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裝備系統(tǒng)研制是不斷解決技術(shù)問題的過程，故障歸零是型號裝備研制中的常態(tài)化工作；需要吸取問題與故障的經(jīng)驗教訓，總結(jié)問題與故障帶來的啟示，提煉故障歸零的共性規(guī)律與方法，并將相關(guān)教訓、啟示、方法進行傳承與共享。

中國工程院樊會濤院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2025年第1期發(fā)表《裝備系統(tǒng)故障歸零的一般方法》一文。文章立足多年從事戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈工程研制、較多參與裝備故障歸零的經(jīng)驗，以故障為核心，追蹤故障從出現(xiàn)到解決的全過程，借助方法論的認識與應(yīng)用，從故障的定義及價值、故障歸零的思維方式、故障歸零的方法等方面出發(fā)，總結(jié)了裝備系統(tǒng)故障歸零的共性規(guī)律與一般方法，論述了故障的4個價值、系統(tǒng)思維的4個基本概念、故障排查的4種常用方法。深入闡述了故障定位、故障原因與機理分析、故障復(fù)現(xiàn)設(shè)計、改進措施驗證、舉一反三、提煉準則與啟示6個故障歸零關(guān)鍵環(huán)節(jié)的具體做法，以期杜絕裝備系統(tǒng)研制與使用過程中出現(xiàn)的重復(fù)性、簡單性、低層次故障，明顯減少因認識不足導(dǎo)致的高層次、復(fù)雜性問題，且在故障出現(xiàn)后能夠高質(zhì)量、高效率地完成技術(shù)歸零。

 

一、前言

裝備系統(tǒng)研制是技術(shù)層面不斷成熟的過程，處理技術(shù)質(zhì)量問題是型號裝備研制中的常態(tài)化工作，發(fā)生故障時需進行技術(shù)與管理“雙五”歸零已是行業(yè)內(nèi)的基本要求。然而，相關(guān)處理的效率、成效、效益，對于不同的人員、項目、機構(gòu)往往是不同的。應(yīng)當認真吸取問題與故障的經(jīng)驗教訓，深入總結(jié)問題與故障帶來的啟示，盡量提煉故障歸零的共性規(guī)律與方法，并將這些教訓、啟示、方法進行傳承與共享。

本文針對戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈這一高度復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)筆者多年從事導(dǎo)彈系統(tǒng)故障歸零的經(jīng)驗，以故障為核心，追蹤故障從出現(xiàn)到解決的全過程；基于方法論的認識與應(yīng)用，從故障的定義及價值、故障歸零的思維方式、故障歸零方法等角度出發(fā)，總結(jié)型號裝備研制故障歸零的共性規(guī)律與一般方法，闡述故障歸零關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理方法。梳理和總結(jié)相關(guān)內(nèi)容，期望杜絕型號裝備研制與使用過程中出現(xiàn)的重復(fù)性、簡單性、低層次故障，明顯減少因認識不足導(dǎo)致的高層次、復(fù)雜性問題，在故障出現(xiàn)后高效地完成技術(shù)歸零，也可為相關(guān)行業(yè)的裝備系統(tǒng)故障歸零提供理論和方法參考。

 

二、裝備系統(tǒng)故障的定義與價值

故障指設(shè)備、產(chǎn)品、系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)，因某種原因喪失執(zhí)行規(guī)定功能或不符合規(guī)定性能的偶然事故狀態(tài)?？梢姡收嫌袃蓚€本質(zhì)特征：出現(xiàn)故障的對象是設(shè)備、產(chǎn)品、系統(tǒng)，故障現(xiàn)象是不能執(zhí)行或完成規(guī)定的功能或性能。

與設(shè)計師的主觀意愿無關(guān)，裝備研制過程中不可能完全杜絕故障。在故障發(fā)生后，應(yīng)積極開展故障歸零工作，需要端正態(tài)度、激發(fā)斗志，不能情緒沮喪、信心缺失。有必要充分挖掘故障的價值，支持開展故障歸零工作，提高故障歸零的效率；從故障中吸取經(jīng)驗，不斷提升設(shè)計能力和技術(shù)水平，以在后續(xù)的設(shè)計中“由此及彼、由表及里”地采取系統(tǒng)級預(yù)防措施，從發(fā)生故障后被動應(yīng)對式歸零轉(zhuǎn)變?yōu)槿粘Ｊ筋A(yù)防，杜絕同類故障的重復(fù)發(fā)生。在筆者看來，故障的價值主要包括4個方面。

一是發(fā)現(xiàn)新事實、提出新認識。當一型裝備完成設(shè)計后，裝備在工作中的所有表現(xiàn)都應(yīng)當與設(shè)計師的預(yù)先設(shè)計相吻合；如果出現(xiàn)了故障、偏離了預(yù)先設(shè)計的規(guī)定，就表明出現(xiàn)了新現(xiàn)象。許多新認識來自于新現(xiàn)象，新現(xiàn)象的出現(xiàn)有助于設(shè)計師發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中存在的缺陷和不足，從而提出新的認識。

二是開展新設(shè)計、積累新知識。出現(xiàn)故障的原因有很多，解決問題的途徑也有很多；可通過加強管理、驗證、檢驗等方式暫時解決問題，但更重要的是通過新設(shè)計、落實新工藝來徹底解決問題。故障的發(fā)生提供了開展新設(shè)計的最佳機遇，促使設(shè)計師重新審視并改進原有設(shè)計方案，追求從根本上避免故障的再次發(fā)生，實現(xiàn)故障“真”歸零。再將故障歸零過程中的新認識加以總結(jié)，提煉為行業(yè)內(nèi)的新知識，促進行業(yè)發(fā)展質(zhì)量提升。相關(guān)新知識可以是工程理論突破、新的約束條件設(shè)定、新工藝落實、新工藝禁用、研制流程變更等，內(nèi)涵較為豐富。

