1、引言
故障樹(shù)分析是開(kāi)展可靠性、安全性工作的一個(gè)重要手段。利用故障樹(shù)可定性、定量分析系統(tǒng)的可靠性、安全性，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。例如分析系統(tǒng)、設(shè)備的失效概率是否滿足設(shè)計(jì)要求，判斷薄弱環(huán)節(jié)等。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)系統(tǒng)/產(chǎn)品，構(gòu)建其故障樹(shù)模型是一項(xiàng)非常龐大、復(fù)雜的工作。一般情況下，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)/產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，要計(jì)算其發(fā)生概率、最小割集等，依靠手工計(jì)算是不太現(xiàn)實(shí)的，需要借助計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)都研制了故障樹(shù)分析工具。 為驗(yàn)證不同故障樹(shù)工具的有效性，選擇國(guó)外R公司的FTA模塊，國(guó)內(nèi)研制的PosVim軟件的FTA模塊進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。驗(yàn)證的案例使用渦扇噴氣支線客機(jī)的反推力裝置。主要從故障樹(shù)建模、分析結(jié)果、計(jì)算速度等方面進(jìn)行對(duì)比。
2、反推力裝置簡(jiǎn)介
渦扇噴氣支線客機(jī)的反推力裝置安裝在CF34-10A發(fā)動(dòng)機(jī)上，該發(fā)動(dòng)機(jī)為GE公司生產(chǎn)的雙轉(zhuǎn)子高涵道比分開(kāi)排氣的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)呈尾吊式布局，分別安裝在飛機(jī)后機(jī)身兩側(cè)，反推力裝置作為發(fā)動(dòng)機(jī)短艙結(jié)構(gòu)的一部分，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)短艙后部。當(dāng)飛機(jī)起飛或空中飛行時(shí)，反推力裝置關(guān)閉，反推罩處于收起位置，反推力裝置形成發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇氣流的噴口，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生正向推力；當(dāng)飛機(jī)著陸時(shí)，反推力裝置打開(kāi)，反推罩往后移動(dòng)，堵住發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇氣流噴口，引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇氣流通過(guò)反推力格柵向前排出，產(chǎn)生反向推力，給飛機(jī)減速，縮短滑跑距離。反推力裝置結(jié)構(gòu)由反推力固定部分和反推力運(yùn)動(dòng)部分組成。反推力固定部分包括反推力扭矩盒、導(dǎo)氣格柵、懸掛梁和鎖扣梁（含運(yùn)動(dòng)滑軌）等部分；反推力運(yùn)動(dòng)部分為反推力平動(dòng)整流罩，平動(dòng)整流罩包含上反推罩和下反推罩兩部分，上下反推罩兩端分別鉸接于懸掛梁和鎖扣梁的運(yùn)動(dòng)滑軌中，并通過(guò)兩個(gè)鎖扣將上下反推罩鎖定在一起。
