中国科技术语

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漫谈失效与故障

周其焕*   

  1. 中国民航学院 天津 300300
  • 出版日期:2002-03-15 发布日期:2002-03-15

Zhou Qihuan   

  • Online:2002-03-15 Published:2002-03-15

摘要: 一、当前状态
失效与故障分别对应英文failure与fault,他们的概念不同,但使用上常易混淆。航空名词审定工作中曾议论过此问题,但限于时间未能深入讨论。《科技术语研究》对此展开讨论,这是一个很好的机会。作为响应,我仅以个人在工作中的接触对此发表一些看法。
我觉得使用中的混乱源于不同使用场合在观察问题的观点不同,包括不同行业部门的出发点、时效和偶发性观点,定性和一般表述的差异等。根本问题还是缺乏覆盖面广泛的,公认的统一定义。必须首先建立科学的权威性定义。目前虽然对产品失效已有明确定义,但对系统的失效和故障均无明确定义。
二、本人的理解
我直觉地认为使用部门的维修人员只能根据现象对某个系统认为发生了故障。不论由于某个部件失效、供电事故、外界干扰,抑或操作差错,首先查明原因,进行故障查找、故障定位、故障诊断,直止排除故障。如果查到是由某个部件引起的,则更换部件。拆下故障件按待检或送修处理。车间用仪器测试后,有时其结论仍为未发现故障(no fault found)。以上说明使用部门常以故障一词作为所有系统或设备丧失功能或发生异常情况的称谓。
设计制造部门则不同,任何部件或系统在使用中或检查中出现了丧失功能或异常情况下,就得宣告此部件或系统失效。飞机上的告警系统在任何故障下触发警示牌宣告该系统失效(fail)。设计部门的可靠性指标为寿命、失效时间或统计概念上的平均失效间隔时间(MTBF);但使用部门只统计平均拆件(更换)时间、平均故障间隔时间或平均无故障时间。换句话说,制造部门应保证产品在有效工作的寿命期内不失效,这段时间要长;使用部门考虑平均无故障时间要长,这里包括耐环境变化因素和抗干扰能力在内。对于一个由许多部件、接口、线路等环节和节点组成的复杂系统,任何环节或节点上永久性或瞬态变故都会造成故障,影响系统功能,操作不当也会出现故障现象。所以使用部门只和故障打交道,不管是否有失效部件。MTBF的F原文为failure,使用部门引用它时都译成故障。安全的口号为“不带故障上天”,而不说不让系统在空中失效。
在传统观念或约定俗成情况下还形成了以下认识:
——对单件产品可以下失效的结论,复杂系统只说不工作、不正常或笼统称故障,从不使用失效一词。
——失效适应于有时效性产品,其品质随时间而劣化,最终为失效。失效时间是可预先估测的,故障是偶发的,不能预测的。
——失效是不能容忍的,故障可以容忍,在余度系统中可以故障容错,不说失效容错。
——失效是对事物的定性,故障是对现象的表述。

三、定义
失效的定义,在多数辞典里基本上指“产品丧失规定功能”。故障的定义的两个例子如下:①产品的特性处于不能执行所需功能的偶然事故状态[1];②(元件)不能按要求的方式工作的物理状态,或(软件)引起功能单元不能完成所要求功能的意外状态[2]。这些定义给人的印象为:
——所需功能、要求工作、要求功能和规定功能之间没有差别,必然使得在使用中对失效和故障两个术语混淆不清;
——偶然事故状态、意外状态可能是故障的特点。
以上比较参见表1。
四、因果关系
笔者认为失效和故障之间既没有因果关系,也没有局部和整体的关系。既不是故障引起失效,也不是失效引起故障。可以说某个部件失效引起了系统故障,或某个部件故障引起系统失效,但不甚确切。有人认为整个系统的失效可能由于局部故障引起,承认了这个事实,所以在失效和故障之间不予严格区分。不仅中国的文章中混淆,外国的文章中也常混用。例如波音737-600飞机训练手册34章60节第21页有一段话:“EXTERNAL FAULT——amber LED turns on for a failure external to the GPWC”。意为:“外部故障——琥珀色LED灯亮对应于GPWC的外部失效”,这里把fault和failure等同起来了。
局部和整体关系中有两种相悖的说法。一是由小环节上的故障造成大系统失效,例如某根导线接触不良,造成该系统不工作。二是由小零件失效造成大部件故障,例如某个销钉断裂,使起落架放不下来;又如发动机内某个元件失效,造成发动机空中停车的大故障。这里值得注意的是,后者以一架飞机为大系统出发,把起落架放不下来和发动机空中停车都看成为局部故障。英文对发动机空中停车说成engine out 或engine failure(失效),这可能说明了东西方文化传统上的差异。英文承认故障和失效之间既有因果关系,又有责任关系,因为1997年《Webster's Universal College Dictionary》的释义:fault,responsibility for failure……。
* 周其焕教授是航空名词审定委员会委员。