西南電子設(shè)備研究所 劉 濤 李 釗 郎少波

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)故障模式進(jìn)行全面的分析，按系統(tǒng)的相對(duì)復(fù)雜程度或功能關(guān)系所劃分的層次，通過(guò)分析規(guī)定層次產(chǎn)品可能的故障模式以及其發(fā)生概率，按照自底向上的方式，分析最低約定層次為元器件和最高約定層次為系統(tǒng)進(jìn)行每一個(gè)約定層次的故障模式、影響分析，自底向上逐層傳遞，確定元器件每一故障對(duì)系統(tǒng)安全、性能、功能造成的潛在影響，而找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)以便采取有效措施來(lái)消除或減輕這些影響，用以評(píng)估系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、過(guò)程或服務(wù)等所有可能會(huì)發(fā)生故障的特殊方法。

故障模式影響分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要分析手段，它通過(guò)分析產(chǎn)品所可能的故障模式以及其發(fā)生的概率，來(lái)確定每一故障對(duì)系統(tǒng)安全、性能、功能造成的潛在影響，從而找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)以便采取有效措施來(lái)消除或減輕這些影響，故障模式影響分析是可靠性分析的重要手段，它對(duì)改善可靠性設(shè)計(jì)、確定綜合保障所需資源以及維修備件、減少保障費(fèi)用等提供了必要的依據(jù)。

故障模式影響分析主要是通過(guò)分析最低約定層次所有分析對(duì)象的故障模式，以及每一種故障模式的成因、影響（對(duì)本層次其它產(chǎn)品影響、對(duì)中間約定層次產(chǎn)品影響和對(duì)初始約定層次產(chǎn)品的影響，可以使用故障模式代碼表示）、危害性以及檢測(cè)方法和改進(jìn)措施來(lái)降低或規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)度較高故障模式的影響，同時(shí)須分析和消除單點(diǎn)故障。通過(guò)這一分析方法的應(yīng)用和措施落實(shí)將使得所研制產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)可控。

通過(guò)對(duì)該分析技術(shù)的掌握，將會(huì)使得我們更加深入地了解我們所設(shè)計(jì)產(chǎn)品所存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，為合理制定控制方案或改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程打下基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)系統(tǒng)的組成和工作原理，按照劃定的功能層次與結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立了系統(tǒng)任務(wù)可靠性模型，據(jù)此對(duì)系統(tǒng)的故障模式進(jìn)行了全面的分析。

1.1 系統(tǒng)的功能分析

完整的系統(tǒng)包括產(chǎn)品的組成、環(huán)境條件、每一個(gè)任務(wù)階段及各種工作方式的功能描述和分析，把系統(tǒng)從功能的角度劃分成多個(gè)獨(dú)立的部分，電子系統(tǒng)一般分為信號(hào)接收和信號(hào)發(fā)射兩部分功能。

圖1 系統(tǒng)的功能層次及結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

1.2 系統(tǒng)的功能層次及結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)

電子系統(tǒng)一般分為信號(hào)接收和信號(hào)發(fā)射兩部分功能，系統(tǒng)的功能主要應(yīng)用于產(chǎn)品方案、概要設(shè)計(jì)時(shí)未能確定系統(tǒng)的硬件組成，僅對(duì)產(chǎn)品層次和功能進(jìn)行了劃分。這種方法認(rèn)為每個(gè)產(chǎn)品可以完成若干功能，而功能可以按輸出分類。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)則是在產(chǎn)品物料清單已經(jīng)初步完成，具備具體實(shí)體對(duì)象，從而根據(jù)此對(duì)象每種故障模式展開(kāi)分析的過(guò)程，將系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，按照系統(tǒng)的功能層次及結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系圖如圖1所示。

從系統(tǒng)的功能層次及結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系可以識(shí)別出每個(gè)子功能和系統(tǒng)的每個(gè)硬件對(duì)應(yīng)的關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)的劃分有了更直觀的認(rèn)識(shí)。

2 系統(tǒng)任務(wù)的可靠性框圖

根據(jù)系統(tǒng)的定義有幾種功能方式，就需要畫(huà)幾個(gè)可靠性框圖，可靠性框圖是針對(duì)系統(tǒng)的主要功能，從功能成功的角度去研究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分的邏輯關(guān)系，電子系統(tǒng)的信號(hào)接收功能可靠性框圖如圖2所示，信號(hào)發(fā)射功能可靠性框圖如圖3所示。

圖2 信號(hào)接收功能可靠性框圖樹(shù)

圖3 信號(hào)發(fā)射功能可靠性框圖

此任務(wù)可靠性框圖對(duì)應(yīng)的任務(wù)可靠性數(shù)學(xué)模型為：

式中：RA/B為威脅告警任務(wù)可靠度；為框圖中對(duì)應(yīng)模塊的任務(wù)可靠度。由此公式推導(dǎo)出任務(wù)可靠性等效失效率公式為：

式中：λA/B為威脅告警任務(wù)可靠度等效失效率；t為任務(wù)時(shí)間，單位h。

3 確定故障判據(jù)及故障編碼

根據(jù)系統(tǒng)的功能、輸出性能參數(shù)和允許極限，確定所分析的系統(tǒng)相對(duì)于初始約定層次產(chǎn)品的故障判據(jù)，然后把故障從初始約定層次產(chǎn)品依次向上傳遞，同時(shí)傳遞的故障判據(jù)分功能故障依據(jù)和性能故障判據(jù)。

功能故障判據(jù)是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不能加電工作、無(wú)法通信、無(wú)信號(hào)接收或無(wú)信號(hào)輸出等；對(duì)于元器件就是元器件開(kāi)路、短路和電性能失效等。性能故障判據(jù)是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)通道靈敏度下降、衰減值變小、輸出功率變小等；對(duì)于元器件就是元器件參數(shù)漂移、輸出變低、器件插損變大等。

對(duì)各分機(jī)依據(jù)產(chǎn)品編號(hào)進(jìn)行故障編碼，考慮到系統(tǒng)中存在使用多個(gè)相同模塊的情況，其產(chǎn)品編號(hào)一樣，在系統(tǒng)中通過(guò)增加位號(hào)的方式進(jìn)行區(qū)分，而下一層的系統(tǒng)編碼通過(guò)對(duì)應(yīng)的上一層故障編碼后面增加后綴來(lái)區(qū)分。

4 故障模式影響分析

根據(jù)元器件定義的故障模式就是由功能電路發(fā)生故障的原因產(chǎn)生，而功能電路定義的故障模式就是由元器件對(duì)上一級(jí)產(chǎn)生的影響來(lái)對(duì)應(yīng)，從元器件開(kāi)始按每一個(gè)故障故障模式進(jìn)行故障編碼一一對(duì)應(yīng)到上一級(jí)功能電路，以此類推，直到頂層的系統(tǒng)的故障模式，自此整個(gè)系統(tǒng)的故障模式樹(shù)得以現(xiàn)實(shí)化，整個(gè)系統(tǒng)故障模式逐級(jí)迭代分析范圍如圖4所示。

圖4 電子系統(tǒng)故障模式逐級(jí)迭代分析圖

結(jié)論：通過(guò)本次故障模式影響及危害性分析，可以得到電子系統(tǒng)的故障模式清單，并且針對(duì)每個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品的故障原因提出了有針對(duì)性的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，并考慮在系統(tǒng)周期BIT中增加這些關(guān)鍵點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控信息，一旦發(fā)現(xiàn)故障迅速上報(bào)系統(tǒng)，使得維護(hù)人員能夠及時(shí)獲取故障信息，并做出最正確的補(bǔ)救措施。