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龍圖騰網(wǎng)獲悉華中科技大學(xué)申請(qǐng)的專(zhuān)利一種基于數(shù)字孿生的多任務(wù)學(xué)習(xí)石化裝置異常定位方法獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN119691643B 。

龍圖騰網(wǎng)通過(guò)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-09-09發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?專(zhuān)利號(hào)為：202411757285.3，技術(shù)領(lǐng)域涉及：G06F18/2433；該發(fā)明授權(quán)一種基于數(shù)字孿生的多任務(wù)學(xué)習(xí)石化裝置異常定位方法是由周純杰;杜鑫;王昆昆;梁旭清;徐裴行設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2024-12-03向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專(zhuān)利申請(qǐng)。

本一種基于數(shù)字孿生的多任務(wù)學(xué)習(xí)石化裝置異常定位方法在說(shuō)明書(shū)摘要公布了：本發(fā)明屬于石化技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于數(shù)字孿生的多任務(wù)學(xué)習(xí)石化裝置異常定位方法，包括：構(gòu)建石化裝置的數(shù)字孿生模型，基于數(shù)字孿生模型模擬生成狀態(tài)擴(kuò)展的正常與異常運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建帶有標(biāo)簽的異常檢測(cè)和異常定位的多任務(wù)聯(lián)合數(shù)據(jù)集；構(gòu)建多任務(wù)學(xué)習(xí)異常定位模型，模型的前端共享網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征學(xué)習(xí)，后續(xù)連接兩個(gè)子任務(wù)網(wǎng)絡(luò)分別輸出異常檢測(cè)及異常定位結(jié)果，兩個(gè)任務(wù)采用交叉熵分類(lèi)損失函數(shù)進(jìn)行聯(lián)合訓(xùn)練；利用多任務(wù)模型中的異常定位子任務(wù)輸出對(duì)石化裝置工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行在線異常狀態(tài)定位。本發(fā)明通過(guò)結(jié)合數(shù)字孿生生成多任務(wù)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集，避免了對(duì)于實(shí)際標(biāo)簽數(shù)據(jù)的依賴(lài)，提升了石化裝置異常定位的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明授權(quán)一種基于數(shù)字孿生的多任務(wù)學(xué)習(xí)石化裝置異常定位方法在權(quán)利要求書(shū)中公布了：1.一種基于數(shù)字孿生的多任務(wù)學(xué)習(xí)石化裝置異常定位方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，利用數(shù)字孿生技術(shù)，根據(jù)目標(biāo)石化裝置的歷史工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)與控制及工藝參數(shù)，構(gòu)建數(shù)字孿生模型； 步驟2，對(duì)于石化裝置的工藝生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析； 設(shè)定包含正常與異常工況的模擬生產(chǎn)流程場(chǎng)景，基于數(shù)字孿生模型在設(shè)定模擬場(chǎng)景下生成狀態(tài)擴(kuò)展的石化裝置模擬工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)，為運(yùn)行數(shù)據(jù)添加異常檢測(cè)標(biāo)簽與異常定位標(biāo)簽，基于工藝模擬數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)標(biāo)簽構(gòu)建多任務(wù)聯(lián)合訓(xùn)練數(shù)據(jù)集； 步驟3，構(gòu)建多任務(wù)學(xué)習(xí)異常定位模型； 模型的前端共享網(wǎng)絡(luò)對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行特征表示學(xué)習(xí)，前端共享網(wǎng)絡(luò)的輸出同步連接到異常檢測(cè)和異常定位兩個(gè)子任務(wù)分類(lèi)器網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)分別預(yù)測(cè)異常檢測(cè)及異常定位結(jié)果，在訓(xùn)練過(guò)程中對(duì)于兩個(gè)子任務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合訓(xùn)練； 步驟4，在線檢測(cè)階段，采用數(shù)字孿生模型對(duì)于石化裝置的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)擴(kuò)展，基于多任務(wù)異常定位模型對(duì)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，結(jié)合異常定位子任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)結(jié)果得到異常工藝狀態(tài)定位的警報(bào)輸出； 所述的多任務(wù)聯(lián)合訓(xùn)練數(shù)據(jù)集采用如下方式構(gòu)建： 