基于图论模型的故障诊断方法研究进展综述

中Ｉ重ｌｇｔ械工程第２４卷第５期２０１３年３月上半月

基于图论模型的故障诊断方法研究进展综述

刘鹏鹏左洪福苏艳孙见忠

南京航空航天大学，南京，２１００１６

摘要：基于图论模型的故障诊断方法已被广泛应用于解决复杂系统的故障诊断问题。根据图论模型的建模思想、模型表达、推理方法，对现有的主要图论模型进行了分类。对目前图论模型的研究现状、研究成果以及存在的优缺点进行了综述，并通过分析国内外基于图论模型故障诊断方法在实际工程应用中存在的不足，提出了一些解决问题的思路。最后阐述了该类方法的发展趋势。

关键词：复杂系统；故障诊断；图论模型；综述中图分类号：ＴＰ３０６

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—１３２Ｘ．２０１３．０５．０２７

Ｍｏｄｅｌｓｉｎ

ＦａｕｌｔＤｉａｇｎｏｓｉｓ

ＲｅｖｉｅｗｏｆＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｅｓｆｏｒＧｒａｐｈ－－ｂａｓｅｄ

ＬｉｕＰｅｎｇｐｅｎｇ

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ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＮａｎＪｉｎｇ，２１００１６

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍｓｉｓａｌｗａｙｓｔｈｅｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄ．ｗｈｅｒｅｍａｎｙｓｃｈｏｌａｒｓｅｍｐｌｏｙｇｒａｐｈ—ｂａｓｅｄｍｏｄｅｌ

ｔｏ

ｓｏｌｖｅｔｈｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄ

ｇｒａｐｈｍｏｄｅｌｉｎｇｉｄｅａｓ，ｍｏｄｅｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｒｅａｓｏｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｇｒａｐｈ—ｂａｓｅｄｍｏｄｅｌｓｗｈｉｃｈｗｅｒｅａｂｌｅ

ｔｏ

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ｔＯ

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ｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｓｕｃｈｍｅｔｈｏｄｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍ；ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｇｒａｐｈｔｈｅｏｒｙ；ｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

０

引言

复杂系统是由若干相互关联的子系统组成的

要精确的解析模型，在故障诊断推理过程中可以给出故障的传播路径以及故障解释，不依赖于历史故障信息，可以识别新故障等优点，同时存在诊断精度低、故障冗余解多、故障诊断推理速度慢等问题。

本文对近年来基于图论模型的故障诊断方法的相关研究成果进行了总结，分析了基于图论模型的故障诊断方法存在的不足，提出了一些可行的改进方法，阐述了基于图论模型的故障诊断方法的发展趋势。

１

整体，具有相干性、层次性、故障传播性、放射性、延时性、不确定性等特点［１］。国内外学者针对复杂系统的这些特点研究了许多故障诊断方法，这

些方法整体上可分为两大类——定量方法和定性

方法，其中，定量分析方法又分为基于解析模型的方法和数据驱动的方法，这些方法依赖诊断对象精确数学模型，在实际工程应用中往往难以取得令人满意的效果；定性分析方法又可以分为图论方法、专家系统、定性仿真，代表了一类发展方向，目前得到了比较广泛的应用［２］。其中，图论方法通过分析系统的结构、功能及行为方面的信息，建立描述系统原理等深层知识的图论模型，并结合相应的推理策略以及数据处理措施，实现对复杂系统的故障诊断。

目前，基于图论模型的故障诊断方法的一些研究成果已经被广泛应用于化工、航天、航空、大型工程机械等领域［３弓］。基于图论模型的故障诊断方法具有模型表达方式直观且便于维护，不需

收稿日期：２０１１—１２—３０

基金项目：国家自然科学基金委员会与中国民用航空总局联合研究基金重点资助项目（６０９３９００３）；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目（ＣＸＬＸｌ２～０１６４）

图论模型的分类

图论模型是一类对近似描述诊断对象的知识

表达方法，目的是实现对诊断对象相关信息的获取，并按照模型规定的信息组织方式来存储获得的信息，如有向图（ｄｉｒｅｃｔｅｄｇｒａｐｈ，ＤＧ）、Ｐｅｔｒｉ网、故障树等。根据图论模型的建模思想、模型表达、推理方法对目前存在的主要图论模型进行分类，结果如图１所示。

目前，关于图论模型的研究比较活跃，已经存在的图论模型种类繁多，出现了多个研究分支，随着关于图论模型理论研究的深入以及实际应用的验证，未来将会出现更多新的用于解决复杂系统故障诊断问题的图论模型。

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