故障原因分析方法
3. 2.1故障树分析法
故障树分析法又叫FTA分析法  ，是一种分析故障原因的方法 。FTA是Fault Tree Analysis的缩写 。FTA与FMECA两者之间有很多异同点 。FMECA是自下而上的逻辑 归纳法  ，而FTA是自上而下的逻辑演绎法[41] 。FMECA从故障模式中分析出故障后果  ， 而FTA从故障后果分析出故障原因 。FMECA通常针对的是单个故障分别分析  ，而FTA 则更加系统 。在做完FMECA后再完成FTA就可以比较完善地分析加工中心各个子系 统的故障 。FTA首先是由美国贝尔实验室在1962年提出的  ，目前它己经应用到许多工 程领域中了 。
故障树分析法的作用：
(1) FTA能够帮助加工中心的使用人员更清晰的了解各个部件之间的联系[42] 。
(2) 利用FTA可以帮助查清每个微小故障对系统的影响  ，了解故障的传播途径  ， 避免重复性的检查 。
(3) 因为其直观性  ，FTA可以被认为是一种维修指导方案  ，可以节省大量的培训时 间和费用 。
(4) FTA可以在全寿命周期中任何阶段都使用  ，它可以帮助设计人员对系统有更深 入的认识  ，在设计阶段就发现问题  ，从而提高加工中心的可靠性 。
(5) FTA也可以用来定量分析以确定顶层事件的发生概率等可靠性参数  ，为改善系 统可靠性提供了定量的数据 。
(6) FTA具有很大的灵活性  ，利用FTA不仅仅可以分析出机械电子等故障原因造 成的影响  ，还可以看出哪些地方会发生由人为和爱游戏(ayx)因素造成的故障  ，能够帮助车间管 理人员制定管理方案 。
(7) 用FMECA分析故障原因的局限是它是一种单因素定性分析法  ，而FTA可以 对各个故障事件的多因素组合和多层次逻辑关系进行分析 。
3.2.2故障树建图规则
故障树的建立基础是对加工中心的设计结构、故障模式、故障现象有了全面的了解 。 同时要与加工中心的维修人员探讨故障原因  ，不可以凭空想象 。
FTA是一种图形演绎法  ，对特定故障现象层层深入分析 。而故障树分析中最重要的 一步就是建树 。建树的顺序是从上而下  ，逐层建树  ，不可跳级  ，故障树之间各种事件的逻辑关系必须严密合理 。故障树里包含的内容主要是事件和逻辑门  ，下面对本次建树时 用的所有故障树事件和逻辑门做说明：
(1) 顶事件：是逻辑门输出事件  ，这里表示某子系统发生了故障 。
(2) 中间事件：既是逻辑门输入也是输出  ，这里表示既可以分析产生该事件的原因  ， 也可以得出它引发的结果 。
(3) 底事件：只能是逻辑门输入  ，这里表示无需再分析其产生原因  ，或者它本身就 是故障最基本的原因 。
(4) 未探明事件：表示无法分析其原因或不需要进一步分析原因的事件 。
(5) 逻辑或门：表示输入事件至少发生一个时  ，输出事件才发生 。
在建立故障树时  ，这些事件和逻辑门需要用符号来表示 。表3.3列出了表示这些事 件和逻辑门的符号 。
本文规定各个子系统的顶事件都是该子系统发生了故障  ，不能正常工作 。这些顶事 件都用代号表示  ，每个子系统对应的代号显示在表3.4中 。
表3. 4子系统代号
Tab. 3.4 Code of subsystems

将第一层中间事件的代号设置为YA01、YA02等 。Y即子系统的代号  ，A代表第 —层中间事件  ，比如工件传输系统的第一层中间事件为WA01、WA02等 。以此类推  ， 第二层中间事件代号为YB01等  ，第三层中间事件代号为YC01等  ，直到达到了底事件 。 每一个底事件代号设置为YX01等  ，每一个未探明事件代号设置为YW01等 。每个事件 的代号只是为了方便画出故障树图形  ，每一个事件代号所代表的意义都需要写清楚  ，所 有故障事件都必须严格定义 。每一个故障树之中的都包含很多的故障现象  ，有一些故障 现象的原因是相同的  ，这被称为共因事件 。对于故障树中的共因事件应该采用同一个事 件符号 。
一个完整的故障树很复杂  ，在建树时要尽量避免出现疏漏 。建立故障树模型之前要 做好故障模式分析  ，只有确定了所有的故障模式  ，才能不遗漏中间事件和底事件 。因此 在建立故障树时  ，需要参考各个子系统的FMECA故障模式分析表[43]  ，即本章的表3.2 。 在此基础上分析出引起顶事件发生的所有中间事件作为输入  ，之后像分析顶事件一样再 逐层分析直到不能分解  ，每一层的分析都要彻底结束后再分析下一层以避免遗漏 。因此, 可以总结出故障树的建树流程  ，如图3.3所示 。

