專利名稱：用于自動(dòng)生成故障樹結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于自動(dòng)生成一種擴(kuò)展故障樹結(jié)構(gòu)的方法，該故障樹結(jié)構(gòu)適用于一種生產(chǎn)設(shè)備類型或一特定生產(chǎn)設(shè)備。
該方法適用于在系統(tǒng)中確定效率(設(shè)備總效率OEE)，因此尤其適用于故障原因的分析。
在這里效率被理解為概念“設(shè)備總效率OEE”，對(duì)其的闡述見RobertHansen所著的Learning the Power of Overall EquipmentEffectiveness(認(rèn)識(shí)設(shè)備總效率的功效)，收錄在1999年機(jī)械可靠性會(huì)議與討論的會(huì)議報(bào)告中，以及工業(yè)通信公司出版的“The Meetng ofMachinery Reliability Minds(機(jī)械可靠性回想會(huì)議)”的19~30頁(yè)，俄亥俄，辛辛那提4月12~14，1704 Natalie NehsDr.，Knoxville，TN37931。
所以，OEE是一種用來(lái)確定百分比的方法，它表示了實(shí)際生產(chǎn)率每次達(dá)到計(jì)劃(預(yù)定的)生產(chǎn)率的程度。OEE也稱為協(xié)作參數(shù)乘積，由它定義某個(gè)過(guò)程的“健康狀況”，確切地說(shuō)，OEE＝可用性×處理速度×質(zhì)量。
考慮到經(jīng)濟(jì)的原因，以及為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)設(shè)備的操作者有興趣求出一個(gè)在無(wú)干擾運(yùn)行的狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)的期望效率，并將當(dāng)前的效率與該值相比較。如果當(dāng)前的效率與所述期望值存在偏差，則意味著生產(chǎn)率有損失。所以必須確定所存在的故障事件，以及產(chǎn)生這些故障的原因。這些原因可能出于物質(zhì)的、人為的或組織方面的原因。
現(xiàn)在有多種方法和技術(shù)均能用于這種故障分析，所述故障就是那些對(duì)生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)生不利影響的事件。其中最重要的方法有FMEA(故障模式和影響的分析)、故障樹分析或諸如Pareto分析(John Moubray，RCM2，Butterworth-Heinemann，，1997第二版)等統(tǒng)計(jì)分析法。
故障樹分析在理論上非常適合于分析故障的原因。但是，為了對(duì)這些故障原因做出有效分析，應(yīng)該使用其結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)設(shè)備相適應(yīng)的一種故障樹。
通過(guò)分析生產(chǎn)操作過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)便能建立這種經(jīng)匹配的故障樹結(jié)構(gòu)。這是由于在自動(dòng)運(yùn)行的生產(chǎn)過(guò)程中，信息通常會(huì)在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)很長(zhǎng)時(shí)間，因此可提供所需數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)或者從相應(yīng)的生產(chǎn)控制或設(shè)備控制中直接采集，或者從主控制系統(tǒng)中采集。也可以由設(shè)備的操作者通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(終端、條碼閱讀器)輸入有關(guān)生產(chǎn)或設(shè)備狀態(tài)的信息。因此，便可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有關(guān)故障原因的特定信息。
但問(wèn)題是分析大量數(shù)據(jù)非常困難。所以，一旦經(jīng)過(guò)非常復(fù)雜的編制之后，通常不會(huì)再對(duì)故障樹進(jìn)行更新，因此從日常運(yùn)行中得不到經(jīng)驗(yàn)反饋。
本發(fā)明的目的在于說(shuō)明一種方法，該方法能夠根據(jù)通常不適用的故障樹結(jié)構(gòu)，以自動(dòng)方式生成一種與特定生產(chǎn)設(shè)備相適應(yīng)的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。
