故障树分析法在某活塞杆断裂质量问题分析中的实践及应用.pdf

2024 年第 1 期87中国高新科技TECHNOLOGY EXPLORATION|科技探索故障树分析法在某活塞杆断裂质量问题 分析中的实践及应用周利英李俊杰庆安公司质量管理部，陕西 西安 710077摘要：质量问题分析工具多种多样，使用合适的工具可以达到事半功倍的作用。文章从故障分析的应用出发，重点介绍故障树分析的原理和方法；选取某产品活塞杆断裂故障，结合戴明（PDCA）环，通过梳理故障树分析法的步骤和注意事项，经不断迭代、更新，建立正确的故障树，开展故障排查，快速找到问题原因。通过规范质量问题处理过程中故障树分析法，正确掌握故障树分析方法，可以实现提升质量问题处理效率的目的，在其他故障诊断中也有一定的应用价值。关键词：质量问题；功能性故障；故障树；故障定位；处理周期文献标识码：A中图分类号：TH142文章编号：2096-4137（2024）01-87-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.23Practice and application of fault tree analysis in fracture quality issue analysis against a certain piston rodZHOU Liying,LI JunjieDepartment of Quality Safety,Qingan Group Co.,Ltd.,Xian 710077,ChinaAbstract:Quality problem analysis tools are diverse,and an appropriate tool can achieve a significant effect.This article focuses on the application of fault analysis and introduces the principles and methods of fault tree analysis.Taking the piston rod fracture issue of a certain product as an example,by combining the Deming(PDCA)cycle and by reviewing the steps and precautions for fault tree analysis,a correct fault tree is established through continuous iteration and updating,which guides the fault diagnosis and quickly identifies the root cause of the problem.Through standardizing the usage of fault tree analysis in quality issue resolution process and mastering this method correctly,it can improve the efficiency of dealing with quality problems.Additionally,it has a certain value in other fault diagnosis scenarios as well.Keywords:quality problem;functional failure;fault tree ananlysis;fault location;process cycle近年来，随着航空产品需求的急剧增加，装备结构复杂度更高与基础研究缓慢之间的矛盾日益突出，生产过程的质量控制特别是质量工具的进一步应用和提升迫在眉睫。任何质量控制技术都难以一蹴而就，质量工具的应用更是如此，因此，需要在实践过程中不断改进。通过跟踪近 5 年的质量问题处理数据发现，功能性故障类问题处理周期最长、耗费资源最多。故障树分析法因其直观、形象、灵活、方便等特点，被广泛应用。