復雜系統故障早期預警和檢測系統開發環境

面對的問題

隨著現代高新技術的迅速發展，各種機電設備日趨大型化、集成化、自動化和智能化。機電系統的規模和復雜度的不斷增加，操作過程和控制策略變得越來越繁雜，操作人員還必須面對各種高度集成的設備產生的大量實時信息?，F有的控制系統和數據記錄已經無法在異常狀況發生時為操作人員提供足夠的支持，導致許多問題不能被及時發現而不斷傳播升級直至達到警報限。如果發生異常警報時還需要花很多時間去尋找問題根源和解決辦法，那么即使是細微的問題也會迅速地升級擴大。

利用G2 Optegrity解決

基于Gensym領先的G2實時智能系統平臺，G2的optegrity模塊通過監測、診斷和解決關鍵設備和工藝的故障來實現異常狀況管理，被廣泛應用于制造業、電信系統、航天系統、建筑、運輸系統等領域。

G2 Optegrity 在問題引起嚴重的破壞或導致操作中斷前實時的實施預報和解決問題。通過使用G2 Optegrity，可以大大提高生產設備和過程的安全性和穩定性，避免停工并且提高生產效率。

G2 Optegrity 運用從現有的自動化系統、數據庫以及歷史數據中得到的信息實時地運作：

? 前瞻性地監控分析以避免或最小化異常中斷情況的發生

? 分析、過濾和關聯警報信息以加快操作人員的響應

? 迅速地診斷故障根源使得問題得到及時解決

? 引導操作人員解決異常狀況以提高安全級別

? 提供專家性的引導使得不同技術水平的操作人員都能有效地處理問題

? 預測異常狀況的影響使操作員能夠采取最優化的行動

G2 Optegrity帶來的效益

G2 Optegrity應用軟件把大量實時數據轉變成可控的信息：

? 異常狀況管理

? 前瞻性的監控與分析

? 全面的警報過濾和關聯

? 魯棒的實時故障診斷分析

? 智能的問題處理指導

? 專家級的操作建議

? 操作效果分析

基于模型的診斷推理

G2 Optegrity提供了一種用來快速診斷異常情況根本原因的強大的啟發式推理方法。開發人員使用圖形化的手段來描述故障原因和其征兆之間的因果邏輯關系。當某種故障征兆產生時，Optegrity通過因果有向圖故障傳播模型進行故障診斷和處理。

Optegrity的構成

Optegrity是一個快速開發和部署異常狀況管理（abnormal condition management）應用程序的集成平臺。它是建立在Gensym公司獨一無二的實時智能系統技術之上的。對應于異常狀況管理的各種需求，Optegrity由以下幾個功能模塊構成：

OPTEGRITY CORE

用于建立物理系統的模型，將設備抽象為軟件對象，設備間的關聯表示為對象間的連接。通過系統的模型，OPTEGRITY能夠理解物理系統中各種事件、警報及消息間的關系并且迅速準確地進行故障診斷分析。

OPTEGRITY REASONER

用于對異常狀況的根源進行快速地診斷分析的強大推理引擎。開發者用圖形化的語言來建立描述問題與癥狀間的因果關聯的推理模型和用于描述事件檢測、診斷和故障處理等自動操作行為的圖形化通用語言。當某個癥狀發生時，OPTEGRITY REASONER推理引擎使用這種模型來識別問題、診斷根源以及提供處理建議。

OPTEGRITY EVENT MANAGER

同樣是一個圖形化的開發語言，用于將原始的輸入數據轉換為Optegrity用于監控、分析、診斷和處理的事件。

OPTEGRITY MESSAGE PARSER

對警報消息等文本信息管理。

BRIDGES

由Gensym和其合作伙伴提供的接口，用于將Optegrity的應用與各種外部系統集成起來。使得智能系統與各種控制系統、數據采集系統和數據庫之間能夠進行靈活的交互。

