石油化工過(guò)程HAZOP專家系統(tǒng)與集成研究.pdf

1、隨著石油化工的規(guī)?；?、集成化、自動(dòng)化的發(fā)展，以及人們對(duì)安全發(fā)展的要求不斷提高，化工安全問(wèn)題已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。作為公認(rèn)的完備性最好的安全評(píng)價(jià)方法之一，危險(xiǎn)性與可操作性（Hazard and Operability，HAZOP）分析可以比較全面而系統(tǒng)地識(shí)別化工過(guò)程中的安全隱患。因此，HAZOP已經(jīng)成為國(guó)際石化行業(yè)安全評(píng)價(jià)的最佳實(shí)踐。 傳統(tǒng)的HAZOP分析是一種依賴專家知識(shí)的人工分析，以小組會(huì)議討論、“頭腦風(fēng)暴”式進(jìn)行。HAZOP分析

2、耗時(shí)長(zhǎng)、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，分析一致性和完備性難以保證。為解決上述問(wèn)題，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種自動(dòng)化HAZOP分析計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，尤其是基于符號(hào)有向圖（Signed Directed Graph，SDG）模型的方法取得了相當(dāng)多研究成果。但是由于SDG模型知識(shí)表達(dá)能力不足，這些專家系統(tǒng)的HAZOP分析結(jié)果存在正確識(shí)別率不高的問(wèn)題，因此尚未被工業(yè)用戶廣泛接受。 針對(duì)以上問(wèn)題本文在自動(dòng)HAZOP分析方面做了大量研究，按照模型表達(dá)、模型推理和系

3、統(tǒng)集成的順序，自底向上地分層次提出新的理論和方法，構(gòu)建了對(duì)應(yīng)的自動(dòng)分析原型系統(tǒng)。文中使用兩個(gè)工業(yè)過(guò)程的實(shí)例，通過(guò)對(duì)比專家分析結(jié)果與自動(dòng)分析結(jié)果，驗(yàn)證了所提出的方法的可行性和正確性。主要取得的研究成果如下： 1、針對(duì)現(xiàn)有各種定性模型知識(shí)表達(dá)能力不足的問(wèn)題，本文提出了新的定性因果模型——分層有向圖（Layered Directed Graph，LDG）模型，該模型使用有向圖來(lái)表達(dá)專家知識(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)有向圖基礎(chǔ)上引入了稱為“層”的維度，大

4、大擴(kuò)展了模型的表達(dá)能力，能夠表達(dá)HAZOP分析中的所有知識(shí)，解決了模型容量的問(wèn)題。 LDG模型的構(gòu)成、要素，建模方法在文中做了詳細(xì)論述。為表達(dá)化工過(guò)程中實(shí)際存在的種種復(fù)雜的因果關(guān)系，LDG模型方法中提出了稱為“條件因果關(guān)系”的要素。為實(shí)現(xiàn)知識(shí)的重用，提高LDG模型的建模效率，本文提出了建立可擴(kuò)充、可繼承的LDG模型庫(kù)的策略，并給出了與LDG模型相關(guān)的存儲(chǔ)、表示等具體實(shí)現(xiàn)。 2、對(duì)應(yīng)提出的LDG模型，本課題研究開(kāi)發(fā)了LD

5、G模型推理機(jī)。該推理機(jī)使用LDG模型，能夠進(jìn)行跨模型的定性邏輯推理，自動(dòng)得到全化工流程的HAZOP分析報(bào)告。文中對(duì)LDG模型推理的算法做了詳細(xì)論述，包括備選基本算法介紹，算法比較，算法的修正，多模型互聯(lián)推理算法，推理結(jié)果的排序篩選算法等。推理機(jī)使用了模塊化結(jié)構(gòu)，由核心推理算法和外圍算法處理模塊構(gòu)成，有效解決了復(fù)雜條件的推理，異常物料處理，設(shè)備、流程定量信息的應(yīng)用，以及控制回路、安全措施對(duì)分析結(jié)果的修正等多種推理問(wèn)題。文中對(duì)推理機(jī)各個(gè)模塊

6、的算法亦做了詳細(xì)討論。 通過(guò)對(duì)該推理機(jī)的性能測(cè)試和分析，本文給出了該推理機(jī)的可用性數(shù)據(jù)。文中給出了對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)際化工過(guò)程的一組LDG模型，并使用推理機(jī)對(duì)其執(zhí)行推理，對(duì)比得到的LDG分析、SDG分析的結(jié)果及人工分析的結(jié)果，說(shuō)明了LDG模型推理的優(yōu)勢(shì)。 3、本文提出了將LDG模型系統(tǒng)與外部CAD/CAM系統(tǒng)集成的系統(tǒng)框架，并開(kāi)發(fā)了一個(gè)LDG原型專家系統(tǒng)，在該框架下LDG模型推理系統(tǒng)可通過(guò)集成從其他系統(tǒng)中自動(dòng)獲取分析所需的數(shù)據(jù)，

7、可以減少人員勞動(dòng)，降低錯(cuò)誤率。該系統(tǒng)框架應(yīng)用模塊化結(jié)構(gòu)，將不同CAD/CAM系統(tǒng)的差異封裝形成統(tǒng)一的跨平臺(tái)、跨語(yǔ)言的接口供LDG模型系統(tǒng)使用。 文中以與一種化工CAD軟件Intergraph SmartPlant P&ID的集成為例，展示了該框架各個(gè)模塊的詳細(xì)構(gòu)成，說(shuō)明了從CAD/CAM系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，分類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)匹配等數(shù)據(jù)處理算法，測(cè)試了數(shù)據(jù)處理的運(yùn)行效率。并以一個(gè)實(shí)際流程為例，說(shuō)明了該LDG原型專家系統(tǒng)進(jìn)行的從工藝管道及儀