基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析及应用研究

【摘要】随着科学技术的发展,过程系统生产规模不断扩大,工艺流程越来越复杂,使得事故发生几率和危害程度大大增加,安全问题已经成为政府和企业面临的重大核心问题。本文“基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析及应用研究”,主要是研究开发一套系统的基于SDG深层知识模型的安全分析方法,主要包括SDG模型建模、SDG模型推理和分析结果表达；此外,对所提出的方法进行了工业化应用研究。本文具体内容包括以下几个部分：第一章论述了过程工业面临的安全问题和项目背景,阐明了问题的由来；然后,研究分析了现有的各种系统安全分析方法,特别研究了危险与可操作性分析方法;随后,对SDG技术展开了深入研究,这包括：提出了SDG及相关概念的精确数学定义、提出了运用矩阵表达SDG模型、研究分析了近二十多年来SDG技术在安全工程领域的进展。第二章是研究SDG评价模型建模。首先对SDG评价模型提出了要求,然后研究分析了国外SDG模型建模方法。现有的建模方法没有区分安全评价和故障诊断,而且存在模型复杂、推导繁琐等不足,因此,本文提出了一套基于主危险的专用于安全评价的SDG评价模型建模方法,克服了现有建模方法的不足,并以烷基转移反应器为例研究分析了其建模过程。第三章研究SDG评价模型的优化。SDG模型为定性模型,定性模型的模糊性容易带来伪相容通路：另外,基于SDG模型的HAZOP分析结果复杂、容易导致信息爆炸。为解决这两问题,本文提出从建模过程简化、建模后化简以及反复案例试验三个方面对模型进行优化,并给出了具体的优化规则和方法。第四章研究SDG评价模型推理和SDG-HAZOP分析结果表达。人工HAZOP分析为双向推理,美国普渡大学进行SDG-HAZOP分析也沿用这种推理方式,但是这种推理方式存在没有针对性、费时费力、容易遗漏重要故障等弊端。本文经过研究对比,提出采用基于主危险的反向推理进行SDG-HAZOP分析,克服了双向推理的弊端。另外,在研究人工HAZOP报表的基础上,本文设计了SDG-HAZOP分析结果报表格式,该表不仅能显示非正常原因和不利后果,还能显示危险剧情的发生演变过程。此外,SDG-HAZOP分析结果Word报表能够由软件自动生成。第五章研究基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析。首先研究分析了近二十多年计算机辅助HAZOP分析的发展。目前,对于SDG-HAZOP分析,国内外均面临缺乏一个专用实验工具的难题,严重制约了该技术的发展。本文根据研究需要提出开发一套SDG建模推理软件平台,并提出了详细的功能需求。另外,通过前期研究,本文对计算机辅助SDG-HAZOP与人工HAZOP两种分析方法进行了详细的对比研究。第六章为20万吨／年苯乙烯装置的计算机辅助SDG-HAZOP分析。在前期研究的基础上,对齐鲁石化塑料厂苯乙烯装置进行了计算机辅助SDG-HAZOP分析,通过案例试验研究,验证了建模方法、模型推理、结果表达等的正确性以及计算机辅助SDG-HAZOP分析的可行性。通过与人工HAZOP分析结果对比,进一步证实了本文提出的计算机辅助SDG-HAZOP分析方法的优越性。第七章对本文主要研究成果和创新点进行了总结,并对计算机辅助SDG-HAZOP分析下一步的研究工作进行了展望。本文的研究工作覆盖了从建模、推理、分析结果表达等一套完整的基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析方法,并在实际工业中进行了应用。本研究取得的研究成果和创新点包括以下几个方面：(1)提出一套系统的基于主危险的SDG评价模型建模方法本文以主危险为核心,以SDG模型增加原因后果节点变为SDG评价模型的建模思路,提出了一套系统完整的专用于安全评价的SDG评价模型建模方法。