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光纤激光器故障模式分析

更新时间：2019-12-30 13:45:06 大小：1012K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：光纤激光器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

为满足实际工程、生产应用中专业及非专业人员对故障光纤激光器快速修理、修复的需要,研究了一种能够实现快速故障模式及故障原因分析系统。首先,采集实际使用与实验中损坏激光器的故障模式与故障原因记录为数据样本。接着,利用故障树与故障模式影响及危害性分析模型建立光纤激光器扩展故障树,即构建起故障模式与故障原因的对应关系。然后,利用贝叶斯网络分析并得出各故障模式与故障原因的先验概率与后验概率计算方法,再使用Python语言编写交互式窗口,并完成对数据库数据的调用与相应概率计算。最后,通过交互式界面输出当前故障对应的可能故障原因及发生概率,从而实现对光纤激光器故障的快速分析。程序模拟耗时小于1 s,模拟结果与统计结果相吻合,基本满足指导相关人员对故障快速排查并修理的要求。


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39  
7
Vol. 39 No. 7  
第
卷
第
期
发
光
学
CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE  
报
2018  
7
July，2018  
年
月
: 1000-7032(2018)07-1002-06  
文章编号  
光纤激光器故障模式分析  
*
，
，
， ， ， ，  
吴 迪 葛廷武  
秦文斌 曹 康 闫岸如 曹银花 王智勇  
(
，
100020 )  
北京工业大学 激光工程研究院 北京  
:
、
、
，
摘要 为满足实际工程 生产应用中专业及非专业人员对故障光纤激光器快速修理 修复的需要 研究了一  
。 ，  
种能够实现快速故障模式及故障原因分析系统 首先 采集实际使用与实验中损坏激光器的故障模式与故  
。 ，  
障原因记录为数据样本 接着 利用故障树与故障模式影响及危害性分析模型建立光纤激光器扩展故障树  
，
。 ，  
即构建起故障模式与故障原因的对应关系 然后 利用贝叶斯网络分析并得出各故障模式与故障原因的先  
，
验概率与后验概率计算方法 再使用  
Python  
，
语言编写交互式窗口 并完成对数据库数据的调用与相应概率计  
。
， ，  
最后 通过交互式界面输出当前故障对应的可能故障原因及发生概率 从而实现对光纤激光器故障的快  
算
。
速分析 程序模拟耗时小于  
1 s， ，  
模拟结果与统计结果相吻合 基本满足指导相关人员对故障快速排查并修理  
。
的要求  
: ; ; ; Python  
词 光纤激光器 故障树 故障模式影响及危害性分析  
关
键
: TN248． 4  
: A  
文献标识码  
DOI: 10． 3788 /fgxb20183907． 1002  
中图分类号  
Fault Mode Analysis on Fiber Laser  
*
WU Di，GE Ting-wu ，QIN Wen-bin，CAO Kang，YAN An-ru，CAO Yin-hua，WANG Zhi-yong  
( Institute of Laser Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100020，China)  
* Corresponding Author，E-mail: getingwu@ bjut． edu． cn  
Abstract: In order to meet the needs of professional and nonprofessional personnel about fast repai-  
ring the fault fiber laser in the practical engineering and production applications，a fast fault mode  
and fault cause analysis system was reaearched． First，the fault mode and fault cause of the damaged  
laser in actual use were collected as samples． The extended fault tree of fiber laser was established  
by the fault tree analysis and failure mode effect criticality analysis，i． e． the corresponding relation-  
ship between failure mode and fault cause was constructed． Then，Bayesian network was used to an-  
alyze and obtain the prior probability and posterior probability of each failure mode and fault cause．  
Using Python to write interactive window and call database data，the corresponding probability was  
calculated． Finally，the possible fault mode and correspond probability were output through interac-  
