一种基于设计数据分析的故障诊断建模方法
【专利摘要】本发明提出一种基于设计数据分析的故障诊断建模方法，模型的表现形式为故障方程。该建模方法通过设备/系统的FMECA，提取出设备/系统的系统结构单元信息、故障模式信息、测试信息、信号流与故障流、以及相关性和辅助信息；根据提取的信息，建立设备/系统的测试性模型，通过仿真分析生成初始D矩阵；初始D矩阵中故障和测试的名称包括相应单元的结构层次信息，将初始D矩阵转化成{0，1，×}三值扩展D矩阵；然后在FMECA、测试性模型和BIT设计的基础上，结合本系统内部各个底层系统在功能、结构、行为、拓扑四个方面的交联关系，通过人工分析，提取其故障诊断逻辑；最后采用建模辅助工具完成故障方程的交互式开发。
【专利说明】-种基于设计数据分析的故障诊断建模方法
【技术领域】：
[0001] 本发明适用于raM项目相关设备的诊断建模，设及一种故障诊断建模方法。
【背景技术】：
[0002] 故障诊断与报告是閒1系统的核屯、功能之一。故障诊断技术可分为基于规则推理 伽时的诊断、基于模型推理（MBR)的诊断、基于案例推理仰R)的诊断。基于规则的诊断 系统中，推理知识与推理程序二者相互分离，便于维护；规则来源于领域知识的显式提炼； 推理算法简单，结论明确，特别适合于突发性故障的在线自主诊断、W及渐发性故障的在线 异常检测。基于模型的诊断系统中，推理知识与推理程序通常是集成的，不利于维护；计算 复杂度一般较高；数值型模型存在置信度或精度问题，比较适合于渐发性故障的异常分析、 离线诊断。基于案例的诊断系统中，推理知识与推理程序二者相互分离，便于维护；计算复 杂度一般较高；相似推理存在置信度或精度问题；真实案例匿乏、技术成熟度不高是其主 要瓶颈，适合于疑难故障的离线诊断。
[0003] 基于故障方程的诊断方法属于基于规则推理（RBR)技术，它是在加电及周期性测 试及状态监测作为数据输入的基础上，通过对知识库中的故障方程的诊断逻辑的匹配来完 成故障诊断，并利用故障方程属性输出诊断报告。
【发明内容】
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[0004] 本发明提出一种基于设计数据分析的故障诊断建模方法，模型的表现形式为故障 方程，因此旨在建立故障方程，用于閒M项目相关设备的诊断建模，完成故障诊断功能，提 供诊断结果。
[0005] 故障方程是故障诊断知识的一种基于规则的规范化表示，一条故障方程对应一个 具体的故障模式。故障方程由故障诊断逻辑和故障方程属性两部分组成：
[0006] 故障诊断逻辑是一个或多个BIT/状态变量的逻辑组合，用W确定某个特定故障 是否发生的判定准则；
[0007] 故障方程属性则包括故障名称、ID、所在位置、故障原因、严酷度、座舱效应、维修 信息等故障报告相关字段。
[000引故障方程建立在对设备的基本数据分析和梳理的基础上，设备/系统的FMECA、故 障树分析、事件树分析、"五性"分析等活动为故障诊断提供了基本的数据素材。特别是通过 FMECA确定了所有关屯、的故障模式，测试性模型提供了每种故障模式所对应的测试点。但由 于测试性建模的工作目标为检验和分析设备/系统的测试性的设计指标，难W反映对于特 定故障模式相关测试点之间的逻辑关系，也没有考虑在测试失效或无输出的情况下的设备 /系统工作及数据状态。因此故障方程的数据准备，特别是故障诊断逻辑的获取，是故障方 程开发工作的关键。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 基于设计数据分析的故障诊断建模方法，包括W下环节：
[0011] (1)数据准备
[0012] 预先通过设备/系统的FMECA，提取出设备/系统的系统结构单元信息、故障模式 信息、测试信息、信号流与故障流、W及相关性信息和辅助信息；
[0013] 1)诊断逻辑获取
[0014] 根据提取的信息，建立设备/系统的测试性模型，通过仿真分析生成初始D矩阵；
[0015] 2)D矩阵生成与关联关系约简
[0016] 初始D矩阵中故障和测试的名称包括相应单元（上述设备/系统）的结构层次信 息，将初始D矩阵转化成{0,1，X} S值扩展D矩阵；
[0017] 扣提取诊断模型
[001引在FMECA、测试性模型和B口设计的基础上，结合本系统内部各个底层系统在功 能、结构、行为、拓扑四个方面的交联关系，通过人工分析，提取甚故障诊断逻辑；
[0019] (2)采用建模辅助工具完成故障方程的交互式开发。
[0020] 上述辅助信息包括LRU外部信息。
[0021] 上述LRU外部信息包含有模拟量、环境信息、状态信息。
