模糊危害度评价方法在磁浮列车电路板FMECA分析中的应用
林国斌 郭育华 王施宇
摘 要： 在进行高速磁浮列车车载电网相关板卡可靠性分析时，由于自然语言和评价指标往往具有模糊性，且受分析人员的主观影响较大，往往难以获得较为准确和量化的分析结果。因此利用模糊数学的方法对电路板CA分析结果进行改进，通过专家咨询获得单因素评论集、计算综合评判矩阵、计算专家权重因子等步骤将专家评价量化计算后可获得模糊危害度评价结果。在此以车载电网设备之一的通风机监测电路板上某电容的故障模式分析为例，先基于电路分析结果制定故障模式分析（FMEA）与危害性分析（CA），再通过基于模糊危害度的评价方法，结合4位专家意见进行综合评判。模糊评价结果与电路实际情况基本吻合。说明该方法可以综合多名专家的意见并降低主观因素对分析结果的影响。
关键词： 可靠性分析； 模糊综合评判； 故障模式分析； 危害性分析
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）16?0001?04
Abstract： During the reliability analysis on the correlation board cards of train?mounted power grid for high?speed maglev train， it′s difficult to provide an accurate and quantized analysis result due to the fuzziness of evaluation indicators and natural language， and the influence of analysts′ subjectivity. Therefore， the fuzzy mathematic method was used to improve the criticality analysis. The expert evaluation is quantized and calculated by means of single factor evaluation set， comprehensive evaluation matrix and professor weight factors to get the result of fuzzy criticality evaluation. Taking the failure mode of a capacitor in the circuit board for ventilator monitoring belonging to the maglev on?board power system as an example， a failure mode and effect analysis （FMEA） and criticality analysis （CA） are established based on the circuit analysis result. The evaluation method based on fuzzy criticality is adopted to make a comprehensive judgment in combination with four professors′ opinions. The result shows that conclusion is consistentwith the fact， which means that the method can combine professors′ advices and decrease the influence of subjective factor.
Keywords： reliability analysis； fuzzy comprehensive evaluation； FMEA； criticality analysis
0 引 言
磁浮列車车载电网系统是车辆中一个重要的部分，然而由于车载电网部件电路板卡复杂性高，检修难度大，因此为了降低维护成本，增强设备可靠性，有必要对电路板进行故障分析。然而常用的故障模式与危害性分析方法往往依靠设计人员的经验和主观判断，加之缺乏各个故障种类的统计数据，因此分析结果往往因人而异。为了解决上述问题，国内外学者在将模糊理论、灰色理论、蒙特卡洛模拟、贝叶斯网络、马尔科夫模型等理论方法应用于可靠性分析方面做出了一些有益的尝试[1]。
本文针对磁浮列车车载电网设备中通风机状态监测电路板，使用模糊危害度评价方法，对原本难以量化的指标进行评判，结合多个专家的评价意见，获得较为客观的故障分析结果。用定量方法处理定性问题，将各部件的故障模式的危害性清楚地表示出来，使传统的FMECA方法变得更加科学化[2]。
1 故障模式与危害性分析
一般的分析流程如图1所示。故障模式、影响与危害性分析（FMECA）属于定性分析方法，是一种“自下而上”的可靠性分析技术，用来分析产品可能和潜在的失效模式，确定故障的相对严重程度和发生概率[3]。
同理，可得到电容[C1]的其他3种故障模式的模糊危害度分别为：[C′m2=2.65]，[C′m3=5.04]，[C′m4=3.17]。对这4个模糊危害度进行排序的结果与使用风险优先数获得的危害度排序结果相同，均表明电容C1的短路故障是危害最高的，参数轻微漂移危害最低。模糊危害度分析方法可以综合多名专家意见，为产品的可靠性分析提供更有价值的参考。
4 结 语
通过理论分析和实例分析说明使用模糊危害度评价方法可对FMECA分析结果进行改进。引入多名专家对同一个故障模式进行评判可降低分析人员主观因素对分析结果的影响。可见应用模糊数学的方法可以将故障发生度、严酷度和不可检测度这样带有模糊属性的评价对象进行量化，并以定量计算取代定性说明，从而使故障危害性的评价更加科学合理。而影响评价结果的因素除专家意见外，主要的影响因素是权重集的设置。
参考文献
[1] YANG Z， BONSALL S， WANG J. Fuzzy rule?based Bayesian reasoning approach for prioritization of failures in FMEA [J]. IEEE transactions on reliability， 2008， 57（3）： 517?528.
[2] 李萍，袁朝辉，苏峰.基于模糊FMECA的电液舵机可靠性分析[J].机床与液压，2013（13）：178?182.
[3] 田宇.基于FMECA方法的应用分析与研究[J].传动技术，2011（3）：44?47.
[4] 夏军，任金宝，季海燕.基于模糊FMECA的地铁车门可靠性分析[J].机械制造与自动化，2014（2）：184?187.
[5] 康锐，郑涛.危害性分析中的模糊数学方法[J].北京航空航天大学学报，1995，21（4）：60?65.
[6] 孙凯帆，阚树林，曹召锋，等.基于模糊FMECA的液压系统可靠性分析[J].液压气动与密封，2014（5）：26?29.
[7] 李浩，邱超凡.模糊FMECA方法在液压系统可靠性分析中的应用[J].液压气动与密封，2012（1）：38?42.
[8] 陈帆，杨宣访，高忠峰，等.基于模糊评判的船舶电力系统静态安全评估[J].舰船科学技术，2014（11）：66?69.
[9] 黄金娥，林武强，孙悦，等.基于FMECA的某型船舶报警系统的故障分析[J].现代电子技术，2013，36（17）：101?104.
