[發明專利]基于數據驅動的海洋平臺多階段任務系統可靠性估計方法

有效

• 申請號: 201510925359.4
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105426692B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 李娟;馮磊;司小勝;陳秀榮;張寶琳;徐樹生;張鵬
• 申請（專利權）人: 青島農業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島聯信知識產權代理事務所(普通合伙) 37227
• 代理人: 徐艷艷;王月玲

本發明涉及一種基于數據驅動的海洋平臺多階段任務系統的可靠性估計方法，該估計方法主要包括：建立多階段任務過程模型，估計任務時間的概率密度函數；建立系統退化過程模型，估計剩余壽命；根據多階段任務過程模型和系統退化模型的可靠性定義，利用任務時間估計值和系統壽命估計值實時計算得到系統可靠性參量值。本發明利用所測的傳感器數據，建立了個體多階段任務系統的歷史數據與當前實時數據信息之間的聯系，實時準確估計出動態條件下多階段任務系統的可靠性參量，解決了現有方法僅適用于靜態假設和特定系統的問題。本發明實時準確估計海洋平臺這類多階段任務系統的可靠性參量，及時對系統進行有效的維護，降低系統維護成本，有效避免了災難性故障的發生。

技術領域

本發明屬于可靠性工程技術領域，具體地說，涉及一種海洋平臺多階段任務系統可靠性估計方法。

背景技術

海洋平臺是用于完成海洋油氣開發工作的復雜設備系統，通常，海洋平臺這類復雜系統完成特定任務時需要經過多個階段，且各階段的退化特性各不相同，在已有文獻研究成果中，這類系統被稱為多階段任務系統。多階段任務系統的基本特點是：多重、階段內連續、各階段不相重疊。在不同的連續時間期(即階段)內，系統所完成的階段任務不同，所以系統各階段的結構可靠性也不同。對于海洋平臺系統，其完成海洋油氣開發工作需經歷海上平臺搭建、鉆井、壓裂、下套管、采油等幾個階段，只有所有階段的任務成功可靠完成才能保證系統任務的最終完成。

復雜系統中，可靠性是系統設計、運行及維護保養過程中最為重要的指標參數之一，是一個用于衡量工程系統性能的重要參量。因此，海洋平臺多階段任務系統可靠性的準確估計對于系統的維護及維修極為重要，一定程度上可以降低系統維護成本，有效避免災難性故障的發生。

針對海洋平臺這類多階段任務系統的可靠性估計問題，現有研究成果中主要采用故障樹分析方法和基于二元決策圖的方法，然而這些方法過分依賴多階段任務系統的結構已知，但是實際上，工程應用中多階段任務系統通常由于過于復雜而難以準確獲取完整的結構信息。以海洋平臺為例，海洋平臺在海上工作，隨機的海浪、潮汐、海流、流冰、地震、腐蝕等干擾多，井下未知性強，工作環境極其復雜且不確定，其動態機理模型難以事先準確建立，這決定了其完整的結構信息不可能準確獲取。由此，上述兩類主要方法在應用中受到很大限制，從而難以有效準確估計出系統的可靠性。另一方面，現有方法僅適用于靜態假設條件下，本質上是一種離線方法，無法建立起可靠性與歷史觀測數據及當前實時監測數據之間的聯系，不可用于系統可靠性的動態估計。所以，采用現有方法難以準確地估計出多階段任務系統的可靠性，從而無法有效地預測系統的故障，而任何小的故障隱患都可能演變為大的事故，導致海洋平臺的井噴、火災、爆炸、漏油等事故發生，導致平臺毀壞、傾斜或者傾覆。因此，迫切需要尋求一種新的多階段任務系統可靠性預測估計解決方案。

隨著信息技術的發展，海洋平臺大多數都裝備了數據采集和傳輸系統，可以實時采集海洋平臺上的物理量，如電機的電壓、電流、原油溫度、懸點載荷和位移等數據。然而，這些數據目前僅用于簡單的檢測和報表，缺乏面向生產的安全監控和可靠性預測等深層次的數據挖掘，從而造成資源的浪費。為此，這些大量的傳感器數據信息為海洋平臺多階段性任務系統的可靠性預測估計提供了一個潛在的解決途徑。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于數據驅動的海洋平臺多階段任務系統可靠性估計方法，該方法采用所觀測的傳感器數據，構建歷史數據信息和當前實時信息之間的關系，實時準確估計出動態條件下多階段任務系統可靠性參量，已解決現有方法僅適用于靜態假設條件的問題。

根據本發明一實施例，提供了一種基于數據驅動的海洋平臺多階段任務系統可靠性估計方法，其步驟為：

通過傳感器對系統的環境進行檢測，綜合利用傳感器所觀測的系統環境監測數據，建立個體多階段任務系統的歷史數據與當前實時數據信息之間的聯系，采用隨機濾波模型對階段區間進行建模，獲得多階段任務過程模型，估計任務時間的概率密度函數，獲得多階段任務系統的任務時間估計值。