一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法技術

本發明專利技術公開了一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，包括以下幾個步驟：步驟一：建立擴展相關性模型；步驟二：生成亞健康擴展相關性矩陣；步驟三：建立亞健康診斷知識模型；步驟四：獲取測試狀態向量，進行狀態特征匹配得到診斷結論。本發明專利技術提出了考慮亞健康狀態和單入單出約束條件下的亞健康擴展相關矩陣，并提出了矩陣的獲取方法，便于亞健康診斷知識模型分獲取。

【技術實現步驟摘要】
一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法
本專利技術涉及一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，屬于故障診斷

技術介紹
基于相關性理論的故障診斷推理方法以正常、故障兩種狀態劃分為基礎，獲取診斷推理模型，并實現故障診斷。很多設備除了正常、故障狀態之外，還存在著明顯的中間狀態，即亞健康狀態，這種狀態既不屬于正常狀態，也不屬于故障狀態。采用正常、故障二態處理方式，會將亞健康狀態誤診為正常狀態或故障狀態。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述問題，提出一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，在產品的正常、故障二態劃分基礎上，增加亞健康狀態，并將正常狀態稱為健康狀態，形成健康、亞健康、故障三態劃分，在此基礎上，建立考慮亞健康和具有單入單出約束的擴展相關性圖形模型、生成亞健康相關性矩陣、建立亞健康診斷知識模型，并根據該模型實現產品的亞健康和故障狀態的診斷，彌補現有方法的不足。本專利技術是一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，包括以下幾個步驟：步驟一：建立擴展相關性模型；步驟二：生成亞健康擴展相關性矩陣；步驟三：建立亞健康診斷知識模型；步驟四：獲取測試狀態向量，進行狀態特征匹配得到診斷結論。本專利技術的優點在于：（1）考慮亞健康狀態進行診斷推理，可以實現亞健康識別和故障診斷，為系統的維修保障提供基礎，彌補現有方法之不足（2）提出了考慮亞健康狀態和單入單出約束條件下的亞健康擴展相關矩陣，并提出了矩陣的獲取方法，便于亞健康診斷知識模型分獲取；（3）提出了亞健康狀態轉移的3種作用類型屬性，保持類型、增強類型、減弱類型，可以有效區分產品的亞健康轉移屬性。附圖說明圖1是本專利技術生成亞健康相關性矩陣的流程；圖2是本專利技術顯示控制單元組成框圖；圖3是本專利技術顯示控制單元的擴展相關性圖形模型；圖4是本專利技術的方法流程圖；圖5是本專利技術的圖形模型的圖形元素表示。具體實施方式下面將結合附圖和實施例對本專利技術作進一步的詳細說明。本專利技術是一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，流程如圖4所示，包括以下幾個步驟：步驟一：建立擴展相關性模型考慮亞健康和單入單出約束的擴展相關性模型的元組如下：YM＝(U,T,E,M,R)（1）式中：YM表示擴展相關性模型；U、T、E表示擴展相關性模型的圖形元素，M表示擴展相關性模型的屬性元素，R表示測試判據，具體如下：U表示產品的組成單元集，組成單元是指產品的各個模塊、組件或部件等。其中m表示產品組成單元總數。單元具有單入單出約束，即一個單元最多包括一個輸入、輸出。T表示產品的測試集，即對某個單元輸出執行的診斷測試。n表示測試的總數。測試tj的最終邏輯結果為三值，即分別表示正常、亞健康和故障三種結果。E表示產品單元之間的有向邊集，即連接集；E={eij}，eij表示單元ui輸出指向單元uj輸入有向邊。M表示產品單元的屬性集，M=(S,K)。S表示單元狀態屬性，S∈{H,Y,F}，H為健康狀態（表示為邏輯0）、Y為亞健康狀態（表示為邏輯1/2）、F為故障狀態（表示為邏輯1）；K表示亞健康狀態轉移的作用類型屬性，K∈{A,B,C}，A為保持類型，B為增強類型，C為減弱類型。R表示測試判據，包括測試內容和測試的臨界值劃分，即健康臨界值、亞健康臨界值、故障臨界值。建立擴展相關性圖形模型的具體步驟如下：（a）確定產品建模基礎數據（1）根據產品的技術手冊，確定產品單元組成、狀態屬性類型以及亞健康狀態轉移作用類型，填寫表1。表1產品組成單元與屬性（2）根據產品的技術手冊，確定產品組成單元之間輸入輸出關系，填寫表2。表2產品組成單元連接的有向邊有向邊序號開始單元序號結束單元序號（3）根據產品的技術手冊，確定產品的測試組成、測試位置和測試結果類型，填寫表3。表3產品測試組成測試序號測試名稱測試位置測試結果類型（4）根據產品的技術手冊，確定各測試的測試判據，包括健康、亞健康、故障狀態的臨界值劃分，并采用表4進行描述。表4各測試的測試判據測試序號測試名稱測試內容健康臨界值亞健康臨界值故障臨界值（b）采用圖5提供的圖形元素，繪制產品的擴展相關性圖形模型。