[發明專利]船用核動力裝置基于多層流模型的不確定性故障診斷方法

無效

• 申請號: 201110127128.0
• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN102298978A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 楊明;張志儉;張旭;王大桂;顏聲遠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G21D3/00
• 分類號: G21D3/00;G21D3/06;G21C17/00
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技術領域

本發明涉及的是一種復雜系統故障診斷方法，具體地說是針對船用核動力裝置故障及其征兆間復雜且具有不確定性的邏輯關系而提出的一種基于多層流模型的故障診斷方法。?

背景技術

故障診斷是指應用測試分析手段和診斷理論，對系統運行中所發生故障的機理、原因、部位和程度等進行識別，為進一步制定故障設備的維修方案和采取適當的應急操作提供支持。系統故障診斷以設備狀態識別為基礎，從設備的異常狀態(即征兆)出發，根據系統守恒原理和控制規則分析征兆間的因果關系，從而實現故障定位、定性及定因。?

本發明所涉及的對象是船用核動力裝置，船用核動力裝置在實際運行中，設備的結構和性能受噪音、搖擺和海水腐蝕等因素影響，表現出不同的劣化趨勢：一方面，不同工藝類型的設備受外界因素的影響程度不同，表現出不同的故障類型；另一方面，由于運行環境、操縱員的操作能力和管理水平的差異，即使相同工藝的設備在故障發生的頻率、表現形式和表現特征等方面也可能不同。特別地，船用核動力裝置屬于小子樣問題，缺乏完整的故障診斷知識，對某些設備的故障機理還不明確；或者對設備的故障機理清楚，但是由于系統本身的復雜性，對其它設備和系統的影響難以判斷。此外，由于船用核動力裝置系統龐大，受船體空間限制，不能實現功能獨立，存在設備共用現象，一旦發生故障，將導致系統大量參數異常，征兆間因果關系難以明確。例如：表象(故障征兆)和成因(故障模式)之間存在不確定性，一種故障征兆可能對應多種故障模式；反之，某一故障模式也可能會表現出多種故障征兆。最后，設備的運行環境、控制過程、操縱員干預、傳感器檢測，以及專家知識等都具有不確定性因素。因此對船用核動力裝置進行故障診斷一個亟待解決的關鍵問題就是認識和處理故障診斷中不確定性問題。?

不確定性可以理解為在缺少足夠信息的情況下做出判斷，是智能問題的本質特征；推理是人類的思維過程，是從已知事實出發，運用相關的知識逐步推出結論的過程。所謂不確定性推理就是從不完整的初始證據出發，通過運用不確定性知識，最終推出具有一定程度不確定性但卻是合理或者近乎合理的結論的思維過程。?

不確定性推理可以是定性的、定量的，或者是定性與定量結合的。不確定性推理可以分為符號推理和數值推理兩大類。其中，符號推理方法在推理過程中信息損失較少，但計算量?較大，典型方法包括認可理論(Endorsement?Theory)等。數值推理方法雖然在推理過程中有一定的信息損失，但易于實現，典型方法如概率推理等。目前在不確定性推理領域，主要采用數值推理方法。?

概率推理方法中最早使用的是不確定因子方法，是由Shortliffe和Buchanan于1975年提出的，用于處理MUCIN系統中的不確定信息。1976年，Duda等提出了主觀貝葉斯方法，并應用于探礦專家系統PROSPECTOR的設計。主觀貝葉斯方法主要利用貝葉斯公式和變形的貝葉斯公式來計算給定證據下假設(給定故障)發生的概率。1985年，Per1給出了貝葉斯網絡方法，貝葉斯網絡是一個有向無環圖，其中節點是變量，弧表示相關變量之間的依存關系，變量的取值對應于證據與假設，變量之間的信賴程度用條件概率表示。近年來，我國學者張勤在貝葉斯網絡的基礎上，提出了因果有向圖法，解決了貝葉斯網絡無法處理環路的問題。?

然而，在利用貝葉斯網絡、因果有向圖等現有系統建模方法進行不確定性知識組織時，依靠專家知識而建立的不確定性推理模型本身存在隨意性，不同專家利用同一方法針對同一系統問題所建立的模型也有可能不同。另外，由于系統本身的復雜性，所建模型通常龐大，導致了計算過程復雜，影響了診斷的實時性。?

本發明主要目的是為船用核動力裝置故障診斷提出一種規范化、模塊化和層次化的人工系統不確定性知識表達和推理方法。本方法采用多層流模型(Multilevel?Flow?Models，MFM)作為系統知識表達方法。MFM是上世紀80年代丹麥技術大學的Morten?Lind提出的，從認知科學的角度運用符號學方法從系統目標、功能以及物理部件三個角度描述復雜系統的設計目的及其實現手段。與其它建模方法不同，MFM不僅描述了復雜系統的過程行為，而且強調了這些行為的目的性。目標、功能以及物理部件通過不同的關系(包括達成關系、實現關系和條件關系)連接成一體，使MFM在“手段-目的”、“部分-整體”兩個方向上可對目標系統進行多層次抽象。MFM引入“流”(Flow)的概念，“流”的傳播遵循守恒原則。因此，用MFM描述系統具有模型規范、簡單明了、清晰易懂、易于修改和驗證等優點。?