「電路基礎」第八章：故障排除理論與實(shí)踐

也許任何技術(shù)人員所擁有的最有價(jià)值但最難學(xué)習的技能是排除系統故障的能力。對于那些不熟悉這個(gè)詞的人來(lái)說(shuō)，故障排除指在任何系統中找出并糾正問(wèn)題的行為。對于汽車(chē)修理工來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)根據汽車(chē)的行為來(lái)確定和解決汽車(chē)的問(wèn)題。對醫生來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)正確診斷病人的疾病并開(kāi)出治療方案。對于業(yè)務(wù)專(zhuān)家來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)要找出公司效率低下的根源并提出糾正措施。

疑難解答人員必須能夠通過(guò)檢查問(wèn)題的影響來(lái)確定問(wèn)題的原因。很少有問(wèn)題的根源直接呈現給所有人看。因果關(guān)系通常是復雜的，即使對于看似簡(jiǎn)單的系統也是如此，而且通常熟練的故障排除人員由于其快速識別問(wèn)題根源的能力而被其他人視為某種奇跡。雖然有些人天生就有排除故障的天賦，但這是一種可以像其他人一樣學(xué)習的技能。

有時(shí)，要分析的系統處于非常糟糕的狀態(tài)，以至于沒(méi)有希望讓它再次工作。當調查人員仔細檢查失事飛機的殘骸時(shí)，或者當醫生進(jìn)行尸檢時(shí)，他們必須在事后盡最大努力確定大規模失敗的原因。幸運的是，故障排除者的任務(wù)通常不是那么嚴峻。通常情況下，行為不正常的系統在某種程度上仍在運行，在診斷過(guò)程中，故障診斷人員可能會(huì )對其進(jìn)行刺激和調整。從這個(gè)意義上說(shuō)，故障排除與科學(xué)方法非常相似：通過(guò)現場(chǎng)實(shí)驗確定因果關(guān)系。

像科學(xué)一樣，故障排除是標準程序和個(gè)人創(chuàng )造力的混合體。有一些程序被用作區分因果關(guān)系的工具，但如果不加上創(chuàng )造性和好奇心強的頭腦，這些程序是無(wú)效的。在故障排除的過(guò)程中，故障排除人員可能必須發(fā)明自己的特定技術(shù)（適應他們正在工作的特定系統）和/或修改工具來(lái)執行特殊任務(wù)。創(chuàng )造性是從不同的角度審視問(wèn)題的必要條件：當“標準”問(wèn)題不能帶來(lái)富有成效的答案時(shí)，學(xué)會(huì )問(wèn)不同的問(wèn)題。

如果說(shuō)有一種人格特質(zhì)比其他任何人格特質(zhì)都更能與出色的故障排除聯(lián)系在一起，那就是技術(shù)上的好奇心。對學(xué)習事物的工作原理很感興趣的人，以及對挑戰性問(wèn)題不灰心的人，往往比其他人更擅長(cháng)故障排除。理查德·費曼，已故物理學(xué)家，在加州理工學(xué)院任教多年，他向我展示了終極的故障排除人格。閱讀他的任何一本（自動(dòng)）傳記書(shū)都是教育性和娛樂(lè )性的，我向那些想發(fā)展自己的科學(xué)推理/故障排除技能的人推薦這些書(shū)。

• 這個(gè)系統以前工作過(guò)嗎？如果是，那么自那以后，是否發(fā)生了任何可能導致問(wèn)題的情況？

• 這個(gè)系統是否已被證明容易發(fā)生某些類(lèi)型的故障？

• 修理的需要有多緊急？

• 是什么安全問(wèn)題，在我開(kāi)始故障排除之前？

• 在我開(kāi)始故障排除之前，過(guò)程質(zhì)量問(wèn)題是什么（在不造成生產(chǎn)中斷的情況下我能做些什么）？

這些初步問(wèn)題并非小事。實(shí)際上，它們對于方便和安全的故障排除至關(guān)重要。當要進(jìn)行故障檢修的系統很大、危險和/或昂貴時(shí)，它們尤其重要。

有時(shí)，故障診斷人員需要在一個(gè)仍在全面運行的系統上工作（也許這方面的最終例子是醫生診斷一個(gè)活著(zhù)的病人）。一旦確定了一個(gè)或多個(gè)原因的高度確定性，就有了糾正措施的步驟。在不嚴重中斷系統運行的情況下糾正系統故障是非常具有挑戰性的，值得進(jìn)行周密的計劃。

