和其他的診斷方法的相互配合也將會(huì)變得越來(lái)越普遍。也就是多層次的診斷方法集成，它可以把知識(shí)庫(kù)中的各種診斷知識(shí)、診斷技術(shù)進(jìn)行集成，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種故障數(shù)據(jù)，根據(jù)工程機(jī)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(diǎn)和故障原因，并給出最為合適的解決方法。它的工作過(guò)程：把對(duì)工程機(jī)械的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(shù)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(jī)械的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的信號(hào)監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)診斷到實(shí)時(shí)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(yǔ)

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，故障樹(shù)診斷法在工程機(jī)械的排查中發(fā)揮著非常重要的作用，它可以對(duì)工程機(jī)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(diǎn)，從而制定出更加科學(xué)有效的解決方法。故障樹(shù)診斷法在工程機(jī)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(wèn)題，從而給企業(yè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也為我國(guó)工程機(jī)械故障排查技術(shù)的提高奠定了非常堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但我們也不能忽略故障樹(shù)診斷法的一些弊端，在工程機(jī)械設(shè)備的集成化、智能化和精密化程度越來(lái)越高的情況下，故障樹(shù)診斷法也會(huì)隨之而不斷的提升，更好地助力于我國(guó)企業(yè)的發(fā)展。