基于故障樹(shù)分析的通信裝備測(cè)試問(wèn)題解決方法

朱學(xué)文，苗 青

（中國(guó)人民解放軍海軍青島通信修理廠，山東青島 266000）

0 引言

通信裝備無(wú)論是作為民品還是軍用都是生活工作中不可或缺的一部分。隨著科技的不斷發(fā)展，信息化水平不斷提高，通信裝備的重要性愈發(fā)凸顯。但是任何產(chǎn)品、部件都有使用壽命，由于使用環(huán)境、工作強(qiáng)度、操作方法等多方面的因素，裝備故障時(shí)有發(fā)生。針對(duì)裝備故障修理方法以及裝備故障預(yù)測(cè)等方向，很多專家、學(xué)者、工程師給出了自己的觀點(diǎn)。文獻(xiàn)［1］研究了針對(duì)集成化程度高、技術(shù)復(fù)雜的超短波電臺(tái)的故障診斷技術(shù)。文獻(xiàn)［2］［3］提出了給予故障樹(shù)分析的裝備故障分析、診斷和預(yù)測(cè)方法。文獻(xiàn)［4］結(jié)合外軍的裝備保障技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，提出了一種預(yù)防性維修霍爾模型，分析了裝備預(yù)防性維修的設(shè)計(jì)思路、方法、技術(shù)模型和策略。目前大部分研究都聚焦于裝備故障修復(fù)、預(yù)防等方面的工作。然而，在裝備整個(gè)生命周期中，無(wú)論對(duì)于工作狀態(tài)的評(píng)估、故障的修復(fù)，還是質(zhì)量的檢驗(yàn)等都離不開(kāi)具體技術(shù)指標(biāo)測(cè)試的數(shù)據(jù)支撐。技術(shù)指標(biāo)是衡量一部無(wú)線通信裝備質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要參數(shù)，能夠較客觀的評(píng)價(jià)裝備的戰(zhàn)斗力水平。以某型艦載超短波電臺(tái)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試過(guò)程中遇到的一個(gè)難題為例，提出利用故障樹(shù)分析法進(jìn)行原因排查并定位到測(cè)試工裝缺陷，并由此重新改進(jìn)了測(cè)試工裝，節(jié)約了測(cè)試成本。

1 故障樹(shù)分析法原理

FTA（Fault Tree Analysis，故障樹(shù)分析法）最初用于分析民兵式導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)[4]，現(xiàn)在常被用于設(shè)備或者系統(tǒng)的故障分析與預(yù)測(cè)。故障樹(shù)分析法的基本思想為首先選定頂事件，該事件對(duì)于系統(tǒng)影響最大；其次判斷中間事件，即造成頂事件的可能原因，然后進(jìn)行逐層分析。最后將粒度最小的可能因素作為底事件。故障樹(shù)基本模型如圖1 所示，某系統(tǒng)故障作為頂事件，可能引起該故障的中間事件可能為模塊1、模塊2 或者模塊3 的損壞。每個(gè)模塊的損壞可能由不同的元器件導(dǎo)致，所以底事件為元器件故障。

圖1 故障樹(shù)基本模型

利用故障樹(shù)模型解決實(shí)際問(wèn)題的基本步驟如下：

（1）了解系統(tǒng)的原理及構(gòu)成。

（2）確定頂事件。

（3）明確邊界條件。

（4）建立故障樹(shù)模型。

（5）定性分析與定量分析。

2 通信裝備指標(biāo)測(cè)試問(wèn)題及解決

依據(jù)無(wú)線通信的裝備技術(shù)指標(biāo)測(cè)試通常分為發(fā)信機(jī)指標(biāo)與收信機(jī)指標(biāo)兩類[5-6]。評(píng)價(jià)一部發(fā)信機(jī)性能常用參數(shù)包括發(fā)射功率、頻率偏移、調(diào)制靈敏度等。評(píng)價(jià)一部收信機(jī)性能的常用指標(biāo)為收信靈敏度、音頻響應(yīng)、中頻抑制等。某待檢驗(yàn)新型艦載超短波電臺(tái)是一款改進(jìn)型產(chǎn)品，外觀尺寸、接口及大部分功能與舊型相同。在對(duì)該新型艦載超短波電臺(tái)通信指標(biāo)測(cè)試工作中，使用M8920A 型綜合測(cè)試儀及舊型配套測(cè)試工裝進(jìn)行測(cè)試。在電臺(tái)發(fā)射功能技術(shù)指標(biāo)測(cè)試時(shí)，無(wú)線綜合測(cè)試儀檢測(cè)不到電臺(tái)射頻信號(hào)的輸出。發(fā)射機(jī)指標(biāo)測(cè)試具體連接如圖2 所示。通過(guò)查閱該電臺(tái)技術(shù)資料、工作原理圖、線纜連接等方式，采用故障樹(shù)分析的方式展開(kāi)逐步排查。