當采取糾正措施涉及高風(fēng)險時(shí)，例如對病人進(jìn)行手術(shù)或對化工廠(chǎng)的操作過(guò)程進(jìn)行維修時(shí)，工人必須提前計劃可能出現的故障。在進(jìn)行維修之前，有一個(gè)問(wèn)題需要問(wèn)：“如果出現問(wèn)題，我如何以及在什么時(shí)候中止維修？”在危險的情況下，有計劃的“逃生路線(xiàn)”在你的糾正行動(dòng)中是至關(guān)重要的，以防事情不按計劃進(jìn)行。為病人做手術(shù)的外科醫生知道在這樣的手術(shù)中是否有“不歸路”的地方，并且在經(jīng)過(guò)這些點(diǎn)之前停下來(lái)重新檢查病人。如果需要的話(huà)，他或她也知道如何在這些時(shí)候“退出”外科手術(shù)。

當第一次接近一個(gè)發(fā)生故障或行為異常的系統時(shí)，新的故障診斷人員通常不知道從哪里開(kāi)始。以下策略并不詳盡，但為疑難解答人員提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題清單，以便開(kāi)始隔離問(wèn)題。

作為提示，這些故障排除建議不是全面的步驟：它們只是故障排除過(guò)程的起點(diǎn)。權宜之計故障排除的一個(gè)重要部分是概率評估，這些提示幫助故障排除人員確定哪些可能的故障點(diǎn)比其他故障點(diǎn)更有可能或更少。系統故障的最終隔離通常通過(guò)更具體的技術(shù)來(lái)確定（在下一節中概述--特定故障排除技術(shù) ).

如果該設備或工藝在歷史上以某種特定方式失效，并且導致這種常見(jiàn)故障的條件沒(méi)有改變，則首先檢查這種“方式”。此故障排除技巧的一個(gè)必然結果是指示保存故障的詳細記錄。理想情況下，基于計算機的故障日志是最佳的，這樣故障可以被許多因素（如時(shí)間、日期和環(huán)境條件）引用并與之關(guān)聯(lián)。

例子：汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機過(guò)熱了。上兩次發(fā)生這種情況，原因是散熱器中的冷卻液液位低。

怎么做：首先檢查冷卻液液位。當然，過(guò)去的病史并不能保證現在的癥狀是由同一個(gè)問(wèn)題引起的，但由于這種情況更有可能發(fā)生，所以首先檢查一下這一點(diǎn)是有意義的。

但是，如果系統中導致常規故障的原因已得到糾正（即過(guò)去導致低冷卻液液位的泄漏已得到修復），則這可能不是這次故障的可能原因。

如果系統在某種維護或其他更改之后立即出現問(wèn)題，則問(wèn)題可能與這些更改有關(guān)。

例子：最近我沒(méi)聽(tīng)到修車(chē)的引擎有卡嗒的聲音。

怎么做：檢查有無(wú)機械師在調整工作后留下的東西。

如果一個(gè)系統沒(méi)有產(chǎn)生預期的最終結果，那就看看它是什么是正確地做；換句話(huà)說(shuō)，找出問(wèn)題所在不把你的精力集中在其他地方。任何部件或子系統都可以正常工作。過(guò)錯的程度往往能告訴你該怪哪一部分。

例子：收音機在調幅波段工作正常，但在調頻波段不行。

怎么做：從可能的原因列表中排除收音機中AM波段功能所需的任何東西。無(wú)論問(wèn)題的根源是什么，它是特定于調頻波段而不是調幅波段。這樣就省去了音頻放大器、揚聲器、保險絲、電源和幾乎所有外部接線(xiàn)。能夠消除系統中可能出現故障的部分，可以減少問(wèn)題的范圍，并使故障排除過(guò)程的其余部分更有效。

根據您對系統工作原理的了解，考慮可能導致此問(wèn)題（或這些現象）發(fā)生的各種故障，并檢查這些故障（從最有可能的故障開(kāi)始，基于環(huán)境、歷史或對組件弱點(diǎn)的了解）。

例子：汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機過(guò)熱了

怎么做：根據對發(fā)動(dòng)機運行的了解，考慮可能導致過(guò)熱的原因。要么是發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生了太多的熱量，要么是散熱效果不夠好（很可能是后者）。頭腦風(fēng)暴一些可能的原因：風(fēng)扇皮帶松脫、散熱器堵塞、水泵壞、冷卻液液位低等等。在研究替代方案之前，先調查每一種可能性。

在應用一些一般的故障排除技巧來(lái)縮小問(wèn)題所在位置的范圍之后，有一些技術(shù)可以進(jìn)一步隔離問(wèn)題。以下是一些：

在具有相同或并行子系統的系統中，交換這些子系統之間的組件，并查看問(wèn)題是否隨交換的組件一起移動(dòng)。如果是的話(huà)，你就換掉了有問(wèn)題的組件；如果沒(méi)有，繼續搜索！

