型号故障树知识获取与存储方法

◎北京宇航系统工程研究所 耿辉 向菁 李璨 刘巧珍

随着我国航天型号工程不断发展，工程实施中面临的故障问题越来越复杂。复杂型号系统中的各种故障具有高度的关联性，而故障树是表达型号故障关联知识的一种有效方法。利用型号故障树知识不仅可以开展可靠性与安全性分析，还可以进行实时或事后的故障诊断推理。因此，做好型号故障树知识管理，对于促进航天型号质量管理具有重要意义。

目前，对航天型号故障树知识获取与存储的方式还较为简单，一般是利用通用的制图软件绘制故障树图形（知识获取），并将故障树知识存储为相应的图形文件（知识存储）。通过这种方式获取与存储的故障树知识仍表现为某种图形格式，还没有真正实现知识内容的数字化，而且这些故障树知识也缺乏规范的格式，不利于进行统一管理。因此，笔者认为需要开发专用的型号故障树知识获取软件和故障树知识数据库，以获取型号各类故障树知识，并将知识内容存储于通用数据库中，从而形成统一规范的型号故障树知识数据库，实现型号故障树知识的数字化管理。

一、面临的主要问题

型号故障树知识获取软件与知识数据库的开发应当从型号故障树知识管理的实际需要出发，以实现故障树知识获取与内容存储，但首先要解决2个关键问题：

一是故障树知识数据的结构设计。为了完整准确地存储型号中不同范围、阶段的故障树知识内容，故障树知识数据结构应尽可能做到通用化、规范化；同时，为了提高故障树知识数据库的存取效率，故障树知识数据结构还应尽可能做到简单化。

二是故障树知识获取软件模块的设计。为了便捷高效地获取型号的故障树知识，知识获取软件应提供图形化、便利化的故障树绘制和修改方式，并应提供对故障树的存储、读取、浏览、规范化、逻辑检查、分类管理等功能。做好故障树知识获取软件的模块设计，是故障树知识获取软件开发的关键基础。

笔者对型号故障树知识获取与存储中面临的2个关键问题进行了梳理分析，提出了解决方法，并在此基础上开发了型号故障树知识获取原型软件，为后续在试点型号上开展故障树知识管理改进活动提供了基础。

二、故障树知识数据的结构设计

1.故障树分类结构表

根据应用范围与阶段的不同，航天型号故障树知识可以按照型号、发次、分系统、工作阶段、流程阶段、故障树的6层结构进行分类，如图1所示。

在故障树知识的分类结构中使用的具体故障树位于底层位置，因此只要记录每个底层故障树在分类结构中所处的位置，也就记录了整个型号故障树知识的分类结构。综上所述，用于记录型号故障树知识分类结构的表格见表1。

2.故障树内容表

通过故障树知识获取软件获取的内容包括故障树中的事件、逻辑门与转移符号等，分别表示不同层次的故障、故障之间的因果关系、故障树之间的关联关系。为了便于存储，可以利用故障树知识获取软件对初始故障树进行规范化。只要记录了规范化故障树中的每个事件（包括顶事件、中间事件、基本事件、关联事件）及其属性（上下层逻辑门、子事件、关联事件的对应相同子树）内容，也就记录了整个规范化故障树的内容。此外，出于可靠性与安全性分析、故障诊断推理等故障树知识应用的需要，在事件属性记录中还应包括与事件对应的故障代码、用于检测事件的测试参数、事件预计发生概率、事件处理方法等知识内容。因此，用于记录故障树知识内容的表格见表2。

图1 航天型号故障树知识分类结构图

三、知识获取软件模块的设计

通过梳理航天型号故障树知识获取工作的具体需求，得出型号故障树知识获取软件的运行流程如图2所示。

型号故障树知识获取软件运行流程中主要模块的功能包括以下几项：

表1 故障树分类结构表

表2 故障树内容表

数据库管理模块用于管理故障树知识数据库配置，连接故障树知识数据库，读取/存储数据库中的故障树知识内容，以及管理数据库中的故障树分类结构。

故障树描述模块是以图形化方式绘制新故障树/修改数据库中的现有故障树，以及对故障树内容进行逻辑检查，对故障树进行规范化管理。

故障树浏览模块是以图形化方式浏览数据库中的现有故障树内容。

日志管理模块用于记录与查看软件的运行日志。

按照上述软件模块设计，北京宇航系统工程研究所开发完成了基于MySQL数据库的专用型号故障树知识获取原型软件，使型号故障树知识的获取与存储实现了数字化，进而推动了故障树知识的规范管理，实现了故障树知识的深入应用。