一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，包括以下几个步骤：步骤一：建立扩展相关性模型；步骤二：生成亚健康扩展相关性矩阵；步骤三：建立亚健康诊断知识模型；步骤四：获取测试状态向量，进行状态特征匹配得到诊断结论。本发明专利技术提出了考虑亚健康状态和单入单出约束条件下的亚健康扩展相关矩阵，并提出了矩阵的获取方法，便于亚健康诊断知识模型分获取。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法
本专利技术涉及一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，属于故障诊断

技术介绍
基于相关性理论的故障诊断推理方法以正常、故障两种状态划分为基础，获取诊断推理模型，并实现故障诊断。很多设备除了正常、故障状态之外，还存在着明显的中间状态，即亚健康状态，这种状态既不属于正常状态，也不属于故障状态。采用正常、故障二态处理方式，会将亚健康状态误诊为正常状态或故障状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，在产品的正常、故障二态划分基础上，增加亚健康状态，并将正常状态称为健康状态，形成健康、亚健康、故障三态划分，在此基础上，建立考虑亚健康和具有单入单出约束的扩展相关性图形模型、生成亚健康相关性矩阵、建立亚健康诊断知识模型，并根据该模型实现产品的亚健康和故障状态的诊断，弥补现有方法的不足。本专利技术是一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，包括以下几个步骤：步骤一：建立扩展相关性模型；步骤二：生成亚健康扩展相关性矩阵；步骤三：建立亚健康诊断知识模型；步骤四：获取测试状态向量，进行状态特征匹配得到诊断结论。本专利技术的优点在于：（1）考虑亚健康状态进行诊断推理，可以实现亚健康识别和故障诊断，为系统的维修保障提供基础，弥补现有方法之不足（2）提出了考虑亚健康状态和单入单出约束条件下的亚健康扩展相关矩阵，并提出了矩阵的获取方法，便于亚健康诊断知识模型分获取；（3）提出了亚健康状态转移的3种作用类型属性，保持类型、增强类型、减弱类型，可以有效区分产品的亚健康转移属性。附图说明图1是本专利技术生成亚健康相关性矩阵的流程；图2是本专利技术显示控制单元组成框图；图3是本专利技术显示控制单元的扩展相关性图形模型；图4是本专利技术的方法流程图；图5是本专利技术的图形模型的图形元素表示。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，流程如图4所示，包括以下几个步骤：步骤一：建立扩展相关性模型考虑亚健康和单入单出约束的扩展相关性模型的元组如下：YM＝(U,T,E,M,R)（1）式中：YM表示扩展相关性模型；U、T、E表示扩展相关性模型的图形元素，M表示扩展相关性模型的属性元素，R表示测试判据，具体如下：U表示产品的组成单元集，组成单元是指产品的各个模块、组件或部件等。其中m表示产品组成单元总数。单元具有单入单出约束，即一个单元最多包括一个输入、输出。T表示产品的测试集，即对某个单元输出执行的诊断测试。n表示测试的总数。测试tj的最终逻辑结果为三值，即分别表示正常、亚健康和故障三种结果。E表示产品单元之间的有向边集，即连接集；E={eij}，eij表示单元ui输出指向单元uj输入有向边。M表示产品单元的属性集，M=(S,K)。S表示单元状态属性，S∈{H,Y,F}，H为健康状态（表示为逻辑0）、Y为亚健康状态（表示为逻辑1/2）、F为故障状态（表示为逻辑1）；K表示亚健康状态转移的作用类型属性，K∈{A,B,C}，A为保持类型，B为增强类型，C为减弱类型。R表示测试判据，包括测试内容和测试的临界值划分，即健康临界值、亚健康临界值、故障临界值。建立扩展相关性图形模型的具体步骤如下：（a）确定产品建模基础数据（1）根据产品的技术手册，确定产品单元组成、状态属性类型以及亚健康状态转移作用类型，填写表1。表1产品组成单元与属性（2）根据产品的技术手册，确定产品组成单元之间输入输出关系，填写表2。表2产品组成单元连接的有向边有向边序号开始单元序号结束单元序号（3）根据产品的技术手册，确定产品的测试组成、测试位置和测试结果类型，填写表3。