基于系统图谱的流程工业生产系统运行健康状态分析方法研究

Forming system–spectum, which reflect the dynamic characteristics of the industry system, based on its monitor data set accumulated from DCS (Distributed Control System).The scientific data coloring rules of the system–spectum is developed by the information theory, digital signal processing, color theory, complex system theory, topology, mathematical statistics theory. From the point of view of process industry production system equipment group, the digital image processing technology is used to analyze the system-spectrum and study the dynamic evolution law, dynamic characteristics and fault diffusion mechanism of complex electromechanical system represented by process industry production system. The method of analyzing the health state of complex electromechanical system based on system-spectrum is established.

以流程工业生产系统的分布式中央控制系统（Distributed Control System，DCS）产生的海量监测数据为研究对象，以信息论、数字信号处理、色彩学、复杂系统理论、拓扑学、数理统计为理论基础，制定科学的数据着色规则，构造反映系统动态特性的系统图谱。从流程工业生产系统设备群的角度，利用数字图像处理技术深入分析系统图谱，研究以流程工业生产系统为代表的复杂机电系统的动态演化规律，动力学特征与故障扩散机制。建立基于系统图谱的复杂机电系统运行健康状态分析方法，为系统安全运行与科学维护奠定理论和方法基础。

1.项目背景：本项目以流程工业为典型代表的分布式复杂机电系统为背景，以企业DCS监测数据集为研究对象，建立系统状态特征谱为基础的分布式复杂机电系统健康状态预测与评估方法，为系统安全运行与科学维护奠定理论与方法基础。.2.完成指标：本课题三年来，在国家自然科学基金的支持下，课题组在重要的国际学术会议和国内外核心学术期刊上发表13篇论文，其中SCI 3篇，EI 3篇，北大核心7篇。申请国家发明专利8项，目前已获授权4项。登记软件著作权8项。参加国际高水平学术会议4次，共计6人次。培养博士生1名，硕士生3名。其中，在读博士1名，毕业硕士2名；在读硕士1名。.3.研究特色：坚持问题导向，坚持理论研究与生产实际紧密结合。课题组长期扎根化工和电力企业，从实际需求出发凝练与修正研究内容与目标，并将理论研究成果应用于企业实际中予以验证，实现了理论创新与企业应用的双丰收..4.理论创新：1）针对 DCS 监测数据的特点提出了数据预处理方法，提高DCS监测数据的信息质量，为之后的研究奠定基础；2）提出了构造系统状态特征谱方法，以彩色图像不同的颜对应数据所代表的不同的系统运行健康状态特征，在二维彩色相空间上展示了复杂系统的状态变化规律；3）从系统层面建立了一套基于系统状态特征谱的系统健康状态分析算法，实现了系统运行状态的定量计算、趋势分析、关键变量提取与异常模式发掘、故障快速溯源和故障传播链生成。.5.企业实践与成果应用：在理论研究的基础上，开发了“基于系统彩色图谱的系统运行健康状态分析”软件模块，作为“制造与服役跨阶段集成质量控制软件”的一个重要子模块，在华能集团海门电厂进行了试用和能力验证；相关研究成果获得了中科院微电子研究所和航天科工二院某研究所的认可，推广到微电子芯片测试领域。课题组开发的“芯片测试数据分析软件”，在芯片实际应用，获得了好评。