一种基于维修闭环数据的故障复发风险评估方法与流程

本发明涉及设备运维管理与故障诊断领域，具体涉及一种基于维修闭环数据的故障复发风险评估方法。

背景技术：

1、工业设备在长期运行过程中，受载荷波动、启停冲击、润滑状态变化、介质污染、部件磨损及环境应力等因素影响，容易出现振动异常、温升异常、压力波动、性能下降等故障。设备发生故障后，通常由故障诊断系统记录故障代码和异常参数，由维修人员依据维修工单执行部件更换、调整、清洗或介质补充等维修作业，并在维修完成后进行试运行或参数复测。随着设备管理信息化程度提高，故障诊断数据、维修工单数据、维修后验证数据和设备运行监测数据已能够分别存储，为设备故障复发分析提供了数据基础。

2、现有故障复发评估方法通常根据相同故障代码的重复出现次数、相邻故障发生时间、累计运行时长、维修次数或设备健康度变化判断故障是否复发。部分方法还根据故障节点之间的关联关系建立故障传播图，或者利用维修历史和运行监测参数计算设备后续故障概率。然而，维修工单中记载的维修对象不一定覆盖原故障传播过程中的全部故障节点，维修后试运行正常也不能证明各故障节点均已恢复。若未被维修或者缺少有效验证的上游故障节点继续存在，其故障作用可能在设备恢复运行后再次向下游传播；已经完成维修的节点也可能因维修质量、配合状态或运行条件变化重新失效。仅依据故障代码、维修次数或设备整体健康度，难以区分已维修节点重新失效、未消除节点继续传播以及与原故障无关的独立新故障。

3、此外，不同故障的形成和复发与运行条件之间具有不同的累积关系。例如，磨损类故障与载荷、转速和累计运行量相关，热损伤类故障与超温幅值和持续时长相关，疲劳类故障与载荷循环幅值和循环次数相关。现有方法多采用自然运行时间、统一累计时长或通用风险指标作为观察依据，未根据维修后仍可能存在的故障节点及其故障作用机理选择对应的运行参数，容易将运行暴露不足期间未发生故障的设备误认为维修成功。同时，现有方法对维修后各故障节点异常出现的时间顺序及其与原故障传播方向之间的关系利用不足，故障复发风险通常只能对应设备整体或故障代码，难以进一步确定需要复检的具体故障节点和验证项目，影响维修处置的针对性及设备运行管理的准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于维修闭环数据的故障复发风险评估方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种基于维修闭环数据的故障复发风险评估方法，包括以下步骤：

4、s1：获取目标设备一次故障维修事件对应的故障诊断数据、维修动作数据、维修后验证数据、恢复运行数据及后续监测数据，根据故障诊断数据以及目标设备的部件连接关系、能量传递关系和故障传播关系，构建包括故障节点及故障节点之间有向连接关系的故障致因链；

5、s2：将维修动作数据中的维修对象和维修作用方式以及维修后验证数据中的验证项目和验证参数分别映射至故障节点，建立维修干预—验证响应矩阵；根据维修动作是否直接改变故障节点的故障状态以及维修后的验证参数是否满足由无故障运行数据确定的恢复条件，将故障节点划分为已消除节点和残留节点，并根据已消除节点、残留节点及有向连接关系形成至少一个故障观察对象；

6、s3：根据故障观察对象中故障节点的故障作用机理，从恢复运行数据中选取能够促进对应故障状态累积的运行参数，确定故障观察对象的运行暴露量；

7、s4：在运行暴露量达到由历史维修闭环事件或可靠性试验数据确定的观察启动阈值后，根据后续监测数据中各故障节点对应监测参数的超限起始时刻形成后续节点激活序列，并根据后续节点激活序列中的首个作用节点所属的节点状态以及节点激活顺序与有向连接关系之间的关系，确定已消除节点复发事件、残留节点传播复发事件或独立新故障事件；

8、s5：根据运行暴露量、维修后验证参数的回退状态以及历史维修闭环事件中的复发事件，分别确定已消除节点复发风险和残留节点传播复发风险，并根据达到由历史复发事件确定的维修处置条件的复发风险，确定待复检故障节点及对应验证项目，生成维修管理工单。

9、优选的，获取目标设备一次故障维修事件对应的数据，包括：

10、从设备故障诊断系统获取设备标识、故障发生时刻、故障部位、故障征兆、监测参数超限记录及故障原因记录，从维修工单系统获取维修工单标识、维修对象、维修作用方式、维修开始时刻及维修结束时刻，从维修验证终端获取验证项目、验证参数、验证参数采集位置、验证完成时刻及测量误差，从目标设备的控制器和运行监测终端获取维修结束后的运行参数、运行状态及参数采集时刻；

