賴文娟　曾刊　張云龍

[摘 要]針對某光電轉(zhuǎn)臺的故障問題，運(yùn)用故障樹診斷手段對引發(fā)故障原因的事件予以識別和排查分析，結(jié)合故障機(jī)理確定排除故障的改進(jìn)措施。為保證改進(jìn)措施的有效性，對故障問題予以復(fù)現(xiàn)，并對所采取的措施進(jìn)行驗證。驗證結(jié)果表明：轉(zhuǎn)臺故障原因明確，基于該光電轉(zhuǎn)臺的故障樹診斷分析手段可操作性強(qiáng)；所采用的改進(jìn)措施有效，能有效消除故障，保障轉(zhuǎn)臺穩(wěn)定運(yùn)行，能夠為分析裝備失效原因提供有益參考。

[關(guān)鍵詞]光電轉(zhuǎn)臺；故障樹；故障診斷；故障機(jī)理；裝備失效

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.14.026

[中圖分類號]TH165.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）14-00-03

高精度的光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是各軍事強(qiáng)國海、陸、空、天等各種激光通信武器系統(tǒng)，能夠在惡劣的天氣條件下對遠(yuǎn)距離小目標(biāo)進(jìn)行全方位精確跟瞄和精確打擊，在軍事領(lǐng)域、星載、機(jī)載激光通信、空中航拍和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，是近年來大力發(fā)展的新型武器系統(tǒng)。

光電轉(zhuǎn)臺是高精度的光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)光電設(shè)備的承載平臺，是保證光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)指向精度的重要部件，光電轉(zhuǎn)臺工作的可靠性是科研開發(fā)人員在設(shè)計過程中必須考慮的問題。故障樹分析又稱失效性分析FAT（Fault Tree Analysis），即采用故障樹分析手段對系統(tǒng)失效部位的故障機(jī)理進(jìn)行分析，具有思路明晰、便捷實用、可操作性強(qiáng)的特點。

1 光電轉(zhuǎn)臺架構(gòu)

光電轉(zhuǎn)臺包括1個二軸轉(zhuǎn)臺和與其配套的伺服裝置組成，其中伺服裝置包括轉(zhuǎn)臺方位伺服、轉(zhuǎn)臺俯仰伺服、轉(zhuǎn)臺方位及俯仰鎖緊驅(qū)動器，轉(zhuǎn)臺方位軸和俯仰軸均采用直流力矩來驅(qū)動，鎖緊則采用微型伺服電機(jī)來驅(qū)動。

轉(zhuǎn)臺、控制箱、外部設(shè)備之間的電纜連接關(guān)系如圖1所示。工作時，雙軸平臺由控制箱中的DC/DC供電，由控制盒根據(jù)上一級的指令控制轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動（控制箱上的連接器編號用XSm、XSn表示）。

2 光電轉(zhuǎn)臺故障樹建立與分析

2.1 光電轉(zhuǎn)臺故障現(xiàn)象

打開光電防護(hù)電源開關(guān)4秒以后再升起升降平臺，光電轉(zhuǎn)臺將不會執(zhí)行自檢動作，并且后續(xù)涉及假目標(biāo)操作時，光電轉(zhuǎn)臺不會按正常情況偏轉(zhuǎn)（即轉(zhuǎn)臺不響應(yīng)運(yùn)動指令）。而打開光電防護(hù)電源開關(guān)后短時間（約4秒鐘）內(nèi)啟動升降平臺開關(guān)控制升降平臺上升，則光電轉(zhuǎn)臺工作正常。

2.2 建立故障樹模型

根據(jù)光電轉(zhuǎn)臺組成架構(gòu)和轉(zhuǎn)臺、控制箱、外部設(shè)備之間的電纜連接圖（見圖1），建立光電轉(zhuǎn)臺不響應(yīng)運(yùn)動指令的故障樹模型（見圖2），根據(jù)故障樹頂事件找出所有可能導(dǎo)致故障現(xiàn)象的直接原因，并以此類推逐級進(jìn)行故障診斷分析，直至找到引起光電轉(zhuǎn)臺本次故障的原因。