[10] 窦赛，陈国顺，吕艳梅，等.无人机系统的模糊FMECA分析方法研究[J].现代电子技术，2011，34（23）：7?9.
摘 要： 在进行高速磁浮列车车载电网相关板卡可靠性分析时，由于自然语言和评价指标往往具有模糊性，且受分析人员的主观影响较大，往往难以获得较为准确和量化的分析结果。因此利用模糊数学的方法对电路板CA分析结果进行改进，通过专家咨询获得单因素评论集、计算综合评判矩阵、计算专家权重因子等步骤将专家评价量化计算后可获得模糊危害度评价结果。在此以车载电网设备之一的通风机监测电路板上某电容的故障模式分析为例，先基于电路分析结果制定故障模式分析（FMEA）与危害性分析（CA），再通过基于模糊危害度的评价方法，结合4位专家意见进行综合评判。模糊评价结果与电路实际情况基本吻合。说明该方法可以综合多名专家的意见并降低主观因素对分析结果的影响。
关键词： 可靠性分析； 模糊综合评判； 故障模式分析； 危害性分析
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）16?0001?04
Abstract： During the reliability analysis on the correlation board cards of train?mounted power grid for high?speed maglev train， it′s difficult to provide an accurate and quantized analysis result due to the fuzziness of evaluation indicators and natural language， and the influence of analysts′ subjectivity. Therefore， the fuzzy mathematic method was used to improve the criticality analysis. The expert evaluation is quantized and calculated by means of single factor evaluation set， comprehensive evaluation matrix and professor weight factors to get the result of fuzzy criticality evaluation. Taking the failure mode of a capacitor in the circuit board for ventilator monitoring belonging to the maglev on?board power system as an example， a failure mode and effect analysis （FMEA） and criticality analysis （CA） are established based on the circuit analysis result. The evaluation method based on fuzzy criticality is adopted to make a comprehensive judgment in combination with four professors′ opinions. The result shows that conclusion is consistentwith the fact， which means that the method can combine professors′ advices and decrease the influence of subjective factor.
Keywords： reliability analysis； fuzzy comprehensive evaluation； FMEA； criticality analysis
0 引 言
磁浮列車车载电网系统是车辆中一个重要的部分，然而由于车载电网部件电路板卡复杂性高，检修难度大，因此为了降低维护成本，增强设备可靠性，有必要对电路板进行故障分析。然而常用的故障模式与危害性分析方法往往依靠设计人员的经验和主观判断，加之缺乏各个故障种类的统计数据，因此分析结果往往因人而异。为了解决上述问题，国内外学者在将模糊理论、灰色理论、蒙特卡洛模拟、贝叶斯网络、马尔科夫模型等理论方法应用于可靠性分析方面做出了一些有益的尝试[1]。
本文针对磁浮列车车载电网设备中通风机状态监测电路板，使用模糊危害度评价方法，对原本难以量化的指标进行评判，结合多个专家的评价意见，获得较为客观的故障分析结果。用定量方法处理定性问题，将各部件的故障模式的危害性清楚地表示出来，使传统的FMECA方法变得更加科学化[2]。
1 故障模式与危害性分析
一般的分析流程如图1所示。故障模式、影响与危害性分析（FMECA）属于定性分析方法，是一种“自下而上”的可靠性分析技术，用来分析产品可能和潜在的失效模式，确定故障的相对严重程度和发生概率[3]。
同理，可得到电容[C1]的其他3种故障模式的模糊危害度分别为：[C′m2=2.65]，[C′m3=5.04]，[C′m4=3.17]。对这4个模糊危害度进行排序的结果与使用风险优先数获得的危害度排序结果相同，均表明电容C1的短路故障是危害最高的，参数轻微漂移危害最低。模糊危害度分析方法可以综合多名专家意见，为产品的可靠性分析提供更有价值的参考。
4 结 语
通过理论分析和实例分析说明使用模糊危害度评价方法可对FMECA分析结果进行改进。引入多名专家对同一个故障模式进行评判可降低分析人员主观因素对分析结果的影响。可见应用模糊数学的方法可以将故障发生度、严酷度和不可检测度这样带有模糊属性的评价对象进行量化，并以定量计算取代定性说明，从而使故障危害性的评价更加科学合理。而影响评价结果的因素除专家意见外，主要的影响因素是权重集的设置。
参考文献
[1] YANG Z， BONSALL S， WANG J. Fuzzy rule?based Bayesian reasoning approach for prioritization of failures in FMEA [J]. IEEE transactions on reliability， 2008， 57（3）： 517?528.
[2] 李萍，袁朝辉，苏峰.基于模糊FMECA的电液舵机可靠性分析[J].机床与液压，2013（13）：178?182.
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[5] 康锐，郑涛.危害性分析中的模糊数学方法[J].北京航空航天大学学报，1995，21（4）：60?65.
[6] 孙凯帆，阚树林，曹召锋，等.基于模糊FMECA的液压系统可靠性分析[J].液压气动与密封，2014（5）：26?29.
[7] 李浩，邱超凡.模糊FMECA方法在液压系统可靠性分析中的应用[J].液压气动与密封，2012（1）：38?42.
[8] 陈帆，杨宣访，高忠峰，等.基于模糊评判的船舶电力系统静态安全评估[J].舰船科学技术，2014（11）：66?69.
[9] 黄金娥，林武强，孙悦，等.基于FMECA的某型船舶报警系统的故障分析[J].现代电子技术，2013，36（17）：101?104.
[10] 窦赛，陈国顺，吕艳梅，等.无人机系统的模糊FMECA分析方法研究[J].现代电子技术，2011，34（23）：7?9.