Optegrity智能故障診斷的特點

? 適應性——故障傳播模型與系統（被診斷對象）模型無關，系統結構發生改變時，故障傳播模型不需改變

? 伸縮性——推理引擎自動根據通用故障傳播模型和被診斷系統模型生成專有故障傳播模型

? 擴展性——故障傳播模型可以隨時進行修改和添加，新的知識將立即被應用到所有的被診斷對象

Optegrity智能故障診斷流程

? 在Optegrity中，故障診斷是一個不斷迭代的過程

? 根據當前故障現象做出一系列假設，然后嘗試去收集更多信息，驗證這些假設

? 一個復雜大系統可能有成千上萬個參數變量，不可能對它們全部監控，Optegrity監控那些關鍵性的參數，只在診斷推理需要時才進一步獲取所需要的數據

Optegrity架構

用Optegrity建立智能故障診斷系統

裝備智能故障診斷系統部署圖

建立Optegrity應用程序

? 創建一個新的工程

? 設置用戶參數

? 創建過程圖

? 管理數據源

? 創建通用事件檢測模板和特定事件檢測圖表    

? 創建監控事件的報告

? 創建通用故障模型

? 管理消息和警報

Optegrity提供了先進的故障診斷方法 —— 因果有向圖（CDG）

? 因果有向圖由“事件”和“傳播路徑”組成

? “事件”代表系統的某種異常狀況，即故障的征兆或故障的原因； “傳播路徑”反映事件之間的因果關系

Optegrity提供了故障檢測功能模塊，通過信號分析流程圖進行故障檢測。對原始數據進行分析，判斷某個事件(故障)是否發生。

CDG： Gensym先進的故障診斷方法學

? 在故障診斷領域，Gensym提供了先進的方法，稱之為“因果導向圖（Causal Directed Graph）”。

? CDG同樣基于G2，也叫做Symcure模塊，包含在Optegrity和Integrity中。

? CDG是一種面向對象、圖形化和基于模型的故障診斷方法。它集成了自動或交互地進行故障診斷、測試、修復以及預警功能。

? CDG能夠簡單明確地描述領域專家的知識，具有良好的可擴展和可維護性，非常適于建立復雜、大型的故障診斷系統。

CDG：事件觸發機制

CDG提供的事件觸發機制將實時獲取的原始數據通過處理分析轉換成相應的事件，以便進行下一步的診斷推理。這同樣是通過圖形化的事件檢測模塊來實現。

CDG：方便的描述專家知識

? CDG是一種面向對象、圖形化和基于模型的故障診斷方法。

? CDG非常方便的建立起多層次，耦合的復雜邏輯關系。

? CDG具有良好的擴展性和可維護性。

? CDG內部集成了診斷，測試，修復和預警功能。

Optegrity ：方便的數據仿真功能

Optegrity提供了很方便的數據模擬和仿真功能，以使用戶能在離線狀態下對系統進行測試。

Optegrity與實時數據庫的連接

Optegrity提供了很多外部接口，可以方便的和實時數據庫進行連接，在線的應用于實際的系統中。

應用案例

NASA

NASA的各個航天中心都運行著G2來擔負分析和處理大量實時數據的任務。在航天器發射升空的過程中，G2對火箭推進器、機載計算機、振動分析儀器、通訊設備等不同子系統進行實時監控，確保發射任務的順利完成。

Propulsion Advisory Tool

在發射準備階段監控航天飛機的推進動力系統運轉狀態。

機身復合試驗

實時監測和分析傳感器數據，防止在機身壓力/勞損試驗中發生重大事故。

Operations Execution Assistant

在地面控制中心為太空任務提供決策支持的專家系統。

“G2通過網絡從分布各地的成千上萬傳感器獲取信息并進行實時推理的能力正是下一代控制中心所需要的?！?“只有這樣快速反應的系統、連同采用專家系統來建議控制策略，才能讓控制員快速地解決事故?！?/span>

