一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法

摘要

本发明提出一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，包括构建系统的结构层次信息、梳理故障、梳理测试、建立初始相关性矩阵、判断各结构层次中扩展故障与扩展测试的关联性、建立改进相关性矩阵等几个步骤，还可以选择性的包括计算特定结构层次对象的故障检测率的步骤和计算特定结构层次对象的故障隔离率的步骤。本发明将现有二值相关性矩阵改进为三值相关性矩阵，可以剔除很多在结构上与故障不相关的测试，在故障诊断阶段减少需要检测的测试数，节省了大量的计算资源并有助于故障的快速诊断，通过改进相关性矩阵，可以实现计算任意系统层次单元的故障检测率和故障隔离率。

主权项

1.一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，其特征在于：具体包括以下几个步骤：步骤一、构建系统的结构层次信息：将待诊断的工程系统按照自顶向下、连续性、长度不限和信息唯一性原则，确定系统的实际结构层次划分，构建系统结构层次信息UM；步骤二、梳理故障：扩展故障定义为包括结构层次信息的故障扩展描述形式，扩展故障的元组模型为：F＝(UM FM)式中，F为扩展故障，UM是该扩展故障所属的结构层次信息，FM是该扩展故障的故障模式信息；在扩展故障定义的基础上，梳理出系统各结构层次上的故障并将其转换为扩展故障表达形式：F＝UM//FM_name，name是故障模式名称；步骤三、梳理测试：扩展测试定义为包括结构信息的测试扩展描述形式，扩展测试的元组模型如下：T＝(UM TM)式中，T为扩展测试，UM是测试所属结构层次信息，TM是测试功能信息；在扩展测试定义的基础上，梳理出系统各结构层次上的功能测试并将其转换为扩展测试表达形式：T＝UM//TM_name′，name′是测试功能名称；步骤四、建立初始相关性矩阵：根据扩展故障和扩展测试，采用建模方法，并且要求同一结构层次下的所有扩展故障和同一层次下的所有扩展测试依次顺序书写，得到初始相关性矩阵D_m×n，表达式如下：$D_{m\times n}=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{MTTF}}_1& d_{11}& d_{12}& ...& d_{1n}\\ {\mathrm{MTTF}}_2& d_{21}& d_{22}& ...& d_{2n}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{MTTF}}_m& d_{m1}& d_{m2}& ...& d_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]$其中，第i行行向量为：F_i＝[MTTF_i d_i1 d_i2...d_ij...d_in]MTTF_i表示第i个扩展故障F_i的平均故障间隔时间；第i个扩展故障F_i在各扩展测试上的反应信息是d_i1 d_i2...d_in，它表明了扩展故障F_i与各个扩展测试T_j(j＝1，2，…，n)的相关性，d_i＝(d_i1 d_i2...d_ij...d_in)表示扩展故障F_i的相关性值，其中d_ij表示第i行扩展故障和第j个扩展测试的相关性值；步骤五、判断各结构层次中扩展故障与扩展测试的关联性：结构层次为UM_x的扩展故障与结构层次为UM_y的扩展测试的关联性定义为结构层次UM_x上的扩展故障和结构层次UM_y上的扩展测试是否具有通信关系的描述，该通信关系的表示形式为若表示结构层次UM_x上的扩展故障与结构层次UM_y上的扩展测试相关联；若表示结构层次为UM_x的扩展故障与结构层次为UM_y的扩展测试不关联；步骤5.1系统所有结构层次信息构成的结构层次信息集合为UM_K，UM_K＝{UM₁，UM₂，...