2.3 故障樹定性分析

根據(jù)故障樹模型對光電轉(zhuǎn)臺不響應(yīng)運(yùn)動指令故障問題的排查過程如下。

2.3.1 A1、A3事件排查

技術(shù)人員現(xiàn)場測試，具體操作流程為：先打開光電防護(hù)電源開關(guān)后短時間（約4秒鐘）內(nèi)把升降平臺開關(guān)扳到“升”（控制升降平臺上升），觀察光電轉(zhuǎn)臺工作狀態(tài)；然后將升降桿回收至起始位置，斷電，再打開光電防護(hù)電源開關(guān)后短時間（約4秒鐘）內(nèi)把升降平臺開關(guān)扳到“升”（控制升降平臺上升），觀察光電轉(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)。以上操作共重復(fù)30次，光電轉(zhuǎn)臺工作狀態(tài)均無異常，由此排除了A1事件（即電纜無斷裂，轉(zhuǎn)臺的上級指令設(shè)備無故障）和A3事件（轉(zhuǎn)臺控制器、驅(qū)動器、電機(jī)均無故障）。

2.3.2 A2事件（轉(zhuǎn)臺進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)）排查

（1）A2.1事件“解鎖失敗”排查。由于轉(zhuǎn)臺上電后會先進(jìn)行解鎖，且必須在解鎖成功后才能執(zhí)行中轉(zhuǎn)臺運(yùn)動指令，因此A1、A3事件的排查結(jié)果同時也證明了無“解鎖失敗”故障，由此排除了A2.1事件。

（2）A2.2事件“電源欠壓”排查。由于在電源電壓低于22 V時，轉(zhuǎn)臺也會進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，關(guān)斷電機(jī)驅(qū)動器輸出（控制器可在18～36 V電壓的環(huán)境中正常工作），轉(zhuǎn)臺不會產(chǎn)生運(yùn)動，因此A1、A3事件的排查結(jié)果同時也證明了無“電源欠壓”故障，由此排除了A2.2事件。

（3）A2.3事件“轉(zhuǎn)臺驅(qū)動器過流”排查。如果驅(qū)動器輸出短路，轉(zhuǎn)臺也會進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，關(guān)斷電機(jī)驅(qū)動器輸出，轉(zhuǎn)臺不再運(yùn)動，因此A1、A3事件的排查結(jié)果同時也證明了無“電機(jī)驅(qū)動器輸出被短路”故障，由此排除了A2.3.1事件。

2.3.3 A2.3.2事件“轉(zhuǎn)臺運(yùn)動過程中卡滯”驗證

技術(shù)人員現(xiàn)場測試，如果在升降桿回收狀態(tài)打開光電防護(hù)設(shè)備電源開關(guān)4秒以后再升起升降平臺，轉(zhuǎn)臺將不會執(zhí)行自檢動作，并且后續(xù)涉及假目標(biāo)操作時，轉(zhuǎn)臺不會按正常情況偏轉(zhuǎn)（即轉(zhuǎn)臺不響應(yīng)運(yùn)動指令）。

由于轉(zhuǎn)臺在上電4秒鐘后，就自動執(zhí)行解鎖和歸零動作，而此時如果與轉(zhuǎn)臺方位軸固連的蓋板（上）和與車艙固連的蓋板（下）處于扣合狀態(tài)，那么執(zhí)行歸零動作會卡滯，以致方位電機(jī)驅(qū)動器過流而進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。為驗證此事，專門進(jìn)行了以下測試。

先保持轉(zhuǎn)臺上電、歸零狀態(tài)，收回升降桿，當(dāng)降至兩蓋板開始扣合時，電機(jī)電流明顯上升，即出現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)，待上下蓋板扣合后，經(jīng)測試轉(zhuǎn)臺方位角偏離零點約10 mrad，即在蓋板扣合狀態(tài)確實會出現(xiàn)零點偏離。為了確保結(jié)論無誤，需要進(jìn)行再次驗證，在兩蓋板扣合狀態(tài)下開始上電，4秒鐘后再命令升降平臺上升，轉(zhuǎn)臺確實進(jìn)入不響應(yīng)運(yùn)動指令的狀態(tài)。

