北京宇航系統(tǒng)工程研究所 徐 晨 岳 瑋 李劍峰

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潛在通路分析技術綜述

北京宇航系統(tǒng)工程研究所 徐 晨 岳 瑋 李劍峰

【摘要】本文闡述了潛在通路分析技術的基本概念、用途、分析過程、優(yōu)點及局限性，在此基礎上綜述了目前國內外潛在通路分析技術的研究現(xiàn)狀，最后分析了潛在通路分析技術的難點，可為相關科研院所提供研究基礎。

【關鍵詞】潛在通路；潛在分析；控制系統(tǒng)

1　引言

自1961年美國波音公司于阿波羅計劃期間提出“潛在通路”這一概念以來，潛在通路分析技術逐步引起人們的廣泛重視，已經(jīng)逐步發(fā)展成為一門學科被人們所熟知。潛在通路是一種由于工程師無意帶進系統(tǒng)設計方案中的錯誤因素而引起系統(tǒng)故障與事故的現(xiàn)象，廣泛存在于復雜控制系統(tǒng)、氣路、液路等系統(tǒng)中，它的存在給人類生產(chǎn)生活帶來了嚴重的危害，而潛在通路分析技術旨在預先發(fā)現(xiàn)潛在通路，從而做好預防措施，避免各類系統(tǒng)產(chǎn)生故障，因此潛在通路分析技術具有一定的研究意義。

2　潛在通路分析技術概述

2.1潛在通路分析技術

從宏觀上講，潛在通路是指各類系統(tǒng)產(chǎn)生工程師意料之外的功能或者沒有達到預期目標功能的路徑，一般指在電氣系統(tǒng)中使得系統(tǒng)產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能的電路，是由工程師無意引入系統(tǒng)的潛在因素而引起的，與系統(tǒng)的硬件無關。潛在通路的存在常常會給其所在的系統(tǒng)造成巨大的危害，甚至會危害人身安全，為了解決這一問題，人們提出了潛在通路分析技術，該技術通過全面細致的分析和檢查系統(tǒng)可能存在的設計缺陷，提前發(fā)現(xiàn)潛在路徑，并進一步消除，從而在設計過程中消除由于潛在通路引發(fā)系統(tǒng)事故的可能性，提高系統(tǒng)設計的可靠性，縮短系統(tǒng)設計周期，減弱由于系統(tǒng)事故對經(jīng)濟效益的影響。

2.2潛在通路分析技術的用途

1961年，美國啟動阿波羅登月計劃，美國航空航天局（NASA）開始設計復雜的航空航天系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了潛在通路問題，為了解決該問題，NASA開始研究潛在通路分析技術，并驗證其功能及有效性，隨著時間推移，這項技術逐步發(fā)展成為一種工具，發(fā)現(xiàn)各類系統(tǒng)中的潛在問題。。潛在分析工具可以將幾種分析工具，例如故障樹、失效模式和效應分析（FMEA）、可靠性估計（Reliability estimates）等整合到一項分析中，這樣可以節(jié)省時間和項目成本。

2.3潛在通路的分析過程

潛在分析是一種獨特的設計過程，因為它利用不同的工具（網(wǎng)絡樹，以幫助確定分析潛在條件）來發(fā)現(xiàn)具體的問題，主要包括數(shù)據(jù)準備、網(wǎng)絡樹的建構、網(wǎng)絡路徑的評估和最終建議與報告四個步驟。網(wǎng)絡樹和森林是對實際系統(tǒng)進行的拓撲分組。每個網(wǎng)絡樹代表一種次級功能并顯示了可能影響次級功能輸出的所有輸入數(shù)據(jù)。將那些促成特定系統(tǒng)輸出的網(wǎng)絡樹結合起來就能建構森林。一個正確的森林能說明系統(tǒng)輸出所有相關的輸入數(shù)據(jù)。這些方面和其他方面一起構成了分析的輸入數(shù)據(jù)。

根據(jù)前文所述，潛在通路是存在系統(tǒng)內不為人知的路徑，在某些情況下，這些路徑會給系統(tǒng)帶來故障，影響系統(tǒng)正常運行，而潛在通路分析技術的作用就是找出這些路徑，由于這些路徑是系統(tǒng)軟硬件、操作人員操作過程等因素的綜合體，所以通過潛在通路分析技術分析得到的輸出主要包括以下四類：