[0022] 环节2)具体根据W下关联关系约简算法将初始D矩阵转化成{0，1，X}=值扩展 D矩阵；
[0023] 2. 1)列出初始D矩阵的所有结构层次信息；
[0024] 2. 2)将结构层次信息相同的所有故障行值按列作或运算；
[0025] 2. 3)将结构层次信息相同的所有测试列值按行作或运算，结果记为屯， 表示为故障结构层次为UMi与测试结构层次为UM j.关联关系；
[0026] 2. 4)针对初始D矩阵中的所有故障，判断其结构层次与各个测试的结构层次是否 相同，如果相同，初始D矩阵的关联值保持不变，否则，初始D矩阵的关联值通过步骤2. 5) 设置；
[0027] 2. W判断故障与测试的屯[w,/r是否等于1，如果是，初始D矩阵的关联值保持 不变，否则，将初始D矩阵的关联值置为X。
[002引在嵌入式测试和状态监测的基础上，利用基于故障方程的诊断可W达到如下效 果：
[0029] 1)通过对BIT及异常进行关联确认，有效消除虚警；
[0030] 2)利用接口诊断逻辑覆盖测试失效或无输出情形的故障隔离；
[0031] 3)利用故障属性提高故障记录及报告的信息质量；
[0032] 4)合并相关故障信息，减少故障报告数量。
【具体实施方式】：
[003引本发明通过设备/系统的FMECA提取信息，利用工具软件建立设备/系统的测试 性模型，通过仿真分析生成D矩阵/诊断树，通过人工分析，结合BIT设计、W及系统内部各 个底层系统在功能、结构、行为、拓扑4个方面的交联关系的基础上，提取其诊断逻辑，作为 故障方程诊断逻辑的输入，开发故障方程。
[0034] 本发明生成故障方程报告前的准备工作主要包括：
[0035] a)确定设备/系统层次；
[0036] b)选定具体故障模式；
[0037] C)命名故障方程；
[003引 d)定义方程参数及其属性；
[0039] e)映射方程变量；
[0040] f)确定故障方程逻辑；
[0041] g)设置故障方程属性。
[0042] (1)数据准备
[0043] 预先通过设备/系统的FMECA，提取出设备/系统的系统结构单元信息、故障模式 信息、测试信息、信号流与故障流，W及相关性和辅助信息（如模拟量、环境信息、状态信息 等LRU外部信息）。
[0044] 1)诊断逻辑获取
[0045] 根据提取的信息，利用工具软件建立设备/系统的测试性模型，通过仿真分析生 成通过仿真分析生成初始D矩阵。
[0046] 2) D矩阵生成与关联关系约简
[0047] 初始D矩阵中故障和测试的名称包括相应单元的结构层次信息。再根据下述关联 关系约简算法将初始D矩阵转化成{0，1，X} S值扩展D矩阵。
[0048] 关联关系约简算法步骤如下：
[0049] 步骤1列出初始D矩阵的所有结构层次信息；
[0050] 步骤2将结构层次信息相同的所有故障行值按列作或运算；
[0化1] 步骤3将结构层次信息相同的所有测试列值按行作或运算，结果记为屯 表示为故障结构层次为UMi与测试结构层次为UM j.关联关系；
[0052] 步骤4针对初始D矩阵中的所有故障，判断其结构层次与各个测试的结构层次是 否相同，如果相同，初始D矩阵的关联值保持不变，否则，初始D矩阵的关联值通过步骤5设 置；
[0053] 步骤5判断故障与测试的屯是否等于1，如果是，初始D矩阵的关联值保 持不变，否则，将初始D矩阵的关联值置为X。
[0054] 3)提取诊断模型
[0化5] 根据测试性模型和D矩阵并不能直接得到故障诊断模型，因为：
[0056] a)测试性模型主要反映故障模式和测试点之间的关系，不能反映特定故障模式下 测试点之间的逻辑关系；
[0057] b)测试性模型不能反映测试无输出或失效时的状态；
[005引 C)巧喊性模型难^反映及梳理接口故障及故障传播关系；
[0059] cOFMEA对故障原因、故障判据缺乏细致的分析/描述。
[0060] 因此，需要在FMECA，测试性建模和B口设计的基础上，结合本系统内部各个底层 系统在功能、结构、行为、拓扑4个方面的交联关系，通过人工分析，提取其故障诊断逻辑。
[0061] 0)交互式开发
[0062] 故障方程的交互式开发通过建模辅助工具来完成，建模辅助工具是一种用于开发 故障方程的专用工具，为机载KM的状态监测和故障诊断提供监测数据信息和模型支持。 监测数据信息主要定义监测参数列表，监测参数列表描述了各模块需要实时监测的BIT和 状态参数（温度、湿度、电压、电流等基本信息）。模型主要包括故障诊断模型和异常检测模 型，模型的表现形式为故障方程。
[0063] 使用建模辅助工具，供应商可W开发出设备级故障方程，集成商可W导入供应商 提供的设备级故障方程，还可W在设备级故障方程基础上开发系统级故障方程。