3.3各子系统故障原因分析及改进
本节利用故障模式分析出的结果对各个子系统做了故障树分析图  ，并利用故障树来 分析MDH80加工中心各个子系统的故障原因  ，同时针对故障以及一些安全隐患提出了 改进措施 。
3.3.1工件传输系统故障原因分析及改进措施
图3.4是工件传输系统的故障树图  ，表3.5列出了工件传输系统中各个事件所代表的意义 。

从工件传输系统的故障树中可以看到  ，绝大多数故障是由程序不合理或信号不到位 引起的 。因此对于工件传输系统的故障解决方案关键在于改善程序 。因为每个桁架机械 手可能同时为两个到四个加工中心服务  ，如果生产正常运行  ，机械手不会出现程序上的 故障 。但是当某台加工中心停产或突然发生故障不能工作时  ，机械手的控制程序就可能 不能识别这些突发情况  ，导致机械手不能完成正确的动作 。如果某些信号开关失灵或者 损坏  ，机械手控制系统也没有完善的热保护程序 。这就需要在程序设计阶段就研宄机械 手可能遇到的每一种突发情况  ，为每一种突发状况都制定相应的保护程序以避免出现重 大程序漏洞 。
机械手在搬运工件过程中可能会在抓料时与工件碰撞  ，在放工件时与滚道碰撞  ，这 类碰撞故障会对机械手有较大的损坏  ，需要立即解决 。因此要根据故障树分析出的故障 原因  ，完善程序  ，对不合理的机械结构做调整 。
滚道故障是生产线上经常发生的故障  ，它会影响到加工中心的生产节拍 。其产生原 因主要是毛坯件不规范而卡在滚道上  ，或者接近传感器出现故障  。接近传感器的原理是 如果有金属在传感器探测头前一定距离内通过  ，传感器就会给控制系统发出信号  ，进而 控制滚道继续运行 。但是因为滚道宽度比工件宽度宽很多  ，有时实际的安装距离未达到设计标准  ，就会产生许多错误信号 。有时因为对接近传感器的保护不到位  ，经常会有铁 屑沾到接近传感器上  ，这样传感器也会传出错误信号 。工件被放到滚道的过程中也容易 发生碰撞到传感器的现象 。因此滚道的传感器上也应该加上传感器保护装置  ，并对不合 理的传感器装配做调整 。

总之  ，完善程序和加强对滚道上传感器的维护和管理是改进工件传输系统可靠性的 重要措施 。
3.3.2控制电气系统故障原因分析及改进措施
图3.5是控制电气系统的故障树图  ，表3.6列出了控制电气系统.中各个事件所代表的意义  。

控制电气系统相当于一台加工中心的大脑  ，控制电气系统出现问题会直接导致加工 中心无法完成自动化运行 。控制电气系统的主要故障有机床不动作、CNC控制器故障、 电气信号不到位、元器件损坏、误报警等 。控制系统的程序也需要完善  ，对一些微小的 程序错误要做及时的修改 。如果一台MDH80加工中心出现了程序问题  ，就要检查其他 加工中心的程序是否也出现了同样错误 。程序错误虽然不能对加工中心产生较大的损 伤  ，但是它会造成加工中心停止运行  ，如果排查故障时间过长就会影响生产节拍 。信号 不到位主要是由信号开关故障引起的  ，对发生故障的信号开关应做调整或重新装配 。在 控制电气系统中  ，外购元器件出现的故障比例较高  ，约占该子系统故障的35.3% 。对此  ， 一方面要对外购件进行质量检测  ，另一方面要加强对电气元器件的维护 。根据车间工人 以往的经验  ，如果管路、线路等装配比较混乱就容易产生相互摩擦  ，导致电气线路寿命 减少；而且各种电缆线路太接近  ，在绝缘皮老化后也容易造成比较严重的安全隐患 。因 此电气线路要设计成一个比较安全、合理、使用方便的结构 。针对控制电气系统维修时 遇到的困难  ，本文也提出了一些改进建议：将各个电子元器件都要贴上标识  ，标明其用 途和电气地址号  ，以方便排查故障；将英文的操作界面、电气标识都尽量改成中文  ，防 止加工中心使用人员误操作 。
3.3.3夹具系统故障原因分析及改进措施
图3.6是夹具系统的故障树图  ，表3.7列出了夹具系统中各个事件所代表的意义  。