基于因果网络模型的机电系统安全分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于因果网络模型的系统安全分析装置及方法，该装置包括故障模式信息库、安全分析流程模块、过程数据管理模块、安全分析调度模块和人机交互模块。采用本发明专利技术的基于因果网络模型的系统安全分析装置及方法能够快速、准确地识别设备系统的关键部位，据此可以合理地、有针对性地配置系统安全资源或制定合理的预防维护措施，解决了过去依赖人的知识或经验来安排维修的缺陷，不仅增强了生产设备安全运行的稳定性，而且在很大程度上提高了企业有限资源的利用效率。

Mechanical and electrical system safety analysis device and method based on causal network model

The invention relates to a device and method for system safety analysis based on causal network model, the device comprises a fault model database, safety analysis process module, data management module, safety analysis process scheduling module and human-computer interaction module. The key parts of the system safety analysis device and method based on causal network model can quickly and accurately identify the equipment system, thereby rationally, the safety of land resources allocation system and establishing rational prevention maintenance measures, solve the relying on personal knowledge or experience to arrange the repair of the defect, not only enhance the stability of the safe operation of production equipment, and the utilization efficiency of limited resources increased to a great extent.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机电系统安全分析装置与方法，特别是涉及一种基于 因果网络模型的机电系统安全分析装置及方法。
技术介绍
对于一些大型机电设备(或系统)，特别是冶金、石化以及电力行业 的关键设备，其故障往往会造成灾难性的后果。我们不期望亡羊补牢式的 事后诊断、维修工作，而是希望尽可能的做到事前预防和维护。因此对机 电设备系统的故障因果知识进行建模，对其因果机理进行分析，找到那些 系统安全敏感部位并制定合理的预防维护措施是非常重要的。由于大型机 电设备自身结构复杂，故障模式多种多样，而且故障模式和组件之间不存 在一一对应的简单关系，因此很难确定设备系统的安全敏感部位。传统的安全分析方法如安全检查表法(SCL)、预先危险分析(PHA)、故障模 式与影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、危险可操作性分析(HAZOP) 等虽然在故障原因、后果及危害性分析上提供了足够的支持，但偏重于对 单一故障进行分析，不能保障多因素共同作用下复杂系统安全分析的准确 性。如何在企业有限的资源条件下，对设备系统薄弱部位以及关键环节进 行辨识，并据此对系统进行改进或制定合理的预防维护计划，是急需解决 且意义重大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于因果网络模型的机电系统安全分析装 置及方法，以便在设备使用过程中能有效地找到设备的关键部位并加以预防 控制，从而减少故障发生的次数。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案 一种基于因果网络模型的机电系统安全分析装置，其特征在于，该装 置包括一故障模式信息库，用于存储故障模式数据结构模型的相关信息；一安全分析流程模块，用于机电系统安全分析的执行，并对安全分析 的工作流程进行管理；一过程数据管理模块，对安全分析过程中得到的各种中间数据和结果 数据进行综合管理；一安全分析调度模块，负责对其他各个模块进行统一调度，完成安全 分析工作，同时将分析结果通过人机交互模块显示出来；一人机交互模块，用于实现用户和安全分析系统的交互，包括被分析对 象的相关信息输入以及分析结果的输出；它能够修改故障模式信息库、过程 数据以及安全分析流程；故障模式信息库、安全分析流程模块、过程数据管理模块分别与安全分 析调度模块连接，安全分析调度模块与人机交互模块相连。