我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策。實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，也是推動構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的必然選擇。得益于風(fēng)機(jī)技術(shù)的成熟與供應(yīng)鏈的日趨完善，風(fēng)力發(fā)電是目前可再生能源中技術(shù)最成熟、最具有規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，是中國實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵一環(huán)。達(dá)觀智能制造知識圖譜致力于將知識圖譜技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電設(shè)備領(lǐng)域，助力國家雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)。

2020年中國新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到52GW，在結(jié)構(gòu)類型眾多的風(fēng)機(jī)裝備中，雙饋異步式風(fēng)力發(fā)電機(jī)占風(fēng)電裝備市場份額70%以上，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

風(fēng)電裝備是一個復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)子（葉片、輪轂、變槳系統(tǒng)等）、軸承、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔架、偏航系統(tǒng)、傳感器等組成。裝備長期在陣風(fēng)等復(fù)雜交變載荷作用下全天候運(yùn)行，惡劣服役環(huán)境嚴(yán)重影響了風(fēng)電裝備的運(yùn)行安全和維護(hù)保障。風(fēng)場大多建設(shè)在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，近年高速發(fā)展的海上風(fēng)場更是無法按照陸上風(fēng)場的運(yùn)行方式進(jìn)行定時巡檢，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)因故障停機(jī)時，快速定位故障原因并找到有效的解決方案對于風(fēng)場的高效運(yùn)維有著至關(guān)重要的意義。風(fēng)電的很多設(shè)備在設(shè)計階段和過程設(shè)計階段，會借助FEMA對構(gòu)成產(chǎn)品的子系統(tǒng)、零件，對構(gòu)成過程的各個工序逐一進(jìn)行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預(yù)先采取必要的措施。FMEA雖然對設(shè)備的失效模式進(jìn)行了詳細(xì)的分析，但系統(tǒng)內(nèi)不同設(shè)備之間的FMEA并沒有有機(jī)的交互融合。

圖2 風(fēng)機(jī)齒輪箱設(shè)計FMEA

借助領(lǐng)先的自然語言處理和知識圖譜技術(shù)，達(dá)觀首創(chuàng)從FMEA資料中抽取失效信息，同時可結(jié)合原有數(shù)據(jù)庫累積的風(fēng)機(jī)信息、關(guān)鍵部件信息、SCADA數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、報警日志、維護(hù)服務(wù)訂單等信息，建立故障信息之間多維度的聯(lián)系，構(gòu)建失效模式知識圖譜，可以快速精準(zhǔn)定位故障，協(xié)助工程師進(jìn)行系統(tǒng)故障分析。
達(dá)觀數(shù)據(jù)副總裁、上海市人工智能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會委員王文廣指出：可靠性工程思想結(jié)合自然語言處理與知識圖譜技術(shù)，達(dá)觀智能制造知識圖譜平臺為FMEA帶來智能化的應(yīng)用，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，為雙碳目標(biāo)提供科技支撐。

圖3 風(fēng)電齒輪箱FMEA故障知識抽取融合

便捷的圖譜構(gòu)建

在構(gòu)建知識圖譜的過程中，平臺支持對上傳的新FMEA文檔進(jìn)行細(xì)粒度的解析，快速抽取出跟故障相關(guān)的實體、屬性和關(guān)系，并可對抽取出的相關(guān)故障信息進(jìn)行編輯和刪除等操作，然后將這些信息存儲到圖數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建失效模式知識圖譜。
對于不同廠家不同設(shè)備不同類型的產(chǎn)品的不同F(xiàn)MEA，支持一鍵導(dǎo)入FMEA模版，快速識別模版的表頭信息和基本信息字段。同時支持創(chuàng)建DFMEA、PFMEA、SFMEA等多種類型模版?；诔墒斓腘LP技術(shù)、圖計算、知識推理和知識融合等技術(shù)使得整個失效模式圖譜的構(gòu)建過程盡可能便捷高效。

圖4 構(gòu)建FMEA知識圖譜

快速精準(zhǔn)的故障分析

風(fēng)機(jī)一旦發(fā)生故障停機(jī)，需要快速準(zhǔn)確的定位故障原因并找到合理的解決方案，傳統(tǒng)的故障分析過程太過依賴工程師的經(jīng)驗，往往分析周期長且易于疏漏，大多數(shù)風(fēng)場的位置都比較偏僻，故障分析不準(zhǔn)確會延長故障停機(jī)時間，影響發(fā)電效率。失效知識圖譜基于語義關(guān)系構(gòu)建設(shè)備、故障、原因、解決方案等多維度的關(guān)聯(lián)，通過故障歸因分析助手，可以快速分析及數(shù)據(jù)挖掘，加快關(guān)聯(lián)和交叉檢查信息分析，及時得到設(shè)備發(fā)生異常故障的原因及解決方案，并可對發(fā)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計分析，以直觀的方式呈現(xiàn)發(fā)生故障的設(shè)備及發(fā)生故障的概率，為現(xiàn)場人員提供數(shù)據(jù)支持，提出有效可行的維護(hù)方案，提升風(fēng)機(jī)故障診斷的效率和準(zhǔn)確性，從而降低運(yùn)維成本，提高風(fēng)場的生產(chǎn)管理能力。

圖5 知識圖譜智能問答功能

及時的知識更新

在風(fēng)力設(shè)備的日常維護(hù)過程中可能存在技術(shù)更替或者設(shè)備更換，設(shè)備資料也會隨之更新，圖譜平臺可以從新上傳失效文件中深度挖掘新失效模式、新原因、新的解決方法和新的改善措施，更新到相應(yīng)的圖譜中。FMEA制作人員在設(shè)計過程中也存在疏漏的內(nèi)容，當(dāng)風(fēng)力設(shè)備運(yùn)行過程發(fā)生了FMEA文件中未考慮到的故障現(xiàn)象，可將對應(yīng)失效故障模式抽取出來更新到FMEA圖譜中，提示人工確認(rèn)并更新相應(yīng)的FMEA文檔，保持圖譜中的信息和實際情況同步更新迭代，使整個圖譜中的信息處于最新的狀態(tài)。風(fēng)電的高速發(fā)展是我國能源變革的重要趨勢，但風(fēng)場氣候惡劣，風(fēng)電裝備分布廣闊，所以這也對風(fēng)力發(fā)電的效率、可用性、可靠性等方面提出了更高的挑戰(zhàn)。數(shù)字信息化的智能風(fēng)場運(yùn)營監(jiān)控也越加重要，通過FMEA知識圖譜的故障歸因分析可以有效提升故障分析效率，減少設(shè)備故障停機(jī)時間，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性，知識圖譜的應(yīng)用也將持續(xù)為風(fēng)場高效智能化運(yùn)行賦能。