圖2 發(fā)射機(jī)指標(biāo)測(cè)試框圖

2.1 建立故障樹(shù)模型

在此次發(fā)信機(jī)測(cè)試問(wèn)題故障樹(shù)模型中，經(jīng)過(guò)初步排查，滿足下列約束條件：①該部超短波電臺(tái)電源模塊供電正常，工作電壓符合電臺(tái)需求；②測(cè)試夾具連線正確；③測(cè)試儀器儀表參數(shù)設(shè)置正確。

建立故障樹(shù)模型如圖3 所示。其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體定義見(jiàn)表1。

表1 故障樹(shù)節(jié)點(diǎn)定義

2.2 定位分析過(guò)程

如圖3 故障樹(shù)分析模型可以看出，造成該型超短波電臺(tái)發(fā)射功率檢測(cè)失敗的原因，即造成頂層時(shí)間的最高層中間事件，總體歸納為3 種情況，分為是：①電臺(tái)自身發(fā)信功能故障，無(wú)射頻信號(hào)輸出（X1）；②電臺(tái)音頻信號(hào)輸入失?。╔2）；③電臺(tái)射頻信號(hào)檢測(cè)失?。╔3）。

圖3 故障樹(shù)分析模型

為了驗(yàn)證中間事件X1與X3，將該電臺(tái)原廠自帶的送受話器直接插入電臺(tái)“話筒耳機(jī)”接口，并將射頻信號(hào)經(jīng)50 Ω 假負(fù)載后接入綜合測(cè)試儀“T/R”接口。然后手動(dòng)按住送受話器“PTT”按鍵喊話，觀察綜合測(cè)試儀的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，從綜合測(cè)試儀可以實(shí)時(shí)觀察到電臺(tái)射頻頻譜波形、載波功率、頻率偏移等相關(guān)參數(shù)隨著聲音呼喊的變化而變化。實(shí)驗(yàn)證明該超短波電臺(tái)本身發(fā)信功能正常。至于發(fā)射功率、頻率偏移等技術(shù)指標(biāo)參數(shù)正是本次工作要測(cè)試的內(nèi)容，這里只做功能性驗(yàn)證。由此，可以排除電臺(tái)自身發(fā)信故障（X1）及綜合測(cè)試儀與電臺(tái)中間各環(huán)節(jié)的問(wèn)題（X3）。

基于上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以將問(wèn)題范圍縮小到信號(hào)發(fā)生器與電臺(tái)之間某個(gè)環(huán)節(jié)。于是先從音頻信號(hào)發(fā)生器這一源頭開(kāi)始著手。設(shè)置音頻信號(hào)發(fā)生器音頻頻率1 kHz，信號(hào)幅度10 mV，然后將信號(hào)發(fā)生器音頻輸出直接連接到綜合測(cè)試儀音頻分析接口。觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器音頻輸出，發(fā)現(xiàn)綜合測(cè)試儀能夠立即檢測(cè)到此音頻信號(hào)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)信號(hào)頻率、幅度等參數(shù)值都正常。這樣，排除了音頻信號(hào)發(fā)生器自身故障（X21）。剩下唯一的可能原因就是信號(hào)發(fā)生器與電臺(tái)話筒接口之間這段傳輸?shù)膯?wèn)題了（X22）。

該型超短波電臺(tái)“話筒/耳機(jī)”接口采用的是7 芯航空插頭，型號(hào)Y50X-1007TK2，話筒接口插頭如圖4 所示。按照以往的經(jīng)驗(yàn)，容易發(fā)生插頭內(nèi)部芯線斷路或者接觸不良的情況。于是拆開(kāi)接頭檢查連線發(fā)現(xiàn)無(wú)明顯異常。且利用此連接線檢測(cè)電臺(tái)可以正常接收信號(hào)，至此可以排除底層事件（X221）。

