模糊故障树分析法在某航空发动机中的应用

党军强

摘 要：针对传统故障树难以确定基本事件发生概率这一现状，通过引入模糊集概念，用三角模糊數来描述底事件的发生概率。将传统故障树中基本事件的发生概率模糊化，对所建立的故障树进行定量计算分析，得到航空发动机顶事件发生的模糊概率。然后计算各基本事件在不同截集下的概率重要度并进行排序，得到发生概率较高的底事件。案例分析结果表明，该方法对航空发动机的故障诊断及系统的可靠性有积极的推动作用。

关键词： 模糊故障树;航空发动机;概率重要度;可靠性

0 前言

由于在其全寿命周期的前期，无法获得大量的实验数据及现场数据，系统单元失效还有一些主观的人为因素，如操作失误、设计经验等因素[1]。所以，引入模糊理论不仅具有重要的理论意义，也是实际操作与实验的迫切需要。

考虑到航空发动机复杂苛刻的工作环境，人为因素造成的影响难以用具体的数据来表示，故运用三角模糊数来给出基本事件概率的可能性分布，实现故障概率的模糊化。依据故障树对发动机在生产、使用中常见的故障，从现象到原因、排障方法进行分析，总结出发动机故障特性和诊断方法。

模糊故障树分析中既有用模糊数表示的事件，又有用概率值表示的事件，如何用模糊数表示事件的概率并进行运算，成为此方法的关键问题[2]。本文的解决思路是通过非模糊化的方法将模糊数转化为确定量，用传统故障树分析法进行定量分析。

1模糊故障树分析法

故障树分析法就是把最不希望发生的故障作为分析目标，通过逻辑演绎找出可能造成系统失效的各种因素，用符号和逻辑门把顶事件、中间事件、底事件连接成倒状树形逻辑图。再定性分析可能引起系统失效的组合方式，定量计算顶事件发生的概率和基本事件对系统失效的影响程度，提高系统的可靠性。

本文将模糊理论与传统故障树相结合，用模糊数表示底事件的发生概率，是一种评判复杂系统可靠性与安全性的有效方法[2-3]，即模糊故障树分析，简称FFTA（Fuzzy Fault Tree Analysis）。

1.1模糊数

同理，得到其他截集下底事件发生的概率重要度系数并进行排序，可得到对顶事件影响较大的几个底事件，对其采取相应的措施，可减小系统的故障率，提高可靠性及安全性。

2.3故障原因

通过故障树定性分析和概率重要度系数的比较可知，顶杆卡在关小位置、活塞环故障、活塞锲体、活塞销断裂的比例较大，是影响发动机正常启动的主要原因，须加以重视并采取必要的措施。就活塞环这一故障，主要表现为拉缸、磨料磨损等，其主要原因是活塞环外圆周面急速磨损致使其径向尺寸急速减小，这不仅破坏了其外圆密封面，也导致环的弹力快速下降，贴合性降低，最终导致活塞环的密封性能失效。故在发动机的设计中应选用优质活塞环，并且尽可能使用推荐型号的燃油和润滑油，避免温度过高而使油膜破坏。

3结论

通过计算出不同截集下顶事件的失效概率，能基本确定故障发生的位置。本方法的优点在于计算方法和估计策略简单直观，可用模糊语言来表述故障发生的可能性;针对复杂环境和工作条件，能提供一种较为合适的函数结构来合成各种事件的主观判断结果。

模糊故障树分析法能够解决传统故障树难以确定底事件精确概率的故障分析问题。它采用多种模糊数、模糊语言及精确概率值表示事件发生的概率，解决了传统故障树在分析工程问题中的困难，具有较大的灵活性和适应性。既反映了概率本身的模糊性，又容许概率值存在一定的误差，将现场和少量统计数据与技术人员的经验相结合，使数据和经验得到充分利用，分析结果的可信度也会增大。不仅能达到经典概率论的分析目的，还能在定量分析时，包容统计过程中各种因素的影响和专家经验的局限性，反映数据本身存在着的不确定性。

4参考文献

[1]赵德孜，温卫东，段成美.故障树模糊分析方法的研究[J].机械设计与制造.

[2]董玉革.机械模糊可靠性设计[M].机械工业出版社.

[3]赵德孜.机械系统设计初期的可靠性模糊预计与分配[M].国防工业出版社.

[4]唐淑云.基于模糊理论的发动机可靠性风险评价方法研究.江西理工大学[D].

[5]Bowles J. ASurvey of Reliability Prediction Procedures for Microelectronic Devices [J]. IEEE       Trans Reliability.