为此，以功能性故障为范本，采用故障树分析法进行实践。1解决问题的思路借鉴戴明环（PDCA环），包括计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）、处理（Act），确定实施步骤，以问题为导向，确定故障树实践的必要性、对象，确定工作目标，明确使用故障树分析的方法，收集使用故障树可能存在的问题，在处理质量问题中实践应用，同时持续改进实施步骤，保证故障树正确应用。实施步骤如图 1 所示。2现状及问题分析2.1质量问题处理周期统计经统计，近 5 年技术问题平均处理周期为 84 天，其中故障类处理周期达 119 天，而非故障类则为 23 天。若故障类问题处理效率得到提升，质量问题平均处理周期将大大降低。2.2故障类问题处理周期长的原因2.2.1从质量问题处理步骤分析以故障类问题和非故障类技术问题为例进行分析。故障，通常指功能性故障，指产品不能执行规定功能的状态。实际应用中，特别是对硬件产品而言，故障与失效很难区分，统称为故障，功能性故障等同于失效。根据问题处理的步骤，以故障定位和机理分析两方面为例进行活动的分解，具体见表 1。表1故障类与非故障类问题确定原因的步骤序号名称产品功能分析问题定位机理分析试验验证过程排查1故障类问题必须必须必须按需必须2非故障类问题按需按需必须按需必须图1戴明环实施步骤 2024 年第 1 期88中国高新科技科技探索|TECHNOLOGY EXPLORATION从表 1 可知，相比于非故障类问题，故障类问题在确定原因时，多出产品功能分析、问题定位环节。对产品功能的内部逻辑进行识别、梳理、分析，实现故障定位，这个环节是问题处理中难度最高的，即客观上功能性故障分析使用的时间可能很长。若在熟悉产品结构的基础上，能熟练掌握必要的质量分析工具，则能使分析工作高效地开展。2.2.2从技术难度的角度分析相对于尺寸特性不合格，功能性故障的影响因素较多，原因也更为隐蔽，技术分析难度最高，所以周期最长。要缩短这个过程，应借助质量工具引导尽快确认故障的影响因素，完成故障分析及定位，避免大范围的复查及不必要的工作反复。3实施过程3.1选取工具通过与 5W、8D、鱼刺图、故障树分析法等原因分析工具进行对比，目前故障诊断分析技术使用的最有效、最基本的方法就是故障树分析法，它是故障诊断系统的基础工具，故障类问题的分析首选工具为故障树分析法（FTA）。3.1.1故障树分析法定义故障树分析以一个不希望的产品故障事件（或灾难性的产品危险）即顶事件作为分析目标，通过自上而下严格地按层次的故障因果逻辑分析，采用演绎推理的方法逐层找出故障事件的必要而充分的直接原因，最终找出导致顶事件发生的所有原因和原因组合，并计算它们的发生概率，然后通过设计改进和实施有效的故障检测、维修等措施，降低其发生概率。3.1.2步骤参考设计正向故障树分析，质量问题处理的故障树分析基本步骤具体如图 2 所示。系统定义确定顶事件建造故障树确定改进措施故障树定性分析：1.求最小割集；2.最小割集比较故障树定量分析：1.求顶事件发生概率；2.重要度分析图2故障树分析步骤3.2选取故障，发现问题选取某产品活塞杆断裂问题为实施对象，断裂可以作为功能性故障，符合使用故障树分析法的条件；加之该故障机理相对简单，便于直观地使用故障树分析，发现和解决问题，也便于理解故障树的使用原则。技术人员按照故障树分析的要求画出故障树，如图 3 所示。审查故障树分析的结果，发现存在以下问题：图3故障树（1）系统定义工作不充分，导致故障树顶事件不准确。断裂虽然作为一种故障模式，但是根据属性的不同产生断裂的原因相差非常大。（2）第 1 层级的中间事件与顶事件没有直接的逻辑 关系。（3）第 2 层级的中间事件属于生产活动，逻辑关系使用错误，不在故障树分析范畴内。（4）底事件中如“加工过程”等违背了故障树是静态模型的原则，且为具体的活动过程，不符合故障树底事件的要求。3.3进一步分析，并确定解决方法一般故障树的建立采用演绎法，就是手动建树法，分析导致顶事件发生的因素，然后依次找出导致每个中间事件发生的所有直接因素，由分析者根据自身经验建立故障树，直至分析到底事件。