三是完善新準則、避免新錯誤。每個企業(yè)都要在行業(yè)內(nèi)構(gòu)建自身的核心競爭力，需要具備完善的裝備設(shè)計體系，不僅包括已廣為傳播的科學知識，更重要的是以工程經(jīng)驗為標志的核心內(nèi)容，如被實踐證明可行/ 不可行的準則。完善準則有多種渠道，重要渠道之一即為故障歸零啟示的積累。對故障歸零過程中積累的新知識進行顯性化和再提煉，形成新的設(shè)計準則，指導(dǎo)設(shè)計師在后續(xù)其他裝備設(shè)計中不再發(fā)生同樣錯誤；同時通過舉一反三，使類似的錯誤不再發(fā)生，最大限度地發(fā)揮故障歸零的價值。

四是提升新能力、建立新規(guī)章。復(fù)雜裝備系統(tǒng)的研制過程必然面臨各類問題、出現(xiàn)各種故障，解決問題、排除故障的過程就是提升設(shè)計師及設(shè)計團隊能力的過程。應(yīng)當將故障歸零視為提升設(shè)計師個人與集體能力的機會，而設(shè)計師隊伍的設(shè)計能力正是企業(yè)的核心競爭力。國防工業(yè)每年出現(xiàn)的各類質(zhì)量問題中，超過50%的是低級、低層次技術(shù)問題或者管理與責任問題，這些故障歸零時不需要高深的科學知識，而需要嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；不需要深刻的理論指導(dǎo)，而需要精細的規(guī)則落實；不需要準確的數(shù)理計算，而需要遵從常識與規(guī)律。因此，許多技術(shù)問題在故障歸零時都需要進行管理歸零，以建立新規(guī)章、避免類似問題重復(fù)發(fā)生。

值得指出的是，技術(shù)歸零、管理歸零是質(zhì)量問題歸零的兩個重要方面，也是相輔相成的：前者主要關(guān)注問題的技術(shù)層面因素，即找出問題的直接原因并采取措施加以解決；后者從更宏觀的角度出發(fā)，關(guān)注問題背后的管理層面因素，進而確保問題得到更全面、更有效的解決，也可通過改進管理流程、加強過程監(jiān)控、采取預(yù)防措施，從程序上預(yù)防問題的再次出現(xiàn)。

 

三、裝備系統(tǒng)故障歸零的思維方式

（一） 提升對故障的敏感度

故障歸零的根本目的是消除認知范圍內(nèi)故障再次發(fā)生、降低未認知故障發(fā)生概率。任何故障的發(fā)生都不是突然的，必然有著潛在根源以及初期表現(xiàn)形式。設(shè)計師需要提高對故障的敏感度，及早發(fā)現(xiàn)裝備運行過程中的各種異常，在“量變階段”“流程前端”即可準確地防微杜漸、識別故障，杜絕故障演化和進一步的危害。

一是要吃透技術(shù)、明晰狀態(tài)。無論是自主創(chuàng)新的技術(shù)，還是引進研仿的技術(shù)，設(shè)計師都應(yīng)在客觀條件許可的情況下，盡最大可能進行實踐和消化，以全面認識裝備并掌握技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計源頭、工藝源頭“零隱患”的目標。對裝備研制和生產(chǎn)全過程的設(shè)計狀態(tài)、工藝狀態(tài)、試驗狀態(tài)進行有效控制，在產(chǎn)品研制和生產(chǎn)各階段進行嚴格的技術(shù)狀態(tài)管理；不得隨意變動成熟的設(shè)計、工藝、測試狀態(tài)，確需變更的，必須遵循“論證充分、各方認可、試驗驗證、審批完備、落實到位”的原則。

二是重視數(shù)據(jù)、排查隱患。數(shù)據(jù)中含有關(guān)鍵信息，裝備性能的微小差異往往會在測試、試驗數(shù)據(jù)中有所體現(xiàn)，設(shè)計師需提高對試驗數(shù)據(jù)的敏感性。裝備研制各個階段的試驗數(shù)據(jù)可用于縱向?qū)Ρ?；采用相似技術(shù)的不同型號裝備，可進行試驗數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ?；對于超出裝備成功數(shù)據(jù)包絡(luò)的參數(shù)，需進行理論分析、地面試驗考核，給出是否存在風險的明確結(jié)論。

三是做好“雙想”、預(yù)防風險。“雙想”指回想前階段工作中是否存在問題及隱患，預(yù)想下階段工作中可能出現(xiàn)的問題及隱患。通過“雙想”，及時分析并識別隱患的影響范圍與程度，制定相應(yīng)的控制措施與應(yīng)急預(yù)案；組織討論和審查，確保針對每項設(shè)計內(nèi)容均采取有效措施、形成閉環(huán)，達到降低故障發(fā)生風險的目標。

（二） 系統(tǒng)思維的基本概念

科學認識世界的一般思維入口有4個：能量、空間、時間、信息。故障歸零類似，如“技術(shù)五歸零”中的定位準確、機理清楚、措施有效3個核心步驟，都是圍繞上述4個基本概念展開的。雖然相對論已將時空作為整體來看待，認為物理事件發(fā)生在四維時空簇里，但是絕大多數(shù)裝備設(shè)計涉及的時空內(nèi)物理事件，仍可由牛頓力學理論進行解釋（誤差可以忽略），具有簡單明了的特點。因此，分別從能量、空間、時間、信息4個基本概念出發(fā)，探討與故障歸零之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，極為必要（見圖1）。

 

圖1 系統(tǒng)思維的4個基本概念

 

能量就是物質(zhì)，也是物質(zhì)運動的量化轉(zhuǎn)換，不同物質(zhì)的運動形式對應(yīng)著不同的能量形式。裝備設(shè)計中的能量概念可從能量守恒、能量轉(zhuǎn)換兩個方面來理解。能量守恒指在封閉系統(tǒng)里能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，總能量保持不變。從能量角度思考故障有價值，因為能量轉(zhuǎn)換會帶來作用方式的變化，而相同能量的不同作用方式通常導(dǎo)致不同的結(jié)果。

