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基于故障树的复杂机械设备排故策略设计摘要：复杂机械设备发生故障后的排故策略会影响到故障诊断的速度进而影响到生产进度工程中常用故障树（FTA）设计排故策略。诊断重要度（DIF）是基于FTA故障诊断的关键因子然而并未考虑诊断时间和费用。通过修正故障判明效时比的定义给出了时间诊断重要度的概念（TDIF）。在综合诊断重要度、诊断时间和费用的基础上提出了费用C时间诊断重要度（CTDIF）的概念并给出了计算公式。最后以某型采煤机的发动机为例对基于DIF、CDIF、TDIF和CTDIF的排故策略进行了对比计算。关键词：故障树；费用-时间诊断重要度；故障诊断；复杂机械设备引言复杂机械设备一旦发生故障极有可能会因为故障排查的复杂性而造成长时间的停机。设计高效的复杂机械设备故障排查策略是解决这一问题的主要方法。复杂机械设备故障诊断的目的是定位造成系统故障的根本原因其思路可总结为：首先假定一组故障原因集；然后综合各种方法和数据对该组集合进行分析判断；最后通过排除法、推理法或其它方法判断出导致系统故障的原因。故障树分析方法（FaultTreeAnalysisFTA）起源于系统安全分析领域其核心思路是通过对顶事件的推演得到导致该事件发生的基本事件组合[1]。由于该方法可从定性和定量两方面对系统进行分析因此也广泛应用于故障诊断领域。基于FTA的故障诊断中如何根据重要度确定部件的诊断顺序是关键。1.术语定义综合分析以上文献的优点和缺点本文提出一种新的基本FTA的故障诊断方法。为叙述方便首先定义以下概念。定义1：TDIF（TimeandDiagnosticsImportanceFactor）：时间诊断重要度指单位时间内的诊断重要度。定义2：CTDIF（Cost-TmeandDiagnosticsImportanceFactor）：费用―时间诊断重要度指单位时间内每单位成本的诊断重要度。定义3：MCTD（MeanCosttoDetection）：平均故障检测费用产品从开始检测到检测完毕并给出是否故障的结论所产生的平均检测费用。对于这三个定义的深入解释将在下文中结合算法和实例给出。2.基于CTDIF的诊断方法设计本文设计的基本FTA的故障诊断方法为：2.1获取故障树定性、定量分析的结果数据。针对某一故障现象确定其对应的顶事件查找有关该顶事件的故障树获取关于该故障树的最小割集、底事件故障概率、已计算出的各最小割集概率以及顶事件的发生概率。2.2计算各基本部件、最小割集的CTDIF并进行排序。2.2.1α和β的确定公式n中α和β分别被称为CDIF的权重因子和TDIF的权重因子且α+β=1。这两个参数表明了本次故障诊断中对时间和费用的度量程度即若现实要求对时间较苛刻则可取α>β；若对费用比较敏感则可取α2.2.2基于MCTD的CDIF重定义对于部件的诊断费用本文通过MCTD进行定义。对于该值的估算可按以下原则进行：（1）当部件或单元的测试费用固定时按该费用做为其MCTD。如一些设备的故障检测供货商（特别是进口设备）在保修期外是要收取固定诊断费用的此时可令该费用做为其MCTD。（2）定量计算。假设在不考虑人工费的情况下价格c万元预计使用y年每年估计平均使用m次则该设备的每次检测费用可估计为：。（3）定性估计。在难以定量计算MCTD时可结合专家建议和检测过程进行定性估值。在确定MCTD之后本文将公式n重新定义为：其中i代表第i个基本部件。2.2.3割集重要度的计算方法最小割集的诊断重要度DIFMCSi的公式为该割集发生概率P（MCSi）与系统故障概率P（S）的比值[7]。最小割集的TDIF、CDIF和CTDIF与求基本部件的公式一致只需把部件的DIF改为最小割集的DIF、把部件的测试时间和费用改为割集中各部件的测试时间和费用之和即可此处不在敷述。2.2.4将部件和割集的CDIF、TDIF归一化处理为使CDIF和TDIF在计算CTDIF的过程中具有可比性需要将计算结果进行归一化处理即将各部件和各割集的CDIF和TDIF变为（01）之间的小数。2.2.5排序原则系统故障是由最小割集引起的因此首先应按最小割集的CTDIF进行排序同一最小割集的各基本部件再按其各自的CTDIF从大到小排序[7]。2.3根据排序结果生成决策诊断树DDT。关于将故障树转换为DDT的方法可参见文献[3]。3.实例分析下面以某型采煤机的发动