智能教學系統(tǒng)與化工職業(yè)教育系列講座③ITS在化工職業(yè)教育中應用系列軟件⑴⑵

吳重光

（北京化工大學，北京100029）

【系列講座②ITS的目標與技術障礙回顧】

設計和開發(fā)ITS系統(tǒng)的目的不是取代有經(jīng)驗的教師，而是增強和擴展教師的教學能力，提高教學效率和質量，實現(xiàn)教育的個性化、公平化、網(wǎng)絡化和終身化。研發(fā)ITS軟件需要跨越下述技術障礙：人類的知識是什么？如何由計算機軟件識別和處理？計算機如何輔助人類分析、決策、行動和自動控制？教師和學生如何學會使用ITS？知識本體是人工智能的“生態(tài)環(huán)境”。ITS專家系統(tǒng)由知識建模和知識推理兩大部分組成，知識推理是專家系統(tǒng)運作的“推理引擎”，是實現(xiàn)智能識別、智能分析、智能決策和智能行動的“利器”。大力開辦技術培訓班是推廣普及ITS的“快速通道”。

1 AI3軟件

AI3是ArtificialIntelligence3（人工智能-3）的簡稱。AI3的基本架構可以用來支持和開發(fā)多領域多門類課程的ITS系統(tǒng)。AI3是一個面向事件的專家系統(tǒng)軟件平臺，是通用性高、圖形化、可由用戶自定制的軟件平臺，用于直觀快速地構建人工智能“專家系統(tǒng)”應用。AI3采用高效、高速和省容量推理算法；定性建模基于國際信息標準，并擴展了面向事件的知識模型的描述能力和應用領域；采用正向、反向和雙向三類推理引擎技術；具備系統(tǒng)和離散雙重推理功能；將第一、第二和第三代專家系統(tǒng)優(yōu)勢互補，混合應用；將靜態(tài)和動態(tài)知識圖譜聯(lián)合應用，大幅度提高了軟件的自然語言處理工業(yè)應用和教學應用的潛力；采用多維信息圖形化結構建模方法，將隱含的信息顯式化，具備直觀、形象、深入淺出、易學易用等特點；提供自然語言的人/機信息交互功能；已在大型石油化工過程實時故障診斷和監(jiān)控、安全評估、智能仿真培訓和ITS方面應用成功。2016年已完成AI3國家版權局計算機軟件著作權登記（登記號：2016SR372689）。在我國新一代人工智能專家系統(tǒng)工具軟件奇缺的態(tài)勢下，AI3軟件對于迅速在教育領域大規(guī)模普及應用ITS技術具有開創(chuàng)性意義。

AI3的圖形化建模既可以適應經(jīng)驗方法，也可以實現(xiàn)基于知識圖譜模型的深度學習方法。這個功能設計得益于錢學森大師“從定性到定量綜合集成法”的指導思想。也就是說，對于初次使用AI3的用戶，可以參照我們通過大量工業(yè)安全評估實踐總結的經(jīng)驗法，特別是HAZOP（危險與可操作性分析）方法，由簡到繁循序漸進，提高知識圖譜建模能力。在經(jīng)驗法基礎上，提供影響矩陣分析方法，以便抓住因果對偶間的影響關系構建靜態(tài)與動態(tài)融合的知識圖譜，由作者在大量工業(yè)應用中總結得到，簡稱為“影響方程法”，具有簡單易行、直觀方便、可直接轉換為動態(tài)知識圖譜模型、可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)+動態(tài)結構信息深度學習等優(yōu)點，進而使用高效推理引擎在知識圖譜模型中采用因果反事實推理深度挖掘顯式危險劇情，自動實施一致性原理、風險和權重決策分析。換言之，AI3集成了第一、第二和第三代專家系統(tǒng)的功能為一體。可以建立類似于多智能體于同一個知識庫的離散型模型，并且實現(xiàn)多功能離散推理，又稱多智能體聯(lián)合推理技術。

