基于故障树贝叶斯网络的装备故障诊断方法研究

图 １ 故障树中基本关 系的贝叶斯 网络表达
＊ 收 稿 日期 ：０ １ １ ２ １ 年 ２月 １ ０日 ， 回 日期 ：０ ２年 １月 １ 修 ２１ ７日
作者简介 ： 齐善明 ， 副教授 ， 男， 硕士生导师 ， 研究方向： 炮兵指挥信息系统 。李磊 ， ， 男 硕士研究生 ， 研究方 向： 作战指挥基础理论与方法 。
常 时用 Ｃ一０ 。在 Ｂ 中， 对应 的变量符号 取值 （ １或 ０ Ｎ 用 （ ） 表达 盯 表达 的元件 的状态 （ 故障或正常） 。 ） 因为 Ｆ Ｔ各个 事件通 过各 种 逻辑 门连 接 ， 因此 首先 讨 论各种逻辑 门关 系的 Ｂ Ｎ表达形式 。 图 １ 出了 Ｆ 中逻 辑 或 门、 门、 门 和表 决 门的 给 Ｔ 与 非 Ｂ Ｎ表达形式 。Ｆ Ｔ中基本事件 的先验概 率在对 应 Ｂ 中表 Ｎ 达 为父节点 的先验概 率 ， 件概 率表达 式 中只给 出 了子节 条 点状态 为 １的条件概率 值 ， 因为 子节点 状态 值为 ０和状 态
图 ２ 某 装 备 信 息机 故 障树 表 １ 结 点 先 验概 率分 布
于故障诊断时将故障征 兆和故 障 原因作 为节 点 ， 当一 定 的
故 障征兆出现时 ， 网络 根据 节点 之间 的 因果 关 系和概 率分
节点
Ｄ
Ｅ
先验概率分布
Ｐ Ｄ （）
Ｐ Ｅ （）
节点
Ｒ ８
Ｊ
２１ ０ ２年第 ６期
舰 船 电 子 工 程
１３ １
从基 本关 系转 化中可 以看 出，Ｔ 中的任何 逻辑关 系都 Ｆ 可 以通过 改变 Ｂ Ｎ中的条件 概率表来 实现 。具体 的转化 算
法如下 ：
有一条弦 ；）从弦化图 Ｇ 中确定簇 ， ４ 丁 簇是包含变量和它双亲 的节点 ， 如图 ３ ｂ 中的椭 圆形 ； ）生成无 向树 ， （） ５ 以通过适 当
对 图 ３ａ的贝 叶斯 网转 化为 对应 的连 结树 Ｊ 如 图 ３ｂ 。 （） Ｔ， （）
根据系统 的结构原理 图构建 系统 的 Ｆ 将 Ｆ Ｔ， Ｔ的不 同
的 逻 辑 门 如 与 门 、 门 、 门 、 或 门 、 止 门 、 非 门 、 非 或 非 异 禁 与 或
门和表决 门映射为对应 的 Ｆ Ｎ。 Ｂ 该信 息机 对 应 的故 障树 如 图 ２所 示 ， 中 Ｒ 顶事 图 为 件 ， Ｂ Ｃ、 Ｅ、 Ｇ、 ＩＪ Ｋ、 、 为底 事件 ， １ 、 Ａ、 、 Ｄ、 Ｆ、 Ｈ、、 、 Ｌ Ｍ Ｒ、
关键词
中图 分 类 号
Ｆ ｕ ｔＴ ｅ ｅｈ ｄ ｏ ａ ｌ Ｄｉｇ ｏ ｉ Ｅｑ ｉｍｅ ｔＢ ｓ ｄ Ｏｌ ａ ｅ ｉｎ Ｎｅ ｗｏ ｋ ａ ｌ ｒｅ Ｍ ｔ ｏ ｆＦ ｕ ｔ ａ ｎ ｓｓ ｕ ｐ ｎ ａ ｅ ｉ Ｂ ｙ ｓａ ｔ ｒ ｓ
ＱＩＳ ａ ｍ ｉｇ ＬＩＬｅ ＹＡＮＧ ｕ ｎ ｈ ｎ ｎ ｉ Ｈ ａ
Ｐ ｆ
Ｐｒ