裝備設(shè)計中的空間概念可從3個方面來看待。① 空間是物質(zhì)存在的形式，即以結(jié)構(gòu)形式來表現(xiàn)空間，裝備設(shè)計的首項任務(wù)就是大致規(guī)劃設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)空間、空間大小、誤差分配、形狀變化等。② 空間是物質(zhì)運動的場所，從運動學角度看飛行器設(shè)計就是不同坐標系之間的轉(zhuǎn)換與移動。坐標系一般有地球慣性坐標系、地理坐標系、地平坐標系、彈體坐標系、位標器框架坐標系等（以及數(shù)據(jù)信息處理所需的坐標系轉(zhuǎn)換）。③ 空間是信息波動的范圍，多數(shù)物理量及其關(guān)系都可通過（由笛卡爾坐標系確定的）二維平面空間來描述，也有一些物理量通過（由笛卡爾坐標系確定的）三維立體空間來描述。突破空間是用來衡量三維空間的思維慣性，可將信息與空間緊密聯(lián)系起來。在空間概念上，所有信息都存在動態(tài)范圍，控制信息并為信息量合理分配空間，可使信息始終保持在適當?shù)臓顟B(tài)。當裝備系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，采用空間的概念去分析各種信息的變化與約束，有助于快速發(fā)現(xiàn)問題。

建立時間概念的基本目的之一是對時，即給各種事件的先后次序以“同時性”的定義，為各個人、各個事件、各種信息之間建立橫向聯(lián)系。建立時間概念的另一個基本目的是計時，即記錄各個事件、各種信息持續(xù)過程的縱向長短與橫向時序，因而時間被視為“運動的存在形式”?？紤]到合適的時間尺度是描述事件的本質(zhì)要素，因而對于不同的事件需要采用不同的時間精度去測量，但不是精度越高越好，否則不僅成本高昂，還會掩蓋事件的本來形貌，甚至導(dǎo)致功能紊亂。

經(jīng)典觀點認為，信息是用來消除隨機不確定性的“東西”；信息就是信息，既非物質(zhì)，也非能量。信息不是物質(zhì)，盡管信息與物質(zhì)關(guān)系密切；物質(zhì)本身是否攜帶信息、攜帶何種信息，不是由物質(zhì)決定的。同一個事件、同一種物質(zhì)，因不同的人解讀就會具有不同的信息，也因不同的環(huán)境和條件變化產(chǎn)生不同的信息。在多數(shù)時候，信息來自關(guān)聯(lián)關(guān)系。可以認為，信息是物質(zhì)運動及其關(guān)聯(lián)關(guān)系的意義與價值。系統(tǒng)的功能性能是由信息來定義的，系統(tǒng)有序性的形成與破壞、建構(gòu)與解構(gòu)，通常可以表現(xiàn)為信息的有序或失序。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以通過系統(tǒng)的信息失序來快速定位故障。

（三） 常用思維方式

思維方式類型眾多，常用的有正向思維、逆向思維、發(fā)散思維、聚合思維。一些思維方式在應(yīng)用于正向設(shè)計、故障歸零時并無不同，而另一些思維方式則存在明顯不同。例如，正向設(shè)計更多采用正向思維、統(tǒng)一思維、取真思維，故障歸零傾向采用逆向思維、矛盾思維、排假思維等。

正向思維從原因或前提出發(fā)，尋找結(jié)果與結(jié)論；逆向思維與之相反，從結(jié)果或結(jié)論出發(fā)尋找原因與前提。故障歸零采用逆向思維，即從已經(jīng)出現(xiàn)、為設(shè)計預(yù)期之外的結(jié)果出發(fā)，尋找造成結(jié)果的前提條件。在正向思維占主導(dǎo)地位時，很難找到故障部位，這是因為如果正向設(shè)計能夠發(fā)現(xiàn)缺陷，通常在設(shè)計過程中就會加以解決；換言之，已經(jīng)在設(shè)計中認識到的問題不應(yīng)該再次出現(xiàn)，否則就會發(fā)生責任故障（而不是認識不足產(chǎn)生的故障）。在多數(shù)情況下，故障歸零交替使用正向思維和逆向思維。

發(fā)散思維、聚合思維是一對有邏輯聯(lián)系的思維方式。無論是正向設(shè)計還是故障歸零，抑或是解決其他新面臨的問題，設(shè)計師總是首先使用發(fā)散思維，即大膽創(chuàng)新與假設(shè)，再采用聚合思維，即小心求證與落實。

（四） 故障排查常用的思維方法

1. 排除法

排除法是遇到異常事件時最常用的方法，也是最符合邏輯、效率最高的方法。應(yīng)用排除法時注重以下內(nèi)容：從結(jié)構(gòu)可分解的角度進行排除，從功能與性能的角度進行排除，從各種信息及其內(nèi)在邏輯關(guān)系的角度進行排除，從客觀條件（如設(shè)備、環(huán)境、相關(guān)系統(tǒng)等）角度進行排除，從人的因素角度進行排除。在明確待排除的因素后，可采用兩個方法來達到排除目的：根據(jù)因果律進行邏輯演繹，推導(dǎo)出該因素與故障現(xiàn)象之間是否存在必然聯(lián)系，稱為理論分析法；采用試驗驗證該因素存在時故障現(xiàn)象是否會發(fā)生，稱為試驗驗證法。

