[发明专利]基于贝叶斯方法的航天阀门零件加工过程故障诊断方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种航天阀门零件加工技术领域，更具体的说，涉及一种基于贝叶斯方法的航天阀门零件机械加工过程故障诊断方法。

背景技术：

随着工业迅猛发展，现代设备的结构越来越复杂，自动化的规模日益增大，各结构、各阶段的耦合越来越紧密。一方面，随之提高的系统自动化水平给生产带来了可观的经济效益，另一方面，影响系统运行的因素骤增，导致其发生故障的潜在可能性也随之递增。现代生产对机械设备的可用性、安全性、可靠性和可维修性更高的要求催生了人们对故障诊断技术的研究。

航天阀门是航天设备流体输送系统中的控制部件，精度要求高，但其制造过程比较复杂，潜在的故障及失效模式也更繁复，高复杂性与多变量性对产品质量的影响更多也更大。因此，对航天阀门制造过程的质量控制和故障诊断至关重要。这一方面可以及时检测并发现质量失控，从而大幅度地减少废品，降低生产成本；二是可以诊断出失控的内在原因，识别、监控航天阀门零件的加工过程，使得工程师可以快速调整工艺过程。目前已有的故障诊断专家系统多种多样，包括斯坦福大学的DENDRAL专家系统、美空军研制的用于飞机喷气发动机故障诊断专家系统XMAN等，但针对航天阀门零件制造过程的故障诊断方法尚属空白。

传统的专家系统故障诊断技术主要基于继承模式、神经网络、贝叶斯网络等规则。专利号为CN 103245911A，名称为“一种基于贝叶斯网络的断路器故障诊断方法”提出基于贝叶斯网络的重要度分析方法，利用专家系统对故障模式进行预测，实现对断路器实时运行状态的诊断。但其故障诊断采用罗列法，缺乏系统全面的知识获取方式，且相较之，航天阀门制造过程的故障与失效原因种类繁多，无法直接采用罗列法进行处理。

发明内容：

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于贝叶斯方法的航天阀门零件机械加工过程故障诊断方法，克服航天阀门制造过程故障与失效原因种类繁多，无法直接利用罗列法进行处理的不足，提出了一种基于控制图理论、FMEA与FTA分析、贝叶斯方法的航天阀门零件机械加工故障诊断方法。由于控制图能够有效、全面地监控产品质量，并且异常模式有限、统一、易于辨识，而FMEA分析与FTA分析能清晰、完整地表示故障原因与结果之间的关系，因此可采用控制图异常模式来表征航天阀门制造过程的故障，用FMEA与FTA分析作为专家系统知识库知识获取的手段，并通过重要度分析与贝叶斯定理，得到最有可能引起异常的原因列表，实现航天阀门零件质量监控与故障诊断。该故障诊断方法，可以作为贝叶斯方法和专家系统的补充，有效地实现航天阀门零件质量监控与故障诊断过程。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于贝叶斯方法的航天阀门零件加工过程故障诊断方法，结合控制图模式识别、失效模式与效果分析(FMEA)、故障树分析(FTA)与贝叶斯方法诊断，该方法包括下述步骤：

第一步：获得航天阀门零件加工过程数据的控制图；

第二步：航天阀门零件加工过程控制图模式识别；

对控制图异常模式进行科学划分，设置参数可变的可编译异常状态，根据该异常状态对零件实际加工过程控制图进行异常模式识别，如果无异常模式出现，则对该过程继续实施监控；如果出现异常模式，则转入故障诊断环节；

第三步：对航天阀门零件进行工艺FMEA分析，获得工艺FMEA分析的信息；

第四步：在上述工艺FMEA分析的基础上，对航天阀门零件加工过程进行FTA分析；

第五步：根据第三步工艺FMEA分析与第四步FTA分析的结果，建立航天阀门故障诊断专家系统知识库，根据重要度分析获取主要异因集合，进行主因分析；

第六步：对航天阀门零件加工过程进行贝叶斯方法诊断；

针对第五步中获取的主要异因集合，进行贝叶斯定理推断，获取最有可能引起顶事件异常模式的原因列表。

所述第一步的具体方法是：通过对零件加工过程中的关键工序进行质量监控，按时间序列测量关键工序的加工数据，将其分别绘制成四种类型的控制图，包括：均值控制图、累积和控制图(Cumulative Sum，CUSUM)、Q图、单值控制图，其中，均值控制图广泛适用于各类型各批量的零件，CUSUM累积和控制图主要用于识别缓慢偏离过程目标的过程，Q图主要针对小批量零件，而单值控制图对异常反应最为灵敏；