這是一種功能強大的故障排除方法，因為它為您提供了更換組件故障的正面和負面指示：當壞的部分在相同的系統之間交換時(shí)，以前損壞的子系統將重新開(kāi)始工作，而以前良好的子系統將失敗。

我曾經(jīng)用這種方法解決了一個(gè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火系統的難以捉摸的問(wèn)題：我碰巧有一個(gè)朋友和一輛汽車(chē)共用同一型號的點(diǎn)火系統。我們在發(fā)動(dòng)機之間交換零件（分配器、火花塞導線(xiàn)、點(diǎn)火線(xiàn)圈——一次一個(gè)），直到問(wèn)題轉移到另一輛車(chē)上。這個(gè)問(wèn)題碰巧是一個(gè)“弱”的點(diǎn)火線(xiàn)圈，它只表現在重載下（這種情況在我的車(chē)庫里無(wú)法模擬）。通常，這類(lèi)問(wèn)題只能用點(diǎn)火系統分析儀（或示波器）查明和模擬負載行駛條件的測功機。然而，這項技術(shù)在不使用任何診斷設備的情況下，以100%的準確率確認了問(wèn)題的根源。

有時(shí)，您可能會(huì )交換一個(gè)組件，然后發(fā)現問(wèn)題仍然存在，但在某種程度上已經(jīng)發(fā)生了變化。這說(shuō)明您剛剛交換的組件是有點(diǎn)不同（不同的校準，不同的功能），等等。但是，不要因為這些信息不會(huì )直接導致問(wèn)題的出現而忽略掉這些信息——尋找作為交換結果的整個(gè)系統中的其他更改，并嘗試找出這些更改對問(wèn)題根源的指示。

這項技術(shù)的一個(gè)重要警告是可能造成進(jìn)一步的損害。假設某個(gè)組件因系統中另一個(gè)不太明顯的故障而失效。用一個(gè)好的組件替換失敗的組件也會(huì )導致好組件失敗。例如，假設一個(gè)電路發(fā)生短路，該短路“燒斷”了該電路的保護保險絲。通過(guò)檢查，保險絲沒(méi)有熔斷跡象，而且您沒(méi)有儀表對保險絲進(jìn)行電氣測試，因此您決定更換工作電路中具有相同額定值的可疑保險絲。因此，移動(dòng)到短路電路的好保險絲也會(huì )熔斷，留下兩個(gè)熔斷的保險絲和兩個(gè)不工作的電路。你至少知道那個(gè)導火索是熔斷，因為它被移動(dòng)到的電路在交換后停止工作，但這一知識是通過(guò)丟失一個(gè)好的保險絲和第二個(gè)電路的額外“停機時(shí)間”獲得的。

另一個(gè)說(shuō)明此警告的例子是前面提到的點(diǎn)火系統問(wèn)題。假設“弱”的點(diǎn)火線(xiàn)圈導致發(fā)動(dòng)機回火，損壞消聲器。如果用另一輛車(chē)更換點(diǎn)火系統部件導致問(wèn)題轉移到另一輛車(chē)上，也可能損壞另一輛車(chē)的消音器。一般來(lái)說(shuō)，只有在造成額外損害的可能性很小的情況下，才應使用交換相同組件的技術(shù)。它是隔離非破壞性問(wèn)題的優(yōu)秀技術(shù)。

例1：您正在使用一臺帶有X、Y和Z軸驅動(dòng)的數控機床。Y軸不工作，但X軸和Z軸正在工作。所有三個(gè)軸共享相同的組件（反饋編碼器、伺服電機驅動(dòng)器、伺服電機）。

怎么做：交換這些相同的組件，一次一個(gè)，Y軸和一個(gè)工作軸（X或Z），每次交換后查看問(wèn)題是否隨交換而移動(dòng)。

例2：立體聲系統在左揚聲器上不發(fā)聲，但右揚聲器工作正常。

怎么做：從左右兩個(gè)通道中分別檢查是否有問(wèn)題。一旦找到了，你就找到了有缺陷的部件。例如，您可以在通道之間交換揚聲器：如果問(wèn)題轉移到另一側（即，之前死機的同一個(gè)揚聲器現在仍然死機，現在它已連接到正確的信道電纜），那么您就知道該揚聲器壞了。如果揚聲器和另一側的電纜連接不出聲音，那另一邊的揚聲器可能會(huì )保持沉默，或在放大器本身）。