功能， Ｆ 但 ｒ向 Ｂ 的转 化不 仅仅是 简单 映射 ， Ｎ 而是要 突破 Ｆ Ｔ本身的局 限性 ， 以获得更好 的故障分析和诊断能力。 首先在 Ｆ Ａ 的三个假设条件下进行研究 ， 面将会去 Ｔ 后
除这 些假 设 条 件 。 当系 统 中的元 件 Ｃ 障 时 ， Ｃ：１ 正 故 用 ；
２ ）将 Ｆ Ｔ中各基本 事件的先验概率直 接赋值 给 Ｂ 中 Ｎ
的对应 的根节点作 为其先验 概率 ； ３ ）将 Ｆ丁中 的每个 逻 辑 门都 表达 为 Ｂ 中 的一 个 节 Ｎ
点， 节点 标志和状态取值与 Ｆ Ｔ中逻辑 门的输 出事件一致 ；
４ ）按照 Ｆ Ｔ中表 达 的逻辑 门与基 本事 件 的关 系 连接 Ｂ 中的节点 ， Ｎ 连接 节点 的有 向方 向与 Ｆ Ｔ中逻 辑门 的输人 输出对应关系 ； ５ ）将 Ｆ 中逻辑 门的逻辑关 系表达为 Ｂ 中对应 节点 Ｔ Ｎ 的条件概率表 。
④ ＠ Ｊ（ Ｄ ）
ｐ ｃ＝１Ａ＝ ， ０ Ｏ （ ＯＢ ） Ｊ Ｐ Ｃ＝ＩＡ＝ＩＢ ） （ 【 ，：Ｏ：Ｏ Ｐ Ｃ＝ｌＡ＝ ， ＝Ｉ＝Ｏ （ Ｉ ０Ｂ ） ，（ Ｐ Ｃ＝Ｉ ） （ Ｉ ， ＝１＝１ Ａ＝】Ｂ ）
尸（ ）
交互 ， 而且难于将与设备故障无关但可 以用 以诊断故障的相 关信息纳入故障诊断过程之中 。而贝叶斯网络 （ Ｎ） Ｂ 通过时
Ｂ
Ｐ Ｇ） （ Ｐ Ｒ ｌ Ｇ） （ ５Ｆ
Ｐ（ Ｂ）
Ｒ ９ Ｒ ７
Ｃ
Ｐ Ｒ９Ｌ ） （ ｌＭ Ｐ Ｒ７Ｒ８ ｏ （ Ｒ） Ｉ
Ｐ（ Ｃ）
Ｈ Ｉ
Ｐ（ Ｈ） ＰＩ （）
Ｒ ３ Ｒ１
Ｐ Ｒ３Ｂ Ｒ５ Ｒ ） （ Ｃ Ｒ６ ７ Ｉ Ｐ Ｒ１Ｒ２ ３ （ Ｒ） ｌ
１ 引 言
随着电子信息技术的快速发展 带动了我军的信息化建 设， 我军武器装备在数量和规模上都呈现增长 的趋 势 ， 构 结
日趋复杂 ， 功能不断完 善 ， 设备 故障 率高 、 但 检修 难度大 已 成为影 响部 队使 用武器装 备积极性 的一 个重要 因素 。故 障 树 （ Ｔ） Ｆ 具有简 洁直 观等优点 ， 而贝叶斯网（ Ｎ） Ｂ 具有很强的 故 障诊 断建模 与分析能力 ， 文结合 Ｆ 本 Ｔ与 Ｂ 的优点 ， Ｎ 研 究 故障树 向贝叶斯网的 映射 ， 用 贝叶斯 网进行 复杂系 统 利 故 障诊 断问题 。
Ｐ ｆ Ｐ ｆ Ｐ ｒ Ｐ ｒ
Ａ＝Ｏ Ｂ＝ ， ， ０ Ｃ－＊ － ）０ Ａ＝１ Ｂ＝ ． ｏ） ｏ ０ ｃ＝ － Ａ＝ＯＢ：１ｃ－０－ ． ． ）０
Ａ＝１ Ｂ＝ ， ０ Ｃ：１ ：１ Ａ＝０ Ｂ＝ＩＣ＝ｌ ＝１ ． Ａ＝１ Ｂ＝ＩＣ＝ ＝１ ． ． ）
间积 累， 以随时进行学 习， 可 改进网络结构和参数 ， 提高故障 诊断能力 。因此 ， 基于 Ｆ Ｔ构件 Ｂ Ｎ更 为广泛地应用 到故障 诊断领域之 中， Ｂ 而 Ｎ在建模和分 析方面具有 比 Ｆ Ｔ更强 的
① ｆ
ＰＡ （）
Ｐ Ｂ＝１Ａ＝ ＝０ （ 】 Ｏ、 Ｐ Ｂ＝ＩＡ：１－ （ Ｉ ）ｏ
