[发明专利]一种混合故障预警模型的建模方法及混合故障预警模型

说明书

技术领域

本发明涉及安全工程技术领域，具体地涉及一种混合故障预警模型的建模方法及混合故障预警模型。

背景技术

随着状态监测技术的不断发展，越来越多的专家学者致力于研究系统故障的检测与分类，并开发了不少成熟的状态监测与诊断软硬件系统。但“百病不如一防”，为了提高系统的本质安全，必须通过故障预警从根本上避免故障产生的条件。现有的方法往往关注于单个部件或一个独立子系统的退化机制和剩余寿命的研究。然而，复杂系统大多不是在实验室那样稳定的环境中运行，而是受到各种内部和外部随机事件的影响，系统之间的交互、环境的变化、人为失误、机器老化以及其他不确定因素都会导致故障耦合作用的发生及演化，并使得系统的行为具有随机性。简单的将其拆分为独立的单元虽然降低了问题的难度，却得不到最优解，也不符合实际工程情况。尤其当系统存在共因失效(common cause failure)、相关失效或部件具有多种失效模式的情况时，现有预测模型忽略了系统变量之间以及故障失效模式之间的相互作用及影响程度，推理与决策的合理性较低，并容易产生误报或漏报现象。

复杂系统中各个部件故障模式自身以及相互影响的发展变化过程体现为一条故障因果链，其通过因果关系将由最初故障模式引起的一系列故障模式关联起来。复杂系统的故障耦合作用实际上是一个以故障因果链为基础的网络，一个或少数几个节点发生的故障(可能是随机发生，也可能是人为因素造成的)会通过网络节点之间的耦合关系引起其他节点发生故障，最终导致相当一部分节点甚至整个网络的崩溃。其中，故障因果链是指：复杂系统中各个部件故障模式自身以及相互影响的发展变化过程体现为一条故障因果链，其通过因果关系将由最初故障模式引起的一系列故障模式关联起来。

因此，为了避免故障产生的条件，提高故障根源性因素辨识的合理性，亟待研究出一种可实现如下功能的基于故障因果链的混合故障预警模型：

(1)希望能在发生故障之前，通过混合故障预警模型进行根源性危险的辨识，采取预控措施使系统保持在规定状态；

(2)当发生早期单点故障时，希望通过混合故障预警模型能预测已发生故障的发展趋势以及对其他单点状态的影响，有利于采用故障隔离主动切断故障传播路径，防止故障扩散并导致其他单点状态的破坏甚至系统的崩溃。

发明内容

本发明的目的在于，弥补国内现有的复杂系统故障预警模型的不足，提供一种准确、合理、有效的混合故障预警模型，通过故障因果链的定量建模与推理，突破传统方法所需的部件失效独立性等假设条件，有效的实现故障预警分析中对多部件、多危险源系统故障根源性因素的准确辨识，以及对部件未来退化趋势及其剩余使用寿命的合理预测。

一方面，本发明实施例提供了一种混合故障预警模型的建模方法，所述方法包括：基于危险与可操作性分析HAZOP或失效模式与效果分析FMEA，生成功能分析模块；基于FMEA分析结果和离散时间马尔科夫随机过程理论，生成退化分析模块；根据状态监测数据和维修活动信息，生成事件分析模块；根据所述功能分析模块和所述退化分析模块的输出结果结合动态贝叶斯网络理论，生成行为分析模块；以事件分析模块输出的可观测状态变量实时监测值为推理证据，利用动态贝叶斯网络推理算法在所述行为分析模块的同一时间片内进行前后向推理，生成评价模块，输出系统故障因素和故障引发的可能后果；以所述评价模块的输出结果和所述事件分析模块输出的可观测状态变量实时监测值为推理证据，利用动态贝叶斯网络推理算法不同的时间片之间进行前后向推理，生成预测模块，输出系统各个部件未来的退化趋势。