多介质耦合网络环境下复杂机电系统建模及故障溯源技术研究

以石油化工为典型代表的流程工业系统，各组成单元通过流体网、信息网、控制网等多介质网络耦合,形成了一个分布式的复杂机电系统和网络系统。系统的单元故障不仅导致单元个体失效，并且会在网络中进行传播和扩散,导致系统崩溃。因此，系统最终的故障表现形式并非是故障发生的根本原因。现有的建模及故障分析技术缺乏从多介质耦合网络角度进行分析以及有效的复杂故障影响关系刻画方法，不能对故障根本原因进行推理分析。探寻系统故障本质，进行故障溯源，是实现系统故障预防的重要方法之一。本课题将从多介质耦合网络角度，研究系统的建模及故障溯源技术，开展多介质耦合网络建模方法、多故障模式复杂关联关系映射方法以及故障原因推理技术研究。从本质上揭示分布式复杂机电系统的安全特征和故障发生、传播机理，为流程工业系统排除故障和科学维护提供新的理论基础和技术途径。

本课题从多介质耦合网络角度，研究系统的建模及故障溯源技术。主要内容包括多介质耦合网络建模方法、多故障模式复杂关联关系映射方法以及故障原因推理技术研究。从本质上揭示分布式复杂机电系统的安全特征和故障发生、传播机理，为流程工业系统排除故障和科学维护提供新的理论基础和技术途径。主要取得以下成果：.（1）在企业部署了Agilor实时数据库系统，完成并实现了与实验室数据平台的数据同步，目前已积累企业3年的实际运行数据。.（2）研究了基于因果序分析的系统状态变量关联影响关系分析技术，完成了以SDG（符号有向图-Signed Direct Graph）为核心的分布式复杂机电系统多介质（流体、信息、控制信号等）耦合建模技术研究。.（3）针对分布式复杂机电系统中存在的多重故障模式、以及相关之间存在多种影响关系的特点，利用多色集合理论以及FMEA（故障模式与影响分析），完成了以FG （故障图-Fault Graph）模型为核心多重故障模式建模及故障溯源技术研究。.（4）完成了面向分布式复杂机电系统的双层结构模型（Double Layered Structure Model- DLSM）建模方法研究，实现系统结构单元层故障定性分析与系统信息层故障定量分析。.（5）针对复杂机电系统结构单元众多且相互关系复杂的特点，以及建模粒度划分问题，完成了基于网络社团特性的SDG模型构建方法研究，给出了SDG构建时所需要素和规则，实现了系统建模粒度划分。.（6）在以上模型的基础上，针对分布式复杂机电系统故障根源辨识问题（即故障溯源），完成了面向复杂系统故障溯源的SDG-FG集成模型建模方法及故障原因推理技术研究。.（7）开发了相关原型系统及应用系统，其中部分系统在渭河重化工集团得到了应用。.（8）增加了基于核主元分析（KPCA）的系统过程异常状态分析技术研究，以及基于多重分形耦合分析的分布式复杂机电系统状态预测技术研究，通过利用了流程工业存在的海量监测数据，实现了将基于定性知识模型方法与数据分析方法相结合的应用。