反推力控制與作動(dòng)系統(tǒng)安裝在反推力扭矩盒上，包含4個(gè)液壓作動(dòng)筒，作動(dòng)筒的運(yùn)動(dòng)端連接在平動(dòng)整流罩上，其中兩個(gè)作動(dòng)筒連接在上反推罩上，另兩個(gè)作動(dòng)筒連接在下反推罩上，由4個(gè)液壓作動(dòng)筒共同推動(dòng)平動(dòng)整流罩沿滑軌運(yùn)動(dòng)，4個(gè)液壓作動(dòng)筒由1套柔性同步軸（共3根）串聯(lián)，使4個(gè)液壓作動(dòng)筒運(yùn)動(dòng)同步，柔性同步軸兩端安裝有2個(gè)人工驅(qū)動(dòng)裝置，用于手動(dòng)展開(kāi)反推力裝置。4個(gè)液壓作動(dòng)筒上有兩個(gè)安裝有作動(dòng)筒鎖（包含指示開(kāi)關(guān)），另外兩個(gè)安裝有位置反饋傳感器，4個(gè)液壓作動(dòng)筒由發(fā)動(dòng)機(jī)全權(quán)數(shù)字控制器（FADEC）通過(guò)1個(gè)液壓隔離控制閥組件（ICV）、1個(gè)方向控制閥組件（DCV）控制。反推力裝置滑軌末端安裝有1個(gè)反推罩鎖（反推罩閥），該反推罩鎖用于鎖定整個(gè)反推力平動(dòng)整流罩，該反推罩鎖由發(fā)動(dòng)機(jī)接口控制裝置（EICU）控制。數(shù)據(jù)來(lái)源【1】
為對(duì)比分析國(guó)外R公司的FTA模塊和國(guó)產(chǎn)PosVim軟件的故障樹(shù)分析計(jì)算功能、性能，現(xiàn)以該渦扇噴氣支線客機(jī)的反推力裝置為對(duì)象，進(jìn)行故障樹(shù)分析功能、性能的比較。
3、故障樹(shù)建模對(duì)比
3.1、反推力裝置的故障樹(shù)模型及底事件
根據(jù)反推力裝置的初步分析，確定以反推力裝置非指令打開(kāi)作為頂事件，建立其故障樹(shù)模型。故障樹(shù)模型部分結(jié)構(gòu)如下圖所示。
3.2、PosVim軟件創(chuàng)建的反推力裝置故障樹(shù)
根據(jù)上述反推力裝置的故障樹(shù)模型及底事件基本信息，使用PosVim的故障樹(shù)分析工具創(chuàng)建故障樹(shù)模型。所創(chuàng)建的故障樹(shù)模型如下圖。
3.3、R公司FTA軟件創(chuàng)建的反推力裝置故障樹(shù)
下圖為使用R公司的FTA軟件創(chuàng)建的故障樹(shù)，限于篇幅，僅給出第一層的故障樹(shù)。
3.4、故障樹(shù)建模比較
需要說(shuō)明的是，由于R公司的FTA軟件和國(guó)內(nèi)PosVim軟件的FTA故障樹(shù)工具的功能點(diǎn)較多，這里的比較僅對(duì)進(jìn)行本次驗(yàn)證對(duì)象——反推力裝置的故障樹(shù)創(chuàng)建涉及的功能進(jìn)行對(duì)比，未進(jìn)行兩個(gè)軟件的全部功能對(duì)比。
4、分析結(jié)果對(duì)比
分別對(duì)這兩個(gè)軟件的FTA計(jì)算結(jié)果、精度、速度等進(jìn)行了比較。比較結(jié)果如下圖所示。
5、總述
本此驗(yàn)證所選擇的對(duì)象為反推力裝置，其故障樹(shù)復(fù)雜度屬于中等復(fù)雜度的故障樹(shù)。分別使用R軟件的FTA模塊、PosVim的FTA模塊，建立其故障樹(shù)模型，并進(jìn)行頂事件、最小割集計(jì)算。通過(guò)對(duì)比：
（1）建立該反推力裝置的故障樹(shù)模型是最為關(guān)鍵的工作，總體上兩個(gè)軟件建立故障樹(shù)模型的功能效率接近。相比而言，PosVim采用拖拽、子樹(shù)復(fù)制粘貼、批量設(shè)置的方式建立故障樹(shù)效率更高一些。
（2）從分析計(jì)算結(jié)果來(lái)看，兩個(gè)軟件的分析結(jié)果基本一致，包括頂事件發(fā)生概率、割集計(jì)算等基本一致。沒(méi)有太大的差別。主要差別在R軟件計(jì)算主要是5階內(nèi)割集計(jì)算，PosVim可進(jìn)行任意階的割集計(jì)算。需要注意的是，隨著階數(shù)越大，計(jì)算時(shí)間需要越長(zhǎng)。一般工程上5階割集可滿足需求，除了特殊工程應(yīng)用外。
通過(guò)上述對(duì)比，可看出PosVim軟件的故障樹(shù)建模、計(jì)算結(jié)果精度與國(guó)外R公司FTA軟件等基本一致。