在某型號導(dǎo)引頭研制初期進行振動試驗時，探測信號噪聲急劇放大兩個數(shù)量級以上，出現(xiàn)了典型的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕鸟詈瞎收?。類似故障的原因有電磁兼容問題、探測器硬件問題、位標器故障等，很難從理論分析角度闡明。為此制定了排除驗證方案：開展電磁兼容試驗，排查薄弱環(huán)節(jié)，無果；開展探測器振動試驗，無果；開展位標器單獨振動試驗，無果；開展電子艙單獨振動試驗，無果；考慮到電子艙內(nèi)共有4塊電路板，為確保安裝堅固又在艙內(nèi)添加了隔離支撐板，在振動過程中電路板空間位移可能較大，分布的電容或電感可能與位標器的弱信號耦合產(chǎn)生不良后果，決定將隔離支撐板材料由導(dǎo)電的鋁板更換為絕緣的膠木板，故障現(xiàn)象消失。

2. 對比法

對比法細分為條件不變法、條件變化法、互換法。① 條件不變法主要在全部條件不變、制定好增加測試信息的情況下進行重復(fù)試驗，對比檢驗故障現(xiàn)象的可重復(fù)性。重復(fù)性試驗獲得的增量信息對認識問題的性質(zhì)具有重要價值，沒有信息增量的重復(fù)基本上是無價值的。開展條件不變的重復(fù)試驗受到約束：盡可能保護現(xiàn)場，保證環(huán)境條件不變；盡可能保護產(chǎn)品，在試驗前后故障產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)不變。② 條件變化法主要在其他條件不變的情況下改變其中1個條件，驗證故障產(chǎn)品功能與性能隨變化條件而改變的規(guī)律性，再與故障現(xiàn)象進行對比。應(yīng)用條件變化法受到約束：在不受其他條件限制的情況下，每次只改變1個條件進行對比，以便準確判斷條件與現(xiàn)象之間的聯(lián)系規(guī)律；條件改變既不受原設(shè)計范圍的限制，也不能損壞產(chǎn)品，以便摸清產(chǎn)品的能力所在；條件變化的規(guī)律與產(chǎn)品面臨的真實條件之間具有真實性，如溫變速度與時間等。③ 互換法主要在相同環(huán)境條件、相同技術(shù)狀態(tài)下進行產(chǎn)品不同樣本之間的對比?；Q具有多種層次，如在同一內(nèi)艙段更換導(dǎo)引頭、飛控設(shè)備、發(fā)動機，不同艙段之間互換，更換飛行器、發(fā)射裝置甚至載機等?；Q法是提高故障歸零效率的方法，不是認識故障機理的方法。

生產(chǎn)線上出現(xiàn)問題后最常用的方法是對比法，這是因為生產(chǎn)線相較研制更加追求效率，從資源的角度也更具條件，從技術(shù)狀態(tài)的角度一般不涉及狀態(tài)變更。有時甚至將不同零件的互換組裝定義為可許可的正常工藝。實際上，生產(chǎn)線上用真實零組件作為檢測手段對互相配合的其他零組件進行測量，是最為典型的對比法應(yīng)用。

某演示驗證項目在外場進行地面發(fā)射試驗，在振動試驗、-20 ℃溫度試驗完成后進場，第三天上午在外場開展測試時出現(xiàn)了自檢不通過，而裝備之前僅進行了跨城市轉(zhuǎn)運并在外場庫房內(nèi)（溫度約為-10 ℃）放置了1個晚上。分析認為該故障應(yīng)由環(huán)境條件變化引起，決定將裝備放置于有暖氣的房間內(nèi)再檢測產(chǎn)品狀態(tài)；2 h后自檢恢復(fù)正常，故障定位于電容低溫特性不滿足要求。裝備在溫度為-10 ℃的廠房內(nèi)放置1個晚上后測試出問題、而在-20 ℃溫度試驗中卻不出問題，原因是進行-20 ℃溫度試驗時裝備僅進行了2 h的保溫，保溫時間不夠造成裝備內(nèi)部溫度沒有達到-20 ℃，也就無法實現(xiàn)通過溫度試驗發(fā)現(xiàn)裝備設(shè)計缺陷的目的。

3. 因果律分析法

因果律分析法堅信一切現(xiàn)象皆有原因，一切現(xiàn)象都是在給定前提條件下演化的結(jié)果。因果律是伽利略 ? 笛卡爾 ? 牛頓科學方法體系的核心，即1個可觀察事件的發(fā)生，背后必有至少1個動因。在工程研究中，裝備的數(shù)量通常較多，故障結(jié)果是概然性的；但對于每次出現(xiàn)的問題或故障，可以堅持必然性因果律。盡管可能存在受條件限制而找不出真正原因的情況，但這并不是否認原因與結(jié)果之間的必然性關(guān)系。而且，堅持因果律思維僅是堅定找出問題的信念，運用因果律迅速找到問題的根源取決于對因與果內(nèi)在機理的認識。實際上，故障歸零時將伴隨事件說成因果事件、倒因為果的錯誤認定等經(jīng)常發(fā)生，特別需要立足科學素養(yǎng)進行辨識和確認。

4. 質(zhì)量互變分析法

質(zhì)量互變分析法是故障排查的常用方法，認為事物從量變到質(zhì)變、從質(zhì)變到量變互相轉(zhuǎn)化，遵從一定的法則，質(zhì)不僅是量的堆積，量也不僅是質(zhì)的分解。工程上通常需要通過質(zhì)與量的綜合分析才能確認問題的性質(zhì)。質(zhì)是要把握的目標，只要不發(fā)生質(zhì)的變化，工程上一般是可以接受的；量是作出判斷的依據(jù)，量的大小是否產(chǎn)生質(zhì)的影響是方案設(shè)計時反復(fù)權(quán)衡的對象。一旦發(fā)生質(zhì)的變化，結(jié)果非常直觀，很容易認識到，但量變的異常在沒有引起質(zhì)變前往往會被忽視，因而保持對量變的敏感性是預(yù)防故障的重要手段，也是故障排查時判斷定位是否準確、機理分析是否清楚的重要依據(jù)。

