CN110991673A - 用于复杂系统的故障隔离和定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，包含以下步骤：根据复杂系统的功能和性能对复杂系统进行结构化分解形成子系统或部件，确定子系统或部件的功能和性能量化评价指标；确定子系统或部件的功能和性能的量化参数偏离容限；根据子系统或部件间的功能传递路径，确定故障传递耦合因子；将功能和性能量化评价指标、故障传递耦合因子与系统本身运行过程中的工作状态、运行参数进行分析，确定故障隔离定位参数；通过对故障隔离定位参数的数据分析和逻辑推理实现故障隔离和故障定位。本发明对于提高系统维修性是非常有效的一个方法，能够很好的解决其故障的检测能力和故障的隔离能力。
Description
技术领域
本发明属于装备维修性领域，具体涉及一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法。
背景技术
技术的不断发展，装备性能越来越高，随之而来的是各系统高度综合、交联复杂，这给装备发生故障后的故障隔离和故障定位带来了困难，导致故障诊断工时和平均修复时间过长，进而影响到装备的使用和任务执行能力，因此预防和减少装备发生故障，提高故障诊断和故障定位能力，降低使用维护费用成为当前研究的热点问题。
装备的故障诊断多采用基于故障模式检测的方式，通过对故障模式分析，找到故障和指征之间的对应关系，通过装备测试性设计，对故障模式指征直接进行检测。这一方式对于单一、独立故障具有一定的效果。但实际上由于故障模式复杂，很难找到明确的指征，在故障模式分析时，往往忽略了时变过程、使用状况和环境因素等其他因素的影响，建立故障模式与指征之间准确的对应关系就更加困难。即使建立对应关系，但由于受到技术、环境等的限制，其测试性设计实施也难以达到预期目标，无法获取到有效故障指征数据。对于复杂系统，交联关系复杂，功能传递路径长，系统间功能传递耦合，导致故障也存在耦合交联，一旦发生故障，难以进行准确的故障隔离和定位，找出真正故障源，如何解决复杂系统交联故障的准确隔离和定位是目前维修领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，通过对复杂系统的功能和性能进行结构化分解，确定功能、性能量化评价指标，建立基于量化分解的功能、性能状态偏离的复杂系统故障判断机制；根据系统功能传递路径，确定故障传递耦合因子，形成交联故障隔离和定位的推理线索；量化参数和耦合因子与系统本身运行过程中的工作状态、运行参数等信息融合；建立故障隔离和定位的推理机，通过数据分析和故障诊断推理逻辑进行故障隔离和故障定位。本发明对于提高系统维修性是非常有效的一个方法。特别是针对传统方式难以实现的情况，能够很好的解决其故障的检测能力和故障的隔离能力。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：根据复杂系统的功能和性能对复杂系统进行结构化分解形成子系统或部件，确定子系统或部件的功能和性能量化评价指标；
步骤二：根据系统的功能和性能指标要求、安全容限和设计容限，确定子系统或部件的功能和性能的量化参数偏离容限；
步骤三：根据子系统或部件间的功能传递路径，确定故障传递耦合因子，形成交联故障隔离和定位的推理线索；
步骤四：将功能和性能量化评价指标、故障传递耦合因子与系统本身运行过程中的工作状态、运行参数进行分析，确定状态评价参数和故障隔离定位参数；
步骤五：建立故障隔离和定位的推理机，通过对状态评价参数和故障隔离定位参数的数据分析和故障诊断推理逻辑实现故障隔离和故障定位。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明不是基于传统的故障模式直接检测的方式，而是建立基于量化分解的功能、性能状态偏离的复杂系统故障判断机制，本方法为因环境、技术等因素影响而无法直接对故障模式进行检测的场景提供了有效的故障的检测和故障隔离的方法。特别是针对传统方式难以实现的情况，能够很好的解决其故障的检测能力和故障的隔离能力。
(2)根据系统功能传递路径，以故障传递耦合因子为交联故障隔离和定位的推理线索，为复杂系统的交联故障隔离和故障定位提供新的解决方法。
(3)本发明适应范围广，既能满足复杂系统的多成员的故障隔离和定位，也可应用于单个产品内部模块间的故障隔离和定位。特别是为解决复杂系统交联故障的准确隔离和定位提供了有效的方法
附图说明
图1是本发明流程示意图。
图2功能、性能量化分解示意图。
图3功能故障传递路径示意图。
图4故障诊断推理逻辑的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
复杂系统所发生的故障会对复杂系统的功能和性能产生影响，最终体现在复杂系统本身的工作状态、运行参数等信息的偏离，本实施例基于这一思想，不采用传统的故障模式直接监测方式，提供了一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，参见图1所示，包含以下步骤：
步骤一：根据复杂系统的功能和性能对复杂系统进行结构化分解形成子系统或部件，确定子系统或部件的功能和性能量化评价指标。
如图2所示，利用复杂系统的需求、方案设计等相关文件中对复杂系统的功能、性能的清晰定义，根据功能属性、结构特点对复杂系统的功能、性能进行结构化分解，形成子系统或部件，并建立系统功能和性能与子系统或部件的映射关系。将系统功能和性能量化指标细化分解到每个子系统或部件，形成子系统或部件的功能和性能量化评价指标集合。
