故障树分析法在无人机项目中的应用

摘 要：本文详细阐述了故障树分析技术在某无人机上的具体应用，即如何建立故障树并进行定性分析和定量计算，找出系统的薄弱环节。

关键词：故障树分析法；FTA；无人机；定性；定量；应用

中图分类号：TN83 中图分类号：A

1 概述

故障树分析法（FTA——Fault Tree Analysis）是目前国内外进行系统安全性分析和风险评价所普遍采用的方法之一，它用逻辑推理的方法，形象地进行危险的分析工作，直观、明了、思路清晰、逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析，目前已在多个领域得到了广泛应用。

2 创新点

（1）首次定量分析了飞机的安全风险，将FTA技术运用机飞行全阶段的事故分析，填补了安全性量化分析的空白。

（2）首次从可靠性、安全性的角度系统地分析了飞机余度设计的合理性，找出薄弱环节与重点产品，为确定生产与维护中的重点控制范围提供了更为科学的依据。

3 相关概念

FTA技术是通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（即故障树），从而确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，以便采取相应的纠正措施提高系统可靠性的一种设计方法。它不仅能反映单元故障对系统的影响，还能反映几个单元故障组合对系统的影响，并把这种影响的中间过程用故障树清楚地表示出来。这些优点使FTA更适合于对复杂系统故障的全面综合分析。它的指导标准：GJB/Z 768A-98《故障树分析指南》。

故障树分析（FTA）的目的是：通过建造故障树透彻了解系统的故障逻辑关系，找出导致顶事件的所有基本故障原因事件或基本故障原因事件组合，并量化其故障概率，从而辨识出系统在安全性或可靠性设计上的薄弱环节，以便改善设计或完善维修方案，有效降低风险。

4 无人机的FTA工作

为了对无人机首飞的损失概率进行预计评估，将采用FTA技术进行分析。结合工程实际，把这项工作分解成了几个阶段。

（1）系统级FTA

结合工程经验，对飞机在整个典型任务剖面内，从滑跑起飞、爬升、巡航、下滑、着陆等每个阶段可能发生的致命故障作了详细全面的分析，共找出5个顶事件。

（2）设备级FTA

正确建立故障树是FTA工作的基础及关键，它直接影响到最终的分析结论。保证故障树的正确性，要求对各系统对本系统的工作原理、设计意图、工作方式进行清理。在此基础之上，各专业依据FTA工作指南和我们分析得出的各专业的顶事件进行了详细的FTA，并建立设备/组件级故障树分析如图1，通过分析找出4个最小割集如表1。

a.定性分析：按照上行法或下行法分析发现系统最小割集均为2阶割集，无单点故障，但从发生的故障率可以判断系统主要薄弱环节是1#继电器故障断开、2#继电器故障断开，均属于外协成品燃油测量控制盒EUC-15，在产品研制中，应将特别注意保证1#继电器与2#继电器的设计与生产质量；在使用中，应着重注意该薄弱环节的维护检查。

b.定量分析：先根据成品技术协议或统计数据等确定底事件的故障率λ，通过仔细认真的分析，合理确定故障模式频数比，后根据逻辑门的计算公式计算出上一级的事件的故障率λ或故障概率P，这样一级一级从下而上可以推算出顶事件的故障率或故障概率。逻辑门计算公式如下：

根据上述方法最后得出燃油系统不能按要求供油的故障概率。

（3）结论

根据各系统分析出的分系统的顶事件（即飞机顶层原因分析的底事件）的发生概率和故障树，再进行整机的致命故障概率计算，找出顶事件发生的各种原因和原因组合。各设备级的FTA工作结果是系统级FTA的输入，依据逻辑门的计算公式就能计算出各事故的发生概率，从而算出飞机首飞成功的概率为0.99。

5 难点和解决措施

本次工作的难点是准确合理的建树和找出各底事件的发生概率。为了解决这两个难点，采取了以下措施：

（1）熟悉各系统方案，工作原理和工作方式，及各系统之间的交联关系，清理各系统的余度配置情况以及单点故障环节。并与相关设计人员进行了多轮协调讨论，确定了系统级和设备级的故障树。

（2）充分挖掘数据资源，根据产品的协议指标或预计值并结合工程经验进行的初步估算，或根据相似产品的数据进行适当修正而得出的，或查找相关的手册数据。

6 总结

（1）飞机涉及的系统设备很多，工作原理、工作方式等都必须透彻了解，并要理清各系统的复杂交联关系，需要很全面很丰富的专业知识才能正确建立故障树。

（2）在技术审查各专业的FTA报告中要深入、准确，并尽量将资源共享，互相多沟通，尽量多了解一些，以便更快的把握产品的可靠性水平，提升飞机的竞争力。

（3）设计人员应该对可靠性的基础知识有较好的了解，各级审核人员应该认真把关，可靠性人员应该多学习了解各专业知识，以便更好的指导校正各专业开展可靠性工作。

（4）数据缺乏是整个行业普遍的现象，应尽快建立完善的数据信息系统，广泛收集飞机从试飞试验开始到使用报废发生的所有问题和故障，充分利用这些宝贵的资源。

参考文献

[1]GJB/Z 768A-98.故障树分析指南，1998.

[2]柯铭铭.故障树在无人机发射机故障诊断中的应用[J].现代电子技术，2011（19）.