，UM_k}，其中k为结构层次信息的总个数；步骤5.2建立空集合D′用于存储结构层次为UM_x的所有扩展故障与结构层次为UM_y的所有扩展测试的关联性；步骤5.3在结构层次信息集合{UM_K}中选择第一个结构层次信息UM_x，UM_x∈UM_K；步骤5.4确定结构层次信息为UM_x的所有扩展故障，存入集合F_A中；步骤5.4.1提取初始相关性矩阵的第一行扩展故障作为当前扩展故障；步骤5.4.2当前扩展故障的结构层次信息UM_f；如果结构层次信息UM_f等于结构层次信息UM_x，则把当前扩展故障存入集合F_A；否则，执行步骤5.4.3；步骤5.4.3若初始相关性矩阵中还有未遍历的扩展故障行，则选择下一行扩展故障作为当前扩展故障，返回步骤5.4.2；步骤5.5将集合F_A中各扩展故障行相关性值d_i按列作或运算，建立1×n的子相关性矩阵F_A′，F_A′＝[(d₁₁||d₂₁||...||d_i1)(d₁₂||d₂₂||...||d_i2)...(d_1j||d_2j||...||d_ij)...(d_1n||d_2n||...||d_in)]；步骤5.6在结构层次信息集合{UM_K/UM_x}中选择第一个结构层次信息UM_y，UM_y∈{UM_K/UM_x}；步骤5.7将子相关性矩阵F_A′中结构层次信息为UM_y的所有扩展测试存入集合T_A中；步骤5.7.1提取子相关性矩阵F_A′的第一列扩展测试，作为当前扩展测试；步骤5.7.2当前扩展测试的结构层次信息为UM_t；若结构层次信息UM_t等于结构层次信息UM_y，则把当前扩展测试存入集合T_A；否则，执行步骤5.7.3；步骤5.7.3若子相关性矩阵F_A′中还有未遍历的扩展测试列，则选择下一列扩展测试作为当前扩展测试，并返回步骤5.7.2；步骤5.8将集合T_A中各测试列值d_1j作或运算，记为并将其存入集合D′中；步骤5.9在结构层次信息集合{UM_K/UM_x}中选取下一个结构层次信息UM_y+1，UM_y+1∈{UM_K/UM_i}，令UM_y＝UM_y+1，返回步骤5.7，直至遍历完集合{UM_K/UM_i}中的所有元素；否则，执行步骤5.10；步骤5.10在结构层次信息集合UM_K中选取下一个结构层次信息U_M+1，U_M+1∈UM_K，令UM_x＝UM_x+1，返回步骤5.4，直至遍历完结构层次信息集合UM_K中的所有元素，得到存有结构层次UM_x上的扩展故障和结构层次UM_y上的扩展测试的通信关系的集合D′；步骤六、建立改进相关性矩阵：根据各结构层次的扩展故障与扩展测试的关联性，改进初始相关性矩阵，建立改进相关性矩阵，具体步骤如下：步骤6.1从初始相关性矩阵D_m×n中，选择第一行扩展故障作为当前扩展故障F_l；步骤6.2当前扩展故障F_l的平均故障间隔时间MTTF保持不变，存入改进相关性矩阵；步骤6.3提取当前扩展故障F_l的结构层次信息UM_l；步骤6.4提取当前扩展故障F_l的第一列扩展测试作为当前扩展测试T_s；步骤6.5提取当前扩展测试T_s的结构层次信息UM_s；步骤6.6当前扩展故障F_l与当前扩展测试T_s的相关性值d_ij改进为d′_ij：步骤6.6.1如果UM_l＝UM_s，则d_ij′＝d_ij，将d′_ij存入改进相关性矩阵；否则执行步骤6.6.2；步骤6.6.2遍历集合D′，找到通信关系的值；步骤6.6.3如果则d_ij′＝d_ij，将d′_ij存入改进相关性矩阵，否则，d_ij′＝×，将d′_ij存入改进相关性矩阵；步骤6.7若当前扩展故障F_l中还有未遍历的扩展测试列，则选择下一列扩展测试作为当前扩展测试T_s，返回步骤6.5；步骤6.8若初始相关性矩阵中，还有未遍历的扩展故障行，则选择下一行扩展故障作为当前扩展故障F_l，返回步骤6.2，直至遍历完初始相关性矩阵的全部行和列，得到{0，1，×}三值的改进相关性矩阵D′_m×n：$D_{m\times n}^{\prime }=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{MTTF}}_1& d_{11}^{\prime }& d_{12}^{\prime }& ...& d_{1n}^{\prime }\\ {\mathrm{MTTF}}_2& d_{21}^{\prime }& d_{22}^{\prime }& ...& d_{2n}^{\prime }\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ {\mathrm{MTTF}}_m& d_{m1}^{\prime }& d_{m2}^{\prime }& ...& d_{\mathrm{mn}}^{\prime }\end{array}\right]$其中：