基于fmea信息的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)故障診斷方法

基于fmea信息的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)故障診斷方法

0基于題的副本、題的原、題的原診斷知識(shí)的缺乏一直是智能診斷系統(tǒng)“頭痛”的問(wèn)題。由于缺乏知識(shí)，診斷結(jié)果的精度和不確定性都很低。為此,本文從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段獲取診斷知識(shí),立足于問(wèn)題的本原,以解決診斷知識(shí)匱乏的問(wèn)題,提高診斷精度、降低診斷的不確定性。由于任何系統(tǒng)的任何故障一般都是由該系統(tǒng)的某個(gè)或某些組成部分所導(dǎo)致的,而且,一個(gè)產(chǎn)品及其每一個(gè)組成部分通常表現(xiàn)出多種故障形式,但其組成結(jié)構(gòu)通常只有一種,因此,本文考慮以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)組織診斷知識(shí),并利用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段生成的FMEA(FailureModeandEffectAnalysis,故障模式與影響分析)信息建立節(jié)點(diǎn)間診斷規(guī)則的診斷方法。1結(jié)構(gòu)樹(shù)組織診斷知識(shí)的必要性圖1為MS800CW5列車(chē)自動(dòng)門(mén)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)。我們將自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)按從上至下分解為系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件、零件4個(gè)層次,其目的在于建立一個(gè)能反映診斷對(duì)象結(jié)構(gòu)、功能和行為關(guān)系的定性因果模型,從而體現(xiàn)故障傳播的層次性和子、父節(jié)點(diǎn)間關(guān)系的因果性。雖然,由于結(jié)構(gòu)樹(shù)上某一個(gè)子節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)存在著確定性的因果關(guān)系,即父節(jié)點(diǎn)的故障一般由其子節(jié)點(diǎn)的故障所導(dǎo)致的,使得由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)組織診斷知識(shí)可以縮小診斷范圍,然而,我們不知道父節(jié)點(diǎn)的故障是由哪一個(gè)子節(jié)點(diǎn)發(fā)生的哪種故障所導(dǎo)致的,而這必須借助外來(lái)的診斷信息,以獲得具體的故障原因。本文結(jié)合列車(chē)自動(dòng)門(mén),提出以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)組織診斷知識(shí),利用FMEA信息建立父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)間的診斷規(guī)則(故障影響規(guī)則和故障原因規(guī)則),如此,若檢測(cè)到系統(tǒng)中某部件發(fā)生故障及其發(fā)生的故障模式,一方面,通過(guò)故障影響規(guī)則,可以知道它對(duì)上層節(jié)點(diǎn)和整個(gè)系統(tǒng)(產(chǎn)品)的影響,另一方面,通過(guò)故障原因規(guī)則,可以知道導(dǎo)致它故障的原因。2故障模式判斷如圖2所示,本文采用基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)模型的框架知識(shí)組織方法,將系統(tǒng)級(jí)(列車(chē)自動(dòng)門(mén))、子系統(tǒng)級(jí)、部件級(jí)、零件級(jí)中的各節(jié)點(diǎn)的診斷知識(shí)及其相關(guān)知識(shí)封裝在相應(yīng)的框架中,各級(jí)節(jié)點(diǎn)包含了3個(gè)槽。槽1,是健康評(píng)估信息子框架,子框架包含了節(jié)點(diǎn)損壞程度評(píng)估、故障模式判斷、決策信息、維修信息4個(gè)槽,節(jié)點(diǎn)損壞程度評(píng)估是通過(guò)BIT(機(jī)內(nèi)測(cè)試)信息或是健康評(píng)估人員進(jìn)行一段時(shí)間的觀(guān)測(cè)后得出的該節(jié)點(diǎn)損壞程度的評(píng)估知識(shí);故障模式判斷是利用BIT信息,或狀態(tài)評(píng)估人員通過(guò)現(xiàn)象觀(guān)測(cè),得出當(dāng)前所發(fā)生的故障模式。由于零件作為系統(tǒng)中最底層的節(jié)點(diǎn),很難直接評(píng)估零件的健康狀況和可能的故障模式,必須通過(guò)利用與上層節(jié)點(diǎn)中故障模式的關(guān)系來(lái)推出本層的哪些節(jié)點(diǎn)可能發(fā)生哪些故障,所以健康評(píng)估信息子框架中節(jié)點(diǎn)損壞程度評(píng)估和故障模式判斷兩個(gè)槽中的信息可能為空。決策信息,是根據(jù)節(jié)點(diǎn)損傷程度以采取相應(yīng)的措施;維修信息,是根據(jù)節(jié)點(diǎn)損傷程度以采取相應(yīng)維修方法。