３ １ 从 故 障树 到 故 障 贝 叶 斯 网 的 映 射 ．
Байду номын сангаас
Ｒ ４
Ａ
Ｐ Ｒ 『 Ｅ） （ ４Ｄ
Ｐ Ａ） （
Ｋ
Ｒ ８
Ｐ Ｋ） （
Ｐ Ｒｓ Ｊ （ ｊＲ）
Ｒ２
Ｆ
Ｐ Ｒ ＡＲ ） （ｚ Ｉ ４
Ｐ（ Ｆ）
Ｌ
Ｍ
Ｐ Ｌ） （
Ｐ（ ） Ｍ
Ｇ Ｒ５
总第 ２６ １ 期
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｐ Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ６ １３ ．
１１ ２
２ １ 年第 ６ ０２ 期
基 于 故 障 树 贝 叶 斯 网络 的 装 备 故 障诊 断 方 法研 究
齐善明 李 磊 杨 欢
３ 利用映射故 障贝叶斯 网进行故障诊断 的 步骤
对复杂系统进行故 障诊 断 ， 际 上就是 根据一 定 的故 实
障征兆 ， 推理得到某 个 或某些 故障 原 因。贝叶斯 网络 应用
Ｒ１ ： 信息机 工作不正常 ；２显示部件 ３零部件； ４ 号线路； ５ 盘；６主 Ｒ： Ｒ： Ｒ： 信 Ｒ： 键 Ｒ： 板 ；７夕部接 口；８ Ｓ ２ ２ 连接器 ；９ＭＯ Ｅ Ｒｌ Ｒ ： 一 ３Ｃ Ｒ Ｒ ： Ｄ Ｍ￣接 器；： Ａ显示模块 ｜： Ｂ通 信 电路；： ｃ母板； 插座 置 线缆；： ； 键盘；：Ｐ Ｍ￣插好；主板故障； Ｄ： Ｆ面膜 Ｇ： ＨＥ ＲＯ Ｉ ： Ｊ Ｓ ２ ２ 连接器 损坏｜ ： ： 一 ３Ｃ Ｒ Ｋ 短线； ： Ｄ Ｍ￣接 器损坏｜ 断线 。 Ｌ ＭＯ Ｅ Ｍ：
先验概率分布
Ｐ（ 『 ） Ｒ６ ＨＩ
Ｐ（ ） Ｊ
布推 理得出各种故障原 因发生 的概率 ， 从而得 到诊断结论 。
即在给定故障征兆节点 的情况下 ， 计算故 障原 因节点 Ｖ 发生的概率 Ｐ（ ） Ｖ１ 。 ｅ ｖ 根据系统的结构原理 图构建 系统 的 Ｆ 将 ＦＴ的不 同 Ｔ， 的逻辑门如与 门、 门 、 门、 或门 、 止 门、 或 非 异 禁 与非 门、 或非 门和表决 门映射为对应 的 Ｆ Ｎ。 Ｂ 以某型装备信息机 的故 障诊 断为例 ， 明本 文所 提 出 说 的从故障树到故障贝 叶斯 网的转 变过程 ， 以及用 故 障贝 叶 斯 网进行故障诊断 的方法 。
的边来连接簇 ， 于任何包含共 同变量 的两个簇 ， 对 创建一个
连接 ， 连接有一个包含共同变量的边 ， 该 如图 ３ ｂ 中的矩形。 （）
１ ）将 Ｆ 中的所有 基本事件对应表达 为 Ｂ 中的根 节 Ｔ Ｎ 点 。如果 Ｆ Ｔ中的根节点出现多次 ， Ｂ 中只需要 表达为 在 Ｎ
一
个根节点 ；
值 为 １的条件概率值之和为 １ 。
ＰＣ：１Ａ： ， （ ０Ｂ＝Ｏ＝０ ｆ ） Ｐ Ｃ＝１Ａ＝１Ｂ Ｏ＝Ｉ （ Ｉ ， ） Ｐ ＣＭ １ ０Ｂ＝Ｉ＝１ （ Ａ＝ ， ） Ｐ（ ｐＣ＝１Ａ＝ＩＢ ） Ｂ） （ ｆ ， １＝１