AI3中過程系統(tǒng)圖形化領域知識本體SOM_G（即圖形化劇情對象模型，詳見AI3使用說明）的基礎是國際標準“工業(yè)自動化系統(tǒng)和集成，包括油氣生產(chǎn)設施的加工設備使用壽命數(shù)據(jù)的集成，第2部分：數(shù)據(jù)模型”（ISO15926-2，已采標為國家標準）的擴展。AI3中方法和任務知識本體是國際電工委員會標準“危險性與可操作性研究（HAZOP研究）應用指南”（IEC 61882，已采標為國家標準）的擴展，即以HAZOP分析方法為核心，將知識本體模型中的事件區(qū)分為具體事件和概念事件是對事件屬性分類的重要拓展，AI3允許具體事件和概念事件類型共存和相互轉換，可以適應定性和半定量模型推理，也包括兩者混合模型推理。因此，最大限度擴展了知識本體模型對實際問題的描述能力和應用范圍。

AI3模型將基本事件精簡為“原因事件”“中間事件”“影響關系事件”和“后果事件”四種典型類別，便于理解和使用。

中間事件是廣義事件，不但可以表達中間關鍵事件，也可以表達條件事件或使能事件，也可以是一個“行動”步驟的事件序列，還可以是用戶自定義事件等等。各基本事件的屬性用靜態(tài)知識本體表達，采用二維表格方式（軟件對話框模式）輸入和顯示，具有直觀、形象和便于使用等特點。由各基本事件間影響關系構成的有向網(wǎng)絡通過圖形化繪制輸入，突出了系統(tǒng)動態(tài)變化信息流的直觀、形象的顯示。這種將靜態(tài)知識本體與動態(tài)知識本體圖譜分開（分層）表達的方法，使得動態(tài)關系網(wǎng)絡不會被靜態(tài)關系網(wǎng)絡混雜表達時所導致的思維混亂和視覺干擾，使用時只要點擊事件圖元即可彈出該事件靜態(tài)屬性表。影響關系也是事件，因此具有自身的靜態(tài)知識本體表格化輸入和顯示功能。

知識本體的圖譜化模型全部采用鼠標在桌面上直接繪制，所繪制的離散型和/或系統(tǒng)型知識圖譜由軟件自動轉換為數(shù)據(jù)庫，用于推理引擎直接實施多功能推理算法的運作。

推理引擎采用作者研發(fā)的自主知識產(chǎn)權的高速高效推理算法和程序，一舉解決了國外技術封鎖和關鍵技術“卡脖子”問題。在同一模型結構中，可以實施獨立通路搜索和獨立回路搜索，包括“正向”“反向”和“雙向”多功能推理模式。自動實現(xiàn)系統(tǒng)模型或離散模型的推理，還可以完成定量知識圖譜基于梅森公式網(wǎng)絡拓撲形式化數(shù)值解算。系統(tǒng)模型是指全部模型是一個網(wǎng)絡化整體。離散模型是傳統(tǒng)的單個產(chǎn)生式規(guī)則、分散的定性事件樹、定性故障樹、領結、網(wǎng)絡狀模型任意分離表達的混合體。影響關系由具體影響和概念影響兩種構建，自動分辨因果事件對偶的類型采用不同的邏輯推理方式。推理過程允許采用半定量閾值方法、模糊隸屬函數(shù)方法、時態(tài)方法、風險估計方法、影響度計算方法和影響歷經(jīng)時間計算方法等任何方法，是得心應手的推理引擎。

推理結果完全可以依據(jù)用戶具體需要用組態(tài)方法實現(xiàn)定制，以便深入詳盡地表達推理結果。我們在智能HAZOP軟件CAH中就是采用這種編程方式。AI3設計了一種詳盡表達顯式危險劇情結果的二維表方法，同時通過知識圖譜的事件顏色標記的變化，分辨推理結果的結構和狀態(tài)信息。美國著名實時專家系統(tǒng)G2軟件平臺也采用了類似方法。