步骤二：根据系统的功能和性能指标要求、安全容限和设计容限，确定子系统或部件的功能和性能的量化参数偏离容限。量化参数偏离容限作为每个子系统、部件的状态判断的判据，超出偏离容限，则为故障，在量化参数偏离容限范围内为正常。
步骤三：根据子系统或部件间的功能传递路径，确定故障传递耦合因子，形成交联故障隔离和定位的推理线索。
如图3所示，根据子系统或部件间的物理连接和功能传递梳理各个子系统或部件间的功能传递关系，建立基于功能的故障传递路径，找出并确定故障传递耦合因子集合。故障传递耦合因子集合是子系统或部件间彼此的交联接口，实现子系统或部件的交联，传递子系统或部件的能量或信息，实现系统的全部功能和性能。确定故障传递耦合因子集合后，找出与系统功能和性能传递直接相关的故障传递耦合因子，并对其逐一进行定义，确定量化评价指标和量化参数偏离容限，形成交联故障隔离和定位的推理线索。
步骤四：将功能和性能量化评价指标、故障传递耦合因子与系统本身运行过程中的工作状态、运行参数进行分析，确定状态评价参数和故障隔离定位参数。
根据子系统或部件的功能和性能量化评价指标集合和故障传递耦合因子参数集，确定初步状态评价参数和故障隔离定位参数采集范围。将初步状态评价参数和故障隔离定位参数根据功能和性能对复杂系统的影响的程度和失效的概率由高到底进行分类，与系统自身运行过程中采集的工作状态参数、运行参数进行合并分析，选取相同的参数作为状态评价参数和故障隔离定位参数，对于超出工作状态参数、运行参数范围的参数根据影响程度和失效概率排序分析确定作为状态评价参数和故障隔离定位参数的必要性。
步骤五：建立故障隔离和定位的推理机，通过对状态评价参数和故障隔离定位参数的数据分析和故障诊断推理逻辑实现故障隔离和故障定位。
故障诊断推理逻辑是当子系统或部件状态评价参数偏离容限时，以故障传递耦合因子为线索，通过功能和性能量化评价指标的偏离对发生故障部件输入级进行功能判断，如果输入级功能完好，则发生故障为成品自身故障，如前级成品故障传递耦合因子偏离容限，则根据故障传递路径对前级成品按同样方式进行分析推理。对于能确定的故障直接定位故障，指出故障单元。
如图4所示。根据监测对象的功能和性能量化参数进行健康状态分析，判定监测对象是否发生故障，如未出现超出功能和性能量化参数偏离容限的情况，则认为被监测对象没有发生故障。如果发生偏离，并超出量化参数偏离容限，则认为发生故障，进行下一步的推理。
分析是由于自身原因故障还是前级设备故障而导致监测对象发生故障，通过对故障传递耦合因子的偏离分析，判断是否启动前级故障推理。如故障传递耦合因子偏离容限，则表明前级故障已传递到本级监测对象，则先对前级设备启动故障隔离推理。前级故障隔离推理后，再对监测对象进行健康状态分析。如前级未发生故障，则进行监测对象自身的故障隔离推理。监测对象身故障隔离推理与设备间的推理逻辑相同。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：根据复杂系统的功能和性能对复杂系统进行结构化分解形成子系统或部件，确定子系统或部件的功能和性能量化评价指标；
步骤二：根据系统的功能和性能指标要求、安全容限和设计容限，确定子系统或部件的功能和性能的量化参数偏离容限；
步骤三：根据子系统或部件间的功能传递路径，确定故障传递耦合因子，形成交联故障隔离和定位的推理线索；
步骤四：将功能和性能量化评价指标、故障传递耦合因子与系统本身运行过程中的工作状态、运行参数进行分析，确定状态评价参数和故障隔离定位参数；
步骤五：建立故障隔离和定位的推理机，通过对状态评价参数和故障隔离定位参数的数据分析和故障诊断推理逻辑实现故障隔离和故障定位。
2.根据权利要求1所述的一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，其特征在于所述步骤一包含以下步骤：
利用复杂系统的需求文件、方案设计文件中对复杂系统的功能、性能的定义，根据功能属性、结构特点对复杂系统的功能、性能进行结构化分解，形成子系统或部件，并建立系统功能和性能与子系统或部件的映射关系；将系统功能和性能量化指标细化分解到每个子系统或部件，形成子系统或部件的功能和性能量化评价指标集合。
3.根据权利要求1所述的一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，其特征在于所述步骤四包含以下步骤：
根据子系统或部件的功能和性能量化评价指标集合以及故障传递耦合因子参数集，确定初步状态评价参数和故障隔离定位参数采集范围；将初步状态评价参数和故障隔离定位参数根据功能和性能对复杂系统的影响的程度和失效的概率由高到底进行分类，与系统自身运行过程中采集的工作状态参数、运行参数进行合并分析，选取相同的参数作为故障隔离定位参数，对于超出工作状态参数、运行参数范围的参数根据影响程度和失效概率排序分析确定作为故障隔离定位参数的必要性。
4.根据权利要求1所述的一种用于复杂系统的故障隔离和定位方法，其特征在于所述步骤五中，故障诊断推理逻辑是当子系统或部件状态评价参数偏离容限时，以故障传递耦合因子为线索，通过功能和性能量化评价指标的偏离对子系统或部件输入级状态进行判断，如果输入级完好，则发生故障为成品自身故障，如输入级成品故障传递耦合因子偏离超限，则对输入级根据故障传递路径按同样方式进行分析推理，对于能确定的故障直接定位故障，指出故障单元。
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