[發(fā)明專利]模塊化復(fù)雜裝備貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410308885.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104133984B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡志強(qiáng);司偉濤;司書(shū)賓;張帥;李淑敏;王寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種模塊化復(fù)雜裝備貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)部件之間的物理邊界和實(shí)際故障預(yù)測(cè)對(duì)象將復(fù)雜裝備系統(tǒng)分解成多個(gè)獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)的子模塊；

步驟二、利用不同的FPBN建模方法對(duì)復(fù)雜裝備各模塊的所有故障模式獨(dú)立建模，建立起各模塊的故障模式對(duì)應(yīng)的FPBN模型；

步驟三、對(duì)各FPBN模型進(jìn)行修正；

(1)沖突節(jié)點(diǎn)修正；

對(duì)于同一故障模式及故障原因節(jié)點(diǎn)，由于某FPBN模型中的故障模式節(jié)點(diǎn)M_j可能是其它復(fù)雜裝備模塊對(duì)應(yīng)FPBN模型的故障原因節(jié)點(diǎn)C_i，即M_j＝C_i，在此情況下，考慮以故障模式節(jié)點(diǎn)M_j為核心，將其它FPBN模型中故障原因節(jié)點(diǎn)C_i的父節(jié)點(diǎn)加入到故障模式節(jié)點(diǎn)M_j的父節(jié)點(diǎn)集合，并刪除故障原因節(jié)點(diǎn)C_i與父節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；修正過(guò)的FPBN模型既保留了原有模型包含的關(guān)聯(lián)關(guān)系，又解決了父節(jié)點(diǎn)沖突的問(wèn)題；

對(duì)于同一故障原因與故障原因節(jié)點(diǎn)，由于某FPBN模型中的故障原因節(jié)點(diǎn)C_i可能與其它復(fù)雜裝備模塊對(duì)應(yīng)FPBN模型的故障原因節(jié)點(diǎn)C_j為同一個(gè)變量，即C_i＝C_j，在此情況下，考慮重新建立一個(gè)以C_i和C_j對(duì)應(yīng)變量為故障模式節(jié)點(diǎn)M_k的FPBN模型，將兩個(gè)原始模型中C_i和C_j的父節(jié)點(diǎn)加入到故障模式節(jié)點(diǎn)M_k的父節(jié)點(diǎn)集合，并刪除故障原因節(jié)點(diǎn)C_i和C_j與父節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以解決父節(jié)點(diǎn)沖突的問(wèn)題；

對(duì)于同一故障檢測(cè)與故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，由于FPBN模型中的故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)E_i可能與其他FPBN模型的故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)E_j為同一個(gè)變量，即E_i＝E_j；此時(shí)，重新建立一個(gè)以E_i和E_j對(duì)應(yīng)變量為故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)E_k的FPBN模型，將兩個(gè)原始模型中E_i和E_j的父節(jié)點(diǎn)加入到故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)E_k的父節(jié)點(diǎn)集合，并刪除故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)E_i和E_j與父節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

(2)冗余節(jié)點(diǎn)修正；

當(dāng)在多個(gè)模型中存在冗余節(jié)點(diǎn)，即不同F(xiàn)PBN中的C_i與C_j為同一個(gè)變量且均無(wú)父節(jié)點(diǎn)時(shí)，考慮重新建立一個(gè)以C_i和C_j對(duì)應(yīng)變量為故障模式節(jié)點(diǎn)M_k的新FPBN模型；同時(shí)，為了確保M_k在FPBN模型中不為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，為其加上一個(gè)虛擬故障原因節(jié)點(diǎn)C_l；

(3)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)修正；

對(duì)于FPBN中存在的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，由于其狀態(tài)的變化不會(huì)影響到模型中其他節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率；因此，將FPBN中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)直接刪除；

步驟四、對(duì)FPBN模塊化處理以形成FPBNM，把模塊中除了與其他模塊相連的共享輸入節(jié)點(diǎn)、共享輸出節(jié)點(diǎn)以外的其他全部節(jié)點(diǎn)封裝起來(lái)，用一個(gè)代表整個(gè)模塊的高級(jí)節(jié)點(diǎn)G表示，形成FPBNM的高級(jí)節(jié)點(diǎn)模式；

