安全生產(chǎn)智能化保障技術(shù) 第2版 課件 第七章 智能故障診斷與預(yù)測;第八章 智能安全信息管理系統(tǒng)

智能故障診斷與預(yù)測1安全生產(chǎn)智能保障技術(shù)

21.概述2.智能故障診斷3.智能故障預(yù)測4.智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)主要內(nèi)容3概述過去礦工用金絲雀檢測其礦井安全的方法，來說明目前復(fù)雜設(shè)備中應(yīng)用智能機(jī)器故障診斷與預(yù)測技術(shù)背景下的模式變化內(nèi)容?！芭f”的方式是將金絲雀放在礦井中，周期性地觀察它，如果它死了，可以判斷礦井的空氣出現(xiàn)問題，變得糟糕了。“新”的方式是采用目前已有的技術(shù)和智能診斷預(yù)測技術(shù)連續(xù)地檢測金絲雀的健康狀況，并盡早地得到礦井空氣變糟的征兆，從而預(yù)測礦并中金絲雀的剩余壽命，這明顯改進(jìn)了礦井的維修和健康管理模式，并使金絲雀具有了重復(fù)利用的價值。概述智能故障診斷與預(yù)測的概念智能故障診斷是人工智能和故障診斷相結(jié)合的產(chǎn)物，主要體現(xiàn)在診斷過程中領(lǐng)域?qū)＜抑R和人工智能技術(shù)的運用。它是一個由人（尤其是領(lǐng)域?qū)＜遥?、能模擬腦功能的硬件及其必要的外部設(shè)備、物理器件以及支持這些硬件的軟件所組成的系統(tǒng)。智能預(yù)測

智能預(yù)測就是通過智能科學(xué)的思想和方法，設(shè)法把不同的預(yù)測模型有機(jī)地結(jié)合起來，綜合利用各種預(yù)測方法和知識所提供的信息，以適當(dāng)?shù)木C合準(zhǔn)則得出綜合預(yù)測模型，實現(xiàn)科學(xué)的預(yù)測。概述智能故障診斷與預(yù)測的概念故障失效的診斷與預(yù)測關(guān)系概述智能故障診斷與預(yù)測的誕生及現(xiàn)狀原始診斷階段

原始診斷始于19世紀(jì)末至20世紀(jì)中期，這個時期由于機(jī)器設(shè)備比較簡單，故障診斷主要依靠設(shè)備使用專家或維修人員通過感官、經(jīng)驗和簡單儀表，對故障進(jìn)行診斷，并排除故障。基于傳感器與計算機(jī)技術(shù)的診斷階段

在這一階段，由于傳感器技術(shù)和動態(tài)測試技術(shù)的發(fā)展，使得對各種診斷信號和數(shù)據(jù)的測量變得容易和快捷，涌現(xiàn)了狀態(tài)空間分析診斷、時域診斷、頻域診斷、時頻診斷、動態(tài)過程診斷和自動化診斷等方法。智能化診斷階段

這一階段，將智能信息處理技術(shù)的研究成果應(yīng)用到故障診斷領(lǐng)域中，以常規(guī)信號處理和診斷方法為基礎(chǔ)，以智能信息處理技術(shù)為核心，構(gòu)建智能化故障診斷模型和系統(tǒng)。概述智能故障診斷與預(yù)測的誕生及現(xiàn)狀健康管理階段