AI3采用多維信息圖形化（知識圖譜化）結構建模和圖形化的用戶人/機界面，具備直觀、形象、深入淺出、易學易用等特點。事件采用自然語言文字描述（中文和英文或混合使用均可），輸出解釋和預測信息也是自然語言的詳盡文字表述。

AI3提供大型過程工業(yè)系統(tǒng)或實戰(zhàn)在線分析、診斷和監(jiān)控能力，提供高精度實用典型動態(tài)仿真案例實時聯(lián)網(wǎng)，便于掌握和應用專家系統(tǒng)。也就是說，AI3本身就是一種高效智能仿真培訓系統(tǒng)。

AI3是多種人工智能方法和技術集成融合的專家系統(tǒng)軟件平臺，其整體概念結構框圖見圖1所示，圖中的雙向箭頭表示相互轉換，“+”號表示聯(lián)合。圖2是AI3軟件啟動畫面。圖3是AI3軟件知識圖譜建模和推理畫面。

圖1 AI3整體概念結構示意

圖2 AI3軟件啟動畫面

圖3 AI3軟件知識圖譜建模和推理畫面

1.1 基于靜態(tài)知識圖譜模型的AI3應用

靜態(tài)知識圖譜模型對于“對稱型知識”，即具有豐富的數(shù)據(jù)或知識，完全信息，確定性信息，靜態(tài)，單領域和單任務，例如：代數(shù)、幾何、物理、化學等科目，具有很高的ITS應用成功率。采用AI3主要有以下四種應用。

⑴知識融合

通過靜態(tài)知識圖譜可以對教學資源依據(jù)化工生命周期數(shù)據(jù)標準（ISO15926）進行語義標注和鏈接，建立以化工過程知識為中心的教學資源語義集成服務。

⑵語義搜索和推薦

靜態(tài)知識圖譜可以將教師搜索輸入的各類專業(yè)化事件，映射為知識圖譜，構建“知識地圖”“思維導圖”，準確表達滿足學生需求的標準化信息內(nèi)容。

⑶問答和對話系統(tǒng)

基于知識的問答系統(tǒng)將靜態(tài)知識圖譜表達為一個大規(guī)模教學知識庫，將學生的問題轉化為多功能推理，對知識圖譜自動查詢，以自然語言的形式得到教師和學生關心問題的答案和相關信息。

⑷大數(shù)據(jù)分析與決策

靜態(tài)知識圖譜通過語義鏈接可以幫助理解化工生命周期大數(shù)據(jù)，獲得對化工大數(shù)據(jù)的洞察，例如：危險“劇情”風險計算、失效概率計算等，提供決策支持。

1.2 基于靜態(tài)+動態(tài)知識圖譜模型的AI3應用

對于復雜的過程運行系統(tǒng)，僅僅用靜態(tài)知識圖譜模型無法描述動態(tài)系統(tǒng)問題。AI3提供了針對動態(tài)知識圖譜的自然語言表達、圖形化建模和多功能推理功能?？梢杂脕斫鉀Q如下應用問題。

⑴復雜過程系統(tǒng)危險與可操作性分析（HAZOP）

對過程系統(tǒng)的危險和人為失誤進行因果分析和后果預測，并且提出安全措施和對策，詳見本文CAH軟件介紹。

⑵構建基于自然語言的經(jīng)驗和定性知識混合模型（知識庫）

例如：行為樹、事件樹、決策樹、故障樹、領結、因果事件鏈、因果事件網(wǎng)絡模型的離散混合模型的圖形化構建，直觀、簡明、易學、易用。

⑶因果反事實推理

可以用自然語言的任意有實際意義的引導詞（偏離），對混合模型實施高速高效因果反事實自動推理（拉“偏”推理），結合風險矩陣計算和一致性原理“剪枝”獲取自然語言表達的智能分析、決策和行動的指導信息。