[0064] W下W火警系统故障诊断建模为例，示例说明本发明的实现方法。
[0065] a.选定设备
[0066] 火警系统
[0067] b.分析该设备可能发生的故障并确定故障原因
[0068] 一一可能发生的故障；火警系统报告无电源输入
[0069] 一一故障原因；火警系统处于非测试状态，断路器发生故障
[0070] C.输入
[0071] 火警系统BIT信息
[0072] 增强信息；火警系统的工作状态
[007引 d.定义参数
[0074] 将BIT诊断结果转换为代表物理量和相关信息的参数。
[00巧]步骤包括：
[0076] 一一根据参数命名规则定义参数名
[0077] 参数名 1 ;CB6_A4_PWR_FAIL
[0078] 参数名 2 ;FIRE_SYS_IN_TEST
[0079] 一一设置参数属性
[0080] 参数所属LRU ;火警系统
[0081] 数据源；数据起始地址0/目的地址0/传输参数的总线类型0
[0082] 数据域：布尔型数据
[008引 e.映射变量
[0084]--根据变量命名规则定义变量名 [00 化]变量名 1 ;V_A4_Pwr-Fail
[0086] 变量名 2 ;V_FireSys_InTest
[0087] 一一根据参数的数据类型映射变量
[00能]V_A4_Pwr-Fail ;CB6_A4_PWR_FAIL = TR肥
[0089] V_FireSys_InTest ；FIRE_SYS_IN_TEST = TRUE
[0090] f.建立故障方程逻辑
[0091] 一一根据故障方程命名规则定义故障方程名
[009引 故障方程名；EQ_FireSys_Fault
[0093] 一一根据故障逻辑建立故障方程
[0094] EQ_FireSys_Fault ;V_A4_Pwr-Fail AND(NOT V_FireSys_InTest)g.设置故障方 程属性
[0095] 故障记录阶段：巡航和滑行
[0096] 故障分类；故障 [0097] 故障状态分类；无输入
[009引故障报告优先级；0
[0099] 故障上升时延；5
[0100] 故障下降时延；5
[0101] 维护信息；火警系统无电源输入
[0102] 排故帮助信息：检查回路断路器
[0103] 座舱效应：无
[0104] h.生成故障方程报告
[0105] 如表 1;
[0106] 表1火警系统故障报告
[0107]
【权利要求】
1. 一种基于设计数据分析的故障诊断建模方法，包括以下环节： (1) 数据准备 预先通过设备/系统的FMECA，提取出设备/系统的系统结构单元信息、故障模式信息、 测试信息、信号流与故障流、以及相关性信息和辅助信息； 1) 诊断逻辑获取 根据提取的信息，建立设备/系统的测试性模型，通过仿真分析生成初始D矩阵； 2. D矩阵生成与关联关系约简 初始D矩阵中故障和测试的名称包括相应单元的结构层次信息，将初始D矩阵转化成 {0，1，X}三值扩展D矩阵； 3) 提取诊断模型 在FMECA、测试性模型和BIT设计的基础上，结合系统内部各个底层系统在功能、结构、 行为、拓扑四个方面的交联关系，通过人工分析，提取甚故障诊断逻辑； (2) 采用建模辅助工具完成故障方程的交互式开发。
2. 根据权利要求1所述的基于设计数据分析的故障诊断建模方法，其特征在于：所述 辅助信息包括LRU外部信息。
3. 根据权利要求2所述的基于设计数据分析的故障诊断建模方法，其特征在于：所述 LRU外部信息包含有模拟量、环境信息、状态信息。
4. 根据权利要求1所述的基于设计数据分析的故障诊断建模方法，其特征在于：根据 以下关联关系约简算法将初始D矩阵转化成{0,1，X}三值扩展D矩阵； 2. 1)列出初始D矩阵的所有结构层次信息； 2. 2)将结构层次信息相同的所有故障行值按列作或运算； 2. 3)将结构层次信息相同的所有测试列值按行作或运算，结果记为A3/,/r，表示 为故障结构层次为UMi与测试结构层次为关联关系； 2.4)针对初始D矩阵中的所有故障，判断其结构层次与各个测试的结构层次是否相 同，如果相同，初始D矩阵的关联值保持不变，否则，初始D矩阵的关联值通过步骤2. 5)设 置； 2. 5)判断故障与测试的w是否等于1，如果是，初始D矩阵的关联值保持不 变，否则，将初始D矩阵的关联值置为X。
【文档编号】G06F19/00GK104504248SQ201410749356
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】汤幼宁, 孙倩, 吕镇邦 申请人:中国航空工业集团公司第六三一研究所