所謂故障預(yù)測與健康管理事實上是傳統(tǒng)的機(jī)內(nèi)測試（BIT）和狀態(tài)監(jiān)控能力的進(jìn)一步拓展。其顯著特點是引入了預(yù)測能力，借助這種能力識別和管理故障的發(fā)展與變化，確定部件的殘余壽命或正常工作時間長度，規(guī)劃維修保障。目的是降低使用與保障費用，提高設(shè)備系統(tǒng)安全性、可靠性、戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性，實現(xiàn)真正的預(yù)知維修和自主式保障。概述智能故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概述智能故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)的特點系統(tǒng)應(yīng)能綜合利用多種信息、多種模型和多種診斷方法，以靈活的診斷策略來解決診斷與預(yù)測問題。系統(tǒng)的架構(gòu)應(yīng)當(dāng)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，使之可以很方便地進(jìn)行跨平臺聯(lián)網(wǎng)，擴(kuò)展或調(diào)用其他專門的故障檢測與診斷的應(yīng)用程序，實現(xiàn)信息共享。系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互診斷的功能。系統(tǒng)具有多種診斷信息獲取的途徑。系統(tǒng)的問題求解應(yīng)當(dāng)實時和準(zhǔn)確。系統(tǒng)應(yīng)該可以使用豐富的故障診斷算法和故障預(yù)測模型。系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)的功能概述智能故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢多種故障診斷與預(yù)測方法的結(jié)合專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合模糊方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合新的數(shù)學(xué)工具和智能算法針對高維數(shù)據(jù)會給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)帶來結(jié)構(gòu)復(fù)雜、訓(xùn)練速度和收斂過慢等問題，將粗糙集引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中為了克服專家系統(tǒng)存在的知識獲取、自學(xué)習(xí)等問題，將具有并行計算，自學(xué)習(xí)能力的遺傳算法等進(jìn)化計算引入專家系統(tǒng)灰色理論、經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?、混沌與分形、支持向量機(jī)、蟻群、粒子群等新的數(shù)學(xué)工具在故障診斷與預(yù)測中的應(yīng)用嶄露頭角混合式智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)智能故障診斷智能故障診斷基本框架智能故障診斷基于歷史數(shù)據(jù)的診斷方法統(tǒng)計性的歷史累計故障數(shù)據(jù)樣本統(tǒng)計相關(guān)性和回歸方法模糊—邏輯分類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類和聚類智能故障診斷基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障分類與決策

數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障診斷技術(shù)主要依賴于過程和測量到的設(shè)備健康數(shù)據(jù)來建立一個故障特征或故障特性指示和故障類別之間相互關(guān)系的模型。這種模型可以是專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者這些計算智能工具的聯(lián)合運用。最終在線實現(xiàn)時，該方法需要一個完備的數(shù)據(jù)庫(在基準(zhǔn)線和故障狀態(tài)方面)來訓(xùn)練和驗證該診斷算法。智能故障診斷基于模型推理

基于模型的診斷方法是利用從實際設(shè)備系統(tǒng)或器件中得到的觀察結(jié)果和信息，建立相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的數(shù)學(xué)模型，然后通過模型，對設(shè)備的故障進(jìn)行診斷，基于模型的診斷方法一般采用多級診斷方式。智能故障診斷基于案例推理

基于案例的推理通過使用或采用舊問題的處理方法，可以解決新的問題。和人們?nèi)粘Ｌ幚韱栴}的流程很類似。智能故障預(yù)測圖中給出了故障可能的傳播方法。如果在故障是4%的嚴(yán)重度時被發(fā)現(xiàn)，只需要更換組件；如果故障直到10%的嚴(yán)重度時才被發(fā)現(xiàn)，必須更換子系統(tǒng)；如果直到失效才發(fā)現(xiàn)故障的存在，整個系統(tǒng)都需要更換。很明顯，對于故障嚴(yán)重度和即將發(fā)生的失效的估計是非常重要的。智能故障診斷基于模型預(yù)測技術(shù)

統(tǒng)計模型預(yù)測法首先對觀測的歷史數(shù)據(jù)模型做一定的假設(shè)，然后經(jīng)過模型參數(shù)的估計得到相應(yīng)的預(yù)測值。常用的參數(shù)模型入下：時間序列所測法回歸分析測方法濾波器預(yù)測法智能故障診斷基于概率預(yù)測技術(shù)

