基于“结构FMEA”的故障树自动构建方法研究

基于“结构FMEA”的故障树自动构建方法研究
费胜巍　孙　宇
(南京理工大学机械工程学院制造工程及自动化系　江苏南京210094)
摘要: 研究由产品设计知识生成诊断知识是非常有意义的, 它能很好地缓解诊断知识匮乏带来的窘境。在此思想的指导下, 分析了基于“结构FMEA ( FailureMode and EffectAnalysis) ”的诊断模型构建的可行性, 并以发动机润滑系统为对象研究从“结构FMEA”自动生成故障树的方法, 从而最终实现设计知识到诊断知识的转化。与手工建树相比, 这种方法可以高效、准确地得到具有较完备诊断知识的故障树。
关键词: 结构FMEA; 故障树; 润滑系统; 故障诊断
中图分类号: TP30613　文献标识码: A　文章编号: 0254 – 0150 (2006) 12 – 197 – 3
Research of the Method on Fault Tree Structured Automatically by“Structured FMEA”

Fe i Shengwe i　Sun Yu
( School ofMechanical Engineering,Nanjing University of Science & Technology,Nanjing J iangsu 210094, China)
Abstract:Research on fault diagnosis knowledge generated by p roduct design knowledge is very significant,which can relieve p redicament caused by the lack of diagnosis knowledge. With the guidance of the thought , the feasibility of diagno sismodel structured by“structured FMEA ( failure mode and effect analysis) ”was analyzed. Engine lubrication system was taken as the research object to make a research of themethod on fault tree structured automatically by“structured FMEA ”,

thus the transformation from p roduct design knowledge to fault diagnosis knowledge was ultimately realized. Compared with fault tree structured by hand, the method can acquire fault tree with comp lete diagnosis knowledge efficiently and exactly.
Keywords: structured FMEA; fault tree; lubrication system; fault diagnosis

产品设计阶段生成的FMEA ( Failure Mode and Effect Analysis, 故障模式与影响分析) 中包含故障诊断建模所需知识。然而, 传统FMEA以电子表格等非结构文件存储, 这种存储方式限制了产品设计、诊断建模活动中FMEA知识共享和再使用[ 1 ]。近年来, 随着计算机辅助设计手段广泛应用, 人们利用FMEA系统辅助构建FMEA[ 2 ] , FMEA系统利用产品结构、功能等信息生成以结构化形式表示的FMEA, 为了区别传统FMEA, 称这种FMEA为“结构FMEA”, “结构FMEA”中“结构”有2层含义: (1) 这种FMEA为结构化数据, 存储在关系数据库中; ( 2) 它是一种体现产品结构层次关系的模型, 因而可以理解为以产品结构树组织了FMEA 信息。基于这种“结构FMEA”模型, 可以进行诊断模型的自动构建, 从而实现从产品设计知识到故障知识的自动转化。本文作者结合发动机润滑系统研究基于“结构FMEA”的故障树的自动生成方法, 实现故障诊断中诊断建模对产品设计知识的直接利用。
1　FMEA与结构FMEA
111　FMEA
20世纪50年代, 美国格鲁曼公司开发了FMEA用于飞机制造业的发动机故障防范, 取得较好成果,FMEA现已被广泛运用于飞机制造、汽车制造等多个领域[ 3 ]。FMEA [ 4 – 5 ]是在产品研发阶段分析产品及其每一个组成部分可能存在的故障模式及其可能的故障原因、影响、检测方法和补偿措施, 以改善产品的设计可靠性, 传统的FMEA是以电子表格形式存储, 表1为发动机润滑系统及其组成零部件的FMEA 分析表。表中故障模式是指整个系统或系统的各组成部分丧失应有的功能而表现出来的现象, 它是故障的表现形式。故障原因是引起故障模式的机制。故障影响是指故障模式对自身级、上一层系统以及最高层系统(产品) 的技术性能、可靠性、维修性等方面的影响。风险优先数RPN (Risk PriorityNumber ) 用于评估零部件的故障对其上一层系统故障的影响程度大小, 它的值为故障频率等级、危害程度等级、可检测性等级三者的积, 故障频率等级、危害程度等级、可检测性等级由低到高可以分为5 级, RPN 值越大则对应的故障模式的影响度越大。FMEA按产品结构关系划分产品的层次, 通常可划分为“系统———分系统———部件———零件”等层次, 在FMEA 中, 一种故障模式可能是上层系统的故障原因, 同时又是下层系统的结果,