－Charles Robertson，洛克西德.馬丁公司首席研究員

國際空間站

Boeing公司開發了基于G2的智能系統來對國際空間站（ISS）進行實時監控。該軟件對空間站傳回的其機械、電力及計算機等子系統的各項數據進行智能監控，確?？臻g站正常運行和完成特定任務。

基于G2的系統能夠檢測出異常，分析原因，顯示重要的警告，并且提供相應的電子文檔以供進一步的研究。智能系統能夠及時預測到異常情況從而在它們演變成重大問題前采取措施。

基于G2的系統為地面控制中心檢測和處理空間站潛在的軟、硬件問題提供了智能的決策支持，也使得Boeing公司成為國際空間站項目的主要軟件承包商。

INTELSAT

INTELSAT是一個由128個成員國組成的合作組織。該組織掌管著19顆衛星，為全世界提供了大部分的國際電話、電視和其它通信服務，構成了全球通信系統的基礎。在INTELSAT的控制中心，人們需要一套系統來監控其跨地域的內部網絡。這個網絡負責在衛星和地面站之間傳送數據和指令，是一個太空與地面一體的架構，分布在各地的地面站構成了其終端。

INTELSAT選擇了Gensym公司的技術平臺來構建他們的網絡管理系統（NMS），主要基于三個原因：面向對象和圖形化的能力，結構化的自然語言編程和強大的實時推理引擎。NMS系統監控著地面站與衛星的連接和各種設備，并進行實時的故障診斷和警報管理。“Gensym的技術使得我們在創建NMS系統時取得了巨大的成功。” INTELSAT的項目負責人Ravi Rastogi說。

NMS系統在航天飛機對INTELSAT 603衛星的維修行動中扮演了重要角色。“NMS在這次行動中主要協助進行設備監控，”Rastogi說，“它在航天飛機與衛星軌道會合之前和之中進行迅速的問題分離和故障發現與修復，幫助我們完成了這次有史以來最復雜的衛星維修任務。”

歐洲航天局

歐洲航天局的INTELMOD項目利用G2幫助航天專家建立飛行器的部件模型庫、控制與故障診斷知識庫。G2在飛行器執行任務過程中實時接收遙測數據，進行推理分析，在異常情況發生時或者發生前就向操作人員發出警告和處理建議。G2還與現有的任務控制系統結合，實現了智能的優化控制。

美國海軍

General Atomics公司運用G2的實時推理引擎平臺為美國海軍建立了智能綜合保障系統，實現海軍裝備的自動化和遠程化維修維護保障支持?；?/span>G2的智能系統對艦船的動力、電力傳輸等裝置進行實時監控，實現故障的早期檢測和預警，并及時提供專家級的維修維護措施，有效提高了海軍裝備的綜合保障水平。

愛立信

電信市場的不斷變化使得運營商面臨越來越嚴峻的挑戰。作為全球最大的移動系統供應商，瑞典愛立信公司卻從中發現了一個幫助運營商降低成本的同時提高其服務質量的機會。

愛立信公司為客戶提供了非常智能化的故障管理專家（FMX）系統，讓網絡管理員清楚地知道網絡的狀態，提供持續有效的決策支持和自動地采取措施保證網絡的正常狀態。使用FMX系統，管理員還可以處理、傳播和顯示關于任何類型的通信網絡設備的事件。利用FMX系統提供的智能支持，運營商能迅速地解決發生的問題，從而提升他們的服務質量。

“我們的FMX智能系統能夠通過自動處理繁雜的常規手工操作而讓管理員只關注解決那些重大的問題來提升電信運營商的服務水平?！睈哿⑿诺母笨偛?/span>Eric Buatois說。

FMX系統基于Gensym公司的技術，愛立信將Gensym強大的智能系統平臺與其原有的故障管理系統相結合，FMX系統就這樣誕生了。