這種方法比基于模型的技術(shù)需要較少的信息，因為這種方法所需的預(yù)測信息主要是不同的概率密度函數(shù)，而不是動態(tài)差分方程。它的優(yōu)勢在于它所需的概率密度函數(shù)，可以通過可觀測的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到，并且這些概率密度函數(shù)只要是預(yù)測所感興趣的量就足夠了。這些方法通常會給出結(jié)果的置信界限。智能故障診斷基于數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測技術(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作函數(shù)逼近器，對系統(tǒng)各工況下的某些參數(shù)進(jìn)行擬合預(yù)測；用動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對過程或工況參數(shù)建立動態(tài)模型，進(jìn)而進(jìn)行故障預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測支持向量機(jī)在解決小樣本，非線性及高維模式識別問題中表現(xiàn)出許多特有的優(yōu)勢，它既能夠由有限的訓(xùn)樣本得到小的誤差，克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測收斂速度慢和局部極小點等缺陷支持向量機(jī)方法專家系統(tǒng)預(yù)測技術(shù)由于采用了專家知識，從而具有了專家的豐富經(jīng)驗與判斷能力，并能對用戶的提問和答案的推理過程做出解釋。在中長期測試中，能夠?qū)ξ磥淼牟淮_定性因素、各對象自身發(fā)展的特殊性以及各種可能引起預(yù)測對象變化的情況加以綜合考慮，從而得到較好的預(yù)測結(jié)果?；趯＜蚁到y(tǒng)的預(yù)測智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)智能診斷與預(yù)測支持系統(tǒng)

智能診斷與預(yù)測支持系統(tǒng)是在診斷與預(yù)測支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上集成人工智能方法而形成的。智能診斷與預(yù)測支持系統(tǒng)是智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)與知識管理機(jī)制的有機(jī)集成智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)基于智能故障診斷與預(yù)測的生產(chǎn)過程安全管理系統(tǒng)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)基于智能故障診斷與預(yù)測的生產(chǎn)過程安全管理系統(tǒng)

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)思考題

什么是故障診斷？什么是故障預(yù)測？智能故障診斷與預(yù)測的特點是什么？試?yán)L制智能故障診斷的基本框架。常用的智能故障診斷方法有哪些，簡述各自的原理?；跉v史數(shù)據(jù)的智能故障診斷常用的處理數(shù)據(jù)方法是什么？簡述基于案例推理的智能診斷方法的特點。簡述典型的基于模型的智能預(yù)測方法基本原理及特點。簡述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的不同智能預(yù)測方法的優(yōu)缺點常見的故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)的類型有哪些？10.試?yán)L制智能故障診斷與預(yù)測系統(tǒng)基本框架，并簡述各部分的功能。11.試具體說明可用于各行業(yè)保障生產(chǎn)安全的智能診斷與預(yù)測系統(tǒng)。安全生產(chǎn)智能保障技術(shù)

智能安全信息管理系統(tǒng)261.概述2.安全信息與安全生產(chǎn)信息3.智能安全管理信息系統(tǒng)需求分析4.智能安全管理信息系統(tǒng)建設(shè)方案5.智能安全信息管理系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)的應(yīng)用主要內(nèi)容27概述智能安全信息管理系統(tǒng)內(nèi)涵

智能安全信息管理系統(tǒng)是一個綜合的人機(jī)系統(tǒng)，它包括5個關(guān)鍵詞:安全、管理、信息、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。它們之間密不可分，各自在安全信息管理系統(tǒng)中的作用可以概括為:安全是目的、信息是根本、管理是手段、系統(tǒng)是方法、網(wǎng)絡(luò)是橋梁。

智能安全信息管理系統(tǒng)是在安全、管理、信息、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)5個概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它首先是一個智能系統(tǒng)，其次是一個信息系統(tǒng),再次是一個用于安全管理的信息系統(tǒng)。它是一個由人和計算機(jī)組成的能進(jìn)行安全數(shù)據(jù)收集、存儲、加工、維護(hù)和使用的系統(tǒng),具有預(yù)測、控制和輔助決策等功能。28概述智能安全信息管理系統(tǒng)內(nèi)涵

