复杂系统故障早期预警和检测系统开发环境

面对的问题

随着现代高新技术的迅速发展，各种机电设备日趋大型化、集成化、自动化和智能化。机电系统的规模和复杂度的不断增加，操作过程和控制策略变得越来越繁杂，操作人员还必须面对各种高度集成的设备产生的大量实时信息。现有的控制系统和数据记录已经无法在异常状况发生时为操作人员提供足够的支持，导致许多问题不能被及时发现而不断传播升级直至达到警报限。如果发生异常警报时还需要花很多时间去寻找问题根源和解决办法，那么即使是细微的问题也会迅速地升级扩大。

利用G2 Optegrity解决

基于Gensym领先的G2实时智能系统平台，G2的optegrity模块通过监测、诊断和解决关键设备和工艺的故障来实现异常状况管理，被广泛应用于制造业、电信系统、航天系统、建筑、运输系统等领域。

G2 Optegrity 在问题引起严重的破坏或导致操作中断前实时的实施预报和解决问题。通过使用G2 Optegrity，可以大大提高生产设备和过程的安全性和稳定性，避免停工并且提高生产效率。

G2 Optegrity 运用从现有的自动化系统、数据库以及历史数据中得到的信息实时地运作：

Ø 前瞻性地监控分析以避免或最小化异常中断情况的发生

Ø 分析、过滤和关联警报信息以加快操作人员的响应

Ø 迅速地诊断故障根源使得问题得到及时解决

Ø 引导操作人员解决异常状况以提高安全级别

Ø 提供专家性的引导使得不同技术水平的操作人员都能有效地处理问题

Ø 预测异常状况的影响使操作员能够采取最优化的行动

G2 Optegrity带来的效益

G2 Optegrity应用软件把大量实时数据转变成可控的信息：

Ø 异常状况管理

Ø 前瞻性的监控与分析

Ø 全面的警报过滤和关联

Ø 鲁棒的实时故障诊断分析

Ø 智能的问题处理指导

Ø 专家级的操作建议

Ø 操作效果分析

基于模型的诊断推理

G2 Optegrity提供了一种用来快速诊断异常情况根本原因的强大的启发式推理方法。开发人员使用图形化的手段来描述故障原因和其征兆之间的因果逻辑关系。当某种故障征兆产生时，Optegrity通过因果有向图故障传播模型进行故障诊断和处理。

Optegrity的构成

Optegrity是一个快速开发和部署异常状况管理（abnormal condition management）应用程序的集成平台。它是建立在Gensym公司独一无二的实时智能系统技术之上的。对应于异常状况管理的各种需求，Optegrity由以下几个功能模块构成：

OPTEGRITY CORE

用于建立物理系统的模型，将设备抽象为软件对象，设备间的关联表示为对象间的连接。通过系统的模型，OPTEGRITY能够理解物理系统中各种事件、警报及消息间的关系并且迅速准确地进行故障诊断分析。

OPTEGRITY REASONER

用于对异常状况的根源进行快速地诊断分析的强大推理引擎。开发者用图形化的语言来建立描述问题与症状间的因果关联的推理模型和用于描述事件检测、诊断和故障处理等自动操作行为的图形化通用语言。当某个症状发生时，OPTEGRITY REASONER推理引擎使用这种模型来识别问题、诊断根源以及提供处理建议。

OPTEGRITY EVENT MANAGER

同样是一个图形化的开发语言，用于将原始的输入数据转换为Optegrity用于监控、分析、诊断和处理的事件。

OPTEGRITY MESSAGE PARSER

对警报消息等文本信息管理。

BRIDGES

由Gensym和其合作伙伴提供的接口，用于将Optegrity的应用与各种外部系统集成起来。使得智能系统与各种控制系统、数据采集系统和数据库之间能够进行灵活的交互。