tive interface，so as to achieve rapid analysis of fiber laser fault． The analysis system simulation re-  
sults coincide with the reality，calculating less than 1 s，so the system can basically meet the rele-  
vant personnel to guide the rapid troubleshooting and repair requirements．  
Key words: fiber laser; fault tree analysis; failure mode effect criticality analysis; Python  
: 2017-10-21;  
: 2018-01-11  
( Z171100004417003)  
收稿日期  
修订日期  
:
基金项目 北京市科技计划  
资助项目  
Supported by Science and Technology Research Plan of Beijing City( Z171100004417003)  
7
， :  
迪 等 光纤激光器故障模式分析  
1003  
第
期
吴
，
利用故障对事件进行定量分析时 认为顶事  
1
引
言
、
、
，
件 结果事件 底事件都是故障事件 取值  
“1”  
认
，
随着信息革命的发展 第四次工业革命的展  
，
“0”  
。
为故障发生 取值 认为故障未发生  
，
开 光纤激光器已经取代气体激光器与固体激光  
X
假设底事件 出现概率为  
p ，  
不出现概率为  
i
i
、
。
器成为加工 制造业的主要激光源 光纤激光器  
q = 1 － p ，  
则
i
i
的全光纤化进程在赋予光纤激光器绝佳的散热条  
p = P( X = 1) ，  
( 1)  
( 2)  
i
i
、
，
件 传输效率以及光束质量的同时 也使得光纤激  
q = P( X = 0) ，  
i
i
光器与普通固体激光器之间产生了极大的不  
同［1-4］ 这使得普通固体激光器常用的故障监测  
，
Y
p，  
同样 假设顶事件 出现概率为 不出现概率为  
i
，
q = 1 － p，  
则
及检测手段在光纤激光器上难以使用或无法直接  
p = P( = 1) ，  
φ
( 3)  
( 4)  
。
使用 为了使光纤激光器的应用不出现  
1∶ 2∶ 6  
的
q = P( = 0) ，  
φ
、
、
，
超高研制 采购 后勤保障费用比 甚至出现研制  
p = ( p ，p ，p ……，p ) ，n  
，
为底事件的总数 同  
令
1
2
3
n
、
，
得起但买不起 买得起又用不起的局面 亟需一套  
，
时选择底事件皆为相互独立 则  
［5-8］  
、
。
合理的光纤激光器故障 维修分析系统理论  
p =  
( p ，p ，p ……，p ) = ( p) ， ( 5)  
∑
1
2
3
n
考虑到近年来普遍采用的故障分析方法与光  
( 5) ( X)  
中 即构成故障树的组成函数  
。
式
，
纤激光器的适应性 本文选用基于故障树与故障  
，
利用故障树与割集的关系 可以用最小割集来  
模式影响及危害性分析方法对光纤激光器故障模  
。
2
，
求解概率树组成函数 如图 所示 图中标识  
，
、
、
式进行分析 建立故障模式 故障原因 严酷等级  
关系数据库［9-12］ 使用  
语言编写计算算法  
“
”
“
”，  
“
”。  
表示逻辑 或门 标识 表示逻辑 与门  
，
Python  
。
，
与程序 通过输入故障情况 自动寻找故障原因  
Y
，
及其严酷程度 实现对光纤激光器及其各个系统  
、
，
的可靠性 维修性与实用性的提高 从而增加光纤  
E1  
E2  
X1  
。
激光器的应用经济效益  
2
理论分析  
E3  
X2  
X3  
X4  
2． 1  
故障树分析法  
，
FTA ( Fault tree analy-  
故障树分析法 简称  
sis) ， 1961  
在
H A Watson  
年由贝尔电话实验室  
提
X6  
X5  
。
、
、
、
出
目前已经广泛地应用于宇航 核能 电子 机  
、
。
2
械 化工等领域 故障树分析法通过图形演绎的  
图
故障树示例  
Fig． 2 Fault tree  
，
方法 遵循故障事件在一定条件下发生的逻辑关  
，
系 采用一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图说  
FTA  
普通  
求解最小割集方法较简单系统适  
用性强 当对象为复杂系统时最小割集求解将变  
FTA  
明系统失效过程［13-14］  
图
为故障树的故障诊  
。
1
，
。
断流程  
，
得相当繁琐 本文采用贝叶斯网络对  
最小割  
:
集进行直接求解如下  
求解系统  
最 小 割  
集、 顶事  
件发生概  
率及单元  
关键事件  
重要度  
P( T = 1) =  
P( E = e ，e ，…，E  
M－1  
= E ，T = 1) ，  
M－1  
确定系统  
故障类型  
建立故障  
树模型  
确ꢀ故障  
诊断程序  
∑
1
1
1
M－1  
E ，…，E  
1
( 6)  
E ( 1  
i
≤ ≤  
M － 1)  
其中节点  
对应于故障树中的  
i
，E  
{ 0，1}  
E
中间事件和底事件  
，M  
为贝叶斯网络中节点的数目  
∈
用来表征事件  
i
i
1
。
图
基于故障树的故障诊断流程  
发生与否  
Fig． 1 Fault diagnosis based on fault tree  
E
我们再利用贝叶斯网络求解在某事件  
发
j

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