通過(guò)下述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，即它具有具有權(quán)利要求1定義的特征以用于自動(dòng)生成適用于一種生產(chǎn)設(shè)備類型或一特定生產(chǎn)設(shè)備的擴(kuò)展故障樹結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求2說(shuō)明了一種便利的改進(jìn)方法。
在本方法中，基于預(yù)定的故障假設(shè)編制和存儲(chǔ)一些驗(yàn)證腳本程序，并根據(jù)其請(qǐng)求從數(shù)據(jù)服務(wù)器中調(diào)用數(shù)據(jù)，以便據(jù)此導(dǎo)出故障事件。將導(dǎo)出的故障事件—可能與附加輸入的故障事件一同—存儲(chǔ)在故障數(shù)據(jù)庫(kù)中。故障數(shù)據(jù)分類器在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)所存儲(chǔ)的故障事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并將其結(jié)果作為被加權(quán)的故障原因映射到所存儲(chǔ)的故障樹結(jié)構(gòu)上。
其主要優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用該方法建立的系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)能力，使一個(gè)故障樹結(jié)構(gòu)能夠持續(xù)地適應(yīng)于相應(yīng)的生產(chǎn)情況。
下面將根據(jù)附圖中的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步闡述，其中

圖1所示為執(zhí)行該方法的系統(tǒng)方框圖，圖2所示為該方法的程序步驟，圖3所示為用于驗(yàn)證故障假設(shè)的腳本程序，圖4所示為來(lái)自控制系統(tǒng)的典型數(shù)據(jù)，圖5所示為存儲(chǔ)在所述故障數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，圖6所示為一種簡(jiǎn)單加權(quán)故障樹的基本結(jié)構(gòu)，以及圖7所示為一種自動(dòng)擴(kuò)展的故障樹。
圖1框圖所示為數(shù)據(jù)處理裝置20的組成部分，它可以作為用來(lái)確定生產(chǎn)設(shè)備效率和用于分析故障原因的系統(tǒng)的組成部分。假設(shè)驗(yàn)證器21、故障數(shù)據(jù)分類器22和假設(shè)配置器23是能執(zhí)行處理功能的軟件組件。故障數(shù)據(jù)庫(kù)31、故障樹存儲(chǔ)器32和驗(yàn)證腳本程序存儲(chǔ)器33被設(shè)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。故障事件數(shù)據(jù)能夠經(jīng)數(shù)據(jù)輸入裝置11輸入。顯示裝置12可用于顯示結(jié)果。輸出裝置40可用于輸出或進(jìn)一步傳送生成的故障樹結(jié)構(gòu)。故障假設(shè)能通過(guò)假設(shè)編輯器13輸入。
在所述故障樹存儲(chǔ)器32中還事先存儲(chǔ)著具有簡(jiǎn)單基本結(jié)構(gòu)的加權(quán)故障樹。任何情況下均可通過(guò)程序運(yùn)行的結(jié)果用自動(dòng)方式來(lái)改變故障樹的結(jié)構(gòu)和單個(gè)故障原因的加權(quán)。
假設(shè)配置器23被設(shè)立用于根據(jù)輸入的故障假設(shè)來(lái)編寫驗(yàn)證腳本程序，并將其存儲(chǔ)在所述驗(yàn)證腳本程序存儲(chǔ)器33中。
假設(shè)驗(yàn)證器21被設(shè)立用于根據(jù)所述驗(yàn)證腳本程序的請(qǐng)求來(lái)訪問(wèn)生產(chǎn)設(shè)備的主控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器30中的數(shù)據(jù)，由此推導(dǎo)出故障事件，其中考慮了經(jīng)所述數(shù)據(jù)輸入裝置11輸入的用于故障事件的其它信息。然后將確定的故障事件存儲(chǔ)在所述故障數(shù)據(jù)庫(kù)31中。