某型裝備在系統(tǒng)聯(lián)試過程中出現(xiàn)突然掉電現(xiàn)象。經(jīng)查，突然掉電是因供電繼電器損壞造成的，而繼電器損壞的失效機理定位于高壓擊穿。在故障復(fù)現(xiàn)過程中，高壓擊穿確實能復(fù)現(xiàn)繼電器損壞的故障，但電氣系統(tǒng)設(shè)計中沒有足夠高的電壓（可導(dǎo)致繼電器的擊穿），在發(fā)生故障時也沒有監(jiān)測到高壓信號。該故障多次出現(xiàn)，且通電次數(shù)越多的裝備越容易出現(xiàn)，似有積累效應(yīng)。后續(xù)，采用帶寬更高的示波器進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)上電時刻出現(xiàn)了高頻震蕩，表明該故障確實是1個從量變到質(zhì)變的過程。繼電器的高頻震蕩擊穿形態(tài)與高壓擊穿形態(tài)一致，也是行業(yè)內(nèi)首次認識到的故障現(xiàn)象。

 

四、裝備系統(tǒng)故障歸零的方法及流程

“故障五歸零”是行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)故障后處理問題的標準方法，具有邏輯嚴謹、行之有效的特點；主要涉及故障定位、故障原因與機理分析、故障復(fù)現(xiàn)設(shè)計、改進措施驗證、舉一反三、提煉準則與啟示等6個主要環(huán)節(jié)。盡管相關(guān)方法已有成熟運用，但各個故障歸零環(huán)節(jié)涉及的具體方法論及其應(yīng)用要點，歸納總結(jié)甚少。

（一） 故障定位

當裝備出現(xiàn)非預(yù)期的運行狀態(tài)時，首先需要明確是否發(fā)生故障，即故障確認是故障定位的第一步，快速定位故障的原因和位置是解決問題的關(guān)鍵。物理現(xiàn)象、殘骸、數(shù)據(jù)是裝備故障分析的主要依據(jù)，故障樹分析是挖掘故障原因的有力工具。

故障發(fā)生時可能伴隨各種現(xiàn)象，分別針對這些現(xiàn)象開展物理分析、數(shù)學分析、綜合分析，合稱現(xiàn)象分析。① 物理分析在故障分析時通常率先開展，通過因果律定性分析，找出現(xiàn)象與原因之間的機理層面聯(lián)系，盡快框定引發(fā)故障的主要因素，使故障歸零工作明確主攻方向。② 數(shù)學分析主要包括統(tǒng)計概率分析、物理層面的定量關(guān)系分析。統(tǒng)計概率分析在故障現(xiàn)象可重復(fù)發(fā)生時尤其有效，主要通過統(tǒng)計故障現(xiàn)象發(fā)生時伴隨條件出現(xiàn)的頻次，尋找條件與現(xiàn)象之間的關(guān)系，然后以確認的條件為前提，分析故障現(xiàn)象的內(nèi)在機理；開展統(tǒng)計時，盡可能量化因素，尋找量變與質(zhì)變之間的平衡點，最終確定可能造成故障的主要條件因素。③ 綜合分析即系統(tǒng)分析，不能停留在已有現(xiàn)象的物理和數(shù)學分析上，還要從全系統(tǒng)的角度出發(fā)，設(shè)想并推演更多條件變化情況下可能出現(xiàn)的其他現(xiàn)象，也需開展虛擬仿真分析、系統(tǒng)級試驗分析，以便獲得更多的數(shù)據(jù)與現(xiàn)象支持。

殘骸是最寶貴的資源之一，其價值體現(xiàn)在3個方面。① 確定故障部位。仔細檢查殘骸，可以確定故障發(fā)生的具體部位，如電路板、機械部分、其他部件等，有助于縮小故障定位的范圍，深入分析故障的原因。② 判斷故障性質(zhì)。分析殘骸并判斷故障的性質(zhì)，如短路、斷路、其他性質(zhì)等，有助于了解故障對裝備的影響程度，快速制定對應(yīng)的解決方案。③ 推測故障原因。觀察和分析殘骸，推測故障的原因，如殘骸表現(xiàn)為裝備遭受物理損壞，即可推測設(shè)備可能由于使用環(huán)境惡劣而發(fā)生故障。

數(shù)據(jù)是支持故障定位的寶貴資源，數(shù)據(jù)分析是故障定位中最基礎(chǔ)的工作。在收集殘骸的同時，注意收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，盡量把看似無關(guān)的數(shù)據(jù)收集完整。系統(tǒng)的單個功能或性能往往是數(shù)個分系統(tǒng)聯(lián)合正確工作的結(jié)果，因而單個故障現(xiàn)象通常通過多個數(shù)據(jù)一起表現(xiàn)出來。準確判斷哪些異常數(shù)據(jù)是原因、哪些異常數(shù)據(jù)是結(jié)果，既要立足對裝備系統(tǒng)工作原理的深刻認識，也要靈活運用專業(yè)知識。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、數(shù)理分析是工程上常用的分析方法，尤其在低信噪比探測系統(tǒng)中統(tǒng)計分析占有重要地位。在開展統(tǒng)計分析時，將已獲得的表觀測量數(shù)據(jù)精準轉(zhuǎn)換到對應(yīng)維度上進行分析，對最終確定故障、認識機理具有重要影響，有時甚至是決定性的影響。例如，常用采樣記錄的數(shù)據(jù)是電壓信號，有時需要轉(zhuǎn)換到功率維度來認識，有時又需要轉(zhuǎn)換到能量維度來認識，在問題判斷時應(yīng)選取適宜的物理量。