1.3 基于大數(shù)據(jù)+靜態(tài)+動態(tài)知識圖譜模型的AI3應用

⑴復雜過程系統(tǒng)實時在線故障診斷

相當于將智能HAZOP分析實時在線化，隨時隨刻跟蹤過程系統(tǒng)的運行，識別故障、分析故障，給出推薦的解決方法。

⑵構建基于自然語言的經(jīng)驗+定性+半定量知識混合模型（知識庫）

將過程系統(tǒng)實時可觀測的通過以太網(wǎng)傳來的具體事件數(shù)據(jù)與概念事件融合構建靜態(tài)+動態(tài)知識圖譜模型。

⑶結合“偏離閾值”的因果反事實推理

結合實時大數(shù)據(jù)的因果反事實模型推理，獲取實時故障診斷結果，即自然語言表達的智能分析、決策和行動的指導信息，是實現(xiàn)可解釋的人工智能仿真培訓的核心技術，詳見AI3-TZZY智能仿真培訓軟件介紹。

1.4 AI3系列軟件適用專業(yè)舉例

AI3智能仿真系列軟件包括專業(yè)版和學習版兩種，都與仿真培訓軟件無縫連接，以便密切結合化工實踐。專業(yè)版用于教師開發(fā)專業(yè)教學模型和高級技師培訓；學習版用于大規(guī)模學生的初級和中級技師培訓。特別需要指出，第四次工業(yè)革命亟需的AI應用型人才占絕大多數(shù)，AI研發(fā)高級人才只占少數(shù)。AI3軟件的宗旨是為人工智能技術大眾化、融入各行各業(yè)和深度應用鋪路，實現(xiàn)啟蒙學習和培養(yǎng)領域應用型人才。

AI3智能仿真系列軟件主要適用于如下領域和專業(yè)：

⑴化學工程專業(yè)：包括石油和天然氣加工、高分子材料、應用化學、生物化工、輕化工、精細化工、制藥、染料、硅酸鹽工業(yè)、食品加工等專業(yè)，實施AI應用技術+專業(yè)知識+熟練度+能力訓練。

⑵自動化與過程控制專業(yè)：AI應用技術+專業(yè)知識+熟練度+能力訓練，AI專家系統(tǒng)、知識建模、知識推理及故障診斷驗證試驗。

⑶安全工程專業(yè)：包括環(huán)境科學，AI應用技術+專業(yè)知識+熟練度+能力訓練，安全評估（HAZOP）、故障診斷驗證試驗。

⑷過程裝備與控制工程專業(yè)：包括能源與動力專業(yè)，AI應用技術+專業(yè)知識+熟練度+能力訓練，故障診斷驗證試驗。

⑸信息、計算機科學和人工智能專業(yè)：工業(yè)過程生命周期信息標準、專家系統(tǒng)知識建模和知識推理，AI應用技術+專業(yè)知識+熟練度+能力訓練。

⑹企業(yè)安全評價工程技術人員：增強過程系統(tǒng)實踐知識、學習和實施各種常用安全評價方法，學會智能型安全評價技術，例如：HAZOP、故障樹、事件樹、FMEA、如果-怎么樣？和領結技術等，在同一圖形化軟件平臺上實現(xiàn)智能化評價。

⑺過程工業(yè)監(jiān)控、故障診斷和安全管理技術人員：增強過程系統(tǒng)實踐知識、學習和實施各種常用安全評價方法，學習和實施人工智能專家系統(tǒng)工業(yè)應用。

⑻危險化學品特種作業(yè)的工程師與操作工人：實施安全操作技能培訓、安全操作指導和實際操作資格考核。

AI3軟件對于各種核設施、軍事設施、防化兵、復雜戰(zhàn)況指揮、航空航天、火箭軍、海陸空兵棋推演、衛(wèi)星通訊、計算機網(wǎng)絡硬件和軟件系統(tǒng)安全、后勤供應鏈系統(tǒng)安全等軍事領域實現(xiàn)智能化和培訓AI應用技術人員具有實用意義。