所述數(shù)字孿生模型除了能夠模擬和預(yù)測(cè)得到石化裝置的d個(gè)采樣設(shè)備的工藝測(cè)量狀態(tài)X＝[x1,x2,...,xd]外，其中xi為第i個(gè)采樣設(shè)備的特征數(shù)據(jù)，依據(jù)石化裝置中的采樣狀態(tài)之間存在相互關(guān)聯(lián)的特性，使用數(shù)字孿生模型能夠預(yù)測(cè)生成與已有采樣狀態(tài)關(guān)聯(lián)的e個(gè)額外擴(kuò)展工藝狀態(tài)數(shù)據(jù)，如生成石化裝置上未采樣的溫度、壓力、流量等工藝狀態(tài)，最后得到包含e+d個(gè)工藝狀態(tài)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)XE＝[x1,x2,...,xd,xd+1,...,xd+e]； 采用數(shù)字孿生模型在設(shè)定的正常與異常工況場(chǎng)景下模擬生成石化裝置的工藝模擬數(shù)據(jù)其中包括正常模擬數(shù)據(jù)與異常模擬數(shù)據(jù)；異常模擬數(shù)據(jù)中包括了存在多工藝狀態(tài)異常的數(shù)據(jù)； 為數(shù)字孿生模型模擬生成的工藝數(shù)據(jù)增加異常檢測(cè)標(biāo)簽AAD與異常定位標(biāo)簽AAL； 工藝模擬數(shù)據(jù)標(biāo)簽中的異常檢測(cè)標(biāo)簽表示工藝數(shù)據(jù)是否存在異常，其中，Ntrain為訓(xùn)練數(shù)據(jù)數(shù)量，標(biāo)簽數(shù)據(jù)取值為1表示該組工藝模擬數(shù)據(jù)中存在異常，0表示正常； 異常定位標(biāo)簽其中 表示第i個(gè)數(shù)據(jù)的第j個(gè)采樣狀態(tài)是否存在異常，取值1表示異常，0表示正常； 模擬生成的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為后續(xù)多任務(wù)異常定位模型訓(xùn)練過(guò)程的輸入數(shù)據(jù)，以異常檢測(cè)標(biāo)簽與異常定位標(biāo)簽作為模型的訓(xùn)練目標(biāo)，構(gòu)建包含兩類(lèi)標(biāo)簽的多任務(wù)聯(lián)合訓(xùn)練數(shù)據(jù)集 所述工藝模擬數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)標(biāo)簽的生成方法包括以下步驟： 設(shè)定工藝模擬數(shù)據(jù)中異常模擬數(shù)據(jù)的占比為PA∈0,1，則模擬數(shù)據(jù)中異常模擬數(shù)據(jù)的數(shù)量其中表示向下取整，則正常模擬數(shù)據(jù)的數(shù)量NN＝Ntrain-NA； 使用數(shù)字孿生模型按照NN的數(shù)量模擬生成正常工藝數(shù)據(jù) 設(shè)定異常工藝狀態(tài)的注入比例PI∈0,1]，表示在使用數(shù)字孿生模型生成異常模擬數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將有個(gè)石化裝置的工藝狀態(tài)狀態(tài)會(huì)被隨機(jī)選出，并進(jìn)行異常注入； 異常的注入模式包括拒絕服務(wù)式注入MDOS、階越式注入MSTEP、最大最小值式注入MMM、隨機(jī)注入MRAND、偏置式注入MBIAS；其中MDOS通過(guò)模擬石化裝置中被選中狀態(tài)的傳感器與執(zhí)行器失效來(lái)實(shí)現(xiàn)，模擬得到的工藝狀態(tài)取值與失效前保持固定；MSTEP表示對(duì)應(yīng)的工藝狀態(tài)值被篡改為設(shè)定值的階越值；MMM表示工藝狀態(tài)值會(huì)隨機(jī)被注入為其最大或者最小值；MRAND表示工藝狀態(tài)的取值將被篡改為一定范圍內(nèi)的隨機(jī)值；MBIAS表示給篡改工藝狀態(tài)取值，在原有取值的基礎(chǔ)上增加一個(gè)偏置數(shù)值； 其中，對(duì)于異常注入模式MSTEP、MRAND和MBIAS設(shè)定異常狀態(tài)的注入強(qiáng)度S限制異常的注入幅度； 從異常注入模式集合MINTJ＝{MDOS,MSTEP,MMM,MRAND,MBIAS}中依次選擇異常注入模式，按照異常模擬數(shù)據(jù)總量NA均勻劃分模擬時(shí)間段塊分別在數(shù)字孿生模型進(jìn)行異常模擬的過(guò)程中進(jìn)行異常注入，得到異常模擬數(shù)據(jù)進(jìn)而得到完整的工藝模擬數(shù)據(jù) 使用數(shù)字孿生生成沒(méi)有異常注入但是工況與保持一致的正常模擬數(shù)據(jù) 設(shè)定正常模擬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽設(shè)置為其中i∈[1,Ntrain]；異常模擬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽設(shè)置為其中i∈[NN,Ntrain]，得到異常檢測(cè)任務(wù)標(biāo)簽 設(shè)定正常模擬數(shù)據(jù)中的異常定位標(biāo)簽為此時(shí)j∈[1,d]，i∈[1,NN]； 對(duì)于異常模擬數(shù)據(jù)中的異常定位標(biāo)簽，計(jì)算模擬數(shù)據(jù)的絕對(duì)值偏差對(duì)于工藝狀態(tài)xj，其中j∈[1,d]，在i時(shí)刻對(duì)應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)狀態(tài)偏差為eij，對(duì)于狀態(tài)取值偏離正常值范圍過(guò)大的狀態(tài)，如當(dāng)時(shí)，即認(rèn)定該工藝狀態(tài)為異常，設(shè)定異常定位標(biāo)簽反之則設(shè)定為其中τ∈0,1為百分比偏差系數(shù)，i∈NN，Ntrain]，用于篩選出受到異常注入影響的異常工藝狀態(tài)；得到數(shù)據(jù)集的異常定位標(biāo)簽

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