故障樹分析已是成熟方法，理論基礎(chǔ)完備，自20世紀60年代投入應(yīng)用后取得了極大成功；通過底事件、頂事件之間的機理聯(lián)系，貫穿現(xiàn)象分析、殘骸分析、數(shù)據(jù)分析。故障樹分析的正向設(shè)計流程為：選擇合理的頂事件→建造故障樹→故障樹定性分析→故障樹定量分析→確定設(shè)計上的薄弱環(huán)節(jié)→采取措施提高系統(tǒng)可靠性。故障樹分析的故障歸零流程為：確認故障頂事件→建造（完善）故障樹→故障樹定性分析→故障樹定量分析→確定故障底事件與原因→采取措施提高系統(tǒng)可靠性。通過故障樹分析，選出主要故障模式，再簡化形成只包含主要故障模式關(guān)系的故障樹，據(jù)此開展完整的機理分析；如果主要故障模式不止1個，應(yīng)分開詳細描述。絕大多數(shù)故障都是單點故障，兩點或多點故障的概率不超過1%。

（二） 故障原因與機理分析

查找故障原因首先要秉持科學的態(tài)度，開展故障機理分析也需有科學的常識和清晰的解釋。機理是科學問題，在進行故障樹分析時已經(jīng)針對各種故障模式開展了機理分析，只是相關(guān)機理分析仍處于假設(shè)狀態(tài)，尚不明確且不唯一。通過可控的故障復(fù)現(xiàn)試驗檢驗后，故障定位趨于明確，故障發(fā)生的機理將得到清晰、直接的科學描述；若故障定位過程簡單而機理不簡單，就需要在機理分析中給出詳盡的描述；若故障機理在定位分析過程中已經(jīng)有較清晰的表述，則機理分析僅需簡明、準確的結(jié)論性內(nèi)容，清楚表達科學上的因果關(guān)系即可。在應(yīng)用科學研究中，極少存在機理解釋超出科學知識范疇、需要新的科學概念的情況；為了通過故障歸零達到學習與提升目的、將經(jīng)驗知識積累起來變成顯性知識和組織知識，除了總結(jié)科學認識，還需圍繞原因進行歸納。

查找故障原因應(yīng)基于科學的方法。在進行故障原因和機理分析時，需要做到物理概念正確，“眼睛向內(nèi)找問題、刀口向里找原因”，敢于主動暴露問題、自我剖析原因。故障原因分析方法通常分為設(shè)計準則分析、條件分析、流程分析等[15]。① 設(shè)計準則分析時首先從設(shè)計與工藝出發(fā)，判斷是否由于設(shè)計師未能遵守本專業(yè)設(shè)計準則而造成故障。設(shè)計準則包括性能設(shè)計、通用質(zhì)量特性設(shè)計、工藝設(shè)計。在多數(shù)情況下，故障與需求定義不明確、原理設(shè)計不精細、工藝設(shè)計不完善相關(guān)，原因在于現(xiàn)有設(shè)計準則未得到徹底遵守，沒有認識到新知識、新機理。這是提煉一條或多條新準則的時機。② 條件分析以故障為核心，按照“故障零部件 ? 組件 ? 分系統(tǒng) ? 系統(tǒng) ? 生產(chǎn)制造環(huán)節(jié) ? 試驗與工作條件”的順序，從同心圓的圓點向外發(fā)散，列出影響試驗結(jié)果的各種因素；再從同心圓的最外圈開始分析排查，確定故障發(fā)生時的前提條件，分析前提條件與故障之間存在因果關(guān)系的可能性。條件排查集中在以下方面：環(huán)境條件，如氣候環(huán)境、電磁環(huán)境、動力環(huán)境等；產(chǎn)品狀態(tài)，如技術(shù)狀態(tài)、批次管理狀態(tài)、質(zhì)量問題處理狀態(tài)等；基礎(chǔ)條件，如設(shè)備狀態(tài)完好性、工藝文件規(guī)范性、數(shù)據(jù)記錄可信性等；人員因素，如加工人員、裝配人員、測試人員、使用操作人員的能力與變化情況。③ 許多故障源自流程不規(guī)范或者未規(guī)范地遵守流程。例如，制造流程不科學、不規(guī)范、對人員素質(zhì)依賴度高，造成制造產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性不佳；返工流程不完備，想當然地等同于首次制造或者隨意增減工步，帶來制造缺陷；試驗流程不真實，過于追求效率而沒有嚴格保持科學性，導(dǎo)致潛在問題不能暴露；檢測流程前松后嚴，忽略有些組件的部分性能在系統(tǒng)狀態(tài)下已經(jīng)不可能被測試覆蓋，存在驗證不充分的隱患。

（三） 故障復(fù)現(xiàn)設(shè)計

故障復(fù)現(xiàn)指在故障歸零過程中為了定位和解決問題，針對性地設(shè)計故障復(fù)現(xiàn)試驗，嘗試重現(xiàn)已發(fā)生的故障或錯誤的過程。故障復(fù)現(xiàn)是“技術(shù)五歸零”中的重要環(huán)節(jié)，與故障重復(fù)是不同的概念。故障重復(fù)指在原因不明的情況下同樣的故障穩(wěn)定重復(fù)出現(xiàn)或不穩(wěn)定多次出現(xiàn)，這種重復(fù)對故障歸零沒有價值；只有故障重復(fù)時能夠增加新的監(jiān)測信息才有價值?？勺匀辉佻F(xiàn)、不可自然再現(xiàn)的故障，在設(shè)計師不理解機理的情況下都不屬于設(shè)計能力控制下的再現(xiàn)。需要采取針對性措施，使主要故障模式在思維主導(dǎo)下變成必然事件；根據(jù)認定的主要故障模式，開展故障再現(xiàn)設(shè)計試驗。在假定主要故障模式成立、機理清楚的情況下，開展故障復(fù)現(xiàn)試驗時能夠復(fù)現(xiàn)故障，能夠倒推主要故障模式假設(shè)的正確性。