上述基于因果网络模型的机电系统安全分析装置的安全分析方法，其特 征在于，具体包括以下步骤1) 通过FMEA分析获得机电设备系统各个故障模式的数据结构模型， 该数据结构模型至少包括故障原因及影响，采用布尔矩阵(因果关系矩阵) 形式对不同层次级别故障模式之间的因果关系进行描述，并存储于故障模式 信息库中；2) 选择不同的系统级故障模式作为顶事件，对步骤l)形成的因果关系 矩阵进行层级式搜索，构造出相应的故障因果网络模型，存储于过程数据管 理模块中；3) 在因果网络模型的基础上进行定性分析，找到故障顶事件相应的最小路集，并对最小路集中故障模式出现的频次进行统计；4) 根据最小路集中故障模式出现的频次、可能性大小以及相应故障顶 事件的危害程度，评估出故障模式的重要性；5) 将分析结果通过人机交互模块显示出来。整个安全分析过程的主体由安全分析流程模块实现，安全分析流程模 块与其它各个模块之间的交互由安全分析调度模块实现。采用本专利技术的基于因果网络模型的系统安全分析装置及方法能够快 速、准确地识别机电设备系统的关键部位，据此可以合理地、有针对性地 配置系统安全资源或制定合理的预防维护措施，解决了过去依赖人的知识 或经验来安排维修的缺陷，不仅增强了生产设备安全运行的稳定性，而且 在很大程度上提高了企业有限资源的利用效率。附图说明图1为本专利技术所述装置的结构示意图。图2为故障模式的数据结构模型图3为故障模式-结构单元层级式关联图4为本专利技术的工作流程图5为本专利技术实施例结构模型图6为本专利技术实施例的因果网络模型示意图。其中标号分别表示1、 压力过低，压縮容量不足；2、压縮机中空气流量不足；3、压縮机排气参 数不合格；4、压縮机压力不正常；5、卸载阀部分打开；6、空气过滤器堵 塞；7、气阀泄漏；8、垫圈泄漏；9、盖垫密片故障；10、汽缸泄漏；11、 活塞环磨损；12、活塞杆磨损。图7为图6所示因果网络模型转换成的最小路集表示的等价示意以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施例方式首先对本专利技术中的故障模式与影响分析、因果网络模型和最小路集作 如下的定义故障模式与影响分析(简称FMEA):是指在产品设计过程中，对产品 的子系统、零部件等组成单元逐一进行分析，找出所有可能的潜在故障模 式，分析其可能的原因及后果，并对其危害性进行分析，预先采取措施， 减少其严重程度，降低其发生的概率，以提高产品可靠性的一种系统化的 活动。传统的基于表单形式的FMEA是一种单模式分析法，它只针对单点故 障进行分析，而不考虑多重故障。此外，FMEA只对故障原因、影响及危 害性等作了分析，但并未考虑系统安全敏感环节的辨识问题，而这恰恰是 企业实现设备预防维护和安全生产管理的保证。因果网络模型 一种具有概率推理的图形化网络，由节点和有向弧段 组成。节点代表事件或变量，弧段代表节点之间的因果关系，弧的权值表 示节点之间的因果关联强度。因果网络模型是完全基于概率论的，有良好 的理论基础，能够处理因果环路结构，同时因果关联强度适合于表达显性 的知识，便于专家给定知识。将因果网络模型用于故障因果知识的描述时，网络节点表示不同的故 障事件。顶事件最不希望发生的并影响系统功能及性能的故障事件。所述的 顶事件可由FMEA分析确定。底事件因果网络模型中仅导致其它事件发生的原因事件。 中间事件位于底事件和顶事件之间的结果事件。最小路集如果因果网络模型的某几个底事件都不发生时，就能保证 顶事件不发生，那么这几个底事件所构成的集合称为因果网络模型的路集 (Path sets),记为PS。对于故障因果网络的任一路集，若将其所含底事件 任意去掉一个就不再是路集，则该路集称为该因果网络的最小路集(Minimal path sets )，记为MPS 。一个路集表示了顶事件不发生的一个条件，而最小路集则表示了为使 顶事件不发生，至少不发生的底事件的集合。下面，参照附图对本专利技术的具体实施方式加以说明 参考图l，机电系统安全分析装置包括计算机和设置在该计算机上的安 全分析系统，安全分析系统包括安全分析调度模块、故障模式信息库、 安全分析流程模块、过程数据管理模块和人机交互模块。可以采用计算机 存储器对故障模式信息、过程数据和安全分析流程进行存储，并采用输入 输出接口连接键盘、外部存储器和显示器，分析过程中生成的因果网络模 型、最小路集以及分析结果等可以采用人机交互的形式在显示器中表达出 来。故障模式信息库通过关系数据库对故障模式数据结构模型中的相关 信息进行存储，包括对因果关系矩阵的存储。安全分析流程模块负责机电系统安全分析的执行，对安全分析的具 体流程进行管理，可以通过用户控制台对其进行修改和补充。过程数据管理模块对安全分析过程中得到的各种中间数据和结果数 据进行综合管理；包括存储、修改和删除。安全分析调度模块整个安全分析系统的核心，由计算机处理器运行 它，对安全分析流程模块进行调用，使分析流程按照既定顺序进行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于因果网络模型的机电系统安全分析装置，其特征在于，该装置包括：一故障模式信息库，用于存储故障模式数据结构模型的相关信息；一安全分析流程模块，用于机电系统安全分析的执行，并对安全分析的工作流程进行管理；一过程数据 管理模块，对安全分析过程中得到的各种中间数据和结果数据进行综合管理；一安全分析调度模块，负责对其他各个模块进行统一调度，完成安全分析工作，同时将分析结果通过人机交互模块显示出来；一人机交互模块，用于实现用户和安全分析系统的交 互，包括被分析对象的相关信息输入以及分析结果的输出；它能够修改故障模式信息库、过程数据以及安全分析流程；故障模式信息库、安全分析流程模块、过程数据管理模块分别与安全分析调度模块连接，安全分析调度模块与人机交互模块相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高建民，陈富民，高智勇，李果，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]