Szabályalapú diagnosztika - Diagnosztika HAZID információk felhasználásával

Modell Alapú Diagnosztika Disztkrét Módszerekkel

Szabályalapú diagnosztika - Diagnosztika HAZID információk felhasználásával Hangos Katalin PE Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék

Diagnosztika 5 – p. 1/2

Tartalom 1. Diagnosztika szabályrendszer alakú modellek felhasználásával • predikción alapuló diagnosztika - adatvezérelt (elorefelé ˝ haladó) következtetéssel • direkt diagnosztika - célvezérelt (hátrafelé haladó) következtetéssel 2. Meghibásodás, veszély és hatáselemzésen alapuló diagnosztika • HAZOP és FMEA • kétirányú következtetésen alapuló diagnosztika


Diagnosztika szabályrendszer alakú modellek felhasználásával


˝ Idofügg o˝ szabályrendszerek - ismétlés ˝ Aritmerikai idofügg o˝ predikátumok: < jel >< relaciojel >< ertek > • mért jelekre támaszkodik, pl. T > 90o C • a mért jel típusától függoen ˝ lehet bemeneti, zavarás, állapot és kimeneti predikátum Datalog szabályrendszerek • szabályok formája: (p1 ∧ ... ∧ pk ) 7→ q • függoségi ˝ gráf • gyökér predikátumok: input vagy zavarás típusúak


Következtetés szabályrendszereken - ismétlés ˝ képezett állapotvektor Állapottér: predikátumok értékeibol p = [p1 , ..., pn ]T ˝ Adatvezérelt (elorefelé haladó) következtetés • cél: egy célállapot elérése vagy megkonstruálása a ˝ kezdoállapotból • új következtetések eloállítása ˝ a modus ponens alkalmazásával • következtetés a terminálási feltétel eléréséig vagy az összes ˝ következmény eloállításáig (nincs több alkalmazható szabály) Célvezérelt (hátrarefelé haladó) következtetés • cél: egy feltételezett célállapot érvényességének igazolása kezdetben érvényes tényekre támaszkodva • új részcélok eloállítása ˝ a modus ponens alkalmazásával • következtetés az összes részcél igazolásáig vagy amíg nincs több igazolható részcél (nincs több alkalmazható szabály)


Predikción alapuló diagnosztika szabályokkal Adott • a diagnosztizálandó rendszert leíró idofügg ˝ o˝ szabályrendszer • a mért értékekre támaszkodó input és output predikátumok Detektálandó a rendszer hibás állapota, illetve meghatározandó, hogy mely hibamód(ok) lép(tek)ett fel. A diagnosztikai eljárás • a mért inputokra támaszkodó predikátumok értékeibol ˝ ˝ adatvezérelt (elorefelé haladó) következtetéssel kiszámítjuk az outputokra támaszkodó predikátumok értékét (minden hibamódban, ha van modell) • összehasonlítjuk a mért értékekre támaszkodó és a számított output predikátumok értékeit: egyezés esetén az adott hibamódo(oka)t fogadjuk el érvényesnek


˝ o˝ gép diagnosztikája – 1 Példa: Kávéfoz ˝ származó" szabályokkal 1. hiba-ok: alul lyukas a tartály a "tömegmérlegbol Predikátumok:

• •

bemeneti és zavarás: pIsz = (ηI = 1), pOsz = (ηO = 1), phly = (χl = 1) állapot és kimeneti: phcso = (∆h < 0), phall = (∆h = 0), phkicsi = (h < 1cm), phnormal = (h ≥ 15cm)

Szabályok: HA (pIsz ∧ ¬pOsz ∧ ¬phly ) AKKOR ¬phcso

(1)

HA (¬pIsz ∧ ¬pOsz ∧ ¬phly ) AKKOR phall

(2)

HA (¬pIsz ∧ ¬pOsz ∧ phly ) AKKOR phcso

(3)

HA (phnormal ∧ phcso ) AKKOR phkicsi

(4)

HA (phkicsi ∧ phall ) AKKOR phkicsi

(5)

HA (phnormal ∧ phall ) AKKOR phnormal

(6)

Mért adatok: DηI ,ηO ,h (1, 2) = {(0, 0, 17cm), (0, 0, 0.5cm)} Kimeneti predikátum: (i) hibamentes {phnormal , phnormal }, (ii) hibás {phnormal , phkicsi }


