基于知識(shí)圖譜的核電設(shè)備健康管理知識(shí)建模與分析

　　摘要：隨著信息技術(shù)發(fā)展，設(shè)備健康數(shù)據(jù)與知識(shí)圖譜技術(shù)結(jié)合為設(shè)備健康發(fā)展帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，知識(shí)圖譜利用其多種特異性優(yōu)勢(shì)，使企業(yè)系統(tǒng)中積累的海量設(shè)備維修數(shù)據(jù)得到有效整合利用。本文提出基于知識(shí)圖譜的核電設(shè)備健康管理知識(shí)建模與分析方法，并根據(jù)實(shí)體關(guān)系模型構(gòu)建維修知識(shí)圖譜本體框架，同時(shí)基于核電企業(yè)實(shí)際的維修工單數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計(jì)分析和關(guān)聯(lián)分析兩方面取得良好的實(shí)踐效果。研究結(jié)果表明，知識(shí)圖譜能夠在設(shè)備維修知識(shí)的集成上解決傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題，同時(shí)能基于故障的可視化分析為維修人員和管理人員提供決策和知識(shí)支持。

　　本文源自熊奧;高暢;趙明輝;張玲玲，科技促進(jìn)發(fā)展發(fā)表時(shí)間：2021-04-28《科技促進(jìn)發(fā)展》(月刊)創(chuàng)刊于2004年，是經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)，科技部主管，由中國(guó)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)、中科院科技政策與管理科學(xué)研究所共同主辦的國(guó)家級(jí)科技類學(xué)術(shù)期刊。為中國(guó)知網(wǎng)全文收錄期刊，雜志集權(quán)威性、理論性與專業(yè)性于一體，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值，讀者遍布全國(guó)各科研機(jī)構(gòu)、高等院校及企事業(yè)單位。

　　關(guān)鍵詞：設(shè)備健康管理;知識(shí)圖譜;知識(shí)建模;圖數(shù)據(jù)庫(kù)

　　1.引言

　　隨著工業(yè)制造、生物醫(yī)藥、國(guó)防軍事、交通運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，設(shè)備大型化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、運(yùn)行自動(dòng)化和智能化等特點(diǎn)愈發(fā)突出，機(jī)械設(shè)備的健康管理已逐漸成為企業(yè)運(yùn)營(yíng)乃至跨越發(fā)展的重要載體[1,2]。設(shè)備規(guī)模大、安裝測(cè)點(diǎn)多、采樣頻率高、收集歷時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量巨大，客觀上推動(dòng)設(shè)備健康管理進(jìn)入數(shù)據(jù)化和智能化管理時(shí)代[3–5]。尤其在核電企業(yè)，核心設(shè)備是企業(yè)生存與發(fā)展的依托，保持設(shè)備安全與穩(wěn)定的運(yùn)行是企業(yè)最重要的活動(dòng)之一，同時(shí)也決定了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益[6]。因此，設(shè)備的維護(hù)與檢修成為核電企業(yè)的主要工作之一，其主要活動(dòng)包括糾正性維護(hù)、適應(yīng)性維護(hù)、完善性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)，相應(yīng)工作都由專業(yè)的維修部門負(fù)責(zé)。為確保主要設(shè)備時(shí)刻處于可運(yùn)行狀態(tài)，常常需要較大的人力資源實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)維護(hù)。然而，設(shè)備的維護(hù)與檢修并不容易，工作人員需要了解設(shè)備各維度的信息，如上次檢修時(shí)間，故障可能原因，常用的維護(hù)措施等，相關(guān)信息需要快捷、準(zhǔn)確的傳遞給維修和管理人員。

　　為了解決上述問(wèn)題，傳統(tǒng)的方法主要依賴維修人員的個(gè)人素質(zhì)和數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行日志[7]，隨著信息技術(shù)發(fā)展，設(shè)備健康數(shù)據(jù)與智能維修技術(shù)的結(jié)合為設(shè)備健康發(fā)展帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇[8]，如核電企業(yè)通常將歷史維修數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中(如Oracle，Mysql)，但上述方法并沒(méi)有打破“數(shù)據(jù)孤島(IsolatedDataIsland，IDI)的狀態(tài)，不利于從整體數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的信息，缺乏對(duì)故障案例關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的挖掘和展現(xiàn)，而企業(yè)的設(shè)備故障通常存在隱性關(guān)聯(lián)關(guān)系，挖掘這些關(guān)聯(lián)信息將有利于設(shè)備健康管理實(shí)施。