槽2,是故障維,包含了該節(jié)點(diǎn)所有可能發(fā)生的故障模式,例如,門(mén)系統(tǒng)框架中包含了門(mén)不能關(guān)、門(mén)不能關(guān)到位、門(mén)到位但鎖不上等等故障模式,故障維槽中每一個(gè)側(cè)面對(duì)應(yīng)著一個(gè)故障模式,每一個(gè)故障模式都有一個(gè)框架,框架中包含了由FMEA信息建立的故障影響規(guī)則庫(kù)(除系統(tǒng)級(jí)節(jié)點(diǎn))和故障原因規(guī)則庫(kù)(除零件級(jí)節(jié)點(diǎn))。故障影響規(guī)則庫(kù)中包含了系統(tǒng)中各零部件節(jié)點(diǎn)的某個(gè)故障的發(fā)生對(duì)其父節(jié)點(diǎn)中某故障模式的影響及影響概率;故障原因規(guī)則庫(kù)中包含了在系統(tǒng)的各零部件節(jié)點(diǎn)中導(dǎo)致其父節(jié)點(diǎn)某個(gè)故障事件發(fā)生的所有故障原因,它們都是利用系統(tǒng)中父子節(jié)點(diǎn)的故障模式之間的關(guān)系建立起來(lái)的規(guī)則庫(kù)。槽3,是功能維,包含了該節(jié)點(diǎn)的所有功能。3故障模式及影響分析結(jié)構(gòu)樹(shù)中每一層節(jié)點(diǎn)的故障信息從哪兒獲得?獲得了節(jié)點(diǎn)的故障信息,但我們無(wú)法獲知這些故障信息之間的隱含的關(guān)系,怎樣才能使這些故障信息之間的關(guān)系顯現(xiàn)出來(lái)呢?故障模式及影響分析(FMEA),將幫我們回答上述問(wèn)題,它能分析產(chǎn)品的每一個(gè)組成部分可能存在的故障模式及其可能的故障影響和原因。所以,我們不僅從FMEA中獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)中的每一層的節(jié)點(diǎn)可能的故障模式,還定性定量的獲知了上下層節(jié)點(diǎn)的各故障模式間的關(guān)系。3.1故障影響度rpnij表1為MS800CW5列車(chē)自動(dòng)門(mén)的部分零部件的FMEA分析表。表中故障模式是指整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的各組成部分喪失應(yīng)有的功能而表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象,它是故障的表現(xiàn)形式。故障原因是引起故障模式的機(jī)理。故障影響是指故障模式對(duì)自身級(jí)、上一層系統(tǒng)以及最高層系統(tǒng)(產(chǎn)品)的技術(shù)性能、可靠性、維修性等方面的影響。風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN(RiskPriorityNumber)用于評(píng)估零部件的故障對(duì)其上一層系統(tǒng)故障的影響程度大小,其計(jì)算公式:RPNij=Oi×Si×Di式中:RPNij為子節(jié)點(diǎn)的第i個(gè)故障模式對(duì)其父節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)故障模式的影響度;Oi為第i個(gè)故障模式的發(fā)生頻率等級(jí);Si為第i個(gè)故障模式的危害度等級(jí);Di為第i個(gè)故障模式的可檢測(cè)性等級(jí),即故障可檢測(cè)的難易程度。其中,發(fā)生頻率等級(jí)、危害度等級(jí)、可檢測(cè)性等級(jí)的取值可以參見(jiàn)表2。3.2影響規(guī)則的通用形式從FMEA表中,我們可以直接獲知產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)中每一層節(jié)點(diǎn)的故障對(duì)其父節(jié)點(diǎn)中某故障的影響,其影響概率βij的取值,可以參考表3,它是分析人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷得到的。根據(jù)子節(jié)點(diǎn)的某故障對(duì)其父節(jié)點(diǎn)故障的影響建立影響規(guī)則,規(guī)則的通用形式可以寫(xiě)成:規(guī)則I:If(a)Then(m)βam(And)(n)βanI表示規(guī)則號(hào);a表示子節(jié)點(diǎn)所發(fā)生的某個(gè)故障事件;m和n表示受a影響,導(dǎo)致其父節(jié)點(diǎn)所發(fā)生的故障事件;βam和βan表示m和n受a的影響概率。從表1獲得信息建立電控系統(tǒng)中電控系統(tǒng)不能正確指令這個(gè)故障的影響規(guī)則,If電控系統(tǒng)不能正確指令Then車(chē)門(mén)不能關(guān)β11And車(chē)門(mén)不能開(kāi)β12。3.3運(yùn)行故障原因規(guī)則的建立從FMEA表中獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)中某節(jié)點(diǎn)的故障原因。(1)故障i的影響Cij=RPNij∑i=1nRPNij,∑i=1nCij=100%∑i=1nRΡΝij,∑i=1nCij=100%式中:Cij為子節(jié)點(diǎn)中故障i的發(fā)生對(duì)其父節(jié)點(diǎn)的故障j發(fā)生的影響百分?jǐn)?shù)。