[发明专利]基于数据驱动的海洋平台多阶段任务系统可靠性估计方法

说明书

本发明涉及一种基于数据驱动的海洋平台多阶段任务系统的可靠性估计方法，该估计方法主要包括：建立多阶段任务过程模型，估计任务时间的概率密度函数；建立系统退化过程模型，估计剩余寿命；根据多阶段任务过程模型和系统退化模型的可靠性定义，利用任务时间估计值和系统寿命估计值实时计算得到系统可靠性参量值。本发明利用所测的传感器数据，建立了个体多阶段任务系统的历史数据与当前实时数据信息之间的联系，实时准确估计出动态条件下多阶段任务系统的可靠性参量，解决了现有方法仅适用于静态假设和特定系统的问题。本发明实时准确估计海洋平台这类多阶段任务系统的可靠性参量，及时对系统进行有效的维护，降低系统维护成本，有效避免了灾难性故障的发生。

技术领域

本发明属于可靠性工程技术领域，具体地说，涉及一种海洋平台多阶段任务系统可靠性估计方法。

背景技术

海洋平台是用于完成海洋油气开发工作的复杂设备系统，通常，海洋平台这类复杂系统完成特定任务时需要经过多个阶段，且各阶段的退化特性各不相同，在已有文献研究成果中，这类系统被称为多阶段任务系统。多阶段任务系统的基本特点是：多重、阶段内连续、各阶段不相重叠。在不同的连续时间期(即阶段)内，系统所完成的阶段任务不同，所以系统各阶段的结构可靠性也不同。对于海洋平台系统，其完成海洋油气开发工作需经历海上平台搭建、钻井、压裂、下套管、采油等几个阶段，只有所有阶段的任务成功可靠完成才能保证系统任务的最终完成。

复杂系统中，可靠性是系统设计、运行及维护保养过程中最为重要的指标参数之一，是一个用于衡量工程系统性能的重要参量。因此，海洋平台多阶段任务系统可靠性的准确估计对于系统的维护及维修极为重要，一定程度上可以降低系统维护成本，有效避免灾难性故障的发生。

针对海洋平台这类多阶段任务系统的可靠性估计问题，现有研究成果中主要采用故障树分析方法和基于二元决策图的方法，然而这些方法过分依赖多阶段任务系统的结构已知，但是实际上，工程应用中多阶段任务系统通常由于过于复杂而难以准确获取完整的结构信息。以海洋平台为例，海洋平台在海上工作，随机的海浪、潮汐、海流、流冰、地震、腐蚀等干扰多，井下未知性强，工作环境极其复杂且不确定，其动态机理模型难以事先准确建立，这决定了其完整的结构信息不可能准确获取。由此，上述两类主要方法在应用中受到很大限制，从而难以有效准确估计出系统的可靠性。另一方面，现有方法仅适用于静态假设条件下，本质上是一种离线方法，无法建立起可靠性与历史观测数据及当前实时监测数据之间的联系，不可用于系统可靠性的动态估计。所以，采用现有方法难以准确地估计出多阶段任务系统的可靠性，从而无法有效地预测系统的故障，而任何小的故障隐患都可能演变为大的事故，导致海洋平台的井喷、火灾、爆炸、漏油等事故发生，导致平台毁坏、倾斜或者倾覆。因此，迫切需要寻求一种新的多阶段任务系统可靠性预测估计解决方案。

随着信息技术的发展，海洋平台大多数都装备了数据采集和传输系统，可以实时采集海洋平台上的物理量，如电机的电压、电流、原油温度、悬点载荷和位移等数据。然而，这些数据目前仅用于简单的检测和报表，缺乏面向生产的安全监控和可靠性预测等深层次的数据挖掘，从而造成资源的浪费。为此，这些大量的传感器数据信息为海洋平台多阶段性任务系统的可靠性预测估计提供了一个潜在的解决途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于数据驱动的海洋平台多阶段任务系统可靠性估计方法，该方法采用所观测的传感器数据，构建历史数据信息和当前实时信息之间的关系，实时准确估计出动态条件下多阶段任务系统可靠性参量，已解决现有方法仅适用于静态假设条件的问题。

根据本发明一实施例，提供了一种基于数据驱动的海洋平台多阶段任务系统可靠性估计方法，其步骤为：

通过传感器对系统的环境进行检测，综合利用传感器所观测的系统环境监测数据，建立个体多阶段任务系统的历史数据与当前实时数据信息之间的联系，采用随机滤波模型对阶段区间进行建模，获得多阶段任务过程模型，估计任务时间的概率密度函数，获得多阶段任务系统的任务时间估计值。