故障機理分析只有在得到試驗支持后才視為可信。故障復(fù)現(xiàn)首先是機理性復(fù)現(xiàn)，機理性復(fù)現(xiàn)可在任何解釋故障現(xiàn)象的對象上實施，包括臨時設(shè)計的專用故障復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品。故障復(fù)現(xiàn)在真實產(chǎn)品上實施是常態(tài)，不在真實產(chǎn)品上實施一定面臨成本、方法可行性、效率等因素的制約；在真實產(chǎn)品上復(fù)現(xiàn)故障時，一般首先在組件級產(chǎn)品上實施，既有降低成本、提高效率的考量，也有組件級的故障一般與系統(tǒng)其他部分沒有耦合關(guān)系的原因。在系統(tǒng)級開展故障復(fù)現(xiàn)，雖然成本高、效率低，但仍是優(yōu)先選擇，這是因為涉及故障現(xiàn)象的各部分是緊耦合的，或者系統(tǒng)與設(shè)備、系統(tǒng)與環(huán)境、系統(tǒng)與條件緊耦合，故障復(fù)現(xiàn)的置信度最高，可使故障歸零過程“少走彎路”。

故障復(fù)現(xiàn)設(shè)計的根本在于“真”試驗，復(fù)現(xiàn)真實環(huán)境是故障復(fù)現(xiàn)可信的前提條件，而構(gòu)造真實的試驗環(huán)境是極為困難的。例如，在空中發(fā)射試驗中發(fā)生的故障，在地面通常很難復(fù)現(xiàn)空中裝備工作的實際工況。某型號裝備的空中折斷故障歸零“走了彎路”，地面不好復(fù)現(xiàn)故障是重要原因之一。在認識到電路板可能是裝備空中燒毀的原因后，進行了故障復(fù)現(xiàn)試驗；在地面采用熱風槍（約700 ℃）吹電路板可以復(fù)現(xiàn)空中數(shù)據(jù)，但用時約為20 s，與空中時間（1~2 s）對不上。該故障復(fù)現(xiàn)試驗沒有真實模擬實際工況：航空發(fā)動機尾流的余溫（2000~3000 ℃）；航空發(fā)動機尾流含有的多種粒子帶有熱容，而空氣基本上沒有熱容；有些粒子具有導(dǎo)電性，更容易破壞電路板的拓撲結(jié)構(gòu)。最終采用真實發(fā)動機點火模擬空中過程，才完好復(fù)現(xiàn)了相應(yīng)故障。

在主要故障模式成立、機理清楚的條件下，由于控制了盲目嘗試范圍，故障復(fù)現(xiàn)通常更為高效，但存在依賴事先了解故障的局限性。如果故障模式或機理不清楚，則復(fù)現(xiàn)可能失敗，此時需重新審視故障假設(shè)，采取更廣泛的故障排查策略，重新設(shè)計故障復(fù)現(xiàn)試驗。

（四） 改進措施驗證

故障改進措施需要有效、充分、無害，三方面的要求逐步提高。在故障出現(xiàn)后，通常需要立即判定問題的性質(zhì)，科學評估故障產(chǎn)生的后果與危害，以便合理決策正在進行中的工作安排。工程項目涵蓋質(zhì)量、進度、費用3個維度的目標，任一維度出現(xiàn)的問題都應(yīng)得到高度重視；即使技術(shù)層面出現(xiàn)故障，也不必然導(dǎo)致停工改進，而是根據(jù)問題的性質(zhì)及危害程度作權(quán)衡。因此，故障發(fā)生后整個工程項目在風險可控或可接受的情況下許可現(xiàn)場采取臨時處理措施，較為常見?，F(xiàn)場采取的措施必須有效，但因現(xiàn)場采取的方案多是清楚機理后的簡單方案，有效性驗證可以相應(yīng)簡化，但要對有效性驗證的充分性、采取措施的副作用進行反復(fù)質(zhì)疑與評估。

只要機理清楚、原因明確，一般情況下改進措施都具有良好的針對性。然而，僅是原理正確并不充分，還需要采用試驗數(shù)據(jù)來答復(fù)相關(guān)措施的有效性，通常包括數(shù)字虛擬驗證、實物試驗驗證。驗證試驗主要分為：數(shù)字仿真（含虛擬樣機、快速原型）驗證、分系統(tǒng)級驗證、系統(tǒng)級驗證、靜態(tài)驗證、動態(tài)驗證、室內(nèi)驗證、戶外驗證、地面驗證、環(huán)境適應(yīng)性驗證、能力邊界摸底驗證、空中驗證（含空中系留、空中靶試）等。驗證試驗的目標包括驗證解決措施的有效性、驗證解決措施的副作用，在開展驗證試驗時需全面觀察和記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而不只是與措施有關(guān)的數(shù)據(jù)。開展驗證試驗，需要確認系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的正確性、參試設(shè)備的完備性、試驗方法的合理性、環(huán)境條件的真實性，最終明確措施驗證的充分性和有效性。

驗證措施的有效性可稱為“閉區(qū)間”驗證，目的明確且范圍有限，方法合理可行，較容易實施。驗證措施的無害性可稱為“開區(qū)間”驗證，如復(fù)雜軟件更改后要證明改動部分的無害性，“域外”可能性不可窮舉，加大評估風險和驗證難度。對于故障糾正措施，偶爾會出現(xiàn)機理分析與認識不是特別清楚、需采取多方聯(lián)合施措的情況，需要謹慎確認此狀態(tài)下措施的有效性與無害性、驗證的充分性。

（五） 舉一反三

故障都是在規(guī)定條件下發(fā)生的，但設(shè)計改進不能采用判例法來完成，因而需要對故障進行舉一反三。在開展故障歸零舉一反三工作時，設(shè)計師一般能做到檢查型號裝備的部件內(nèi)是否存在類似問題，但多數(shù)情況下也僅如此，這對認識故障的危害及價值是明顯不夠的。需要結(jié)合故障的性質(zhì)，開展不同層次的舉一反三工作。

