风险分析计算

使用手册

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简介

INDASS 里面说的 “风险” 是指状态的 “突变”。所以，INDASS 的风险分析，准确的说，应该是 “非机理突变风险预测”。什么是”非机理“呢，就是不管分析对象是锅炉，还是压缩机、发动机，我们抛开设备的机理、原理，只考虑他们的数据变化，这里的风险，特指具体的爆炸，崩塌，断裂，…，之类这些很具体的事情；那么什么是突变呢？突变就是指，应该对象的某些属性在变化过程中，在某⼀个瞬间出现的非连续变化特征。

我们还是举个例⼦，比如你买了个气球，这个气球说明书写的明明白白，气球的最大直径30公分。请问，你吹到30公分，或者超过30公分，气球⼀定会爆炸吗？再请问，你不吹到30公分，气球就⼀定不会爆炸吗？同理，压力容器上写着最大压力10kg/cm3，并不代表超过这个压力就会爆炸，更不代表低于这个压力就⼀定不爆炸，这里面相互影响的因素太多，各种因素变化导致的积累下来的原因，都会导致各种意外风险的发生。

INDASS 风险分析是按另⼀种模型来计算的，叫风险针模型，也可以叫蒲丰投针。这个模型是最符合非机理突变分析的情况，所以，应该会有比较准确的风险预测结果。⼀个对象也可以构建多个风险项目，每个项目可以有个针对性，也就是风险项目都是 “出现XXX风险”，算出来的结果是 “现在出现XXX风险的概率有多大”。

风险项目的设计，也是⼀个技术活儿，需要掌握⼀个粒度。如果粒度太大，即便算出来风险的概率大，也最多个警示，其实你也不知道这个风险是啥。如果风险粒度太小，可靠性就会降低。

其实在INDASS里面，“风险” 这个概念跟我们理解的风险是不⼀样的。INDASS风险的本质是：当前状态（这根针）接近、达到、或刺破某个特定边界（气球皮）的可能性有多大。

换一个角度来说，如果我们把某个好的、我们要追求的极限当做这个气球皮，那这个 “风险” 就不是我们常说的风险了，而是⼀个能不能达到最好极限的概率了。例如原来是30%的概率有风险，现在就是到达目标极限的概率是30%。

• 适用范围（应用场景）

  适用于整个设备或者设备的较独立组件计算，分析风险对象出现某风险的概率有多大。

基本概念

• 风险对象

我们说的某设备的风险，其实是某个风险项目。一个对象，可以进行多个风险项目的分析，这是因为一个对象事实上可能存在不同的风险，我们就需要对不同的风险进行分别研究，比如说温度风险分析、震动风险分析等等，根据风险对象每个侧面的重点，建立不同的风险项目。

在物联网里面，风险对象，就是我们面对的设备、工厂、生产装置，我们也可以理解为是Mixiot的对象。

• 风险项目

风险项目，就是我们研究对象的风险，举一个比较好理解的例子，比如，风险对象是XXX同学。我们可以建立一些关于这个同学的风险项目，比如，项目 A1，上下班安全风险。这个风险的对象，就是XXX同学。请注意，XXX同学是研究对象，我们是没有办法说，XXX同学的风险。所以，我们说的风险，一定是一个很具体的风险项目。

那么，XXX同学每天要上下班，上下班路上（从出家门开始，到进公司），我们要研究的是这个风险。这样，这个风险项目就很清楚了。

• 风险周期

在风险研究里面，说 “现在时刻”，那就是现在这个时间点，几点几分几秒，但是，如果说的 “现在”，那就是以现在这个时刻所在的时间段。比如，我们5分钟为一个风险周期，那么“现在”，那就是五分钟前到现在这个时间段； “将来”，那就是从现在开始算，往后五分钟内”， “过去”，那就是 “现在” 这个时间段以前的所有时间段。

• 威胁

威胁，就是设备在运行中，可能会遇到的与这个风险项目有对应关系，相关联的威胁。继续用上文说到的同学的例子，完整的概念就是：

风险对象：XXX同学

风险项目A：上下班步行风险项目

威胁B1：过马路交通意外；

威胁B2：走在路上被人劫财劫色；

威胁B3：走在路上被人拐骗

那么如何衡量将来的风险概率呢？首先就要根据具体的威胁，选择相关的参数，如果一个威胁相关的参数没有采集，那么这个风险项目是无法分析的。其次，还要知道相关参数的风险阈值，风险阈值有最大值和最小值，可以考虑到风险的两个界限。

