模糊故障树分析法在深孔镀铬控制系统中的应用
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检 测 与 仪 表
化 自 化 仪 ，０ ，７ ０： ～ 工 动 及 表 ２０ ３ １ ５ ５ １ （ ）０ ４
Ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｓｒ ｏ ｔ ｄ Ｉ ｓｒ ｏａ ｕ ｎ ｓ ｎ Ｃｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔ ｙ
模糊 故 障树 分 析 法在 深 孔镀 铬控 制 系统 中的应 用
下一 阶割集决定了顶事件 发生 的概 率 ， 在排 除故障 时优先考虑一 阶割集所代表 的底事件。本故 障树分 析考 虑了所有割集。 ３ 故 障树底事件发 生概率的确定 专家判断法是确定事件发生概率 的常用方法之
一
Ｅ ４
Ｕ Ｓ 障 Ｐ故
ＸＩ ９
熔芯 烧毁
熔芯接 触不 牢 熔 断器线 路虚接 接触器线 圈烧毁 接 触器线 路虚接 接触 器触点 接触不 牢 接触 器触 点粘连 接触 器触 点误接
魏 士杰 ， 潘宏侠 ， 郭彦青
（ 北 大学 机械 工 程 与 自动化 学 院 ， 原 ００ ５ ） 中 太 ３０ １
摘要 ： 针对深孔镀铬控制 系统 中对 系统故障缺乏有效的分析解决手段 ， 出了模糊故 障树分析法。通过 分 提
析影响 系统可靠性 的主要原 因， 建立 了深孔镀铬控制 系统可靠性的故障树模型 。专 家组对各个底 事件进行评估 ， 用格鲁布斯法对专家的评价数据进行检验 ， 剔除离群值 ， 并采用比较 赋值法对 离群值 进行 ， 因此为 与的关系 。故 障树 具体事 件名称 如
＝
表 １ 示。 所
表 １ 事件代 号及名 称
代号
Ｔ
∑Ｐ 一∑ＰＫ ＋ （ ） （ ） …
‘ １ …
＋（ ） Ｐ Ｋ … ） 一１ （
（） ２
事件名 称
控 制系统失 效
代号
Ｘ
事 件名称
顶事件来说 他们 为或 的关 系 ， Ｅ 一 个为 自动控 Ｅ 、
第 ｌ 期 Ｏ
魏士杰 等． 模糊故 障树分析法在深孔镀铬控制系统中的应用
・ １・ ５
制单元 ， 一个为手 动控制单元 ， 中一个 故障 ， 其 另外
一
阶割集 。顶事件发生 的概率公式为 ：
Ｐ（ ）＝Ｐ（
，
个能接着工作 ， 不会 导致 Ｅ 失效 ， ： 除非 Ｅ 、 ： 。Ｅ 同
中图分类号 ： Ｐ ７ 文献标识码 ： 文章编号 ： ００３ ３ （０ ０ １－０００ Ｔ ２７ Ａ １０ —９ ２ ２ １ ）００ ５ －５ １ 引 言
２ 故障树 的建立及定性分析
２ １ 故 障 树 建 立 ．
北方重工业集 团特种工艺 厂镀铬生产线 是国内 最大 的深孔镀铬生 产线 ， 本生产 线利用各 种化学工 艺为深孔管进行 内部镀 铬 ， 增加 了深孔管 的耐磨性
Ｅ 自动控 制单元 故障 Ｘ ５ ∞ Ｅ 手动控 制单元 故障 Ｘ１ ６ ２ Ｅ ７ Ｅ ８ Ｅ ９ Ｅｏ ｌ Ｅ１ ｌ 传感 器故 障 Ｐ Ｃ故 障 Ｌ 熔断器 故障 接触器 故障 空气开关 故 障 Ｘ 趋 Ｘ Ｘ Ｘ５ ２ Ｘ６ ２
接近 开关损 坏
式中 ：
最小割 集 的元 素 ； （ ｉ ＜１ 所 以 由 Ｐ Ｋ） 。
式（ ） ２ 可知 ， 二阶及二 阶以上 的割集很 小 ， 般情况 一
Ｅ １ Ｅ ２ Ｅ ３
电源故 障 主控 单元 故障 执行 器故 障
Ｘ６ Ｐ Ｃ的 Ｃ Ｕ模块 损坏 １ Ｌ Ｐ Ｘ７ ＰＣ的 电源模 块损 坏 ｌ Ｌ Ｘ８ ＰＣ的通讯 模块损 坏 １ Ｌ
家的有效评价 。采 用模糊集合理论 ， 系统失效的底事件进行概 率确 定， 对 通过对故 障树进 行定量的 分析 ， 出顶 得
事件 发生的概 率以及底事件 的重要度参数。实践证 明此方 法具有有效性 和正确性 。
关键 词 ： 镀 铬 ； 制 系统 ； 糊 集 ； 障 树 ； 控 模 故 离群值 ； 量 分 析 定