圖形模型的圖形元素有單元U、測試T、有向邊E，圖形模型的圖形元素表示如圖5所示繪制產品的擴展相關性圖形模型具體步驟如下：（1）根據表1中的單元組成，采用圖5中的單元圖形元素繪制圖形化的單元組成；（2）根據表2中的連接關系，采用圖5中的有向邊圖形元素繪制圖形化的有向邊；（3）根據表3中的測試組成和測試位置，采用用圖5中的測試圖形元素繪制圖形化的測試，形成產品的擴展相關性圖形模型。步驟二：生成亞健康擴展相關性矩陣亞健康擴展相關性矩陣具體定義如下：式中：Ui（X）表示第i個單元的非健康狀態，X為亞健康（Y）或者故障（F）；Tj表示第j個測試，可能的取值包括0、1，0表示測試結果為健康、表示測試結果為亞健康、1表示測試結果為故障；dij表示Ui（X）與測試Tj之間的擴展相關性，可能的取值包括0、1，0表示測試Tj的測試結果為健康、表示測試Tj的測試結果為亞健康、1表示測試Tj的測試結果為故障。如圖1所示，生成亞健康擴展相關性矩陣的具體步驟如下：（1）根據表1，確定出各單元的所有故障狀態和亞健康狀態，作為矩陣的行頭；根據表2，確定出產品的所有測試并作為列頭；對亞健康擴展相關性矩陣進行初始化，即令（2）令i=1，選擇的第i個行向量的行頭，找到該行頭對應的單元Ui作為源節點，根據行頭對應的亞健康或故障狀態，確定該源節點為相應的亞健康或故障狀態；根據單故障或單亞健康狀態發生的約束條件，將其他單元的狀態設為健康狀態；根據單元Ui狀態，確定Ui輸出，該輸出與Ui狀態一致；（3）從源節點Ui出發，按擴展相關性模型的有向邊的箭頭方向，找到下一個單元，作為當前節點，并采用如下的單元輸出狀態合成算法確定當前節點的輸出狀態。單元輸出狀態合成按邏輯或運算，即單元輸入I與單元狀態S按取大運算確定單元的輸出O。當單元輸入I=1/2（即亞健康狀態）時，需按照亞健康狀態轉移的作用類型進行變換得到I’，再按上述規則進行運算。對于保持類型，I=1/2，I’=1/2；對于增強類型I=1/2，I’=1；對于減弱類型I=1/2時，I’=0。重復該操作尋找下一節點和確定節點輸出狀態，再遍歷所有能找到的單元后結束；（4）根據所有遍歷的節點輸出狀態，確定與節點輸出相關的測試結果，根據該結果，修改亞健康擴展相關性矩陣中源節點Ui所在行的數值，使相關數值與測試結果一致；（5）將i數值加1，重復步驟（2）～步驟（4），直到i等于m；步驟三：建立亞健康診斷知識模型在亞健康相關性矩陣的基礎上，加入一個“正常”狀態行（即對應行向量為全零行向量），可以生成亞健康診斷知識模型。如下：式中：K表示亞健康診斷知識模型；Ui（X），Tj，dij的含義與亞健康相關性矩陣中相同。步驟四：獲取測試狀態向量，進行狀態特征匹配得到診斷結論具體步驟如下：（1）獲取測試數據并進行三值邏輯化處理執行所有的測試，得到實際的測試數值，利用測試判據確定測試結果（健康、亞健康、故障），并根據測試結果進行三值邏輯化（0，1/2，1），并采用表6進行描述。表6各測試的測試結果序號測試名稱測試數值測試結果邏輯化結果（2）根據邏輯化處本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，包括以下幾個步驟：步驟一：建立擴展相關性模型考慮亞健康和單入單出約束的擴展相關性模型的元組如下：YM＝(U,T,E,M,R)??（1）式中：YM表示擴展相關性模型；U、T、E表示擴展相關性模型的圖形元素，M表示擴展相關性模型的屬性元素，R表示測試判據，具體如下：U表示產品的組成單元集，組成單元是指產品的各個模塊、組件或部件；U={u1,u2,...,um}，其中m表示產品組成單元總數；單元具有單入單出約束，即一個單元最多包括一個輸入、輸出；T表示產品的測試集，即對某個單元輸出執行的診斷測試；T={t1,t2,...,tn}，n表示測試的總數；測試tj的最終邏輯結果為三值，即分別表示正常、亞健康和故障三種結果；E表示產品單元之間的有向邊集，即連接集；E={eij}，eij表示單元ui輸出指向單元uj輸入有向邊；M表示產品單元的屬性集，M=(S,K)；S表示單元狀態屬性，S∈{H,Y,F}，H為健康狀態，表示為邏輯0；Y為亞健康狀態，表示為邏輯1/2；F為故障狀態，表示為邏輯1；K表示亞健康狀態轉移的作用類型屬性，K∈{A,B,C}，A為保持類型，B為增強類型，C為減弱類型；R表示測試判據，包括測試內容和測試的臨界值劃分，即健康臨界值、亞健康臨界值、故障臨界值；步驟二：生成亞健康擴展相關性矩陣亞健康擴展相關性矩陣具體定義如下：式中：Ui（X）表示第i個單元的非健康狀態，X為亞健康或者故障；Tj表示第j個測試，可能的取值包括0、1，0表示測試結果為健康、表示測試結果為亞健康、1表示測試結果為故障；dij表示Ui（X）與測試Tj之間的擴展相關性，取值包括0、1，0表示測試Tj的測試結果為健康、表示測試Tj的測試結果為亞健康、1表示測試Tj的測試結果為故障；步驟三：建立亞健康診斷知識模型在亞健康相關性矩陣的基礎上，加入一個“正常”狀態行，即對應行向量為全零行向量，生成亞健康診斷知識模型；如下：式中：K表示亞健康診斷知識模型；步驟四：獲取測試狀態向量，進行狀態特征匹配得到診斷結論具體步驟如下：（1）獲取測試數據并進行三值邏輯化處理執行所有的測試，得到實際的測試數值，利用測試判據確定測試結果，結果包括健康、亞健康和故障，并根據測試結果進行三值邏輯化，分別0，1/2和1；（2）根據邏輯化處理結果，逐行對比亞健康擴展相關性矩陣，找到與測試結果相同的行，行頭對應的單元和狀態構成診斷結果。...