如果揚聲器已經(jīng)過(guò)驗證，那么您可以使用相同的方法檢查電纜。交換電纜，使每個(gè)電纜現在都連接到放大器的另一個(gè)通道和另一個(gè)揚聲器。同樣，如果問(wèn)題發(fā)生了變化（即，現在右揚聲器“死機”，而左揚聲器現在發(fā)出聲音），那么現在連接到右揚聲器的電纜一定有缺陷。如果交換（揚聲器或電纜）都不會(huì )導致問(wèn)題從左向右改變，則問(wèn)題必須出在放大器內部（即，左聲道輸出必須為“死區”）。

如果一個(gè)系統由幾個(gè)并行或冗余的組件組成，這些組件可以在不破壞整個(gè)系統的情況下被移除，那么就開(kāi)始移除這些組件（一次一個(gè)），然后看看事情是否能重新開(kāi)始工作。

例1：“星型計算機之間的通信拓撲”已經(jīng)失敗。沒(méi)有一臺計算機能互相通信。

怎么做：試著(zhù)一次一臺地從網(wǎng)絡(luò )上拔下這些計算機的插頭，看看其中一臺拔下后網(wǎng)絡(luò )是否能重新開(kāi)始工作。如果是這樣的話(huà)，那么最后一臺被拔下的計算機可能就是故障所在（它可能通過(guò)不斷地輸出數據或噪聲來(lái)“干擾”網(wǎng)絡(luò )）。

例2：家用保險絲會(huì )在短時(shí)間內熔斷（或者斷路器一直斷開(kāi)）。

怎么做：把電器從電路上拔下，直到保險絲或斷路器停止中斷電路。如果您可以通過(guò)拔下單個(gè)設備的插頭來(lái)消除問(wèn)題，那么該設備可能有缺陷。如果你發(fā)現拔下幾乎所有的電器都能解決問(wèn)題，那么電路可能只是因為太多的電器而過(guò)載，而這些電器都沒(méi)有缺陷。

在一個(gè)有多個(gè)部分或多個(gè)階段的系統中，仔細測量每個(gè)階段進(jìn)出的變量，直到找到一個(gè)情況看起來(lái)不對勁的階段。

例1：收音機壞了（揚聲器沒(méi)有聲音）

怎么做：將電路分成幾個(gè)階段：調諧階段，混音階段，放大器階段，一直到揚聲器。測量這些階段之間的測試點(diǎn)的信號，并判斷一個(gè)階段是否工作正常。

例2：模擬夏季電路工作不正常。

怎么做：我將測試無(wú)源平均器網(wǎng)絡(luò )（示意圖左下角的三個(gè)電阻）以查看在運算放大器的非轉換輸入端是否有合適的（平均）電壓。然后我會(huì )測量逆變輸入端的電壓，看看它是否與非逆變輸入端相同（或者，或者，測量運算放大器兩個(gè)輸入端之間的電壓差，因為它應該是零）。繼續測試電路的各個(gè)部分（或只測試電路中的測試點(diǎn)），看看是否測量了預期的電壓和電流。

這與將一個(gè)系統劃分為多個(gè)部分的策略密切相關(guān)，這實(shí)際上是一種對新電路、機器或系統有用的設計和制造技術(shù)。從一小步開(kāi)始設計和構建過(guò)程總是更容易，從而導致越來(lái)越大的步驟，而不是一次構建整個(gè)過(guò)程并嘗試將其作為一個(gè)整體進(jìn)行故障排除。

假設有人正在制造一輛定制汽車(chē)。他（她）愚蠢地把所有的部件都栓在一起，而不檢查和測試部件和子系統，期望所有部件在組裝后都能完美地工作。理想情況下，建造商將在整個(gè)建造過(guò)程中檢查部件的正常運行：?jiǎn)?dòng)并調整發(fā)動(dòng)機之前檢查傳動(dòng)系統的接線(xiàn)是否有問(wèn)題之前所有蓋板就位，檢查車(chē)道上的制動(dòng)系統之前把它帶到路上等

無(wú)數次，我親眼目睹學(xué)生們建立了一個(gè)復雜的實(shí)驗電路，卻很難讓它工作，因為他們沒(méi)有停下來(lái)檢查東西：測試所有的電阻之前將它們插到適當的位置，確保電源電壓調節充分之前試圖用它來(lái)驅動(dòng)任何東西，這是人類(lèi)的天性，急于完成一個(gè)項目，認為這樣的檢查是浪費寶貴的時(shí)間。然而，在排除故障電路方面所浪費的時(shí)間比在整個(gè)施工過(guò)程中檢查子系統的運行所花費的時(shí)間要多。