分析人员尽管了解故障树及其使用方法，但是对故障树使用的步骤、使用原则、注意事项没有清晰的认识。基于此，对故障树的实施具体步骤进行细化，对注意事项进行梳理，具体如下。3.3.1实施具体步骤梳理根据图 2 的故障树分析步骤，生成故障树及处理故障树是实施故障树分析法的两个关键。显然，核心步骤应为步骤 3（建造故障树），也是本次实践的重点内容；必须强调的是由于质量问题是已经发生的事情，导致故障的原因已经客观存在，已经是确定事件，所以一般情况下可以不进行定量分析。3.3.2故障树分析注意事项对使用故障树的注意事项进行了梳理，具体如下：（1）对象必须是功能性故障。（2）在确定顶事件前，需进行技术分析工作，需要通过工程技术方法缩小顶事件的范围等。2024 年第 1 期89中国高新科技TECHNOLOGY EXPLORATION|科技探索（3）必须按照故障因果逻辑分析，采用演绎推理的方法。（4）逐层找出故障事件直接原因，不能出现逻辑跳跃。（5）定性分析是必要的，定量分析是按需的。（6）底事件应以功能性收尾，也可以性能事件收尾。3.4结合梳理的解决方法，进行实践步骤 1：选取实践对象。某产品活塞杆断裂为实践对象符合要求，可以使用故障树进行分析、解决。步骤 2：进行必要的技术分析，确定故障树的顶事件。该故障表现为活塞杆断裂，借助工程技术方法进行失效分析，使用金相检查、能谱分析、硬度测试，结果表明活塞杆所用材料材质正常。断裂活塞杆断口分析，活塞杆断裂为高周疲劳断裂。故障件如图 4 所示。图4故障件图步骤3：建造故障树。建造故障树是该方法的重点及难点，需要注意的事项也比较多，紧密围绕故障树分析注意事项，与技术人员一起进行了故障树的构建，结合戴明环的方法理论，对图3故障树经过多轮迭代，最终确定了故障树，详见图5。图5建造最终故障树通过最终的故障树可知，原本看似复杂的问题，通过建造故障树，使故障原因变得更为清晰，功能性故障潜在的影响通过故障树一步步地演变为性能的问题，部分底事件通过直接检测的手段就可以确定和判断。步骤 4：进行定性分析。步骤 5：利用工程技术方法进行排查。对该故障的故障树的底事件进行必要的定性分析，主要使用工程技术方法，结合过程调查等方法进行排查。步骤 6：完成故障定位，确定导致问题发生的技术原因。经过上述排查，同时对故障机理进行深入分析，确定活塞头与自锁螺母贴合不垂直是导致疲劳断裂的原因。结合故障树排查结果，可以确定问题的技术原因。步骤 7：根据故障原因确定措施。细化技术文件，改进垂直度的加工方法，增加检查力度。落实改进措施后产品未再出现类似故障。3.5效果评估本次实践是针对故障的一次实践活动，认识到了故障树核心技巧：顶事件准确的甄别，缩小故障树分析的范围；故障树顶事件与底事件之间是推演逻辑关系；最终的底事件必须是表现为产品内部特性的问题。同时要认识到底事件虽然是现象，但实际上也是原因导致的结果，即从结果向原因的一种推演，这有别于设计初期的故障预演。从周期来说，在梳理故障树的正确使用方法之前，故障分析周期为 35 天，进展缓慢。正确采用故障树分析后，故障分析在 15 天内就能完成，极大地提升了故障分析的效率，同时为后续的具体原因分析铺平了道路，为措施的制定指明了方向。在本次实践过程中，根据质量问题处理的需要，对故障树分析法的步骤和注意事项进行了梳理，将该工具的理论与实际应用进行了更为有效的结合。4结语本次实践应用效果表明，通过规范质量问题处理过程中的故障树分析法，不断引导、迭代，建立正确的故障树，可以高效确定原因，采取改进措施。正确掌握故障树分析方法，可以达到提升质量问题处理效率的目的。作者简介：周利英（1976-），女，陕西泾阳人，庆安公司质量管理部工程师，研究方向：质量工程技术及应用、质量问题归零管理等。参考文献1 董文尧，张熙，张岩质量管理学 M北京：清华大学出版社，2006.2 安晨亮故障树原理在故障诊断系统中的应用 J导弹与航天运载技术，2009（1）：48-51.3 严军基于故障树分析法的航空活塞发动机故障诊断专家系统研究 D成都：电子科技大学，20104 王佃文故障树分析法在现场设备处理中的应用J甘肃科技，2011，27（17）：68-695 张栋，钟培道，陶春虎，等失效分析 M北京：国防工业出版社，1999（责任编辑：周羿廷）