【技術特征摘要】
1.一種考慮亞健康狀態和單入單出約束的產品故障診斷方法，包括以下幾個步驟：步驟一：建立擴展相關性模型,具體步驟如下：(a)確定產品建模基礎數據(1)根據產品的技術手冊，確定產品單元組成、狀態屬性類型以及亞健康狀態轉移作用類型；(2)根據產品的技術手冊，確定產品組成單元之間輸入輸出關系；(3)根據產品的技術手冊，確定產品的測試組成、測試位置和測試結果類型；(4)根據產品的技術手冊，確定各測試的測試判據，包括健康、亞健康、故障狀態的臨界值劃分；(b)采用圖形元素，繪制產品的擴展相關性圖形模型；圖形模型的圖形元素有單元U、測試T、有向邊E，繪制產品的擴展相關性圖形模型；考慮亞健康和單入單出約束的擴展相關性模型的元組如下：YM＝(U,T,E,M,R)(1)式中：YM表示擴展相關性模型；U、T、E表示擴展相關性模型的圖形元素，M表示擴展相關性模型的屬性元素，R表示測試判據，具體如下：U表示產品的組成單元集，組成單元是指產品的各個模塊、組件或部件；U＝{u1,u2,…,um}，其中m表示產品組成單元總數；單元具有單入單出約束，即一個單元最多包括一個輸入、輸出；T表示產品的測試集，即對某個單元輸出執行的診斷測試；T＝{t1,t2,…,tn}，n表示測試的總數；測試tj的最終邏輯結果為三值，即分別表示正常、亞健康和故障三種結果；E表示產品單元之間的有向邊集，即連接集；E＝{eij}，eij表示單元ui輸出指向單元uj輸入有向邊；M表示產品單元的屬性集，M＝(S,K)；S表示單元狀態屬性，S∈{H,Y,F}，H為健康狀態，表示為邏輯0；Y為亞健康狀態，表示為邏輯1/2；F為故障狀態，表示為邏輯1；K表示亞健康狀態轉移的作用類型屬性，K∈{A,B,C}，A為保持類型，B為增強類型，C為減弱類型；R表示測試判據，包括測試內容和測試的臨界值劃分，即健康臨界值、亞健康臨界值、故障臨界值；步驟二：生成亞健康擴展相關性矩陣亞健康擴展相關性矩陣具體定義如下：式中：Ui(X)表示第i個單元的非健康狀態，X為亞健康或者故障；Tj表示第j個測試，可能的取值包括0、1，0表示測試結果為健康、表示測試結果為亞健康、1表示測試結果為故障；dij表示Ui(X)與測試Tj之間的擴展相關性，取值包括0、1，0表示測試Tj的測試結果為健康、表示測試Tj的測試結果...

【專利技術屬性】
技術研發人員：石君友，安蔚然，劉衎，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京;11