以上一節中的模擬夏季電路為例：如果它不能正常工作呢？你將如何簡(jiǎn)化它并分階段測試它？好吧，你可以重新連接運算放大器作為一個(gè)基本的比較器，看看它是否對不同的輸入電壓有反應，和/或把它連接成一個(gè)電壓跟隨器（緩沖器），看看它是否輸出與輸入相同的模擬電壓。如果它不執行這些簡(jiǎn)單的功能，它將永遠無(wú)法在夏季賽道上發(fā)揮其功能！通過(guò)剝離夏季電路的復雜性，將其簡(jiǎn)化為一個(gè)（幾乎）光禿禿的運算放大器，您可以測試該組件的功能，然后從那里構建（添加電阻反饋并檢查電壓放大，然后添加輸入電阻并檢查電壓求和），一路檢查預期結果。

設置儀器（如數據記錄器、圖表記錄器或設置為“記錄”模式的萬(wàn)用表）以監測一段時(shí)間內的信號。這在追蹤間歇性問(wèn)題時(shí)尤其有用，這些問(wèn)題在你轉身離開(kāi)的那一刻就會(huì )顯現出來(lái)。

這對于證明在一個(gè)快速反應的系統中首先發(fā)生的事情是至關(guān)重要的。許多fast系統（特別是停堆“跳閘”系統）具有“先出”監控能力，以提供此類(lèi)數據。

示例1：汽輪機控制系統在異常情況下自動(dòng)關(guān)閉。然而，當一名技術(shù)人員到達現場(chǎng)調查渦輪機的狀況時(shí)，一切都處于“停機”狀態(tài)，無(wú)法判斷是什么信號或狀況導致了最初的停機，因為現在所有的運行參數都“異?！?/span>

怎么做：我認識的一位技術(shù)人員用攝像機記錄了渦輪機控制面板，這樣他就可以在自動(dòng)停機事件中首先看到發(fā)生了什么（通過(guò)儀表上的指示）。僅僅是事后再看專(zhuān)家組，根本無(wú)法判斷哪一個(gè)信號關(guān)閉了渦輪機，但錄像帶回放會(huì )顯示出發(fā)生的事情順序，低到一幀一幀的時(shí)間分辨率。

例2 :報警系統錯誤觸發(fā)，您懷疑這可能是由于某個(gè)特定的電線(xiàn)連接損壞。不幸的是，當你在看的時(shí)候，問(wèn)題永遠不會(huì )顯現出來(lái)！

怎么做：許多現代數字萬(wàn)用表都配備有“記錄”設置，因此它們可以隨時(shí)間監測電壓、電流或電阻，并記錄測量值是否與常規值有很大的偏差。對于“間歇性”電子系統故障，這是一個(gè)非常寶貴的工具。

以下問(wèn)題按最有可能到最不可能、自上而下的順序排列。此訂單主要是根據個(gè)人經(jīng)驗確定的，用于汽車(chē)、工業(yè)和家庭應用中的電氣和電子故障排除。此訂單還假設電路或系統已被證明按設計功能運行，并且在長(cháng)時(shí)間運行后出現故障。在新組裝的電路和系統中遇到的問(wèn)題不一定表現出相同的發(fā)生概率。

系統故障的一個(gè)常見(jiàn)原因是操作它的人的錯誤。這個(gè)問(wèn)題的原因被排在首位，但當然，實(shí)際的可能性很大程度上取決于具體負責操作的個(gè)人。如果操作員錯誤是導致故障的原因，則不可能的會(huì )在調查前被承認。我并不是說(shuō)操作員不稱(chēng)職和不負責任——恰恰相反：這些人往往是學(xué)習系統功能和獲得失敗歷史的最好老師——但人的錯誤的現實(shí)不容忽視。當人為錯誤是故障的根本原因時(shí)，一個(gè)積極的態(tài)度加上良好的人際關(guān)系技巧，在故障排除方面有很大的幫助。

盡管這對新學(xué)電子學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō)可能聽(tīng)起來(lái)不可思議，但電氣和電子系統問(wèn)題的高比例是由一個(gè)非常簡(jiǎn)單的故障源引起的：不良（即開(kāi)路或短路）電線(xiàn)連接。當環(huán)境惡劣時(shí)，尤其如此，包括高振動(dòng)和/或腐蝕性空氣等因素。在任何種類(lèi)的插頭和插座連接器、端子排或拼接中發(fā)現的連接點(diǎn)最容易發(fā)生故障?！斑B接”的類(lèi)別還包括機械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，可以認為是高周波連接器。不正確的電線(xiàn)終端接線(xiàn)片（例如壓接在固體電線(xiàn)——一個(gè)確定的錯誤的步驟)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的無(wú)故障維修后，可能會(huì )導致高電阻連接。