11、根据设备标识、维修工单标识及参数采集时刻，将属于同一目标设备和同一故障维修事件的数据关联为维修闭环事件单元；

12、将维修结束后至对应故障观察对象的运行暴露量达到观察启动阈值前获取的数据确定为恢复运行数据，将运行暴露量达到观察启动阈值后获取的数据确定为后续监测数据。

13、优选的，构建故障致因链，包括：

14、将故障原因对应的设备部件或功能部位确定为致因节点，将故障作用传递过程中经过的设备部件或功能部位确定为传递节点，将产生故障征兆的设备部件或功能部位确定为表现节点；

15、根据目标设备的部件连接关系确定两个故障节点之间的物理传递通道，根据能量传递关系确定物理传递通道中的作用传递方向；

16、当上游故障节点的监测参数超出对应正常工作区间后，下游故障节点的监测参数在由历史故障数据或阶跃响应试验确定的传播时延范围内超出对应正常工作区间，且下游故障节点的参数变化方向符合作用传递方向时，确定两个故障节点之间存在故障传播关系；

17、在两个故障节点之间同时存在物理传递通道、作用传递方向及故障传播关系时，建立由上游故障节点指向下游故障节点的有向连接关系。

18、优选的，建立维修干预—验证响应矩阵，包括：

19、以故障节点作为矩阵行，以维修动作和验证项目作为矩阵列；

20、当维修动作的维修对象为故障节点对应的设备部件或功能部位，且维修动作改变该故障节点的结构状态、配合状态、供能状态或介质状态时，在维修动作与故障节点之间建立直接干预关系；

21、当验证参数在故障状态样本和无故障状态样本中的参数区间之间的间隔大于验证参数的测量误差，且验证参数的采集位置位于故障节点或该故障节点的直接输出位置时，在验证项目与故障节点之间建立直接验证关系；

22、将直接干预关系和直接验证关系写入维修干预—验证响应矩阵，并将无故障运行数据形成的基础正常区间向两侧分别扩展测量误差，得到恢复条件对应的恢复判定区间。

23、优选的，划分已消除节点和残留节点并形成故障观察对象，包括：

24、针对同时具有直接干预关系和直接验证关系的故障节点，获取该故障节点对应验证参数在验证完成后的连续采集值；

25、当连续采集值在验证持续时段内均处于恢复判定区间，且连续采集值的平均值与故障方向边界之间的距离大于测量误差时，将对应故障节点确定为已消除节点；将其余故障节点确定为残留节点；

26、当一个残留节点沿有向连接关系能够到达另一个残留节点时，将两个残留节点划分至同一残留致因对象；将与其他残留节点在任一有向方向上均不存在可达关系的残留节点确定为单节点残留致因对象；

27、将每一残留致因对象及其至表现节点之间的故障节点和有向连接关系形成一个故障观察对象，并根据每一已消除节点至表现节点的有向连接路径形成已消除节点故障观察对象；

28、当不存在残留节点时，仅形成已消除节点故障观察对象。

29、优选的，确定故障观察对象的运行暴露量，包括：

30、根据故障观察对象中各故障节点的故障作用机理，选择能够使对应故障节点发生磨损累积、热量累积、循环冲击累积、介质侵蚀累积或载荷疲劳累积的运行参数，形成暴露参数集合；

31、针对连续变化的运行参数，根据该运行参数沿故障促进方向超出基准工作区间的偏离幅值及偏离持续时长确定累计暴露量；针对循环变化的运行参数，根据各运行循环的实际变化幅值超出基准变化幅值的部分及循环次数确定累计暴露量；

32、将各运行参数的累计暴露量相对于同类历史维修闭环事件或可靠性试验中首次形成稳定故障征兆时的累计暴露量进行归一化；

33、根据运行参数相对变化量与对应故障节点监测参数相对变化量之间的关系确定归一化灵敏度，根据故障节点至表现节点之间的有向连接边数量确定传播位置系数，并对归一化累计暴露量、归一化灵敏度及传播位置系数的乘积进行累加，得到运行暴露量。

34、优选的，观察启动阈值及历史维修闭环事件按照以下方式确定：

35、从历史维修闭环事件中选取与当前故障观察对象具有相同故障节点组成、相同有向连接顺序及相同维修干预—验证响应关系的历史维修闭环事件，获取所选历史维修闭环事件发生已消除节点复发事件或残留节点传播复发事件时的运行暴露量，形成历史复发暴露量集合；

36、将历史复发暴露量集合中的最小值确定为观察启动阈值，将其中的最大值确定为有效观察阈值；

37、当不存在符合前述条件的历史维修闭环事件时，依次采用具有相同首个致因节点和相同故障作用机理的同型号设备历史维修闭环事件以及目标设备或同型号设备的可靠性试验数据确定观察启动阈值和有效观察阈值；

38、将发生已消除节点复发事件或残留节点传播复发事件的历史维修闭环事件确定为复发样本，将未发生前述复发事件且运行暴露量达到有效观察阈值的历史维修闭环事件确定为有效未复发样本，将未发生前述复发事件且运行暴露量未达到有效观察阈值的历史维修闭环事件确定为待观察样本。

