4. 推进器失效导致推力丧失的故障树建模
推力丧失故障树的建模对象与分支设计
本节以“推进器推力丧失”为中间事件，向上承接顶事件“水下机器人任务失败”，向下展开到可检测、可维修的基本事件。建模前先明确一个关键约定：推力丧失指推进器在指令给定后无法输出有效轴向推力，包括完全无推力与推力显著跌落两种失效模式。该中间事件按“能量—驱动—负载—密封”四条物理路径分解，分别对应电机绕组短路、驱动器过流、螺旋桨缠绕、密封进水四类基本事件，避免把电气故障与机械故障混在同一逻辑门下。
故障树采用或门连接四条分支，因为任一分支单独发生即可导致推力丧失。每条分支内部再按失效模式细分：电机绕组短路分为匝间短路与相间短路；驱动器过流分为功率管击穿与电流采样失效；螺旋桨缠绕分为渔网缠绕与缆绳缠绕；密封进水分为动密封失效与静密封失效。基本事件命名统一采用“部件+失效模式”格式，便于后续定性分析与底事件排查。
基本事件失效模式与检测手段对照
故障树建好后，需要为每个基本事件标注失效模式与可检测手段，否则定性分析无法落地到排障。下表给出本例四个分支的底事件清单，失效模式描述与图中一致，检测手段按水下机器人实际可用的手段填写。
| 分支 | 基本事件 | 失效模式 | 可检测手段 |
|---|---|---|---|
| 电机绕组短路 | 匝间短路 | 绕组局部过热、电流不平衡 | 三相电流不平衡度监测、绕组电阻测量 |
| 电机绕组短路 | 相间短路 | 相间绝缘击穿、对地漏电流增大 | 绝缘电阻测试、漏电流传感器 |
| 驱动器过流 | 功率管击穿 | 桥臂直通、输出短路 | 驱动器自检、母线电流突变告警 |
| 驱动器过流 | 电流采样失效 | 误报过流保护、输出被封锁 | 采样通道比对、保护动作记录回读 |
| 螺旋桨缠绕 | 渔网缠绕 | 桨叶卡阻、转速下降 | 转速反馈偏差、推力—转速比异常 |
| 螺旋桨缠绕 | 缆绳缠绕 | 轴系过载、电流升高 | 轴系振动监测、电流—转速联合判读 |
| 密封进水 | 动密封失效 | 轴封磨损渗水、绝缘下降 | 舱内湿度/漏水传感器、绝缘监测 |
| 密封进水 | 静密封失效 | O圈老化开裂、壳体渗水 | 压力保持测试、舱内漏水检测 |
定性分析：最小割集与排查优先级
按上行法求最小割集。由于中间事件下为或门，四条分支各自向下也是或门结构，因此每个基本事件单独构成一个一阶最小割集，共 8 个：{匝间短路}、{相间短路}、{功率管击穿}、{电流采样失效}、{渔网缠绕}、{缆绳缠绕}、{动密封失效}、{静密封失效}。一阶割集意味着任一底事件发生即导致推力丧失，说明该中间事件的单点失效风险较高，工程上应优先对高发生概率的底事件加装备份或监测。
按发生概率与可检测性排序，建议排查优先级为：螺旋桨缠绕（外因、可目视/转速判读）→ 密封进水（有漏水与绝缘监测）→ 驱动器过流（有保护记录）→ 电机绕组短路（需停机测量）。该顺序仅作为示例性排序逻辑，实际项目应结合历史故障率数据修正。
建模检查清单
- 中间事件“推进器推力丧失”的定义是否与顶事件“任务失败”的逻辑接口一致，是否存在语义跳跃。
- 四条分支是否覆盖能量、驱动、负载、密封四类物理路径，有无遗漏共因因素（如供电异常同时影响电机与驱动器）。
- 每个基本事件是否为不可再分的底事件，命名是否统一为“部件+失效模式”。
- 或门/与门选择是否与物理机理一致，本例四条分支均为或门，若存在需同时发生的条件应改为与门。
- 每个底事件是否标注了可检测手段，能否支撑后续排障与监测设计。