應該注意的是，低壓系統中的連接往往比高壓系統中的連接更麻煩。其主要原因是高電壓系統中不連續性（斷路）產(chǎn)生的電弧效應往往會(huì )炸掉絕緣層上的污垢和腐蝕，如果持續時(shí)間足夠長(cháng)，甚至可能將兩端焊接在一起。低壓系統往往不會(huì )在斷路器間隙產(chǎn)生如此劇烈的電弧，而且往往對電路中的附加電阻更為敏感。低壓系統中使用的機械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)具有建議的最小值濕電流即使其他電路元件的運行不需要該電流水平，也可通過(guò)它們進(jìn)行導通，以促進(jìn)斷開(kāi)時(shí)的正常電弧量。

盡管打開(kāi)失敗往往比短路故障、“短路”仍占接線(xiàn)故障模式的很大比例。許多短路是由電線(xiàn)絕緣性能下降引起的。同樣，當環(huán)境惡劣時(shí)尤其如此，包括高振動(dòng)、高熱、高濕度或高電壓等因素。很少發(fā)現機械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)發(fā)生故障短路，除非是在過(guò)電流條件下觸點(diǎn)“焊接”的高電流觸點(diǎn)。短路也可能是由端子板段或印刷電路板背面的導電堆積引起的。

短路接線(xiàn)的常見(jiàn)情況是接地故障，導體意外地接觸到接地或底盤(pán)接地。這可能會(huì )改變電路中其他導體與地面之間的電壓，從而導致奇怪的系統故障和/或人員危險。

這些通常包括跳閘的過(guò)電流保護裝置或過(guò)熱造成的損壞。雖然電源電路通常比被供電的電路復雜，因此僅憑此就不容易發(fā)生故障，但它通常比系統的任何其他部分處理更多的功率，因此必須處理更高的電壓和/或電流。此外，由于其相對簡(jiǎn)單的設計，系統的電源可能沒(méi)有得到應有的工程關(guān)注，大多數工程的焦點(diǎn)都集中在系統更迷人的部分。

有源元件（放大器件）比無(wú)源（非放大）器件更容易發(fā)生故障，這是因為它們更復雜，而且容易放大過(guò)電壓/過(guò)電流條件。眾所周知，半導體器件容易因電瞬態(tài)（電壓/電流浪涌）過(guò)載和熱（熱）過(guò)載而失效。電子管器件對這兩種失效模式的抵抗力要大得多，但由于結構脆弱，一般更容易發(fā)生機械故障。

非放大元件是所有元件中最堅固的，它們相對簡(jiǎn)單，比有源器件具有統計上的優(yōu)勢。下表給出了失效概率的近似關(guān)系（同樣，頂部最有可能，底部最不可能）：

• 電容器（短路），尤其是電解液電容器。糊狀電解液會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而失去水分，從而導致失效。薄介電層可能被過(guò)電壓瞬變擊穿。

• Diodes open (rectifying diodes) or shorted (Zener diodes).

• 或對導電變壓器繞組短路。與過(guò)熱（絕緣擊穿）有關(guān)的故障很容易通過(guò)氣味檢測出來(lái)。

• 電阻器開(kāi)路，幾乎從不短路。過(guò)電壓（或過(guò)電壓）通常是由過(guò)電壓（或過(guò)電壓）引起的。電阻也可能改變電阻值，如果過(guò)熱！

“人人都有犯錯的可能

約翰·洛克

雖然最后一節討論的是成功運行了一段時(shí)間的系統中的組件故障，但本節集中討論困擾全新系統的問(wèn)題。在這種情況下，失效模式一般不屬于老化類(lèi)型，而是與人為造成的設計和裝配錯誤有關(guān)。

在這種情況下，不良連接通常是由于裝配錯誤造成的，例如連接到錯誤的點(diǎn)或連接器制造不良。短路故障也會(huì )出現，但通常涉及錯誤連接（導線(xiàn)無(wú)意中連接到接地點(diǎn)）或電線(xiàn)夾在盒蓋下。

在新系統中發(fā)現的另一個(gè)與布線(xiàn)相關(guān)的問(wèn)題是，由于靠近布線(xiàn)，不同電路之間存在靜電或電磁干擾。這類(lèi)問(wèn)題很容易由布線(xiàn)組之間過(guò)于靠近（尤其是靠近電源導體的信號電纜布線(xiàn)）而產(chǎn)生，并且往往很難用測試設備識別和定位。

熔斷器熔斷和斷路器跳閘可能是故障的來(lái)源，特別是如果所討論的項目是對已經(jīng)運行的系統的補充。負載可能大于預期，導致過(guò)載和隨后的電源故障。