Direkt diagnosztika szabályokkal Adott • a diagnosztizálandó rendszert leíró idofügg ˝ o˝ szabályrendszer • a mért értékekre támaszkodó input és output predikátumok Detektálandó a rendszer hibás állapota, illetve meghatározandó, hogy mely hibamód(ok) lép(tek)ett fel. A diagnosztikai eljárás • a mért outputokra támaszkodó predikátumok értékeibol ˝ célvezérelt (hátrarefelé haladó) következtetést végzünk, és megállapítjuk a zavarásokra támaszkodó predikátumok értékét (ha van modell) úgy, hogy az a mért inputokra támaszkodó predikátumokkal konzisztens legyen • ha találunk ilyen esete(ke)t, akkor az e(zek)nek megfelelo˝ hibamódo(oka)t fogadjuk el érvényesnek


˝ o˝ gép diagnosztikája – 2 Példa: Kávéfoz ˝ származó" szabályokkal 1. hiba-ok: alul lyukas a tartály a "tömegmérlegbol Predikátumok:

• •

bemeneti és zavarás: pIsz = (ηI = 1), pOsz = (ηO = 1), phly = (χl = 1) állapot és kimeneti: phcso = (∆h < 0), phall = (∆h = 0), phkicsi = (h < 1cm), phnormal = (h ≥ 15cm)

Szabályok: HA (¬pIsz ∧ pOsz ∧ ¬phly ) AKKOR phcso

(7)

HA (¬pIsz ∧ ¬pOsz ∧ ¬phly ) AKKOR phall

(8)

HA (¬pIsz ∧ ¬pOsz ∧ phly ) AKKOR phcso

(9)

HA (phnormal ∧ phcso ) AKKOR phkicsi

(10)

HA (phkicsi ∧ phall ) AKKOR phkicsi

(11)

HA (phnormal ∧ phall ) AKKOR phnormal

(12)

Mért adatok: DηI ,ηO ,h (1, 2) = {(0, 0, 17cm), (0, 0, 0.5cm)} Következtetés: (i) hibamentes {phkicsi ⇒ phcso ⇒"}, (ii) hibás {phkicsi ⇒ phcso ⇒ phly }


Diagnosztika meghibásodás és veszélyelemzési információk felhasználásával


Kockázat menedzsment ˝ Minden ipari üzemre és termékre elvégzendo. A lehetséges meghibásodások (okok) és veszélyek (következmények) • szisztematikus felmérése • valószínuségi ˝ és veszélyességi értékelése • ok-okozati kapcsolatok feltárása • lehetséges megeloz ˝ o˝ és rehabilitációs lehetoségek ˝ feltárása HAZID: hazard identification HAZID elemzések • adott "szabványos" módszertan alapján: HAZOP és FMEA • multidiszciplináris szakértoi ˝ csoport (team) • az elemzés eredménye verbális, táblázatba rendezett • hatósági engedélyezés alapja, rendszeresen felülvizsgálandó


˝ Veszély és muköd ˝ oképességi analízis – HAZOP ˝ Jellemzoi • mérheto˝ jellemzo˝ változók alapján haladunk • azok eltéréseit (Deviation) vizsgáljuk - "kulcs" oszlop • változó típusonként szabványos eltérés-típusok • az eltérések lehetséges okait (Causes), veszélyes ˝ következményeit (Consequences) (és a megelozésre alkalmas akciókat) gyujtjük ˝ össze. A HAZOP táblázat formátuma Guideword Deviation Causes

Consequences


˝ o˝ gép HAZOP analízis – részlet Kávéfoz ˝ o˝ gép Rendszer: (folyamatos muködés ˝ u) ˝ kávéfoz Változó: szint h Guideword Deviation Causes Consequences alacsony h alacsony beáramlás nincs kiáramlás alacsony ˝ homérséklet magas ˝ h alacsony kiáramlás magas homérséklet magas h nincs


