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第 2 页 版本1.013.146 摘 要 (限400字):
构建基于处方工程学(Recipe Engineering)的共享系统模型(General Recipe:原
始处方)和工业对象系统处方模型(Master Recipe:基本处方和Control Recipe:实施处
方),为提高产品质量、预防安全事故发生和增加社会信任度等方面提供系统的设计资料和
新的技术分析手段,为专家评估对象系统提供模式识别的依据。针对工业对象系统提出系统
安全评价的系统安全优势函数模型,将工业对象系统的安全因子抽象为系统功能模块,探
讨其各功能模块之间的相互影响,为企业的系统安全评价提供量化分析的理论依据。通过
系统分析与集成,明确各功能模块之间的逻辑关系,设计构建集成管理系统和研发系统安
全评价的网络系统平台,解决安全分析评价中的系统性问题和实时评价的技术问题。通过
实施系统安全评价的模拟仿真支持系统平台,达到提高系统安全分析评价的可操作性、可
持续性和可推广性。
关 键 词(用分号分开,最多5个) 系统安全优势函数;处方工程学;系统安全评价;软件工程;系
统仿真
国家自然科学基金申请书
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报告正文
工业系统安全评价的系统功能论研究及应用
河南科技大学(原洛阳工学院) 杨 宗霄
(一)立项依据与研究内容
1、项目的立项依据
安全是关系国计民生的大事,安全生产是企业的永恒主题。“切实加强安全生产工
作。安全生产责任重于泰山,经济发展必须建立在安全生产的基础上”(摘自温家宝总
理06年政府工作报告)。这就“需要我们采用系统科学的方法来分析、解决问题,从多
因素、多层次、多方面入手研究经济社会发展和社会形态、自然形态的大系统”(摘自
胡锦涛总书记在两院院士大会的报告)。安全评价(Risk Assessment)是综合运用系统安全
科学技术对系统的安全性进行度量和预测,通过对系统存在的潜在危险源进行定性定量
分析,确认系统发生危险的可能性及其严重程度,提出必要的措施,以寻求最低的事故
率、最小的事故损失、最优的安全投资效益。
系统安全一直是世界各国倾力关注的热点。随着系统科学、安全科学和信息科学的
发展,传统的危险性评价方法和信息管理技术、知识管理技术等现代技术有机的相结合,
使系统科学在系统安全领域开拓了一个更加广阔的应用前景。随着安全科学技术的发
展,系统安全评价愈来愈受到广泛的重视。许多工业发达国家,在“安全第一、质量第
二、产量第三”的方针指导下,企业采取了一系列的安全措施和手段,保障了员工的人
身安全和设备的健康运转,最终使产品质量得到保证,产量也不断上升。基于系统安全
的安全评价分析方法和手段也已逐步应用于工业企业、信息系统、化学工业、核工业、
环境等领域[1-6]。中国作为WTO的成员国,提高生产设备、劳动安全和作业环境、安
全生产管理的能力和水平则是衡量国家发展程度的综合国力体现。我国在系统安全分析
和评价方法方面尽管起步较晚,在危险性定量分析的可视化基础研究、基于相对得分率
的安全评价量化研究等方面取得了一定的进展[7-12]。但从系统的整体结构与功能的观
点出发来对工业对象系统进行总体安全评价分析,建立理论机制和安全评价模式的研究
尚属起步阶段。中国是21世纪世界制造业基地,企业生产安全尤为重要,安全评价理
论体系的创建和评价系统的研发势在必行。从国外灾害数据库系统[13-14]中检索发
现,在我国发生的人员伤亡重大灾害事故占有极大的比重(约30%),受到了联合国机
构的密切关注。厂矿企业时有发生的重大危险性事故严重影响了我国的世界威望、企业
的信誉水平和员工的人身安全。政府和企业各界人士已经认识到我国目前正处在安全事
故的高发期阶段,如何防止和避免安全事故的发生已经成为今年两会的主要议题之一。
因此,开展工业系统安全评价的系统功能论研究具有重大的理论价值和社会效益,它将
国家自然科学基金申请书
第 6 页 版本1.013.146 为工业安全评价奠定科学基础,也为综合国力的提高提供评价手段和方法依据。
系统安全分析模型研究一直是系统安全工程的热点课题。曾士勇等人提出了基于目
标树-成功树模型的系统安全分析基本框架,旨在完整鉴别各功能层次的潜在危险因素
[9]。施式亮等人提出了基于故障树分析可视化模型的软件分析系统,旨在实现可视化环
境下的事故分析和安全性评价[10]。周西华等人开发了基于故障树分析的自动化程序设
计原理、方法和应用[7]。吴重光等人介绍了基于仿真技术的过程工业安全评价的发展阶
段、技术关键和成果应用,旨在阐述仿真技术在过程工业安全评价的广阔前景[8]。熊峻
江等人对系统安全分析的功能危害分析(FHA)、故障模式和影响分析(FMEA)、故障树分
析(FTA)和区域安全分析(ZSA)的内在逻辑关系,并在系统安全设计进行了应用分析[8]。
景国勋等人还提出了基于最小割集(MCS)的简捷结构重要度分析,对煤矿重大危险源事
故评价具有指导意义[8]。另外,还有基于故障树分析和模糊推理机制的故障诊断专家系
统[4-5]、基于面向对象技术的工业对象安全管理支持系统的研究报告[6]。然而,如何建
立系统安全分析的共享模型仍是有待探索的主题之一。
借鉴系统功能论的基本思想[15],针对企业在生产设备安全、劳动安全与作业环境
以及安全生产管理三大方面建立整体的系统安全评价机理,探索系统安全评价的线性与
非线性的问题。如果借鉴ISA S88标准的建模方法,以生产设备安全、劳动安全与作业