表3产品测试组成测试序号测试名称测试位置测试结果类型（4）根据产品的技术手册，确定各测试的测试判据，包括健康、亚健康、故障状态的临界值划分，并采用表4进行描述。表4各测试的测试判据测试序号测试名称测试内容健康临界值亚健康临界值故障临界值（b）采用图5提供的图形元素，绘制产品的扩展相关性图形模型。图形模型的图形元素有单元U、测试T、有向边E，图形模型的图形元素表示如图5所示绘制产品的扩展相关性图形模型具体步骤如下：（1）根据表1中的单元组成，采用图5中的单元图形元素绘制图形化的单元组成；（2）根据表2中的连接关系，采用图5中的有向边图形元素绘制图形化的有向边；（3）根据表3中的测试组成和测试位置，采用用图5中的测试图形元素绘制图形化的测试，形成产品的扩展相关性图形模型。步骤二：生成亚健康扩展相关性矩阵亚健康扩展相关性矩阵具体定义如下：式中：Ui（X）表示第i个单元的非健康状态，X为亚健康（Y）或者故障（F）；Tj表示第j个测试，可能的取值包括0、1，0表示测试结果为健康、表示测试结果为亚健康、1表示测试结果为故障；dij表示Ui（X）与测试Tj之间的扩展相关性，可能的取值包括0、1，0表示测试Tj的测试结果为健康、表示测试Tj的测试结果为亚健康、1表示测试Tj的测试结果为故障。如图1所示，生成亚健康扩展相关性矩阵的具体步骤如下：（1）根据表1，确定出各单元的所有故障状态和亚健康状态，作为矩阵的行头；根据表2，确定出产品的所有测试并作为列头；对亚健康扩展相关性矩阵进行初始化，即令（2）令i=1，选择的第i个行向量的行头，找到该行头对应的单元Ui作为源节点，根据行头对应的亚健康或故障状态，确定该源节点为相应的亚健康或故障状态；根据单故障或单亚健康状态发生的约束条件，将其他单元的状态设为健康状态；根据单元Ui状态，确定Ui输出，该输出与Ui状态一致；（3）从源节点Ui出发，按扩展相关性模型的有向边的箭头方向，找到下一个单元，作为当前节点，并采用如下的单元输出状态合成算法确定当前节点的输出状态。单元输出状态合成按逻辑或运算，即单元输入I与单元状态S按取大运算确定单元的输出O。当单元输入I=1/2（即亚健康状态）时，需按照亚健康状态转移的作用类型进行变换得到I’，再按上述规则进行运算。对于保持类型，I=1/2，I’=1/2；对于增强类型I=1/2，I’=1；对于减弱类型I=1/2时，I’=0。重复该操作寻找下一节点和确定节点输出状态，再遍历所有能找到的单元后结束；（4）根据所有遍历的节点输出状态，确定与节点输出相关的测试结果，根据该结果，修改亚健康扩展相关性矩阵中源节点Ui所在行的数值，使相关数值与测试结果一致；（5）将i数值加1，重复步骤（2）～步骤（4），直到i等于m；步骤三：建立亚健康诊断知识模型在亚健康相关性矩阵的基础上，加入一个“正常”状态行（即对应行向量为全零行向量），可以生成亚健康诊断知识模型。如下：式中：K表示亚健康诊断知识模型；Ui（X），Tj，dij的含义与亚健康相关性矩阵中相同。步骤四：获取测试状态向量，进行状态特征匹配得到诊断结论具体步骤如下：（1）获取测试数据并进行三值逻辑化处理执行所有的测试，得到实际的测试数值，利用测试判据确定测试结果（健康、亚健康、故障），并根据测试结果进行三值逻辑化（0，1/2，1），并采用表6进行描述。表6各测试的测试结果序号测试名称测试数值测试结果逻辑化结果（2）根据逻辑化处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，包括以下几个步骤：步骤一：建立扩展相关性模型考虑亚健康和单入单出约束的扩展相关性模型的元组如下：YM＝(U,T,E,M,R)  （1）式中：YM表示扩展相关性模型；U、T、E表示扩展相关性模型的图形元素，M表示扩展相关性模型的属性元素，R表示测试判据，具体如下：U表示产品的组成单元集，组成单元是指产品的各个模块、组件或部件；U={u1,u2,...,um}，其中m表示产品组成单元总数；单元具有单入单出约束，即一个单元最多包括一个输入、输出；T表示产品的测试集，即对某个单元输出执行的诊断测试；T={t1,t2,...,tn}，n表示测试的总数；测试tj的最终逻辑结果为三值，即分别表示正常、亚健康和故障三种结果；E表示产品单元之间的有向边集，即连接集；E={eij}，eij表示单元ui输出指向单元uj输入有向边；M表示产品单元的属性集，M=(S,K)；S表示单元状态属性，S∈{H,Y,F}，H为健康状态，表示为逻辑0；Y为亚健康状态，表示为逻辑1/2；F为故障状态，表示为逻辑1；K表示亚健康状态转移的作用类型属性，K∈{A,B,C}，A为保持类型，B为增强类型，C为减弱类型；R表示测试判据，包括测试内容和测试的临界值划分，即健康临界值、亚健康临界值、故障临界值；步骤二：生成亚健康扩展相关性矩阵亚健康扩展相关性矩阵具体定义如下：式中：Ui（X）表示第i个单元的非健康状态，X为亚健康或者故障；Tj表示第j个测试，可能的取值包括0、1，0表示测试结果为健康、表示测试结果为亚健康、1表示测试结果为故障；dij表示Ui（X）与测试Tj之间的扩展相关性，取值包括0、1，0表示测试Tj的测试结果为健康、表示测试Tj的测试结果为亚健康、1表示测试Tj的测试结果为故障；步骤三：建立亚健康诊断知识模型在亚健康相关性矩阵的基础上，加入一个“正常”状态行，即对应行向量为全零行向量，生成亚健康诊断知识模型；如下：式中：K表示亚健康诊断知识模型；步骤四：获取测试状态向量，进行状态特征匹配得到诊断结论具体步骤如下：（1）获取测试数据并进行三值逻辑化处理执行所有的测试，得到实际的测试数值，利用测试判据确定测试结果，结果包括健康、亚健康和故障，并根据测试结果进行三值逻辑化，分别0，1/2和1；（2）根据逻辑化处理结果，逐行对比亚健康扩展相关性矩阵，找到与测试结果相同的行，行头对应的单元和状态构成诊断结果。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑亚健康状态和单入单出约束的产品故障诊断方法，包括以下几个步骤：步骤一：建立扩展相关性模型,具体步骤如下：(a)确定产品建模基础数据(1)根据产品的技术手册，确定产品单元组成、状态属性类型以及亚健康状态转移作用类型；(2)根据产品的技术手册，确定产品组成单元之间输入输出关系；(3)根据产品的技术手册，确定产品的测试组成、测试位置和测试结果类型；(4)根据产品的技术手册，确定各测试的测试判据，包括健康、亚健康、故障状态的临界值划分；(b)采用图形元素，绘制产品的扩展相关性图形模型；图形模型的图形元素有单元U、测试T、有向边E，绘制产品的扩展相关性图形模型；考虑亚健康和单入单出约束的扩展相关性模型的元组如下：YM＝(U,T,E,M,R)(1)式中：YM表示扩展相关性模型；U、T、E表示扩展相关性模型的图形元素，M表示扩展相关性模型的属性元素，R表示测试判据，具体如下：U表示产品的组成单元集，组成单元是指产品的各个模块、组件或部件；U＝{u1,u2,…,um}，其中m表示产品组成单元总数；单元具有单入单出约束，即一个单元最多包括一个输入、输出；T表示产品的测试集，即对某个单元输出执行的诊断测试；T＝{t1,t2,…,tn}，n表示测试的总数；测试tj的最终逻辑结果为三值，即分别表示正常、亚健康和故障三种结果；E表示产品单元之间的有向边集，即连接集；E＝{eij}，eij表示单元ui输出指向单元uj输入有向边；M表示产品单元的属性集，M＝(S,K)；S表示单元状态属性，S∈{H,Y,F}，H为健康状态，表示为逻辑0；Y为亚健康状态，表示为逻辑1/2；F为故障状态，表示为逻辑1；K表示亚健康状态转移的作用类型属性，K∈{A,B,C}，A为保持类型，B为增强类型，C为减弱类型；R表示测试判据，包括测试内容和测试的临界值划分，即健康临界值、亚健康临界值、故障临界值；步骤二：生成亚健康扩展相关性矩阵亚健康扩展相关性矩阵具体定义如下：式中：Ui(X)表示第i个单元的非健康状态，X为亚健康或者故障；Tj表示第j个测试，可能的取值包括0、1，0表示测试结果为健康、表示测试结果为亚健康、1表示测试结果为故障；dij表示Ui(X)与测试Tj之间的扩展相关性，取值包括0、1，0表示测试Tj的测试结果为健康、表示测试Tj的测试结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：石君友，安蔚然，刘衎，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11