付欣穎

摘要：隨著工業(yè)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)技術(shù)日趨復(fù)雜和集成，在對(duì)控制的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，發(fā)現(xiàn)和排除故障是系統(tǒng)重要的作用。以故障分析為工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程檢測(cè)的基礎(chǔ)是，智能分析顯得尤為重要，在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，受人工免疫系統(tǒng)工作機(jī)理啟發(fā)，為基于人工免疫的故障智能分析方面的研究提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：人工免疫；故障；智能分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0167-02

Abstract： with the advancement of industrial technology， process control system technology is becoming more and more complex and integrated in the control system to monitor， discovery and troubleshooting system plays an important role. The fault analysis as a basis for the industrial process automation detection， intelligent analysis is particularly important， in today with the rapid development of computer technology， the working mechanism of artificial immune system inspired and based on artificial immune fault intelligent analysis research provides a theoretical basis.

Key words： artificial immune； fault analysis； intelligent

從控制論配提出到現(xiàn)在，在科技不斷進(jìn)步的同時(shí)，過(guò)程控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中一個(gè)重要的組成部分，在化工、電力、石油、冶金和鋼鐵產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。在過(guò)程控制系統(tǒng)逐漸復(fù)雜化和規(guī)模化的今天，系統(tǒng)通常被用于各種較為極端的危險(xiǎn)環(huán)境中，一旦過(guò)程控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，不僅僅是設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重可能會(huì)發(fā)生重大安全事故，造成人員傷亡。事故所產(chǎn)生的損失，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)本身的損壞，對(duì)行業(yè)發(fā)展造成難以想象的危害。在實(shí)際情況中，對(duì)基于人工免疫的故障分析系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，建立較為完善的故障智能分析系統(tǒng)對(duì)工業(yè)的發(fā)展十分重要。在故障智能分析系統(tǒng)的使用中，提早發(fā)現(xiàn)和排除故障，保障設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)的正常安全進(jìn)行。

1 故障分析存在的問(wèn)題

故障分析系統(tǒng)發(fā)展到今天，許多故障分析和檢測(cè)的方法已經(jīng)在研究中被提出，在實(shí)際生產(chǎn)中，這些理論研究被廣泛應(yīng)用，但是在應(yīng)用效果上，仍然存在很多需要解決的問(wèn)題，具體主要包括以下幾種情況：

1.1 據(jù)壓縮問(wèn)題

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)逐漸在各種工業(yè)中的應(yīng)用過(guò)程中，傳感器檢測(cè)的狀態(tài)數(shù)據(jù)大量的被儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，隨著時(shí)間的不斷積累，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量逐漸增多。因此，工業(yè)中運(yùn)用的計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存了大量的歷史數(shù)據(jù)。這種情況使得計(jì)算機(jī)在后期的故障分析中很慢有效的完成數(shù)據(jù)整理。

1.2 故障樣本難以獲取

在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力不斷提升的同時(shí)，計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)行分析數(shù)據(jù)讀取較為容易，但是在故障數(shù)據(jù)傳輸中，計(jì)算機(jī)不容易獲得。這造成計(jì)算機(jī)很難對(duì)存在大量數(shù)據(jù)的故障及時(shí)有效的作出分析。

1.3 缺乏具有在線學(xué)習(xí)能力的故障分析方法

在工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，在技術(shù)更新的同時(shí)，設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)一些新的問(wèn)題。由于現(xiàn)有的故障風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）不具備在線學(xué)習(xí)的能力，需要人為的對(duì)故障分析系統(tǒng)中故障類(lèi)型樣本進(jìn)行更新，降低了系統(tǒng)的工作效率，有可能造成重大安全事故的發(fā)生。因此，對(duì)故障分析系統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)能力的加強(qiáng)十分必要。

2 基于人工免疫的故障智能分析實(shí)現(xiàn)

所謂的故障智能分析系統(tǒng)就是通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的故障進(jìn)行智能分析，保證系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確有效的對(duì)故障進(jìn)行分析。故障智能分析系統(tǒng)對(duì)設(shè)備故障發(fā)現(xiàn)可以使得工作人員及時(shí)對(duì)故障做出反應(yīng)和處理措施，減少?gòu)陌l(fā)現(xiàn)故障到問(wèn)題解決之間的工作時(shí)間，確保安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)，降低運(yùn)行成本。