從表1中獲知,導(dǎo)致電控系統(tǒng)不能正確指令這個(gè)故障的原因是電磁閥損壞、電磁閥位置不當(dāng)、內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)損壞、內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置不當(dāng)、PLC輸入輸出端口的接線(xiàn)不良,它們導(dǎo)致其發(fā)生的影響百分?jǐn)?shù)分別為37.5%、12.5%、25%、18.75%、6.25%。(2)因子節(jié)點(diǎn)已發(fā)生故障事件b根據(jù)子節(jié)點(diǎn)中導(dǎo)致其父節(jié)點(diǎn)某個(gè)故障事件發(fā)生的所有的故障原因建立規(guī)則,規(guī)則的通用形式可以寫(xiě)成:規(guī)則J:If(k)Ckb(or)(l)ClbThen(b),也可以寫(xiě)成:If(k)Then(b)Ckb(or)If(l)Then(b)Clb。J表示規(guī)則號(hào);b表示父節(jié)點(diǎn)發(fā)生的某個(gè)故障事件;k和l表示子節(jié)點(diǎn)中導(dǎo)致其父節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障事件b的兩個(gè)故障原因;Ckb和Clb表示這兩個(gè)故障原因的影響百分?jǐn)?shù)。從表1中,建立電控系統(tǒng)不能正確指令這個(gè)故障的故障原因規(guī)則:If電磁閥損壞Then電控系統(tǒng)不能正確指令37.5%,(Or)If電磁閥位置不當(dāng)Then電控系統(tǒng)不能正確指令12.5%,(Or)If內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)損壞Then電控系統(tǒng)不能正確指令25%,(Or)If內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置不當(dāng)Then電控系統(tǒng)不能正確指令18.75%,(Or)IfPLC輸入輸出端口的接線(xiàn)不良Then電控系統(tǒng)不能正確指令6.25%。4故障原因診斷(1)通過(guò)子系統(tǒng)級(jí)、部件級(jí)框架中的健康評(píng)估信息將故障定位在產(chǎn)品的子系統(tǒng)或部件中某個(gè)節(jié)點(diǎn),并確定當(dāng)前所發(fā)生的故障模式。(2)根據(jù)故障節(jié)點(diǎn)中當(dāng)前所發(fā)生的故障模式中的故障原因規(guī)則,將故障定位在下一層的某個(gè)(些)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)(些)故障模式。(3)若導(dǎo)致當(dāng)前所發(fā)生的故障模式的故障原因可能有多個(gè),則將故障原因的影響百分?jǐn)?shù)Cij按由大到小的順序排序。(4)將故障原因的影響百分?jǐn)?shù)Cij最高的所對(duì)應(yīng)的下層節(jié)點(diǎn)中某個(gè)故障模式作為故障原因進(jìn)行檢修,若是,則以此故障原因?yàn)槠瘘c(diǎn)進(jìn)行下一層故障原因的診斷;若不是,則排除該原因,再按Cij由大到小的順序依次進(jìn)行,直到找到正確的故障原因。(5)依次類(lèi)推,直到找到最底層的故障節(jié)點(diǎn)(故障零件)及其所發(fā)生的故障事件,診斷結(jié)束。利用上述推理策略對(duì)MS800CW5列車(chē)自動(dòng)門(mén)的“車(chē)門(mén)不能關(guān)”這個(gè)故障模式進(jìn)行診斷。經(jīng)狀態(tài)評(píng)估人員檢測(cè)獲知電控系統(tǒng)不能正確指令是導(dǎo)致其的故障原因。根據(jù)FMEA表中信息,可以確定故障節(jié)點(diǎn)是關(guān)門(mén)電磁閥、內(nèi)操作裝置、PLC,同時(shí)獲知的故障原因可能是關(guān)門(mén)電磁閥損壞、關(guān)門(mén)電磁閥位置不當(dāng)、內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)損壞、內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)位置不當(dāng)、PLC輸入輸出端口的接線(xiàn)不良等。利用FMEA表中,電控系統(tǒng)的子節(jié)點(diǎn)中各種故障對(duì)其電控系統(tǒng)不能正確指令故障事件的影響度RPN,算得故障原因的影響百分?jǐn)?shù)Cij,建立故障原因規(guī)則,如3.3節(jié)中所述。將Cij由大到小的順序進(jìn)行排序,對(duì)Cij最高所對(duì)應(yīng)故障模式,即關(guān)門(mén)電磁閥損壞故障事件,作為故障原因進(jìn)行檢修,若是,則以關(guān)門(mén)電磁閥損壞為起點(diǎn)進(jìn)行下一層故障原因的診斷;若不是,則以Cij次高的內(nèi)操作裝置微動(dòng)開(kāi)關(guān)損壞作為故障原因進(jìn)行檢修,依次進(jìn)行,直到找到正確的故障原因。若查得故障原因是關(guān)門(mén)電磁閥損壞,再根據(jù)故障原因規(guī)則:If彈簧變形Then電磁閥損壞,從中獲知彈簧變形是導(dǎo)致其故障的子事件,也是導(dǎo)致“車(chē)門(mén)不能關(guān)”這個(gè)故障的底事件。5基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的診斷知識(shí)獲取方法本文提出了以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)為診斷知