Optegrity智能故障诊断的特点

Ø 适应性——故障传播模型与系统（被诊断对象）模型无关，系统结构发生改变时，故障传播模型不需改变

Ø 伸缩性——推理引擎自动根据通用故障传播模型和被诊断系统模型生成专有故障传播模型

Ø 扩展性——故障传播模型可以随时进行修改和添加，新的知识将立即被应用到所有的被诊断对象

Optegrity智能故障诊断流程

Ø 在Optegrity中，故障诊断是一个不断迭代的过程

Ø 根据当前故障现象做出一系列假设，然后尝试去收集更多信息，验证这些假设

Ø 一个复杂大系统可能有成千上万个参数变量，不可能对它们全部监控，Optegrity监控那些关键性的参数，只在诊断推理需要时才进一步获取所需要的数据

Optegrity架构

用Optegrity建立智能故障诊断系统

装备智能故障诊断系统部署图

建立Optegrity应用程序

Ø 创建一个新的工程

Ø 设置用户参数

Ø 创建过程图

Ø 管理数据源

Ø 创建通用事件检测模板和特定事件检测图表    

Ø 创建监控事件的报告

Ø 创建通用故障模型

Ø 管理消息和警报

Optegrity提供了先进的故障诊断方法 —— 因果有向图（CDG）

Ø 因果有向图由“事件”和“传播路径”组成

Ø “事件”代表系统的某种异常状况，即故障的征兆或故障的原因； “传播路径”反映事件之间的因果关系

Optegrity提供了故障检测功能模块，通过信号分析流程图进行故障检测。对原始数据进行分析，判断某个事件(故障)是否发生。

CDG： Gensym先进的故障诊断方法学

Ø 在故障诊断领域，Gensym提供了先进的方法，称之为“因果导向图（Causal Directed Graph）”。

Ø CDG同样基于G2，也叫做Symcure模块，包含在Optegrity和Integrity中。

Ø CDG是一种面向对象、图形化和基于模型的故障诊断方法。它集成了自动或交互地进行故障诊断、测试、修复以及预警功能。

Ø CDG能够简单明确地描述领域专家的知识，具有良好的可扩展和可维护性，非常适于建立复杂、大型的故障诊断系统。

CDG：事件触发机制

CDG提供的事件触发机制将实时获取的原始数据通过处理分析转换成相应的事件，以便进行下一步的诊断推理。这同样是通过图形化的事件检测模块来实现。

CDG：方便的描述专家知识

Ø CDG是一种面向对象、图形化和基于模型的故障诊断方法。

Ø CDG非常方便的建立起多层次，耦合的复杂逻辑关系。

Ø CDG具有良好的扩展性和可维护性。

Ø CDG内部集成了诊断，测试，修复和预警功能。

Optegrity ：方便的数据仿真功能

Optegrity提供了很方便的数据模拟和仿真功能，以使用户能在离线状态下对系统进行测试。

Optegrity与实时数据库的连接

Optegrity提供了很多外部接口，可以方便的和实时数据库进行连接，在线的应用于实际的系统中。

应用案例

NASA

NASA的各个航天中心都运行着G2来担负分析和处理大量实时数据的任务。在航天器发射升空的过程中，G2对火箭推进器、机载计算机、振动分析仪器、通讯设备等不同子系统进行实时监控，确保发射任务的顺利完成。

Propulsion Advisory Tool

在发射准备阶段监控航天飞机的推进动力系统运转状态。

机身复合试验

实时监测和分析传感器数据，防止在机身压力/劳损试验中发生重大事故。

Operations Execution Assistant

在地面控制中心为太空任务提供决策支持的专家系统。

“G2通过网络从分布各地的成千上万传感器获取信息并进行实时推理的能力正是下一代控制中心所需要的。” “只有这样快速反应的系统、连同采用专家系统来建议控制策略，才能让控制员快速地解决事故。”

－Charles Robertson，洛克西德.马丁公司首席研究员

国际空间站

Boeing公司开发了基于G2的智能系统来对国际空间站（ISS）进行实时监控。该软件对空间站传回的其机械、电力及计算机等子系统的各项数据进行智能监控，确保空间站正常运行和完成特定任务。

基于G2的系统能够检测出异常，分析原因，显示重要的警告，并且提供相应的电子文档以供进一步的研究。智能系统能够及时预测到异常情况从而在它们演变成重大问题前采取措施。

基于G2的系统为地面控制中心检测和处理空间站潜在的软、硬件问题提供了智能的决策支持，也使得Boeing公司成为国际空间站项目的主要软件承包商。

INTELSAT

INTELSAT是一个由128个成员国组成的合作组织。该组织掌管着19颗卫星，为全世界提供了大部分的国际电话、电视和其它通信服务，构成了全球通信系统的基础。在INTELSAT的控制中心，人们需要一套系统来监控其跨地域的内部网络。这个网络负责在卫星和地面站之间传送数据和指令，是一个太空与地面一体的架构，分布在各地的地面站构成了其终端。

INTELSAT选择了Gensym公司的技术平台来构建他们的网络管理系统（NMS），主要基于三个原因：面向对象和图形化的能力，结构化的自然语言编程和强大的实时推理引擎。NMS系统监控着地面站与卫星的连接和各种设备，并进行实时的故障诊断和警报管理。“Gensym的技术使得我们在创建NMS系统时取得了巨大的成功。” INTELSAT的项目负责人Ravi Rastogi说。

NMS系统在航天飞机对INTELSAT 603卫星的维修行动中扮演了重要角色。“NMS在这次行动中主要协助进行设备监控，”Rastogi说，“它在航天飞机与卫星轨道会合之前和之中进行迅速的问题分离和故障发现与修复，帮助我们完成了这次有史以来最复杂的卫星维修任务。”

欧洲航天局

欧洲航天局的INTELMOD项目利用G2帮助航天专家建立飞行器的部件模型库、控制与故障诊断知识库。G2在飞行器执行任务过程中实时接收遥测数据，进行推理分析，在异常情况发生时或者发生前就向操作人员发出警告和处理建议。G2还与现有的任务控制系统结合，实现了智能的优化控制。

美国海军

General Atomics公司运用G2的实时推理引擎平台为美国海军建立了智能综合保障系统，实现海军装备的自动化和远程化维修维护保障支持。基于G2的智能系统对舰船的动力、电力传输等装置进行实时监控，实现故障的早期检测和预警，并及时提供专家级的维修维护措施，有效提高了海军装备的综合保障水平。

爱立信

电信市场的不断变化使得运营商面临越来越严峻的挑战。作为全球最大的移动系统供应商，瑞典爱立信公司却从中发现了一个帮助运营商降低成本的同时提高其服务质量的机会。

爱立信公司为客户提供了非常智能化的故障管理专家（FMX）系统，让网络管理员清楚地知道网络的状态，提供持续有效的决策支持和自动地采取措施保证网络的正常状态。使用FMX系统，管理员还可以处理、传播和显示关于任何类型的通信网络设备的事件。利用FMX系统提供的智能支持，运营商能迅速地解决发生的问题，从而提升他们的服务质量。

“我们的FMX智能系统能够通过自动处理繁杂的常规手工操作而让管理员只关注解决那些重大的问题来提升电信运营商的服务水平。”爱立信的副总裁Eric Buatois说。

FMX系统基于Gensym公司的技术，爱立信将Gensym强大的智能系统平台与其原有的故障管理系统相结合，FMX系统就这样诞生了。