[发明专利]通过数字孪生中模拟故障进行有效的故障分析

说明书

本发明涉及用于识别自动化设施中的故障原因的方法和装置，还涉及包括用于识别自动化设施中的故障原因的装置的自动化设施。在自动化设施的数字孪生中认定数字孪生的至少一个元件有故障，然后利用数字孪生进行模拟，直到故障时间点为止。基于至少一个被认为有故障的元件将自动化设施的至少一个故障元件识别为故障原因。

技术领域

本发明涉及用于识别自动化设施中的故障原因的方法和装置，还涉及包括用于识别自动化设施中的故障原因的装置的自动化设施。

背景技术

自动化技术尤其涉及机械工程和电气工程领域的设施构造。自动化技术用于自动化机器、设施或技术系统中的技术流程，并进而创建自动化设施。为此，在执行过程(例如制造过程或方法)的自动化设施中使用了各种执行器。执行器由自动化设施的控制器控制，控制器从传感器接收有关过程或设施状态的信息。

自动化设施的自动化程度越高，自动化设施就越独立于人为干预。除了减轻人们从事危险、繁重或日常活动之外，自动化还有助于提高质量并提高自动化设施的性能。此外，自动化可以降低人员成本。人的活动主要简化成排除故障、补料、取出成品件、维修等类似工作。

自动化功能的设计、实施和自动化设施的调试都非常注重方法。开发的方法和解决方案通常是对真实的物理系统(自动化设施)的(抽象)模型考虑的结果。在此，物理系统通常使用计算机支持的虚拟映像或模型进行建模，即所谓的数字孪生。基于这些数字孪生，可以开发用于设计和调试各种自动化功能的基于知识的方法。例如，使用基于知识的方法，然后创建包含基于模型的规则和控制的自动化设施。

在自动化设施中存在的问题是通常不清楚发生的故障以及其他不可预见的设施状态，并且自动化设施的(故障)原因无法追踪。例如，这可能是由时间和局部故障传播引起的。这使得识别或定位故障的原因变得困难，因为触发设施状态/故障的原因可能已发生并且不能再在产生的设施状态/故障中被识别。

自动化设施的数字孪生可以通过以下方式进行扩展，即对可能的故障进行建模，并模拟发生故障时自动化设施的行为以及进一步的影响。在此，自动化设施的元件中存在大量可能的故障类型和组合，其通过生产操作中不同的设施行为(例如系统中工件的类型和位置)进一步增加。由此产生的组合爆炸通常不能预先模拟并确定每个可能的设施状态和故障。

使用诸如“失效模式和影响分析(FMEA)”(在此特别是系统或过程的失效模式和影响分析)或“根本原因分析(RCA)”模型等既定方法的解决方案需要额外的分析和建模工作，并且只能在建模的范畴中以及对确定的关系进行故障识别。全面的映射需要过高的成本，并且仍然不能确保可以识别以前未知的设施状态或故障。

发明内容

本发明的目的是：通过提供使用根据独立权利要求1的用于识别自动化设施中的故障原因的方法、以及根据其他独立权利要求的用于识别自动化设施中的故障原因的设备和相应的自动化设施，解决或至少缓解该问题。有利的设计和改进方案是各个从属权利要求的主题。

根据本发明的第一方面，提出一种用于识别自动化设施中的故障原因的方法，其包括以下步骤：

a)连续检测自动化设施的真实设施状态，其中，真实设施状态包括自动化设施的至少一个物理参量。

b)连续检查在检测到的真实设施状态中是否存在故障，如果在检测到的真实设施状态中存在故障，则确定检测到的真实设施状态中最近的无故障设施状态和故障时间点。

c)利用确定的最近的无故障设施状态来初始化自动化设施的数字孪生。

d)借助初始化的数字孪生来模拟设施状态，直至确定的故障时间点为止，其中，数字孪生的至少一个元件被认为是有故障的。

e)将在确定的故障时间点的模拟的设施状态与在故障时间点的真实设施状态进行比较，以及