底事件 。在对深孔镀铬 控制 系统进行仔 细分析后 ， 建立了如图 １ 所示 的深孔镀铬控制系统 故障树 。
图 １ 深孑 镀铬控制系统故障树模型 Ｌ
其中 Ｔ为顶事件 ， Ｅ为 中间事件 ， Ｘ为底 事件 。
Ｅ 、 ：Ｅ 任意一个失效 就导致系统失效 ， 以对于 Ｅ 、， 所
收稿 日期 ：０００ —０ 修改稿） ２１－ １（ ９ 基金项 目： 国家 自然科学基金 资助项 目（ ０ ７２ ７ ； ５ ８ ５４ ） 山西省 自然科学基金资助项 目（０ ７ １０ ０ ２０ ０ ７ ） １
顶事件 ） 出发 ， 照某 种逻 辑关 系从 总体到 局部进 按 行逐步细化 ， 分析 出故障成 因， 而确定故障的最基 从 本成因 （ 即底事件 ） 重要程 度和发生概 率 。本 文 、 以深孔镀铬控 制 系统 为研究 对象 进行故 障树 的建
立 。首先根据故障树 顶事 件的确定原则将 “ 控制 系 统失效” 作为故 障树 的顶 事件 ， 次将 引起 系统失 其 效的最直接原 因 Ｅ 、：Ｅ 作为次顶事件 ， 。Ｅ 、 也可称为 中间事件 ， 最后将引起 系统失效 的最基本原 因定为
故障 树 分析 法 （ ａｌＴｅ ｎｌ ｉ） Ｆ ｕ ｒ Ａ ａ ｓ 简称 Ｆ Ａ ｔ ｅ ｙｓ Ｔ
法 ， 它是一种数学方法 ， 以研究 系统最坏结果 （ 即
和硬度 ， 而延长 了管子的寿命 ， 从 此生产线 主要 由控 制系统 、 干镀槽组成 ， 若 而镀槽 内部溶 液主要为化学 制剂 ， 如强酸 、 强碱 、 重金属溶液等 ， 因此控制系统工 作环境极其恶劣 。控制 系统是此 生产线 的核 心 ， 是 整个生产线 的心脏 ， 其可 靠性关系整个 生产线 的安 全和正常生产 ， 同时此系统是 一个复杂 的 自动控 制 系统 ， 包括继 电保护手动控制和基于 ＷＩＣ Ｎ Ｃ和 Ｐ Ｃ Ｌ 的 自动控制系统 ， 因此对其进 行故 障诊 断就 比较 困难 ， 以采用模 糊故 障树分析方法 （ Ｆ Ａ 对其 所 ＦＴ ） ｒ 可靠性及各元器 件发生故 障的概率进行 定量分析 ， 以达 到快速诊断维修 的 目的。
化 自 化 仪 ，０ ，７ ０： ～ 工 动 及 表 ２０ ３ １ ５ ５ １ （ ）０ ４
Ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｓｒ ｏ ｔ ｄ Ｉ ｓｒ ｏａ ｕ ｎ ｓ ｎ Ｃｈ ｍｉａ ｎ ｕ ｔ ｙ
模糊 故 障树 分 析 法在 深 孔镀 铬控 制 系统 中的应 用
下一 阶割集决定了顶事件 发生 的概 率 ， 在排 除故障 时优先考虑一 阶割集所代表 的底事件。本故 障树分 析考 虑了所有割集。 ３ 故 障树底事件发 生概率的确定 专家判断法是确定事件发生概率 的常用方法之
一
Ｅ ４
Ｕ Ｓ 障 Ｐ故
ＸＩ ９
熔芯 烧毁
熔芯接 触不 牢 熔 断器线 路虚接 接触器线 圈烧毁 接 触器线 路虚接 接触 器触点 接触不 牢 接触 器触 点粘连 接触 器触 点误接
魏 士杰 ， 潘宏侠 ， 郭彦青
（ 北 大学 机械 工 程 与 自动化 学 院 ， 原 ００ ５ ） 中 太 ３０ １
摘要 ： 针对深孔镀铬控制 系统 中对 系统故障缺乏有效的分析解决手段 ， 出了模糊故 障树分析法。通过 分 提
析影响 系统可靠性 的主要原 因， 建立 了深孔镀铬控制 系统可靠性的故障树模型 。专 家组对各个底 事件进行评估 ， 用格鲁布斯法对专家的评价数据进行检验 ， 剔除离群值 ， 并采用比较 赋值法对 离群值 进行 ， 因此为 与的关系 。故 障树 具体事 件名称 如
＝
表 １ 示。 所
表 １ 事件代 号及名 称
代号
Ｔ
∑Ｐ 一∑ＰＫ ＋ （ ） （ ） …
‘ １ …
＋（ ） Ｐ Ｋ … ） 一１ （
（） ２
事件名 称
控 制系统失 效
代号
Ｘ
事 件名称
顶事件来说 他们 为或 的关 系 ， Ｅ 一 个为 自动控 Ｅ 、
第 ｌ 期 Ｏ