补充一下，在实际建立项目的时候，表示威胁只要用不同的名字替代即可。可以用B1、B2、B3，也可以叫A1、A2、A3，或者X、Y、Z等等。

• 条件概率

我们分析计算的风险结果，是一个概率，就是未来时间段会发生风险的可能性多大，但是在我们研究风险分析的时候，一个很重要的前提，就是我们要了解之前的风险分析的可能性有多大，也就是说，我们做未来的风险研究的前提，是知道之前这些威胁发生的条件概率。

条件概率的定义，我们见简单引用一下网上的资料，就是指事件A在另外一个事件B已经发生条件下的发生概率，数学表达式就是

就是这个同学在过马路时发生了交通意外的前提下，上下班步行时发生了风险的概率。

这个条件概率，我们可以用实验数据计算，也可以从文献里面寻找，或者通过历史数据计算，最差的情况，拍拍脑袋，当做0.5，有一半的可能发生，有一半的可能不发生。但是，我们一定要有一个这样的基础，在后面的计算中进行更新迭代，做分析计算。

• 风险区块

得出了结果之后，如何衡量风险数值的大小，也是需要参考历史数据，并根据项目的分析逐步更新的。比如说，得出了风险概率是0.5，这个风险，是属于什么程度的风险呢？这就需要我们定义风险区间。

这个图的含义是，相应概率结果与设备状态的对应关系。这个值，也是从历史数据或者实际经验值等已有的结果提供的。如果一开始拿不定注意，那么也可以先拍脑袋指定[0,0.2,0.4,0.6,0.8,1]，运行一段时间后看看。

在有了这个基础上，我们就可以判断，当前的概率是处于中风险和高风险之间。

结果解释

在配置好了项目以后，风险分析项目会输出一个蒲丰投针图的结果数据，同时还有下周期到各个风险区块可能的概率。

• 蒲丰投针模型

接下来我们展示一下如何解读蒲丰投针模型。

图中的风险线是1，当蓝色的针触碰到风险线的时候，就是风险非常可能发生的情况。图中的蓝色的针，就是蒲丰投针中的“针”，经过分析，我们注重的也是这个针在两个风险阈之间所处的位置。

针的长度，就是现在风险可能发生的概率，也就是图中L的长度；针上的黄色的点，就是历史的最低风险阈值，也就是C的长度，另外，针的与水平线的之间的夹角α，就是当前实际运行状态中，实际受到的关联作用和影响，如果角度越接近直角，那么针靠近风险线的速度就越快，产生风险的可能就越高。

• 马尔科夫链

风险分析的输出结果，还有一组马尔科夫链，马尔科夫链具体的定义我们就不介绍了，它在我们风险分析的输出结果中的含义是：下一个周期可能到达的风险概率。

举个例子，某个项目输出的下周期风险概率为：[0.41, 0.15, 0.22, 0.09, 0.13]，如下图，含义就是，从当前的状态（不管是什么状态）推测，下一期转到无风险概率是41%，跳转到低风险的概率是15%，跳转到中风险的概率是22%.... 等等以此类推。

界面说明

风险分析计算一共有3个界面，接下来我们分别展示：

项目管理

项目管理界面，可以在这个界面进行增删改查的管理，同时还可以管理项目的启停。可以点击添加按钮添加项目，也可以点击某一个项目名称，编辑这个项目的详细配置。

具体怎么配置、修改一个项目，将在下文详细介绍，这里不再赘述。

本界面还有分析对象，描述的是这个项目绑定下的所有对象，结果列表，描述的是本项目下的所有计算结果。

分析模板

本界面可以查看、编辑风险分析的分析模板，模板用于快速创建、绑定风险分析项目。

项目配置

• 项目名称：项目名称要求不能重复，其具体名称可以从实际需要和便利性出发，填写项目名称。

• class名称：根据需要选择class名称，目前风险分析有以下class：

• 分析计算周期：可选项有：分钟、小时、其他等等，其他的含义为秒，可以根据需要自行填写，填写范围是从0-999。

• 限定映射表：此处可以关联MixIOT中所有已有的映射表，如果选择限定映射表，根据要分析的对象，在映射表标识选择相应的映射表。如果选择不限定映射表，那么在对象ID中，直接选择对象。

• 分析计算对象：分析对象有限定和不限定两个选项。如果选择限定对象，可以接下来选择对象，表示计算这个映射表项目下的一个或者几个对象。如果选择不限定对象，那么就会针对这个映射表，每次计算都动态获取映射表下的所有对象，并分析每个对象下的选定数据