（1）潛在路徑：電流、邏輯順序等意外流動路徑；

（2）潛在時序：以意外或相互沖突的順序發(fā)生的事項；

（3）潛在表述：對系統(tǒng)運行狀況的含混不清或錯誤的顯示，這樣可能會使系統(tǒng)或操作人員采取不當行為；

（4）潛在標識：由于系統(tǒng)工作人員操作失誤而對系統(tǒng)進行錯誤的標識，從而給系統(tǒng)工作人員錯誤的引導，引發(fā)相關事故。

2.4潛在通路分析技術的優(yōu)點

潛在通路分析技術存在一定的雙面性，其中優(yōu)點包括：（1）潛在分析有利于識別設計錯誤；（2）與危險與可操作性分析一起使用時會有最佳效果；（3）非常有利于處理那些有多重情況的系統(tǒng)，例如配料車間和半配料車間。

潛在通路分析技術的局限包括：（1）潛在通路分析技術的過程不是統(tǒng)一的，會根據(jù)其適用環(huán)境而變化；（2）潛在通路分析技術必須建立正確的網(wǎng)絡樹，否則無法有效的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的潛在通路。

3　潛在通路分析技術的研究現(xiàn)狀

3.1潛在通路分析技術的國外研究現(xiàn)狀

歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，潛在通路分析理論已經(jīng)逐步趨向完善，發(fā)展成為一門學科。到目前為止，國外有3家公司主要研究潛在通路分析技術，它們是美國波音公司、歐洲空間局和SoHar公司，這3家公司目前都已經(jīng)開發(fā)出了比較成熟的潛在通路分析軟件平臺。在這3家公司的引領下，潛在通路分析技術已經(jīng)被美國、歐洲等發(fā)達國家應用在了航空航天、工業(yè)、民用等領域中，且已取得了較好的應用成果。

3.2潛在通路分析技術的國內研究現(xiàn)狀

在國內，由于潛在通路分析技術是航空航天領域必不可缺的技術，因此在20世紀90年代初，我國航天事業(yè)開始起步之后，我國相關科研機構也逐漸著手潛在通路分析技術的研究。目前，我國一些科研院所已經(jīng)自主開發(fā)出一些潛在通路分析軟件平臺，比如北京航天自動控制研究所研發(fā)的計算機輔助網(wǎng)絡樹生成系統(tǒng)CANTGS，第二炮兵工程學院開發(fā)的計算機輔助潛在通路分析系統(tǒng)等。除此之外，我國首次自主實現(xiàn)了“長征三號”運載火箭系統(tǒng)關鍵電路的潛通路的分析，“長征三號”運載火箭系統(tǒng)電路規(guī)模較大，這個案例證明我國在潛在通路分析技術的工程應用方面取得了突破性的進展。

4　潛在通路分析技術難點

目前，潛在通路分析技術仍存在很多難點，因為現(xiàn)有的技術都依賴經(jīng)驗豐富的專家，根據(jù)自己長期工作積累的經(jīng)驗分析計算機相關軟件輸出的系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲模式，這就導致一般的系統(tǒng)工作人員無法使用該項技術，從而導致潛在通路分析技術效率低、分析周期長且容易出現(xiàn)錯誤，因此目前潛在通路分析技術的難點在于如何提高潛在通路分析技術的自動和智能程度，使其能夠被一般的系統(tǒng)工作人員熟練應用。

5　結論

隨著科技的進步，潛在通路分析技術將會不斷得到發(fā)展和優(yōu)化，將會出現(xiàn)各有所長的各類潛在通路分析技術，被廣泛應用于各類系統(tǒng)中，通過和其他技術相結合，相互融合，推動潛在通路分析技術的快速發(fā)展，為人類生產(chǎn)生活帶來社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻

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作者簡介：

徐晨（1972-），男，江蘇儀征人，大學本科，現(xiàn)供職于北京宇航系統(tǒng)工程研究所，研究方向：航空動力與熱能工程。