魏士杰 等． 模糊故 障树分析法在深孔镀铬控制系统中的应用
・ １・ ５
制单元 ， 一个为手 动控制单元 ， 中一个 故障 ， 其 另外
一
阶割集 。顶事件发生 的概率公式为 ：
Ｐ（ ）＝Ｐ（
，
个能接着工作 ， 不会 导致 Ｅ 失效 ， ： 除非 Ｅ 、 ： 。Ｅ 同
中图分类号 ： Ｐ ７ 文献标识码 ： 文章编号 ： ００３ ３ （０ ０ １－０００ Ｔ ２７ Ａ １０ —９ ２ ２ １ ）００ ５ －５ １ 引 言
２ 故障树 的建立及定性分析
２ １ 故 障 树 建 立 ．
北方重工业集 团特种工艺 厂镀铬生产线 是国内 最大 的深孔镀铬生 产线 ， 本生产 线利用各 种化学工 艺为深孔管进行 内部镀 铬 ， 增加 了深孔管 的耐磨性
Ｅ 自动控 制单元 故障 Ｘ ５ ∞ Ｅ 手动控 制单元 故障 Ｘ１ ６ ２ Ｅ ７ Ｅ ８ Ｅ ９ Ｅｏ ｌ Ｅ１ ｌ 传感 器故 障 Ｐ Ｃ故 障 Ｌ 熔断器 故障 接触器 故障 空气开关 故 障 Ｘ 趋 Ｘ Ｘ Ｘ５ ２ Ｘ６ ２
接近 开关损 坏
式中 ：
最小割 集 的元 素 ； （ ｉ ＜１ 所 以 由 Ｐ Ｋ） 。
式（ ） ２ 可知 ， 二阶及二 阶以上 的割集很 小 ， 般情况 一
Ｅ １ Ｅ ２ Ｅ ３
电源故 障 主控 单元 故障 执行 器故 障
Ｘ６ Ｐ Ｃ的 Ｃ Ｕ模块 损坏 １ Ｌ Ｐ Ｘ７ ＰＣ的 电源模 块损 坏 ｌ Ｌ Ｘ８ ＰＣ的通讯 模块损 坏 １ Ｌ
家的有效评价 。采 用模糊集合理论 ， 系统失效的底事件进行概 率确 定， 对 通过对故 障树进 行定量的 分析 ， 出顶 得
事件 发生的概 率以及底事件 的重要度参数。实践证 明此方 法具有有效性 和正确性 。
关键 词 ： 镀 铬 ； 制 系统 ； 糊 集 ； 障 树 ； 控 模 故 离群值 ； 量 分 析 定
底事件 。在对深孔镀铬 控制 系统进行仔 细分析后 ， 建立了如图 １ 所示 的深孔镀铬控制系统 故障树 。
图 １ 深孑 镀铬控制系统故障树模型 Ｌ
其中 Ｔ为顶事件 ， Ｅ为 中间事件 ， Ｘ为底 事件 。
Ｅ 、 ：Ｅ 任意一个失效 就导致系统失效 ， 以对于 Ｅ 、， 所
收稿 日期 ：０００ —０ 修改稿） ２１－ １（ ９ 基金项 目： 国家 自然科学基金 资助项 目（ ０ ７２ ７ ； ５ ８ ５４ ） 山西省 自然科学基金资助项 目（０ ７ １０ ０ ２０ ０ ７ ） １
顶事件 ） 出发 ， 照某 种逻 辑关 系从 总体到 局部进 按 行逐步细化 ， 分析 出故障成 因， 而确定故障的最基 从 本成因 （ 即底事件 ） 重要程 度和发生概 率 。本 文 、 以深孔镀铬控 制 系统 为研究 对象 进行故 障树 的建
立 。首先根据故障树 顶事 件的确定原则将 “ 控制 系 统失效” 作为故 障树 的顶 事件 ， 次将 引起 系统失 其 效的最直接原 因 Ｅ 、：Ｅ 作为次顶事件 ， 。Ｅ 、 也可称为 中间事件 ， 最后将引起 系统失效 的最基本原 因定为
故障 树 分析 法 （ ａｌＴｅ ｎｌ ｉ） Ｆ ｕ ｒ Ａ ａ ｓ 简称 Ｆ Ａ ｔ ｅ ｙｓ Ｔ
法 ， 它是一种数学方法 ， 以研究 系统最坏结果 （ 即
和硬度 ， 而延长 了管子的寿命 ， 从 此生产线 主要 由控 制系统 、 干镀槽组成 ， 若 而镀槽 内部溶 液主要为化学 制剂 ， 如强酸 、 强碱 、 重金属溶液等 ， 因此控制系统工 作环境极其恶劣 。控制 系统是此 生产线 的核 心 ， 是 整个生产线 的心脏 ， 其可 靠性关系整个 生产线 的安 全和正常生产 ， 同时此系统是 一个复杂 的 自动控 制 系统 ， 包括继 电保护手动控制和基于 ＷＩＣ Ｎ Ｃ和 Ｐ Ｃ Ｌ 的 自动控制系统 ， 因此对其进 行故 障诊 断就 比较 困难 ， 以采用模 糊故 障树分析方法 （ Ｆ Ａ 对其 所 ＦＴ ） ｒ 可靠性及各元器 件发生故 障的概率进行 定量分析 ， 以达 到快速诊断维修 的 目的。