２ 基 于 故 障 树 的 贝 叶 斯 网络 建 立 方 法
（ ｍｙ Ｏｆｉｅ ａ ｅ Ａｒ ｆｃ ｒＡｃ ｄ ｍｙ，Ｈｅｅ ２ ０ ３１ ｆｉ ３０ ）
Ａｂｓ ｒ ｔ Ｆａ ｌ ｉｇ ｓｓｆ ｒｃ ｍ ｐｅ ｎ ｉ ｉｕ ｔ ｔａｃ ｕ ｔｄａ ｎｏ ｉ ｏ ｏ ｌｘ ａ ｄ ｄｆ ｃ ｌ．ｍａ ｈｎ ｑ ｉｍｅ ｔｉ ｆｒ ａｉｎ ｔ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔｎ ｅｏ ｉｅ ａ ｌ ｔｅ ｓ ｄ ｏ ｆ ｃ ｉｅ ｅ ｕｐ ｎ ｎｏ ｍ ｔｏ ｈｒ ｕ ｈ ａ ｎｓａ ｃ ｆａｇｖ ｎ ｆ ｕｔ ｒ ｅｂａｅ ｎ Ｂａ ｅ ｉｎ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｄａ ｎ ｓｓ ｎ ｔ ｉ ｔ ｏ ｙ ｓａ ｅ ｗｏ ｋ ｆ ｕｔ ｉｇ ｏ ｉ．Ｉ ｈｓｍｅｈ ｄ，ｓｒ ｅｕ ａ ｈ ｎ ｅ ，ｅ ｉｅ ｃ ｒ ｐ ｇ ｔｏ ｔｕ ｔ ｒ １ｃ ａ ｇ ｓ ｖｄ ｎ ｅｐ ｏ ａ ａｉｎ，ｆｉ ｒ ｒ ｂ ｂｌ ｙ ｃｌｕａ ｉｎ ｕｓｎ ａｔａ ｅ — ａｌ ｅｐ ｏ ａ ｉｔ ａｃ ｌｔｏ ｉｇ ｐ ｒｉｌ ａ ｕ ｉ ｒ ｓｎｉｇ，ｐｒ ｂ ｂｌｓｉ ｅ ｓ ｎｎ ｏ ｎ ｙｓｍｐｅａ ｄｅ ｓ ｏ ＦＢ ｆｕｔｌ ｅ ｏ ｎ ｏ ａ ｉｉｔｃｒａ ｏ ｉｇ ｎ ｔｏ ｌ ｉ ｌ ｎ ａ ｙｔ Ｎ ａ ｌ ｉ ，ｂｕ ｌｏｔ ｅ ｃ ｍｐｅ ｉｙ ｏ ｒ ｂ ｂｌ ｔ ｎｅ ｅ ｅＦＢＮ ａｌ ｒ ｓ ｎ ｔａｓ ｈ ｏ ｌｘｔ ｆｐ ｏ ａ ｉｓｉ ｉｆｒｎｃ ｉ ｃ ｆｉｕ ｅｉ ｇｒａｌ ｅ ｕ ｅ ． ｅ ｔｙｒ ｄ ｃ ｄ Ｋｅｙ Ｗ ａｒ ｆｕｔｄａ ｎ ｓｓ ａ ｔｔｅ ，Ｂ ｙ ｓａ ｅｗｏｒ ，ｅ ｉｅ ｃ ｒｐａ ａｉｎ ｄｓ ａ ｌ ｉｇ ｏ ｉ ，ｆｕｌ ｒ ｅ ａ ｅ ｉｎ ｎ ｔ ｋ ｖｄ ｎ ｅ ｐ ｏ ｇ ｔ ｏ Ｃｌｓ ｍ ｂ ｒ Ｅ９ ａ ｓＮｕ ｅ ２
Ｐ（ Ａ）
故障树 （ Ｔ 是常用 的可靠性和安全性分析及 故障诊断 Ｆ ）
决 策 模 型 ， 故 障 树 模 型 表 达故 障 诊 断 问 题 是 常 用 的方 法 ， 用
匹 巫固 堂 ．
．
可以进行诊断策 略优 化的研究 。但故 障树一旦建造好 就不 容易更改 ， 不容易接受和处 理新信息 ， 不容易进行人 机信息
（ 陆军军官学院 合 肥
２０３ ） ３０ １
摘
要
针对复杂 系统故障诊断的难点 ， 过某装备信息机 的实例给出了一种基于故障树贝叶斯网络的故障诊 断方法 。该方法通过结 通
故障诊断 ； 故障树 ；贝叶斯 网； 据传播 证
Ｅ２ ９
构转变 、 证据传播 ， 采用局部计算进行故障概率推理 ， 不仅使 Ｆ Ｎ故障概率推理简洁易行 ， Ｂ 而且使 Ｆ Ｎ故障概率推理的复杂性 大大降低。 Ｂ