环境以及安全生产管理为对象,构建预防企业事故发生、解决现实错综复杂巨系统的安
全分析和系统安全评估的共享仿真模型,使企业在系统安全分析与管理上建立明确的识
别方法、手段和决策支持。则会迅速快捷地进言出合理化建议,从而降低安全风险事故,
达到提高企业综合实力的目的。
参考文献
[1] JBF:S88入门, http://www-jbf.pse.ce.tuat.ac.jp/Work/index.html,2004
[2] Rizal D, Suzuki K:Safety support system based on embedded-nested batch recipe structure,
Proceedings of the SICE Annual Conference, SICE Annual Conference 2004, p.137
[3] Rousu J, Aarts R: An integrated approach to bioprocess recipe design, Integrated Computer-Aided
Engineering, Vol.8, No.4, 2001, p.363
[4] Yang Z X, Suzuki K, Shimada Y, Sayama H: Development of process fault diagnostic system using
fuzzy reasoning, Japanese Journal of Fuzzy Theory and Systems, Vol.8, No.6, 1996, p.923
[5] Zheng Y Y, Yang Z X, Yuan X B, Suzuki K, Inoue A: Verification of Process Fault Diagnostic
Fuzzy Expert System, Progress in Safety Science and Technology Vol. V, Beijing:
Science Press, 2005, p45
[6] Gabbar H A: Design of Computer-Aided Plant Enterprise Safety Management System in
Plant Enterprise Engineering Environment using Object-Oriented Approach, Ph.D Thesis
of Okayama University, 2001
[7] 周西华, 耿晓伟, 黄太山: 安全系统事故树分析软件研究, 辽宁工程技术大学学报, Vol.21,
No.4, 2002, p460
[8] 吴重光, 夏涛等: 过程工业计算机辅助安全评价技术的进展, 系统仿真学报, Vol.15, No.5,
2003, p.609
国家自然科学基金申请书
第 7 页 版本1.013.146 [9] 曾士勇, 龚时雨, 胡小荣: 基于功能模拟的系统安全分析, 工业安全与环保, Vol.30, No.3,
2004, p.31
[10]施式亮, 卢本陶: 事故树分析可视化理论模型及系统开发, 湖南科技大学学报, Vol.19, No.2,
2004, p.1
[11]熊峻江, 刘宝成, 高宏: 系统安全性分析与设计方法研究, 北京航空航天大学学报, Vol.28,
No.2, 2002, p.141
[12]景国勋, 贾智伟等: 最小割集在系统安全分析方法中的应用, 中国安全科学学报, Vol.14,
No.5, 2004, p.99
[13]RISCAD:Relational Information System for Chemical Accidents Database,http://www.aist.go.jp/
RIODB/RISCAD/
[14]JSSE:安全工学,http://wwwsoc.nii.ac.jp/jsse3/publish/journal.html
[15]高隆昌:系统学原理,科学出版社,2005,p80
2、项目的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题
研究内容:
1)工业对象系统的模型化研究
处方工程学(Recipe Engineering)和中医处方诊断治疗过程相仿,是以处方为核心
手段将产品研发、设计和制造过程系统化,将生产管理和实施控制过程系统化的一门新
兴学科分支。本研究以处方工程学为基础解剖工业对象系统,根据系统研发阶段的信息
构建原始处方模型(General Recipe:GP),根据工厂设计的基本运作信息和基本功能信
息构建基本处方模型(Master Recipe:MP),根据生产工艺流程、设备保养和故障维修
信息建立实施处方模型(Control Recipe:CP)。通过各类处方的计算机自动生成机理分
析和实施,为系统安全优势函数研究提供量化的模型依据。系统共享模型研究为提高产
品质量、预防安全事故发生和增加社会信任度等方面提供技术方法和手段,同时可使得
企业内部业务流程趋于合理化。
2)系统安全优势函数研究
系统安全优势函数是描述包含生产设备安全、劳动安全与作业环境以及安全生产管
理的系统安全整体特征函数,以求识别系统安全评价的组织结构功能与合作功能问题。
根据模型化研究的结果,为领域专家设计系统安全评估平台。通过问卷调查与统计分析、
咨询会议和深度访谈对领域专家的知识进行挖掘,将系统安全因子抽象为系统功能模
块, 探讨各功能模块之间的相互影响。对各功能模块进行专家咨询,挖掘并获取领域专