對于一個(gè)新組裝的系統，組件故障概率并不像操作系統隨著(zhù)時(shí)間推移而發(fā)生故障的情況那樣可預測。任何組件類(lèi)型（主動(dòng)或被動(dòng)）可能被發(fā)現有缺陷或“開(kāi)箱即用”的不精確值，概率大致相等，除非在運輸過(guò)程中有任何特定的敏感性（即易碎真空管或靜電敏感半導體組件）。此外，這些類(lèi)型的故障并不總是像年齡或短暫的故障那樣容易通過(guò)視覺(jué)或嗅覺(jué)來(lái)識別。

在使用基于微處理器的組件的大型系統中，越來(lái)越多的“編程”問(wèn)題仍然會(huì )困擾非微處理器系統，其形式包括不正確的延時(shí)繼電器設置、限位開(kāi)關(guān)校準和鼓形開(kāi)關(guān)序列。具有配置“跳線(xiàn)”或開(kāi)關(guān)以控制行為的復雜組件可能未正確“編程”。

可在新系統的容許范圍外使用。例如，可能安裝了額定功率過(guò)低、公差過(guò)大的電阻器。傳感器、儀器和控制機構可能未校準，或校準到錯誤的范圍。

也許最難確定和最慢被識別的（尤其是首席設計師）是設計錯誤的問(wèn)題，在這種情況下，系統不能正常工作僅僅是因為它不能按設計運行。這可能像設計者在系統中指定錯誤的組件一樣微不足道，也可能像由于設計者對物理知識不正確而導致系統無(wú)法工作一樣基本。

我曾經(jīng)看到安裝了一個(gè)渦輪機控制系統，它在潤滑油管上使用一個(gè)低壓開(kāi)關(guān)，在油壓下降到不足的水平時(shí)關(guān)閉渦輪機。潤滑油壓由汽輪機轉動(dòng)的油泵提供。安裝后，渦輪機拒絕啟動(dòng)。為什么？因為停機時(shí)，油泵沒(méi)有轉動(dòng)，因此沒(méi)有油壓潤滑汽輪機。低油壓開(kāi)關(guān)檢測到這種情況，控制系統將汽輪機維持在停機模式，阻止其起動(dòng)。這是一個(gè)典型的設計缺陷的例子，它只能通過(guò)改變系統邏輯來(lái)糾正。

雖然大多數設計缺陷在系統的運行壽命早期就顯現出來(lái)了，但有些缺陷會(huì )一直隱藏，直到出現觸發(fā)故障的合適條件。這些類(lèi)型的缺陷是最難發(fā)現的，因為故障檢修人員通常忽略了設計錯誤的可能性，因為系統被假定為“已證實(shí)”。汽輪機潤滑系統的例子是啟動(dòng)時(shí)不可能忽略的設計缺陷?！半[藏”設計缺陷的一個(gè)例子可能是一臺機器的應急冷卻系統出現故障，該系統設計成在達到某些異常條件之前保持不活動(dòng)狀態(tài)——這種情況在系統的使用壽命中可能永遠不會(huì )出現。

錯誤的推理和糟糕的人際關(guān)系比其他任何障礙都更容易導致故障排除。有鑒于此，有抱負的疑難解答人員需要熟悉一些常見(jiàn)的故障排除錯誤。

相信一個(gè)全新的部件永遠是好的。雖然通常情況下，一個(gè)新組件將處于良好狀態(tài)，但事實(shí)并非如此總是是的。也有可能是組件貼錯了標簽，并且可能有錯誤的值（通常這種錯誤標簽是在分銷(xiāo)或倉儲點(diǎn)而不是在制造商處犯下的錯誤，但是，不總是這樣 !).

不定期檢查你的測試設備。電池供電的電表尤其如此，因為電池電量不足可能會(huì )產(chǎn)生虛假讀數。當使用電表安全檢查危險電壓時(shí)，請記住在已知電壓源上測試電表之前和之后檢查要維修的電路，確保儀表處于正常工作狀態(tài)。

假設只有一個(gè)原因可以解釋這個(gè)問(wèn)題。單一故障系統問(wèn)題是故障排除的理想選擇，但有時(shí)故障有多個(gè)數量。在某些情況下，一個(gè)組件的故障可能導致系統狀況損壞其他組件。有時(shí)一個(gè)處于邊緣狀態(tài)的組件在很長(cháng)一段時(shí)間內未被檢測到，那么當另一個(gè)組件出現故障時(shí)，系統就會(huì )出現二者都組件