結(jié)合故障現(xiàn)象、現(xiàn)場測試情況以及轉(zhuǎn)臺控制方式分析，故障原因應(yīng)是在上電至出現(xiàn)轉(zhuǎn)臺不響應(yīng)動作指令前，出現(xiàn)了保護(hù)，關(guān)斷了電機(jī)驅(qū)動器的輸出，該保護(hù)動作在下次上電后才能消除光電轉(zhuǎn)臺故障現(xiàn)象。結(jié)合問題定位分析過程，可以判定，歸零運(yùn)動過程中轉(zhuǎn)臺受扣合的上、下蓋板的阻擋引起驅(qū)動器過流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)就是引起本次故障的原因，即由A2.3.2事件引起了故障。

3 故障機(jī)制確認(rèn)

當(dāng)升降桿處于收回狀態(tài)時，與轉(zhuǎn)臺方位軸系固連的蓋板與下蓋板扣合，下蓋板與轉(zhuǎn)臺基座固連。這種扣合除了能夠防雨外，還能限制轉(zhuǎn)臺方位軸系的運(yùn)動，起到保護(hù)作用。

上電時，由于轉(zhuǎn)臺沒有獨(dú)立的控制開關(guān)，只要控制箱上電，轉(zhuǎn)臺就同時上電，轉(zhuǎn)臺控制器啟動約4秒鐘后，就會自動解鎖并歸零。而蓋板扣合時，由于轉(zhuǎn)臺安裝精度和蓋板扣合精度的影響，會造成轉(zhuǎn)臺方位偏離零位，如果此時轉(zhuǎn)臺執(zhí)行歸零動作，必然會受到卡滯，引起電機(jī)驅(qū)動器過流，為避免電機(jī)長時間堵轉(zhuǎn)損壞，控制器執(zhí)行保護(hù)動作，切斷電機(jī)驅(qū)動器輸出，電機(jī)不再出力，此時控制器仍在工作，但只響應(yīng)“查詢”指令，不再執(zhí)行有關(guān)轉(zhuǎn)臺運(yùn)動的指令。

結(jié)合故障機(jī)制分析，確定排除故障的改進(jìn)措施為：優(yōu)化轉(zhuǎn)臺上電后操作使用流程的控制程序，保證系統(tǒng)一上電即讓升降桿執(zhí)行上升動作，在4秒內(nèi)上、下蓋板脫離扣合狀態(tài)，轉(zhuǎn)臺在執(zhí)行歸零動作時不會受蓋板之間的卡滯，不會進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，不會出現(xiàn)上述問題。

設(shè)計人員通過現(xiàn)場對出現(xiàn)不響應(yīng)指令現(xiàn)象的、優(yōu)化上電后操作使用流程的控制程序的轉(zhuǎn)臺進(jìn)行獨(dú)立供電，共開關(guān)機(jī)35次驗證改進(jìn)措施的有效性。改進(jìn)措施驗證結(jié)果表明：轉(zhuǎn)臺故障原因明確，基于該光電轉(zhuǎn)臺的故障樹診斷分析手段可操作性強(qiáng)；所采用的改進(jìn)措施有效，能有效消除故障，保障轉(zhuǎn)臺穩(wěn)定運(yùn)行。

4 問題復(fù)現(xiàn)

為確認(rèn)故障機(jī)理，技術(shù)人員現(xiàn)場再次進(jìn)行了問題復(fù)現(xiàn)驗證，具體情況如下：如果一上電即讓升降桿執(zhí)行上升動作，那么光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺工作正常；如果上電后延時（4秒以上）讓升降桿執(zhí)行上升動作，那么轉(zhuǎn)臺出現(xiàn)不響應(yīng)動作指令問題。經(jīng)過10次重復(fù)操作，確認(rèn)本故障能夠確切、穩(wěn)定地復(fù)現(xiàn)。

5 結(jié) 語

本文通過對某光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的故障問題進(jìn)行識別，建立了該系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)臺不響應(yīng)運(yùn)動指令的故障樹模型，并按照故障樹模型運(yùn)用故障樹診斷手段對引發(fā)故障原因的事件予以排查分析，定位導(dǎo)致光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺工作失效的故障原因，結(jié)合故障機(jī)理分析從而找到光電轉(zhuǎn)臺工作失效的改進(jìn)措施，通過現(xiàn)場驗證實例證明該改進(jìn)措施的有效性。本文旨在為光電轉(zhuǎn)臺工程應(yīng)用中分析裝備失效原因、找到可能引發(fā)故障事件間的聯(lián)系、弄清楚故障機(jī)制提供有益參考。

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