圖4 話筒接口插頭

現(xiàn)實(shí)情況中，由于設(shè)備生產(chǎn)廠家為了維護(hù)自己的核心技術(shù)以及追求各自的經(jīng)濟(jì)利益，在一些技術(shù)細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)方面存在差異。尤其對(duì)于一些特殊裝備，通常產(chǎn)量較少，涉密性較高，所以，不同裝備從技術(shù)原理設(shè)計(jì)到物理實(shí)現(xiàn)，差異巨大。即使是相同廠家的不同產(chǎn)品，甚至同型產(chǎn)品的不同版本之間都有一定的差異。這就要求裝備保障部門能夠清楚這些差異所在，以及由此帶來(lái)一定的困擾。由于在電臺(tái)測(cè)試工作中使用的該型超短波電臺(tái)是之前某型的改進(jìn)型，裝備從外觀看使用相同的射頻接口、音頻接口型號(hào)，且進(jìn)行裝備的首次測(cè)試。因此直接使用的前一型電臺(tái)測(cè)試夾具工裝。另一方面，接收功能測(cè)試良好，而發(fā)射功能測(cè)試不匹配，分析需要探究話筒接口的接線定義。通過(guò)查閱該新型超短波電臺(tái)技術(shù)資料，果然如此。話筒接口接線定義見(jiàn)表2，新型電臺(tái)話筒接口中通過(guò)“PTT”引腳電位高低來(lái)控制音頻收發(fā)轉(zhuǎn)換，而改進(jìn)前型電臺(tái)收發(fā)轉(zhuǎn)換直接通過(guò)送受話器手柄控制，即手柄內(nèi)部電路控制收發(fā)通斷。至此，發(fā)射功率測(cè)試失敗的原因也一清二楚，即測(cè)試工裝未處理“PTT”，導(dǎo)致音頻信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)未送入電臺(tái)（X222）。

表2 話筒接口接線定義

3 工裝設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

對(duì)于上述情況，通常為了節(jié)省時(shí)間采取的做法是改造一個(gè)新的送受話器，即從一個(gè)與之匹配的送受話器接頭處找到收發(fā)兩根接線（引腳2 與引腳3），從中額外并行引出兩根引線作為測(cè)試用音頻輸入輸出接口，利用送受話器的PTT 按鍵實(shí)現(xiàn)收發(fā)控制。但是該方法有兩個(gè)弊端。其一額外增加一個(gè)送受話器的開(kāi)銷；其二對(duì)于信號(hào)有一定程度的衰減，影響指標(biāo)測(cè)試結(jié)果。于是，借助于裝備技術(shù)說(shuō)明的原理進(jìn)行分析，PTT 控制電平為低電平時(shí)，話筒接口轉(zhuǎn)換為發(fā)送狀態(tài)；高電平時(shí)為接受狀態(tài)。默認(rèn)狀態(tài)為收信狀態(tài)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易PTT收發(fā)控制裝置原理如圖5 所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到發(fā)一側(cè)，PTT 引腳處于低電平，發(fā)射3 通路打通；當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到收一側(cè)，電臺(tái)處于接收狀態(tài)。

圖5 接口電路原理

經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該裝置可以完全實(shí)現(xiàn)音頻收發(fā)控制，音頻信號(hào)可以正常從接口輸入。電臺(tái)發(fā)射功率測(cè)試結(jié)果正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

裝備技術(shù)指標(biāo)測(cè)試是裝備保障工作中的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)目前生產(chǎn)廠家眾多、裝備型號(hào)復(fù)雜、技術(shù)手段各異的現(xiàn)實(shí)狀況，技術(shù)指標(biāo)測(cè)試中對(duì)于測(cè)試工裝的調(diào)試占據(jù)了大部分工作。因此，針對(duì)一次測(cè)試工作中遇到的問(wèn)題建立故障樹(shù)模型，從頂層事件逐步排查到底層事件，逐步找出原因所在。說(shuō)明基于故障樹(shù)分析法的問(wèn)題解決方式切實(shí)可行。另外，針對(duì)實(shí)例中的問(wèn)題，制作測(cè)試工裝，節(jié)省一定的測(cè)試成本。