與其他安全技術(shù)的關(guān)系背景根據(jù)2021年9月正式施行的新《安全生產(chǎn)法》有關(guān)條文規(guī)定：即利用信息技術(shù)，及時采集安全生產(chǎn)管理各種要素和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，之后再將分析結(jié)果及時反饋，從而達(dá)成指導(dǎo)和幫助實時開展安全生產(chǎn)管理的一種信息技術(shù)手段。安全生產(chǎn)信息化什么是安全生產(chǎn)信息化建設(shè)？指企業(yè)根據(jù)自身實際情況，利用信息化手段加強(qiáng)安全生產(chǎn)管理工作，開展安全生產(chǎn)電子臺賬管理、重大危險源監(jiān)控、職業(yè)病危害防治、應(yīng)急管理、安全風(fēng)險管控和隱患自査自報、安全生產(chǎn)預(yù)測預(yù)警等信息系統(tǒng)的建設(shè)。安全生產(chǎn)信息化建設(shè)安全生產(chǎn)信息化建設(shè)的提出和發(fā)展2021年新修訂的《安全生產(chǎn)法》首次將“安全生產(chǎn)信息化建設(shè)”的要求以寫入法律條文的形式呈現(xiàn)，進(jìn)一步凸顯出了安全生產(chǎn)信息化建設(shè)的重要性和緊迫性。安全生產(chǎn)信息化建設(shè)的提出和發(fā)展中級階段信息技術(shù)在安全領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如建立安全信息系統(tǒng)、實現(xiàn)信息共享等。趨勢技術(shù)融合：物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的深度融合，為安全信息化提供更強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。智能化發(fā)展利用人工智能技術(shù)進(jìn)行智能分析、預(yù)測和預(yù)警，提高安全管理的智能化水平。發(fā)展歷程初級階段：以簡單的信息技術(shù)應(yīng)用為主，如辦公自動化、簡單的數(shù)據(jù)庫管理等。高級階段利用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)安全的智能化管理。數(shù)據(jù)驅(qū)動數(shù)據(jù)將成為安全信息化的核心資源，數(shù)據(jù)驅(qū)動決策將成為主流。010203040506安全信息化的發(fā)展歷程和趨勢34安全信息與安全生產(chǎn)信息安全信息基本概述安全信息的定義本體論層次的定義：安全信息就是反映“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)安全狀態(tài)及其變化方式的信息，其中“安全狀態(tài)”指“人—機(jī)—環(huán)境”處于穩(wěn)定、可控的狀態(tài)，系統(tǒng)能發(fā)揮正常的功能，不會對人造成傷害、對機(jī)器造成損壞、對環(huán)境造成污染。認(rèn)識論層次的定義：安全信息指該主體所感知并表述的關(guān)于“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)的安全狀態(tài)及其變化方式的信息。35安全信息與安全生產(chǎn)信息安全信息基本概述安全信息的性質(zhì)普遍性無限性動態(tài)性轉(zhuǎn)化性36安全信息與安全生產(chǎn)信息安全信息基本概述安全生產(chǎn)信息的分類安全指令信息安全信息管理安全組織領(lǐng)導(dǎo)信息安全教育信息安全檢查信息安全技術(shù)措施信息安全指標(biāo)信息事故信息37安全信息與安全生產(chǎn)信息安全生產(chǎn)信息的作用安全生產(chǎn)信息來源于生產(chǎn)實踐活動,又反作用于生產(chǎn)實踐活動。依據(jù)安全信息所具有的反映安全事物和活動差異及其變化的功能,通過安全信息的反饋不斷改進(jìn)安全管理的方式和方法,促進(jìn)企業(yè)整體安全管理水平的不斷提高。38安全信息與安全生產(chǎn)信息安全生產(chǎn)信息的功能安全信息是編制安全管理方案的依據(jù)安全信息具有預(yù)防事故的功能安全信息具有控制事故的功能安全信息具有保護(hù)和解放生產(chǎn)力的功能39智能安全信息管理系統(tǒng)需求分析業(yè)務(wù)需求分析企業(yè)安全生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

企業(yè)安全生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，涵蓋了企業(yè)安全生產(chǎn)信息管理的核心業(yè)務(wù)處理邏輯。因此，企業(yè)安全生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的需求應(yīng)包括安全生產(chǎn)基礎(chǔ)信息管理、在線監(jiān)測監(jiān)控管理和安全生產(chǎn)應(yīng)急管理3大部分。政府安全生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