　　新興的知識(shí)圖譜技術(shù)，以圖譜數(shù)據(jù)為核心，通過(guò)對(duì)所有數(shù)據(jù)的有效鏈接，擺脫傳統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面的方式，采用圖譜展示方式實(shí)現(xiàn)用戶在信息檢索中的聯(lián)想式檢索，使系統(tǒng)中積累的海量數(shù)據(jù)得到有效的整合和深層的挖掘[9]。近年來(lái)，已經(jīng)有相關(guān)研究人員利用知識(shí)圖譜技術(shù)在設(shè)備健康管理領(lǐng)域做出嘗試性的探索，如Tang[10]提出了一種融合多源異構(gòu)電力設(shè)備數(shù)據(jù)構(gòu)建電力設(shè)備知識(shí)圖，并基于所構(gòu)造的知識(shí)圖對(duì)所需信息進(jìn)行詳盡說(shuō)明的方法，同時(shí)以變電站為例，給出了相關(guān)的搜索結(jié)果，證明了知識(shí)圖可以提高電力設(shè)備管理效率。Irlán[11]提出一種基于知識(shí)圖譜集成不同數(shù)據(jù)源的通用方法，并能基于知識(shí)圖譜的數(shù)據(jù)輕松實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線產(chǎn)品零件的追溯;趙倩[12]針對(duì)數(shù)控設(shè)備故障發(fā)生原因復(fù)雜、隱蔽、不易排查的特點(diǎn)，提出一種針對(duì)數(shù)控設(shè)備故障領(lǐng)域的知識(shí)圖譜構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)控設(shè)備故障知識(shí)的積累、組織和共享;王莉[13]為降低地鐵工程事故的危害性，通過(guò)集成多年的地鐵工程事故數(shù)據(jù)，提出基于知識(shí)圖譜的地鐵工程事故知識(shí)建模與事故分析方法，為安全管理提供決策支持;王杰[14]為充分挖掘航空安全領(lǐng)域積累的海量航空安全事件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提出一種航空安全事件知識(shí)圖譜構(gòu)建的方法，為提升民航突發(fā)事件應(yīng)急管理提供良好的數(shù)據(jù)支持;段陽(yáng)[15]充分利用制造企業(yè)的金屬切削數(shù)據(jù)資源，將金屬切削數(shù)據(jù)構(gòu)建成知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)切削加工數(shù)據(jù)的有機(jī)整合，即提升了數(shù)據(jù)的價(jià)值密度，同時(shí)也為金屬切削智能應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供支持。

　　與之前的研究相比，本文具有如下的創(chuàng)新和提升：首先，知識(shí)圖譜在地鐵、航空等多類型設(shè)備健康管理中已經(jīng)初步顯現(xiàn)其獨(dú)特且突出的優(yōu)勢(shì)，本文將其在核電設(shè)備領(lǐng)域進(jìn)行多視角的擴(kuò)展;其次，詳細(xì)梳理了核電企業(yè)維修部門維修工單數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)體、屬性及關(guān)系等概念體系，增加特定領(lǐng)域知識(shí)圖譜的多樣性;最后，用構(gòu)建完成的核電領(lǐng)域知識(shí)圖譜在實(shí)際設(shè)備健康管理工作中進(jìn)行廣泛的應(yīng)用探索，并取得良好的實(shí)踐效果。本文綜合知識(shí)圖譜研究基礎(chǔ)以及核電企業(yè)設(shè)備維修的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，提出基于知識(shí)圖譜的核電設(shè)備健康管理方法，并梳理出基于知識(shí)圖譜的核電設(shè)備維修分析流程，運(yùn)用專業(yè)查詢語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)維修知識(shí)獲取和可視化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)核電設(shè)備維修知識(shí)的有效集成和充分利用。

　　2.基于知識(shí)圖譜的設(shè)備健康管理

　　2.1知識(shí)圖譜研究現(xiàn)狀

　　知識(shí)圖譜(KnowledgeGraph,KG)是由實(shí)體和關(guān)系組成的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)實(shí)體(Entity)，每條邊代表一種關(guān)系(Relation)，每個(gè)三元組(