我国石油化工仿真技术20年成就与发展

我国近20年石油化工仿真技术的发展和突出的成就体现在两个方面,第一方面是定量动态仿真技术的研究、开发和大规模工业应用,主要包括化工过程动态流程模拟系统,仿真培训系统软件平台和仿真器硬件,用于大学和专业学校工程实践教学的仿真系统,多功能仿真实验系统,以及仿真工厂.第二方面是定性仿真技术的研究开发与应用,主要包括基于符号有向图(SDG)定性建模和计算机推理"引擎"技术,基于SDG技术的危险与可操作性安全评价(HAZOP)软件平台,基于SDG定性仿真技术的辅助过程系统危险识别与诊断技术,石油化工安全技术仿真试验平台,基于SDG技术的自解释仿真器等.此外对石油化工仿真技术的今后发展和预测进行了探讨.     

基于符号定向图(SDG)深层知识模型的定性仿真

定性仿真是系统仿真技术中的重要研究和应用方向，同时也是人工智能技术的一个重要方面。近年来，随着现代计算机技术的日新月异，使得基于符号定向图(SDG)深层知识模型的定性仿真研究和应用取得了显著进展。SDG模型能够表达复杂的因果关系，具有包容大规模潜在信息的能力，因此特别适合于过程系统危险评价(PHA)、危险识别与故障诊断。SDG模型结构简单，易于建立和修改。然而高质量的SDG模型必须采用经验数据和定量动态仿真检验和校正。采用SDG模型进行定性仿真的关键技术是高效双向推理“引擎”，由计算机软件自动完成。目前，在计算机辅助过程系统危险评价方面，SDG是最有效的方法；在过程系统故障诊断方面，其完备性较好，但诊断分辨率尚待提高。今后的研究应解决：定性仿真和定量仿真相结合；SDG自动建模；通用推理软件平台；大系统高分辨率故障诊断等问题。     

基于SDG的计算机辅助危险与可操作性分析

对于过程系统，危险与可操作性(Hazard and Operabiljty，简称HAZOP)分析是一套应用最广的评价方法。但是人工评价存在费时、费力、成本高等缺点。本文介绍了一种基于SDG(Signed Directed Graph)的计算机辅助危险与可操作性分析系统，该系统基于SDG定性模型。过程模型利用模型库中的单元模型建立，通用性强，且又能分析各种具体工艺的特定信息。应用实验表明，与人工专家评价相比，该系统具有完备性好、省时、省力、成本低、评价结果系统性和条理性强等众多优点。     

连续系统动态趋势分析的定性代数和SDG图论方法

采用定性代数方程表达动态过程的稳态行为是定性仿真的一个重要应用方面,定性代数方程的求解与应用是定性仿真的一个重要领域,基于符号定向图SDG的求解方法是在许多应用领域被证明为最具实用意义的方法.在全面综述SDG方法国内外研究进展的基础上,分析了定性代数人工试错法的局限性,并通过将定性代数方程向动态过程稳态行为描述扩展,结合SDG图论方法的优势,说明SDG方法是目前发展前景较好的一种定性仿真方法,已经在HAZoP危险与可操作性分析、安全评价及智能化自解释仿真训练方面取得了突破性进展,在故障诊断领域亦显示出明显的优势.探讨了SDG方法用于实时故障诊断的算法步骤,并根据SDG方法的不足,对SDG图论方法的研究与发展提出了建议,以提高故障诊断的精确性.     

一种基于SDG用于危险分析的新型定性仿真技术

安全已经成为世界各国政府面临的一个重要问题。由于安全研究的实验无法在真实工厂中进行，因此仿真技术已经成为研究和解决安全问题的一个核心基础。然而，对于真实化工工厂的精确定量数学模型由于规模庞大和复杂而难以获得与计算。与此相反，定性模型相对容易建模，计算也相对较快。我们提出了一种基于符号有向图的定性仿真技术。它能够有效地针对复杂系统中各个组件间的原因与后果关系。通过网络拓朴和专家规则，SDG模型可以有效地找出系统中潜在的危险。结合目前最为广泛应用的过程危险分析方法，即HAZOP，提出一种新的SDG-HAZOP方法，以代替目前的人工安全分析。最后以65t／h锅炉为例，展示并讨论该新方法的优、缺点。     

基于SDG的加热炉HAZOP与故障诊断

随着现代流程工业日益大型化和复杂化,生产中重大恶性事故不断发生,促使人们越来越重视对安全技术问题的研究,而安全评价与故障诊断正是安全工程领域中的两个重要方面。在分析符号有向图(SDG)技术的理论基础上,探讨了SDG定性模型在计算机辅助HAZOP安全评价和故障诊断中的实际应用,并针对石化领域中常用的加热炉设备,建立SDG模型进行HAZOP和故障诊断分析。实验结果表明,基于SDG的HAZOP和故障诊断技术具有完备性好、节省时间、人力、费用等众多优点。     

SDG标准测试图及推理引擎论证

应用SDG技术对复杂系统进行安全分析推理，其引擎的性能测试至关重要。我们提出了采用系统标准的SDG测试图，对引擎进行测试。论述了测试所需的规模和指标，并针对应用领域特点，通过改变节点与支路规模、状态、关联关系、排列等因素，提出了一整套针对安全问题的SDG标准测试图。在此基础上，我们提出了极端与平均的性能测试方法。并运用SDG测试图对我们开发的SDG引擎进行完备性和运算能力的测试，效果达到实用水平。最后，我们对测试过程中暴露的问题，提出改进措施。     