Meghibásodás és hatás analízis – FMEA ˝ Jellemzoi • a rendszer komponensei alapján haladunk • azok lehetséges meghibásodási módjait (Failure) vizsgáljuk "kulcs" oszlop • komponens típusonként szabványos meghibásodási mód-típusok • a meghibásodások lehetséges okait (Failure mode causes), veszélyes lokális következményeit (Local effects) és rendszerszintu˝ következményeit (System effects) gyujtjük ˝ össze. Az FMEA táblázat formátuma Component Failure mode Failure Local effects System effects mode causes


˝ o˝ gép FMEA analízis – részlet Kávéfoz ˝ o˝ gép Rendszer: (folyamatos muködés ˝ u) ˝ kávéfoz Komponens: beáramlási szelep ηI Component Failure mode Failure Local effects System effects mode causes beáramlási beragadt törés beáramlás nincs szint alacsony szelep ηI ηI kiakadt törés beáramlás magas szint magas


Megfeleltetés a HAZOP és FMEA táblák elemei között Közös szintaxis az elemekre: kettesek = (<Measured variable> ) = ( ) = ( ), etc. Példák: <SCT.Level> , <SCT>

Failure Mode Causes

Possible Causes

Deviation

Consequence

Failure Mode

Local Effects

System Effects

Predikátumok és az elemek szintaxisa • : mért változókra támaszkodó aritmetikai predikátummá alakítható • : speciális predikátum


Következtetés az egyesített HAZOP-FMEA táblán


Szabályok a HAZOP és FMEA táblákból Datalog szabályok a táblázat egy sorából Precondition = Failure mode | Cause | Deviation | Precondition ∧ Precondition Conclusion = Consequence | Deviation | Cause HAZOP: a mérheto˝ eltérések (Deviation) okait (Cause) keressük visszafelé haladó következtetés FMEA: a rejtett meghibásodások (Failure mode) következményeit (Consequence) keressük ˝ elorefelé haladó következtetés


˝ o˝ gép – HAZID szabályok Kávéfoz ˝ o˝ gép Rendszer: (folyamatos muködés ˝ u) ˝ kávéfoz HAZOP szabályok Guideword Deviation

Causes

Consequences

alacsony h alacsony beáramlás nincs kiáramlás alacsony

HA (vI = 0) AKKOR (h < hmin ) FMEA szabályok Component Failure mode Failure

Local effects

System effects

mode causes beáramlási szelep ηI

beragadt

törés

beáramlás nincs szint alacsony (vI )

HA (ηI =′ beragadt′ ) AKKOR (vI = 0)


A diagnosztikai következtetés 1 Adott: • a mért értékekbol ˝ eloállított ˝ Deviation-ok • az egyesített HAZOP-FMEA táblázatok Keressük: azokat a "gyökér-okokat" (Failure mode), amelyek összhangban vannak a Deviation-okkal (és az egyéb mért értékekkel). Két fázisú megoldás: ˝ 1. visszafelé haladó következtetéssel eloállítjuk a lehetséges okokat, ˝ 2. elorefelé haladó következtetéssel szukítjük ˝ ezek halmazát


A diagnosztikai következtetés 2 Symptom

Cause cause1_1 cause1_2 cause1_3

deviation1

cause2_1

deviation2

Failure m. cause

Failure mode

failure_mode_cause1

failure_mode1

failure_mode_cause2

Deviation

failure_mode2

Consequence consequence1_1 consequence1_2

HAZOP

Local effect

consequence2_1 consequence2_2

System effect

local_effect1_1 local_effect1_2

system_effect1_1 system_effect1_2

local_effect2_1

system_effect2_1 system_effect2_2

FMEA


Példa - nyomtatófesték adagolási rendszer A rendszer komponensei és folyamatábrája


Példa - következtetés a HAZOP-FMEA táblákon Deviation

Component

Description

VB

TB inflow control valve

Possible causes (1)

*

(2)

*

(3)

(4)

(5)

(1)

*

(2)

*

(3)

(4)

(5)

<does not possess>

Failure mode

Bulk tank TA

Possible causes

Effects Local

System

Closed

mechanical fail closed operator closed

Opened

mechanical fail opened operator opened

<MORE>

<MORE>

maintenance failure corrosion

Broken

corrosion vehicle damage operator damage

Leaked

corrosion

Stuck TA

Consequences


Szabályalapú diagnosztika - Diagnosztika HAZID információk felhasználásával

Recommend Documents