本发明公开了一种面向绿色甲醇生产过程的双层级故障诊断方法，包括：确定每个样本中变量分割后的变量块，确定每个变量块对应的神经网络模型的特征，点积确定特征映射结果的相关性矩阵；确定生产单元的关系拓扑矩阵和基于局部重构的损失函数，将所述的损失函数作为神经网络模型的网络参数；基于相关性矩阵对变量块的特征进行加权融合，将加权融合后的特征进行拼接并根据全局重构映射权重重构变量块；重构误差作为变量层级故障诊断指标；获取相关性矩阵的奇异值，根据小奇异值的映射矩阵对重构误差矩阵进行降维重构，得到单元层级故障诊断指标；减少故障信息可能会随着过程的进行传播对故障判断造成的影响。