集成化SDG建模、推理与信息处理软件平台

过程工业的安全问题正日益引起公众及政府的关注和担忧。大量的人力物力被投入到过程风险评价(PHA)中，而它们的大多数依靠人工完成。近年来，通过引入符号有向图(SDG)，基于计算机的自动PHA成为了可能。这项工作的首要任务是建立一个实用的SDG建模、推理平台。我们基于对HAZOP评价方法的研究，根据操作的步骤和需要，最终设计、开发了一个图形化、层次化、支持组件可复用的SDG软件平台，以供建模、推理和数据后处理使用。该平台基于自主开发的SDG推理引擎和图形建模环境，其设计充分考虑技术研究的持续和渐进性，利用迭代开发和面向对象的技术，支持多种算法的混合使用和组件的复用，从而在SDG的图形建模、推理引擎构架和双向推理方面做出了有益的探索。     

定性代数方程的简明表达方法-影响方程及其建模

提出了定性代数方程简明表达方法的实现及建模规则.以化工装置中的固定床式烷基转移反应器为例讨论了影响方程建模过程,建立了烷基转移反应器的影响方程,并将影响方程模型直接转化为较为直观的符号有向图(SDG)模型.采用SDG定性推理(即基于网络拓扑的定性仿真方法)识别故障的完备性较高、能够揭示故障演变的路径和历程,在复杂过程系统危险识别和故障诊断领域得到广泛应用.     

基于分级SDG的物资供应方案缺陷分析建模研究

针对物资供应方案缺陷分析困难,引入定性建模的符号定向图(SDG)方法进行建模研究.对物资供应方案的概念、缺陷分析的重要性和存在的主要缺陷进行概括,简明论述选择SDG法研究的优势并介绍分级SDG,建立了物资供应方案的缺陷分析定性模型,在研究定性推理方式的基础上对所建模型进行定性推理,设计实例获得唯一推理结果,对推理结果进行分析.结果证实了用SDG定性建模的方法研究物资供应问题的可行性.     

基于QHSME的装备危险耦合传导GERT分析

针对装备活动中危险耦合传导关系描述不清楚、分析不具体的问题,构建考虑任意分布的危险耦合传导图形评审技术（graph evaluation and review technique,GERT）改进模型。提出了系统危险度、危险耦元重要度、危险路径隶属度等扩展分析参数,进一步刻画装备活动中的微观危险信息;采用系统耦合理论和极大熵方法（maximum entropy,ME）配置GERT模型变量,并设计量子和声算法（quantum harmony search algorithm,QHS）求解危险度概率密度极大熵模型。最后,以飞机大表速低空俯冲科目为例进行分析。结果表明,与传统GERT模型比较,该改进模型能充分反映危险耦元对装备活动随机过程的交互影响关系,以及其他相关微观信息,且具有较好的求解精度与适用性。     

化工过程SDG建模方法

SDG(Signed Directed Graph)是一种重要的定性建模技术，特别是在安全评价和故障诊断领域。本文系统介绍了两种常用的SDG建模方法：基于数学模型的方法和基于流程图的方法。此外，本文提出了一种基于经验知识的建模方法。由于安全评价强调揭示潜在故障的全面性，而故障诊断则要求诊断速度和故障分辨率高，因此基于经验知识的建模方法分为评价模型建模方法和诊断模型建模方法。采用此方法建立的评价模型不仅能全面表达故障，而且还能揭示故障的传播规律；建立的诊断模型简单精炼、故障分辨率高。     

基于模糊理论的风险评价方法

针对传统风险评价过程中无法综合多人的评价结果、风险之间难以排序等问题,提出了一种基于模糊理论的风险评价方法。建立模糊风险矩阵,把可能性和严酷度放在同一尺度下讨论,引入层次分析法核心理念确定可能性和严酷度对风险的影响权重,综合多人对可能性和严酷度的评价结果,通过确定的可能性和严酷度对风险的影响权重以及综合的评价结果得到风险值。以飞行控制系统中的具体危险为例采用该方法进行评价。通过该方法确定的不同危险的风险指数可进行详细的风险排序,支持风险决策,验证了该方法的工程实用性和有效性。该方法能够更客观地评价危险,为危险的预防措施制定和管理决策提供依据。     

过程工业计算机辅助安全评价技术的进展

过程工业涉及的领域广、危险性大，由于安全评价在消除危险隐患方面有重大作用，已列入许多国家的法规及新的国际安全标准。本文介绍了当前过程工业安全评价的基本内容和方法，阐明了计算机辅助安全评价的必要性。介绍了计算机辅助危险识别、危险分析、风险评价方面巳取得的成果。值得注意的进展是，基于仿真技术的过程工业安全评价近年来发展很快。本文介绍了基于仿真技术的过程工业安全评价的发展阶段、技术关键、有关成果和应用。实践表明，仿真技术由于它的特殊作用在系统安全工程中是一种强有力的辅助工具。本文还讨论了当前计算机辅助安全评价技术的不足和发展方向。     

基于SDG和灰色聚类的系统故障风险评估方法

开展风险评估研究对于提高民航安全具有重要意义.传统的系统故障风险评估的分析对象是故障模式,在实际中一个故障模式往往可作为另一故障模式的原因或者影响,故障影响是一个逐渐变化的过程.为更准确、客观地评估系统故障风险,本文把故障模式的传播过程描述为一故障链,运用SDG模型推理得出故障模式导致的各种故障序列,将故障模式及其各种后续故障序列看作灰色系统,将风险评估过程视为一灰色系统工程,用灰色聚类决策对这些序列进行风险评估,解决了风险评估过程中评价指标和属性值难以确定和量化,风险分析和评估缺乏系统性和一致性的问题.应用实例表明,基于SDG和灰色聚类决策的风险评估方法能有效地应用于民机系统故障风险评估.本论文研究结果对于复杂系统的故障风险分析具有重要的参考价值.