(2)提出一套SDG评价模型优化方法本文从建模过程简化、模型建成后化简以及反复进行案例试验三个方面提出了一套切实可行的SDG评价模型优化方法。(3)提出一种新的SDG-HAZOP推理方式本文未沿用前人采用的HAZOP推理方式,而是提出了一种新的SDG-HAZOP推理方式：基于主危险的反向推理。经与双向推理、正向推理比较分析,该推理方式更适用于SDG-HAZOP分析。(4)提出一套系统完整的计算机辅助SDG-HAZOP分析方法本文研究开发出一种计算机辅助SDG-HAZOP分析,包括SDG建模、模型优化、模型推理、分析结果表达等一套系统完整的方法,并且已经达到了实用化水平。该方法不仅克服了人工HAZOP分析的弊端,而且具有完备性高、系统性强、推理深度高、省时省力、复用性好、继承性好等优点。(5)完成了20万吨／年苯乙烯装置计算机辅助SDG-HAZOP分析在论文前期研究的基础上,完成了20万吨／年苯乙烯装置计算机辅助SDG-HAZOP分析。在国内首次进行了全流程级的计算机自动HAZOP推理,同时实现了计算机自动生成SDG-HAZOP安全评价报表。分析结果不仅包含了人工分析的所有主要内容,而且包含了近几年塑料厂发生的相关事故；此外,与人工HAZOP分析相比,SDG-HAZOP分析在推理深度、分析结果表达、复用性、继承性等方面都有明显的优越性。
【作者】李安峰；
【导师】吴重光；
【作者基本信息】北京化工大学，控制理论与控制工程，2006，博士
【关键词】SDG模型；危险与可操作性分析；相容通路；非正常原因；不利后果；

【参考文献】
[1]董燕晶.炎陵县旅游扶贫开发研究[D].湖南师范大学,人文地理学,2014,硕士.
[2]耿新青.基于模糊逻辑和神经网络的数据及文本挖掘的方法研究[D].天津大学,2005.
[3]吴委娟.新疆农产品贸易与农业经济增长关系的实证研究[D].新疆财经大学,国际贸易学,2013,硕士.
[4]张谦.从茶道用具看茶道[D].山东大学,日语语言文学,2013,硕士.
[5]邱倩.中江丹参植株中重金属的分布和形态分析[D].成都理工大学,矿产资源化学,2013,硕士.
[6]杨华云.有机磷农药吡唑硫磷环境行为研究[D].浙江工业大学,2008.
[7]马尧.基于文件系统过滤驱动的PC文件防护系统的研究与实现[D].兰州大学,软件工程,2012,硕士.
[8]赵中华.基于遗传算法的道路纵断面优化研究[D].河北工程大学,结构工程,2012,硕士.
[9]柳峰.我国清洁发展机制法律问题研究[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[10]操玉杰.基于社会性软件的知识传播研究[D].华中师范大学,情报学,2012,硕士.
[11]王贞慧.本科护理临床带教老师教学能力问卷编制与核心能力评价[D].山东大学,护理学,2013,硕士.
[12]胡银.硫铁矿烧渣催化类Fenton深度处理印染废水研究[D].东华大学,环境工程（专业学位）,2014,硕士.
[13]杜新兰.影响我国人寿保险业发展的环境因素分析[D].首都经济贸易大学,统计学,2004,硕士.
[14]曲心慧.3D技术对未来新媒体广告艺术性的影响研究[D].吉林大学,新闻与传播（专业学位）,2014,硕士.
[15]黄俊勇,陈龑.Agent在Internet中的应用[J].计算机与数字工程,2001,05:42-45+56.
[16]李亚平.辊道窑炉燃烧—发电集成系统特性研究与评价[D].哈尔滨工业大学,供热、供燃气、通风与空调工程,2014,硕士.
[17]李洪胤.经济人假设的修正[D].河北经贸大学,西方经济学,2012,硕士.
[18]凌海平.中性粒细胞弹性蛋白酶在小鼠创伤性脑损伤后炎症反应中作用机制的研究[D].南方医科大学,临床医学,2012,硕士.
[19]黄翠平.CHRM3及其抗体、AQP5在原发性干燥综合征患者的变化及其临床意义[D].川北医学院,内科学,2013,硕士.