• 偏离水平：如果选择自定义偏离水平，则根据实际情况，制定具体风险水平的界定5个等级，并将5个等级对应的数字按列表的方式填写，按上面的例子，就是：[0.01，0.2，0.5，0.6，1]，分别是无风险，低风险，中风险，高风险和超高风险。如果选择计算条件风险值，那么则填写系统默认风险值，为：[0.2，0.4，0.6，0.8，1]

• 条件风险概率：这里是根据实际情况的历史数据，填写威胁事件的条件概率。条件概率要按照事件来分类，并确认每个参数是属于哪个威胁的。如果选择给定条件风险值，那么通过各种方式获取到条件概率以后，按照Json的格式，在贝叶斯列表中，写具体的条件风险概率。例如上面的B1、B2、B3三个威胁事件，就填写：

{"B1":0.5,"B2":0.7,"B3":0.9}

如果选在了默认条件风险值，那么系统则默认风险概率为各个事件的概率为0.5，按上面的例子就是：{"B1":0.5,"B2":0.5,"B3":0.5}。

• 计算结果初始化：在我们建立好项目，由于某些原因，又要对项目进行修改时，我们可以选择使用这个参数。在风险分析项目中，有2个历史值一直在计算中滚动更新，一个是风险水平涉及到的马尔科夫矩阵，一个是条件风险概率涉及到的贝叶斯列表。如果选择继续计算，那么重新启动项目时，会继续用这两个值继续计算。如果选择从头计算，那么就根据修改后的项目的风险水平/偏离水平、风险偏离概率/条件风险概率进行重新计算。也就是说，如果修改了以上两个参数，但是没有选择从头计算，那么修改的参数就不会生效。

脚本规范

二维Json数组

首先，脚本必须为Json格式，否则无法创建项目。每一行为一个分析变量，可以同时存在多行。格式如下：

[
  ["FV", "Label_En", "Label_Cn", "Weight", "Scale", "Normal", "Tag", "Qmin", "Qmax"]
]

脚本示例如下：

[
    ["S01", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.3, "", "X", -5, 5],
    ["S02", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.3, "", "X", -5, 5],
    ["S03", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.3, "", "X", -5, 5],
    ["S13", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.2, "", "X", -5, 5],
    ["S14", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.2, "", "X", -5, 5],
    ["S15", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.2, "", "Y", -5, 5],
    ["S77", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.14, "", "Y", -5, 5],
    ["S78", "Label_En", "Label_Cn", 1, 0.1, "", "Y", -5, 5]
]

填写要求

一行有9个字段，在算法计算的时候使用。

脚本中必填的列是：FV、Weight、Scale，并且Weight和Scale必须是数字，Tag可填可不填，填写的话将会起到过滤的作用，保留所有等于该值的数据，其余项用""填空，下面我们逐一介绍。

FV对应的就是对象参数。对象，就是MIXIOT系统中相对应的设备。在建立对象的时候，还要绑定相应的映射表，这里的FV，就对应着相应映射表中的参数。按照我们上文说明的规则选择、填写脚本中第一列的FV，选择了多少个FV，本脚本就有多少行。

Weight，就是上文提到的参数权重，填写的原则就是，谁更重要填写的权重就更大，谁不重要填写的就偏小，建议权重的填写范围在0~1之间。对于权重的填写，其实是没有标准答案的，第一次填写，可以先暂定一个值，计算出结果以后，有必要再进行调试。

Scale，就是参数比例。在实际设备数据中，有可能某些参数范围在0~1之间，比如说压力，有些参数范围是在0~1200，比如说用电量，他们的数据相对大小非常大。假如压力从0上升到1，已经是非常大的变化，但是对于转数，从999到1000，实际上是一个非常平稳的正常波动。

基于这种数据量纲的问题，我们就使用Scale来规避这种问题，对参数数据进行缩放。假如我们想把上面的两个参数缩放到10，那在压力参数的Scale中填写10÷1=10，在转速参数的Scale中填写10÷1000=0.01。经过缩放，两个参数的范围都规整到了0~10中。

Tag，就是填写参数和威胁的对应关系。根据前面确定的威胁事件，把每个参数分类，确定每个参数是属于哪个威胁事件。例如上图的实例，就说明"S01","S02","S03","S13","S14",这几个参数属于X威胁，"S15","S77","S78"三个参数属于Y威胁。

Qmin，就是这个风险参数的最小值，超过这个最小值，将会发生风险。

Qmax，就是这个风险参数的最大值，超过这个最大值，将会发生风险。