在工業(yè)的設(shè)備不斷復(fù)雜的過(guò)程中，傳統(tǒng)的故障分析系統(tǒng)難以滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展需求，工業(yè)中急需具有故障智能分析的系統(tǒng)代替原有的系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中日趨嚴(yán)峻的生產(chǎn)形勢(shì)。生物的免疫系統(tǒng)是一種可以學(xué)習(xí)、記憶、新事物識(shí)別和自我不斷更新的系統(tǒng)，它是一種具有智能的控制系統(tǒng)。通過(guò)準(zhǔn)確識(shí)別各種入侵病原體的本體并及時(shí)將病原體消滅。故障智能分析系統(tǒng)具有和人體免疫系統(tǒng)相同的運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)借鑒免疫系統(tǒng)對(duì)問(wèn)題的分析與處理過(guò)程，探索可以與免疫系統(tǒng)相似問(wèn)題處理過(guò)程，準(zhǔn)確迅速的識(shí)別設(shè)備的故障，是本文研究的主要目的。

故障智能分析的過(guò)程如圖1。

將現(xiàn)場(chǎng)采集的樣本數(shù)據(jù)預(yù)處理后儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的運(yùn)行空間中，利用故障檢測(cè)裝置對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配計(jì)算。如果結(jié)果一致，說(shuō)明設(shè)備發(fā)生故障。通過(guò)記錄下匹配的數(shù)據(jù)，在故障智能分析系統(tǒng)中對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行激活和智能判斷記錄。

2.1 故障樣本歸屬判定

為了是吸納系統(tǒng)中對(duì)各種可能發(fā)生的故障的涵蓋，本文提出的故障智能分析系統(tǒng)中可以存在檢測(cè)器之間的范圍重疊。這樣可能會(huì)長(zhǎng)生另外的問(wèn)題，即不同的故障檢測(cè)裝置在故障檢測(cè)過(guò)程中可以對(duì)同一異常檢測(cè)，數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在對(duì)故障進(jìn)行匹配時(shí)發(fā)生對(duì)個(gè)檢測(cè)裝置產(chǎn)生同一故障顯示。所以，需要對(duì)故障進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)的歸屬劃分。

1）最近距離機(jī)制：在檢測(cè)裝置進(jìn)行模擬訓(xùn)練時(shí)，按照故障在檢測(cè)裝置中的“距離優(yōu)先” 進(jìn)行模擬訓(xùn)練，在后期的應(yīng)用于訓(xùn)練保持一致性的原則下，對(duì)故障進(jìn)行“距離優(yōu)先” 的原則進(jìn)行樣本的歸屬劃分處理，應(yīng)用對(duì)應(yīng)的分析裝置。

2）最大數(shù)量機(jī)制：在使用“距離優(yōu)先” 原則對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行模擬訓(xùn)練時(shí)，在故障發(fā)生檢測(cè)裝置仲裁時(shí)要進(jìn)行檢測(cè)裝置數(shù)量判斷。統(tǒng)計(jì)出同類(lèi)故障在各個(gè)檢測(cè)裝置中出現(xiàn)的次數(shù)，判斷出現(xiàn)次數(shù)最多的檢測(cè)裝置對(duì)該類(lèi)故障的存在進(jìn)行激活。當(dāng)故障智能分析方法中使用的初始檢測(cè)器是由故障樣本直接產(chǎn)生的，由于省略了訓(xùn)練過(guò)程，在面臨多檢測(cè)器被激活要判定被檢出樣本的歸屬時(shí)，既可以采用“最近距離”機(jī)制也可以使用“最大數(shù)量”機(jī)制。

2.2 檢測(cè)器更新

在故障智能分析系統(tǒng)中導(dǎo)入具有更新功能的運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)借鑒免疫系統(tǒng)運(yùn)行記錄，被事故激活的檢查裝置要能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行復(fù)制和更新。在故障分析數(shù)據(jù)中，激活檢查裝置的復(fù)制功能是將故障數(shù)據(jù)在同類(lèi)檢查裝置中激活，更新則是對(duì)事故的儲(chǔ)存空間進(jìn)行位置預(yù)留?？梢?jiàn)，實(shí)現(xiàn)克隆選擇的方法有很多種。為了實(shí)現(xiàn)算法的自動(dòng)收斂，而不用如上一章的故障檢測(cè)方法中通過(guò)規(guī)定檢測(cè)器總數(shù)控制檢測(cè)器的更新，本章提出了一種新的檢測(cè)器更新實(shí)現(xiàn)。在故障智能分析完成后，被檢測(cè)出的異常點(diǎn)不用于直接產(chǎn)生新檢測(cè)器而是被移動(dòng)到其所屬的檢測(cè)器邊緣上，在新的位置計(jì)算該點(diǎn)是否被自體或其他的檢測(cè)器覆蓋。

3 總結(jié)

在工業(yè)設(shè)備逐漸集成化和復(fù)制化發(fā)展的今天，故障分析系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的檢測(cè)和控制尤為重要，通過(guò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，保障設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)工業(yè)發(fā)展的安全生產(chǎn)越來(lái)越重要。本文正是在免疫系統(tǒng)各種智能機(jī)理的啟發(fā)下，對(duì)基于人工免疫的故障智能分析方法進(jìn)行了相關(guān)探索。

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