把巧合誤認為是因果關(guān)系。僅僅因為兩個(gè)事件幾乎同時(shí)發(fā)生不必然意味著(zhù)一件事引起其他的！它們可能是共同原因的結果，也可能是完全無(wú)關(guān)的！如果可能的話(huà)，試著(zhù)復制同樣的疑似原因，看看懷疑是巧合的事件是否再次發(fā)生。如果不是，那么就沒(méi)有假設的因果關(guān)系。這可能意味著(zhù)這兩個(gè)事件之間沒(méi)有因果關(guān)系，或者有因果關(guān)系，但不是你所期望的那種。

自感失明在對一個(gè)難題進(jìn)行長(cháng)期的故障排除后，您可能會(huì )感到疲倦并開(kāi)始忽略問(wèn)題的關(guān)鍵線(xiàn)索。休息一下，讓別人看一會(huì )兒。你會(huì )驚訝于這會(huì )有多大的不同。另一方面，在故障排除過(guò)程開(kāi)始時(shí)尋求幫助通常是個(gè)壞主意。有效的故障排除涉及復雜的、多層次的思考，這不容易與他人溝通。通常，“團隊故障排除”比自己動(dòng)手要花更多的時(shí)間和更多的挫折感。此規則的一個(gè)例外是，當故障排除人員的知識是互補的：例如，一個(gè)懂電子技術(shù)但不懂機器操作的技術(shù)人員與一個(gè)知道機器功能但不懂電子設備的操作員合作。

不質(zhì)疑同一工作中其他人的故障排除工作。這聽(tīng)起來(lái)可能有些憤世嫉俗和憤世嫉俗，但這是一個(gè)合理的科學(xué)實(shí)踐。因為很容易忽略重要的細節，所以從另一個(gè)故障排除人員那里收到的故障排除數據在繼續之前應該親自驗證。這是常見(jiàn)的情況，當故障排除人員“換班”時(shí)，一名技術(shù)人員接替另一名在工作完成前離開(kāi)的技術(shù)人員。交換信息很重要，但不要假設先前的技術(shù)人員檢查了他們所說(shuō)的一切，或檢查得很完美。在很多情況下，我的故障排除工作一直受到阻礙，因為我沒(méi)有核實(shí)別人告訴我他們檢查了什么。

迫于壓力“快點(diǎn)”當一個(gè)重要的系統發(fā)生故障時(shí)，會(huì )有來(lái)自其他人的壓力，要求盡快解決問(wèn)題。正如人們在商業(yè)上所說(shuō)的，“時(shí)間就是金錢(qián)”。我已經(jīng)多次承受這種壓力，所以我能理解權宜之計的必要性。然而，在許多情況下，有一個(gè)更高的優(yōu)先事項：謹慎。如果所討論的系統對生命和肢體有極大的危險，“抓緊時(shí)間”的壓力可能導致傷亡。至少，在系統重新啟動(dòng)時(shí)，倉促的維修可能會(huì )導致進(jìn)一步的損壞。如果智能化處理，大多數故障可以在短時(shí)間內恢復或至少暫時(shí)修復。不恰當的“修復”導致的倉促往往會(huì )導致不能在短時(shí)間內恢復，如果有的話(huà)。如果潛在的更大的危害是存在的，疑難解答者需要禮貌地處理來(lái)自他人的壓力，并在混亂中保持他們的觀(guān)點(diǎn)。在這個(gè)領(lǐng)域，人際交往能力和技術(shù)能力同樣重要！

指手畫(huà)腳因為無(wú)知、驕傲、懶惰或其他人性的不幸，把問(wèn)題歸咎于別人是很容易的。當系統維護的責任被劃分到各個(gè)部門(mén)或工作人員時(shí)，故障排除工作往往因小組之間的相互指責而受阻?！边@是個(gè)機械問(wèn)題。這是個(gè)電氣問(wèn)題。這是儀器問(wèn)題……”無(wú)窮無(wú)盡，無(wú)窮無(wú)盡，在工作中太常見(jiàn)了。我發(fā)現，積極的態(tài)度比其他任何事情都更有助于撲滅指責之火。

在一項特殊的工作中，我被召去修理一個(gè)液壓系統的問(wèn)題，這個(gè)系統假設與電子計量和控制有關(guān)。我的故障排除把故障的根源排除在一個(gè)有故障的控制閥上，這是millwright（機械）工作人員的職責范圍。我知道輪班的磨坊工人是個(gè)有爭議的人，所以如果我把問(wèn)題轉給他的部門(mén)，我就預料到會(huì )有麻煩。相反，我禮貌地向他和他的主管解釋了問(wèn)題的性質(zhì)以及我的推理概要，然后繼續幫助他更換有故障的閥門(mén)，盡管這樣做不是“我”的責任。結果，問(wèn)題很快就解決了，我得到了磨坊工人的尊重。