一是在部門內(nèi)的型號線上通報故障及其歸零情況。這一層級是部門內(nèi)的型號線級，開展舉一反三工作的目的是：已出現(xiàn)的問題得到歸零，消除任務(wù)因故障未歸零而受到的影響；促進型號線梳理部件的技術(shù)質(zhì)量狀態(tài)，排查存在此類問題或隱患的可能性并盡早消除；引起型號線全體人員的警覺，確保不再出類似問題。

二是在部門內(nèi)的不同型號線之間通報故障及其歸零情況，要求其他型號一起開展舉一反三工作。例如，某型號裝備出現(xiàn)了電源模塊故障，需要至少在部門內(nèi)通報到各個型號線，檢查此模塊是否有應(yīng)用、是否同批次、是否有類似問題。開展這一層級舉一反三目工作的目的是：促使部門內(nèi)的故障信息共享，一起借鑒解決問題的經(jīng)驗，共同吸取得到的教訓，避免其他型號線因重復(fù)出現(xiàn)相同或類似問題而付出不必要的代價。

三是在本單位范圍內(nèi)開展舉一反三工作，至少應(yīng)在本單位內(nèi)一定級別的層次上建立故障通報制度。針對不同類型、不同級別的故障，分別給出紅、橙、黃、藍、綠等級的警示色標；當故障問題在橙級以上時，強制要求各其他型號線給出書面形式的舉一反三自查報告，闡明是否有類似問題或隱患。開展單位層級的舉一反三工作，需對出現(xiàn)的故障性質(zhì)進行分類，避免過多付出成本、收益明顯不匹配的情況。在本單位內(nèi)開展舉一反三工作，利于從專業(yè)角度持續(xù)積累經(jīng)驗知識。

四是對于在行業(yè)內(nèi)造成重大影響的故障，如果故障發(fā)生的機理或原因具有共性，應(yīng)在行業(yè)內(nèi)開展舉一反三工作。裝備管理部門經(jīng)常性發(fā)布質(zhì)量案例與警示，要求開展質(zhì)量自查與互查，不定期統(tǒng)一安排的質(zhì)量月活動等，都可視為舉一反三工作內(nèi)容。例如，航天系統(tǒng)已將集團內(nèi)開展舉一反三活動制度化，如某款元器件發(fā)生了質(zhì)量問題，集團內(nèi)各型號裝備都要檢查此型號的該批產(chǎn)品使用情況，如果采用需要復(fù)查確認甚至更換；某型數(shù)字信號處理開發(fā)環(huán)境提供的字符串函數(shù)運行不穩(wěn)定，導(dǎo)致軟件編譯后產(chǎn)生了極小概率（<1%）的不確定性，為此在集團內(nèi)通報并不再允許使用此開發(fā)環(huán)境提供的字符串函數(shù)。

（六） 提煉準則與啟示

傳統(tǒng)的故障歸零在完成舉一反三工作后即結(jié)束。然而，現(xiàn)有的舉一反三機制對獲得的經(jīng)驗教訓長效化作用不明顯，還需開展每個故障的啟示總結(jié)工作。在總結(jié)啟示時，多數(shù)情況下原因比機理更重要。通過總結(jié)故障啟示，將經(jīng)驗知識理論化、隱性知識顯性化、個人知識組織化，確保知識積累、知識傳承、知識管理、知識共享制度化，不斷積累具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計準則。

沒有總結(jié)就沒有提高與升華。沒有啟示總結(jié)，故障的多數(shù)價值就無法實現(xiàn)。發(fā)生的故障如果沒有違反現(xiàn)有設(shè)計準則，則一定能夠提煉出來一條或多條新準則；只有提煉新準則、完善新規(guī)范，才能增強新能力、避免新錯誤、消滅新故障。在復(fù)雜系統(tǒng)工程的研制過程中，故障是不可能完全杜絕的，但已經(jīng)發(fā)生過、低層次、重復(fù)性、常識性的故障必須杜絕。這些故障一旦發(fā)生，必然會付出高昂代價，而又不產(chǎn)生任何價值。在遵守設(shè)計規(guī)范、落實管理要求外，總結(jié)好故障啟示是必經(jīng)之路。

通過準則的提煉和啟示，設(shè)計師隊伍將在技術(shù)和管理雙歸零之外做到“思想歸零”，進而在后續(xù)裝備設(shè)計中更加謹慎，實現(xiàn)由應(yīng)急處置向預(yù)防發(fā)生的轉(zhuǎn)變，最大限度地避免同類故障的再次發(fā)生。通行的故障歸零流程如圖2所示。

 

圖2 裝備系統(tǒng)故障歸零流程圖

 

五、結(jié)語

裝備研制是技術(shù)上不斷攻堅克難、走向成熟的過程，處理技術(shù)質(zhì)量問題是裝備研制過程中的常態(tài)化工作，在發(fā)生故障時快速準確地完成故障歸零是每個設(shè)計師追求的工作目標。本文解析了裝備系統(tǒng)故障的定義及其價值，明晰了故障歸零的思維方式，結(jié)合工程應(yīng)用實踐論述了故障歸零的方法及流程，對于各類重大裝備系統(tǒng)研制與應(yīng)用具有共性和基礎(chǔ)性參考意義。相關(guān)內(nèi)容源自筆者多年從事戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈工程研制、較多參與裝備故障歸零的經(jīng)驗，通過歸納總結(jié)闡明了從問題和故障中發(fā)現(xiàn)規(guī)律性認識、獲得可借鑒性啟示等內(nèi)容，可視為“經(jīng)驗知識理論化、個人知識組織化、隱性知識顯性化”的具體實踐。

實踐方法的理論化難度很大，加之各類裝備系統(tǒng)在共性的基礎(chǔ)上仍有鮮明的個性，本研究僅為理性探討和初步構(gòu)建，仍然不顯完備。然而，若相關(guān)內(nèi)容能起到拋磚引玉的作用，啟發(fā)行業(yè)內(nèi)參與故障歸零的設(shè)計師和管理者去積極思考和深入實踐，也就達到我們的研究初心了。