政府安全生產(chǎn)監(jiān)管信息系統(tǒng)主要針對政府應(yīng)急管理部門在安全生產(chǎn)監(jiān)督監(jiān)察過程中的信息管理40智能安全信息管理系統(tǒng)需求分析綜合移動APP需求分析信息化平臺功能分析對外平臺建設(shè)需求

移動APP能夠方便企業(yè)的隱患排查治理和政府的隱患排查監(jiān)督，其中企業(yè)用戶以隱患自查自報為主要功能，政府用戶也將查看管理企業(yè)上報隱患作為主要功能。通過在移動系統(tǒng)上建設(shè)移動APP可以提高企業(yè)隱患排查工作能力。41智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案建設(shè)原則實用性原則先進(jìn)性原則安全可靠性原則整體性原則開放性與可擴(kuò)展性原則42智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案總體框架43智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案總體框架基礎(chǔ)設(shè)施層

包括智能終端、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)存儲、通信調(diào)度裝備、容災(zāi)備份、應(yīng)急指揮場所、視頻會商場所以及應(yīng)急救援指揮車輛和現(xiàn)場應(yīng)急平臺等設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)資源層

包括企業(yè)基本情況、重大危險源、監(jiān)管執(zhí)法、應(yīng)急救援等數(shù)據(jù)庫，以及數(shù)據(jù)集成和資源管理等基礎(chǔ)支撐平臺，為用戶提供數(shù)據(jù)存儲和管理維護(hù)等服務(wù)。應(yīng)用支撐層

包括應(yīng)用支撐軟件、運維管理平臺、業(yè)務(wù)配置平臺、地理信息服務(wù)平臺、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺、大數(shù)據(jù)支撐平臺、數(shù)據(jù)交換共享平臺等，用于支撐業(yè)務(wù)運行。應(yīng)用服務(wù)層

包括安全監(jiān)管、綜合監(jiān)管、應(yīng)急管理、公共服務(wù)、行政辦公等六類業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及安全生產(chǎn)綜合應(yīng)用APP，基于統(tǒng)一集成平臺面向五類用戶提供業(yè)務(wù)應(yīng)用。44智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案總體框架綜合展現(xiàn)層

監(jiān)管機(jī)構(gòu)利用門戶網(wǎng)站發(fā)布信息，各類用戶利用筆記本、智能終端、傳真電話、大屏幕等設(shè)備訪問相應(yīng)系統(tǒng)，并進(jìn)行綜合展現(xiàn)。安全保障體系

包括涉密信息保護(hù)、安全等級保護(hù)、風(fēng)險評估、身份認(rèn)證與授權(quán)管理、病毒防范和安全審計等。規(guī)章制度體系

包括人員培訓(xùn)、運維服務(wù)、制度建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和考核辦法等。45智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計安全監(jiān)管類業(yè)務(wù)功能設(shè)計一企一檔系統(tǒng)行政審批統(tǒng)計查詢系統(tǒng)備案登記系統(tǒng)行政執(zhí)法系統(tǒng)隱患排查治理系統(tǒng)職業(yè)衛(wèi)生監(jiān)管系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)管理系統(tǒng)中介機(jī)構(gòu)管理系統(tǒng)12350舉報投訴系統(tǒng)事故調(diào)查處理系統(tǒng)重大危險源管理系統(tǒng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)和人員管理系統(tǒng)風(fēng)險分級管控系統(tǒng)46智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)急救援與管理類業(yè)務(wù)功能設(shè)計綜合信息管理事故快速響應(yīng)實時決策分析協(xié)同應(yīng)急聯(lián)動GIS地理信息系統(tǒng)重大事故模擬仿真應(yīng)急專題服務(wù)47智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)功能設(shè)計48智能安全信息管理系統(tǒng)建設(shè)方案業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)功能設(shè)計安全生產(chǎn)事故時段分析——基于歷史不同類型安全生產(chǎn)事故數(shù)據(jù)，運用概率密度估計模型進(jìn)行挖掘分析，并將分析得出的事故發(fā)