39、优选的，形成后续节点激活序列并确定复发事件，包括：

40、将监测参数连续超出对应正常工作区间、超出幅值大于测量误差且持续时长达到最小有效响应时长的连续采集段，确定为有效超限采集段，将有效超限采集段的首个采集时刻确定为参数超限起始时刻，并将对应故障节点确定为激活节点；

41、按照参数超限起始时刻排列激活节点，形成后续节点激活序列，并将在后续节点激活序列所包含的致因节点和传递节点中参数超限起始时刻最早的故障节点确定为首个作用节点；

42、当首个作用节点属于已消除节点，且由首个作用节点至表现节点的激活顺序与故障致因链的有向连接方向一致时，确定为已消除节点复发事件；

43、当首个作用节点属于残留致因对象，且由首个作用节点至表现节点的激活顺序与残留致因对象及其下游有向连接方向一致时，确定为残留节点传播复发事件；

44、当首个作用节点不属于已消除节点和任一残留致因对象，且首个作用节点与任一残留节点之间在任一方向均不存在有向可达关系时，确定为独立新故障事件；

45、当不能确定首个作用节点或节点激活顺序时，确定为待确认事件，并根据缺失的故障节点生成补充监测、拆检、取样或离线检测任务。

46、优选的，确定已消除节点复发风险和残留节点传播复发风险，包括：

47、排除待观察样本，针对当前运行暴露量，选取最终观察暴露量不小于当前运行暴露量的复发样本和有效未复发样本；

48、分别计算在不大于当前运行暴露量时发生已消除节点复发事件和残留节点传播复发事件的样本数量占所选样本总数量的比例，得到已消除节点基础复发风险和残留节点传播基础复发风险；

49、根据验证参数在维修验证完成后的初始平均值、当前滑动平均值及故障方向边界，确定验证参数沿故障方向的回退程度；

50、根据历史维修闭环事件中验证参数回退程度与运行暴露量增量之间的对应关系，将当前回退程度转换为附加运行暴露量，将附加运行暴露量与当前运行暴露量相加得到修正运行暴露量，并根据修正运行暴露量重新确定已消除节点复发风险和残留节点传播复发风险；

51、当不存在用于计算复发风险的有效样本时，将对应故障观察对象确定为样本不足状态，不将复发风险赋值为零。

52、优选的，生成维修管理工单，包括：

53、将采用权利要求9方法计算的历史复发事件风险值中的最小值确定为维修处置条件对应的维修处置阈值；

54、当已消除节点复发风险和残留节点传播复发风险中的至少一个达到维修处置阈值时，将达到维修处置阈值的风险所对应的首个已消除节点或首个残留节点确定为待复检故障节点；

55、当待复检故障节点具有直接验证关系时，从维修干预—验证响应矩阵中提取对应验证项目；当待复检故障节点不具有直接验证关系时，生成针对该待复检故障节点的拆检项目、取样项目或离线检测项目；

56、从待复检故障节点对应的暴露参数集合中筛选能够由目标设备的控制器直接调节或间接改变的可控运行参数，将其中对当前运行暴露量贡献最大的可控运行参数确定为限制参数，根据限制参数沿故障促进方向的基准工作区间边界生成运行限值指令并发送至控制器；

57、获取维修管理工单执行后的维修动作数据和复检数据，在确认维修动作直接改变待复检故障节点的故障状态且复检结果满足恢复条件后，将待复检故障节点更新为已消除节点，并重新形成故障观察对象及重新累计运行暴露量。

58、综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

59、通过将故障诊断数据、维修动作数据和维修后验证数据映射至故障致因链中的故障节点，建立维修干预—验证响应关系，并依据维修动作是否直接改变故障节点的故障状态以及验证参数是否满足恢复条件，区分已消除节点与残留节点，达到避免仅根据维修工单关闭状态、维修次数或相同故障代码判断维修完成情况的效果，使维修后的故障残留状态能够被准确识别，并为后续故障复发风险评估提供与设备实际维修结果相一致的数据基础。

60、通过根据已消除节点、残留节点及故障致因链的有向连接关系形成故障观察对象，并针对不同故障观察对象选取与其故障作用机理对应的运行参数，计算设备维修后的运行暴露量，在运行暴露量达到观察启动条件后，再根据各故障节点的参数超限起始时刻和节点激活顺序判定已消除节点复发事件、残留节点传播复发事件或独立新故障事件，达到消除不同运行负荷、运行时长及环境条件对复发判断造成的干扰，并降低将关联故障或独立新故障误判为原故障复发的可能性。

61、通过结合运行暴露量、维修后验证参数的回退状态及历史维修闭环事件确定故障复发风险，并根据达到维修处置条件的风险类型反向确定待复检故障节点及验证项目，同时对促进故障状态累积的可控运行参数生成运行限制措施，达到将风险评估结果落实至具体故障节点、复检项目和设备运行控制过程的效果，使维修处置结果能够重新更新故障节点状态和故障观察对象，形成故障诊断、维修验证、复发评估、设备控制及维修结果回写相衔接的闭环处理过程。