(1)故障模式節(jié)點(diǎn)：如果故障模式節(jié)點(diǎn)在其他FPBN模型中還存在子節(jié)點(diǎn)，將其映射為FPBNM中的共享輸出節(jié)點(diǎn)；若該故障模式節(jié)點(diǎn)在其他FPBN模型中沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)，則將其映射為FPBNM中的直接輸出節(jié)點(diǎn)；

(2)故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)：故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)只能映射為FPBNM中的直接輸出節(jié)點(diǎn)；

(3)FPBN模型中的故障原因節(jié)點(diǎn)情況比較復(fù)雜，具體映射規(guī)則如下：

若該故障原因節(jié)點(diǎn)在FPBN外沒(méi)有父子節(jié)點(diǎn)，在FPBN內(nèi)部只有父節(jié)點(diǎn)，則可以映射為FPBNM中的直接輸出節(jié)點(diǎn)；

若該故障原因節(jié)點(diǎn)在FPBN外沒(méi)有父子節(jié)點(diǎn)，但在FPBN內(nèi)部同時(shí)具有父子節(jié)點(diǎn)，則可以映射為FPBNM中的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)；

若該故障原因節(jié)點(diǎn)在FPBN外沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)，但在FPBN內(nèi)部只有子節(jié)點(diǎn)，則可以映射為FPBNM中的直接輸入節(jié)點(diǎn)；

若該故障原因節(jié)點(diǎn)在FPBN外至少有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，且在FPBN內(nèi)部只存在子節(jié)點(diǎn)，則可以映射為FPBNM中的共享輸入節(jié)點(diǎn)；

(4)FPBNM中的有向邊連接關(guān)系與FPBN保持一致；

(5)FPBNM中的先驗(yàn)概率及條件概率分布與FPBN中對(duì)應(yīng)參數(shù)保持一致；

步驟五、將FPBNM集成，或者將模塊中的節(jié)點(diǎn)全部封裝起來(lái)，用一個(gè)代表整個(gè)模塊的超級(jí)節(jié)點(diǎn)S表示，多個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步封裝；

確定系統(tǒng)頂層故障模式，在復(fù)雜裝備FPBNM集合中搜索對(duì)應(yīng)的模塊，作為頂層FPBNM；

搜索以頂層FPBNM中共享輸入節(jié)點(diǎn)為共享輸出節(jié)點(diǎn)的所有FPBNM，作為中間層FPBNM；

根據(jù)搜索到的所有中間層FPBNM，進(jìn)一步搜索以其共享輸入節(jié)點(diǎn)為共享輸出節(jié)點(diǎn)的所有FPBNM，作為其他中間層FPBNM；

依次向下層搜索，直到搜索到的FPBNM中沒(méi)有任何共享輸入節(jié)點(diǎn)，作為底層FPBNM；

以所有底層FPBNM為基礎(chǔ)，進(jìn)一步搜索所有以其共享輸出節(jié)點(diǎn)為共享輸入節(jié)點(diǎn)、且尚未在被搜索到的其它FPBNM，作為中間層FPBNM；

依次向上層搜索，直到搜索到的FPBNM中沒(méi)有任何共享輸出節(jié)點(diǎn)，作為中間層FPBNM；

從共享輸出節(jié)點(diǎn)SO_i分別向其他FPBNM中與其匹配共享輸入節(jié)點(diǎn)SI_j引入有向邊，SI_j的條件概率分布為P(SI_j/SO_i)＝P(SO_i)，即二者分布概率永遠(yuǎn)同步；

FPBN集成模型中非共享輸入節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率及條件概率分布與各原始FPBNM集合保持一致；

步驟六、基于復(fù)雜裝備的集成模型，綜合采用完整節(jié)點(diǎn)模式和超級(jí)節(jié)點(diǎn)模式的推理算法計(jì)算出復(fù)雜裝備系統(tǒng)各故障模式發(fā)生的后驗(yàn)概率，從而進(jìn)行故障狀態(tài)預(yù)測(cè)。