[20]杨朋翠.基于表面的角膜三维重建及其在临床眼科医学中的应用[D].曲阜师范大学,控制理论及控制工程,2004,硕士.
[21]崔健.具有一定避碰功能的无人复合三体船模操纵运动模式分析研究[D].江苏科技大学,船舶与海洋结构物设计制造,2013,硕士.
[22]孙远召.下丘脑保护的显微解剖学研究[D].苏州大学,神经外科学,2013,博士.
[23]周宏伟.一种节能低温余热带式振动污泥干燥技术的研究[D].苏州大学,机械电子工程,2014,硕士.
[24]史话跃.原发性肝癌病证辨治规律研究[D].南京中医药大学,中医诊断学,2014,博士.
[25]夏望南.湖南沅江四季红镇村级财务管理制度研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[26]王森洪.外观专利图像分类方法研究[D].广东工业大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[27]王萍.污泥基活性炭对垃圾渗滤液MBR处理单元的试验研究[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[28]陈辉标.发射近红外荧光的荧光素衍生物的设计与合成[D].东华大学,有机化学,2014,硕士.
[29]唐斯斯.论行政给付的受益人资格[D].吉林大学,宪法学与行政法学,2014,硕士.
[30]若兰.莱索托的公共部门绩效管理[D].长安大学,企业管理,2013,硕士.
[31]史云桃.急性冠脉综合征患者合并心力衰竭的危险因素探讨[D].苏州大学,心内科,2013,硕士.
[32]麻志君.氢负离子在几个腔中的光剥离[D].山西师范大学,原子与分子物理,2014,硕士.
[33]吴峰.ZnS：Cu电致发光粉表面包覆SiO_2的研究[D].河北大学,光学,2003,硕士.
[34]彭鹏.城市低碳交通评价指标体系及实现途径研究[D].北京交通大学,2013.
[35]赵金义.我国农民合作经济组织发展研究[D].佳木斯大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[36]熊元源.基于多信息融合的人脸检测[D].西南交通大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[37]鲍正祥,贾建明.局部扭转形变下典型armchair型石墨烯纳米带的力电特性[J].淮阴师范学院学报(自然科学版),2012,03:246-250.
[38]杨慧娜.人民币汇率对外商直接投资的影响研究[D].首都经济贸易大学,应用统计（专业学位）,2013,硕士.
[39]谢云德,李晓龙,佘龙华,窦峰山,戴春辉.一种基于边界特征的简易非线性二阶离散跟踪微分器的设计[J].控制与决策,2014,06:1120-1124.
[40]朱月宇.无线数据链定位技术的研究与实现[D].北方工业大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[41]曹敏.后勤社会化形势下校外大学生公寓区规划与建筑设计研究[D].湖南大学,建筑设计及其理论,2003,硕士.
[42]项龙.人工免疫多Agent多目标优化算法及其应用研究[D].宁波大学,计算机技术（专业学位）,2014,硕士.
[43]刘积厚.TIG电弧预热辅助下的Mg/Al异种金属超声波滚焊工艺研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2014,硕士.
[44]王伟伟.舟山海洋战略性新兴产业发展的机理与对策研究[D].浙江大学,国际商务（专业学位）,2013,硕士.
[45]赵祚义,查新宪,赵芬.全面整合智能型铁路信号电源屏的探讨[J].铁道通信信号.2006(05)
[46]毛俊.数据挖掘在电信手机用户识别中的应用[D].浙江工商大学,应用统计学（专业学位）,2013,硕士.
[47]熊四昌,庄首.基于DSP的车辆轮毂跳动量检测系统[J].机电工程,2015,04:488-492.
[48]曹玲玲.作为水利遗产的都江堰研究[D].南京大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[49]聂慧.建设工程施工项目人力资源调度的模型与方法研究[D].中国矿业大学（北京）,工程管理,2014,博士.
[50]周宇騉.变“蓝色壁垒”为“蓝色起跑线”——中建一局建设发展公司的社会责任和理念实践[J].建筑.2007(08)