故障數(shù)據(jù)分類器22被設(shè)置用于按預(yù)定的時(shí)間間隔從故障數(shù)據(jù)庫(kù)31中提取故障事件，對(duì)其分類后作為加權(quán)的故障原因被映射到所述的故障樹結(jié)構(gòu)上。
圖2表示用于自動(dòng)生成擴(kuò)展故障樹結(jié)構(gòu)的方法的各個(gè)分立步驟。
在步驟100中，輸入用于驗(yàn)證故障假設(shè)的判據(jù)。根據(jù)這些判據(jù)生成可執(zhí)行腳本程序。圖3列舉了含有三個(gè)故障假設(shè)的腳本程序。
在步驟200中，該腳本程序循環(huán)地被用于那些來(lái)自控制系統(tǒng)或主控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。圖4所示為有關(guān)的典型數(shù)據(jù)組。根據(jù)所述驗(yàn)證腳本程序的判據(jù)檢驗(yàn)這些數(shù)據(jù)。被識(shí)別的故障事件—可能還有其它輸入的故障事件—存儲(chǔ)在故障數(shù)據(jù)庫(kù)31中。
步驟300對(duì)故障事件進(jìn)行分類。這既可按固定的時(shí)間間隔自動(dòng)執(zhí)行，如每月一次，也可由用戶啟動(dòng)該分類工作。這些故障事件均按其發(fā)生的頻率進(jìn)行分類。
步驟400將這些故障事件映射到邏輯樹結(jié)構(gòu)上。圖6所示為故障樹的基本結(jié)構(gòu)，圖7為一種擴(kuò)展故障樹。
圖3所示為用于驗(yàn)證造紙機(jī)的故障假設(shè)的腳本程序。在這里，有關(guān)的故障假設(shè)有泵故障、纖維斷裂、滯緩速度。如果識(shí)別出某種故障，所述腳本程序便將狀態(tài)信息寫入故障數(shù)據(jù)庫(kù)31。
圖4所示為來(lái)自控制系統(tǒng)的典型數(shù)據(jù)。最簡(jiǎn)單的例子是，一個(gè)數(shù)據(jù)組包括該信號(hào)的標(biāo)識(shí)符和其值。其它信息，如數(shù)據(jù)類型、描述數(shù)據(jù)及系統(tǒng)時(shí)間，是否可訪問(wèn)則取決于系統(tǒng)。為了驗(yàn)證故障假設(shè)，通常要查詢與機(jī)器狀態(tài)、計(jì)數(shù)器讀數(shù)及馬達(dá)轉(zhuǎn)速有關(guān)的信號(hào)。為了記錄故障，物理量的測(cè)量值和故障狀態(tài)信號(hào)也非常有用。
圖5列舉了存儲(chǔ)在故障數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。數(shù)據(jù)組按時(shí)間順序存儲(chǔ)。每個(gè)數(shù)據(jù)組均包括一個(gè)所謂的時(shí)標(biāo)(日期和時(shí)刻)、發(fā)生故障事件的工作區(qū)、對(duì)該故障的描述和相應(yīng)事件的種類以及發(fā)生該事件的延時(shí)。而且，與該故障事件有關(guān)的故障原因可以由操作者來(lái)確定。
圖6為用于造紙機(jī)的加權(quán)故障樹的簡(jiǎn)單基本結(jié)構(gòu)。引起這種造紙機(jī)故障的原因有纖維斷裂、停機(jī)和滯緩。作為故障原因的停機(jī)原因再次為清洗和維護(hù)。分類之后便能將故障發(fā)生的頻率作為加權(quán)一起輸出。
圖7所示為自動(dòng)生成擴(kuò)展故障樹。圖6的故障樹提供了該基本結(jié)構(gòu)。對(duì)于纖維斷裂引起的故障，已產(chǎn)生一個(gè)自己的驗(yàn)證腳本程序。所以，在該腳本程序中識(shí)別出的故障事件會(huì)作為引起纖維斷裂的故障原因自動(dòng)插入到所述的故障樹結(jié)構(gòu)中。
權(quán)利要求
1.用于自動(dòng)生成一種擴(kuò)展故障樹結(jié)構(gòu)的方法，該故障樹結(jié)構(gòu)適用于一種生產(chǎn)設(shè)備類型或一特定生產(chǎn)設(shè)備，且尤其能在系統(tǒng)中用于確定效率(設(shè)備總效率OEE)以及分析故障原因，其中a)利用數(shù)據(jù)處理裝置(20)和其中所存儲(chǔ)的用于執(zhí)行假設(shè)驗(yàn)證器(21)、故障數(shù)據(jù)分類器(22)和假設(shè)配置器(23)的功能的程序，并根據(jù)預(yù)定的一般分級(jí)式故障樹結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行所述的生成，b)所述數(shù)據(jù)處理裝置(20)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(31、32、33)以-用于在故障數(shù)據(jù)庫(kù)(31)中存儲(chǔ)故障事件，這些故障事件經(jīng)數(shù)據(jù)輸入裝置(11)輸入，或根據(jù)從數(shù)據(jù)服務(wù)器(30)中調(diào)出的數(shù)據(jù)得出，-用于在故障樹存儲(chǔ)器(32)中存儲(chǔ)上述預(yù)定的故障樹結(jié)構(gòu)及所生成的故障樹結(jié)構(gòu)，以及-用于在驗(yàn)證腳本程序存儲(chǔ)器(33)中存儲(chǔ)用于驗(yàn)證故障假設(shè)的驗(yàn)證腳本程序，a)利用假設(shè)編輯器(13)能對(duì)故障假設(shè)進(jìn)行輸入和變更，以及其中b)所述經(jīng)擴(kuò)展的、且適合的故障樹結(jié)構(gòu)按如下步驟生成-由所述假設(shè)驗(yàn)證器(21)訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器(30)中的數(shù)據(jù)，由此再依據(jù)所述驗(yàn)證腳本程序的執(zhí)行請(qǐng)求而得出故障事件，并將這些故障事件必要時(shí)與先前輸入的故障事件一同存儲(chǔ)在所述故障數(shù)據(jù)庫(kù)(31)中，以及-在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)，所述故障數(shù)據(jù)分類器(22)通過(guò)訪問(wèn)故障數(shù)據(jù)庫(kù)(31)來(lái)執(zhí)行這些故障事件的分類，接著將它們作為加權(quán)的故障原因映射到所述的故障樹結(jié)構(gòu)上，并由顯示裝置(12)顯示按該方法擴(kuò)展的故障樹結(jié)構(gòu)，和/或?qū)⑵渌椭疗渌敵鲅b置(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于借助于所述故障數(shù)據(jù)分類器(22)，按預(yù)定的時(shí)間間隔自動(dòng)地檢查特定的故障原因發(fā)生的頻率，并根據(jù)由此所確定出的故障原因-關(guān)聯(lián)性對(duì)所述故障樹結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證腳本程序進(jìn)行變更。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于自動(dòng)生成一種擴(kuò)展故障樹結(jié)構(gòu)的方法，該故障樹結(jié)構(gòu)適用于一種生產(chǎn)設(shè)備類型或一特定生產(chǎn)設(shè)備，并尤其能在系統(tǒng)中用于確定效率(設(shè)備總效率OEE)以及分析故障原因。利用數(shù)據(jù)處理裝置(20)和其中所存儲(chǔ)的用于執(zhí)行假設(shè)驗(yàn)證器(31)、故障數(shù)據(jù)分類器(22)和假設(shè)配置器(23)的功能的程序，并根據(jù)預(yù)定的一般分級(jí)式故障樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行所述的生成。所述經(jīng)擴(kuò)展的、且適合的故障樹結(jié)構(gòu)按如下步驟生成由所述假設(shè)驗(yàn)證器(21)訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器(30)中的數(shù)據(jù)，由此再依據(jù)所述驗(yàn)證腳本程序的執(zhí)行請(qǐng)求而得出故障事件，并將這些故障事件必要時(shí)與先前輸入的故障事件一同存儲(chǔ)在所述故障數(shù)據(jù)庫(kù)(31)中；以及在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)，所述故障數(shù)據(jù)分類器(22)通過(guò)訪問(wèn)故障數(shù)據(jù)庫(kù)(31)來(lái)執(zhí)行這些故障事件的分類，接著將它們作為加權(quán)的故障原因映射到所述的故障樹結(jié)構(gòu)上，并由顯示裝置(12)顯示按該方法擴(kuò)展的故障樹結(jié)構(gòu)，和/或?qū)⑵渌椭疗渌敵鲅b置(40)。
文檔編號(hào)G05B17/00GK1433535SQ00818685
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2000年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月29日
發(fā)明者J·卡勒拉, G·沃爾馬, S·斯?jié)煽?申請(qǐng)人:Abb研究有限公司