2 智能HAZOP-CAH軟件

智能HAZOP-CAH軟件能夠精準定位“團隊會議”討論的內(nèi)容和細節(jié)，提供強有力的桌面圖形化集體討論和事件記錄支持功能。

⑴使每一步討論都便于切中要害。

⑵使每一步討論內(nèi)容都是集體可視的。

⑶使所有討論內(nèi)容都能集體一目了然。

⑷提供集體智慧直觀地修正邏輯錯誤和概念錯誤的功能。

⑸提供所有討論步驟都可以事后集體檢查和尋蹤功能。

⑹提供經(jīng)會議討論確定的內(nèi)容提示和“加鎖”保護功能。

⑺圖形化討論結果就是知識本體模型，可立即實施基于人工智能的自動推理，進行完備高效的危險劇情預測，可以每秒自動揭示2000000～10000000危險傳播路徑，提高了評估質量免除了大量的人工不可能完成的重復勞動。

⑻提供所有結果危險劇情圖形化（知識圖譜）可視方式，逐條集體討論修改、確認和審定功能。

⑼提供所有結果報表可視化集體修改和審定功能。

⑽提供基于半定量風險的保護層分析（LOPA）功能。

2.1 智能HAZOP-CAH軟件概述

人工智能+HAZOP分析軟件CAH（Computer AidedHAZOP）是國家863項目成果，由北京思創(chuàng)信息系統(tǒng)有限公司開發(fā)。該軟件完全融入了經(jīng)過改進和擴展的領域知識本體（簡稱為SOM/SOM_G），以及過程危險分析的“方法和任務知識本體”。配合作者提出的高效推理算法研發(fā)的推理引擎，通過圖形化人機界面，構建了一個完整的人工智能HAZOP專家系統(tǒng)平臺。配套的兩本技術指南已經(jīng)于2012年由中國石化出版社出版發(fā)行，如圖4所示。

圖4 人工智能+HAZOP分析軟件CAH和配套指南

CAH自動推理機制和人工分析是完全（100%）相同的，所不同的是要求分析小組必須建立被分析目標系統(tǒng)的圖形化SOM_G模型，而且該模型的建立必須體現(xiàn)分析小組的集體智慧。建?？此贫嗔艘豁楊~外的工作，其實不然。因為建模所需要的內(nèi)容在人工分析過程中實際上都涉及到了，除非人工分析不遵循規(guī)范和標準。大量的應用經(jīng)驗表明，高質量的SOM_G模型使得自動評價保留了全部過程內(nèi)容信息和結構信息，核查人員完全可以事后對安全分析的全過程跟蹤檢查、完全可以反復進行分析和修正、完全可以中途換人繼續(xù)或繼承以前的分析，更不用說它的高效、快速、省時、省力之優(yōu)點了。

2.2 智能HAZOP-CAH軟件的結構

CAH軟件平臺采用了以事件為中心的圖形化建模方式，將危險評價的資料搜集階段和建模階段的工作統(tǒng)一起來，即在軟件平臺的提示和引導下圍繞著“事件”這一核心，完成資料信息輸入之后則建模的50%～70%工作也自然完成。圖5表達了多引導詞智能化危險評價軟件平臺的基本結構，可明顯看出軟件采用了以關鍵事件為中心的工作機制。軟件針對事件設置了5個屬性，即：設備描述、參數(shù)及引導詞、根原因、不利后果和保護層。為了幫助使用者準確地填寫屬性，提供了相關的知識庫、信息庫或數(shù)據(jù)庫。使用者在調(diào)查清楚實際工廠在該事件處所的安全措施后，僅需點擊相應選項即可（如果沒有，則無需填入信息），甚至省去了文字輸入之勞。

圖5 多引導詞自動危險評價軟件平臺CAH的結構

軟件要求原因和不利后果事件必須是確切且單一的事件，并且是發(fā)生頻率高、危險級別高的事件，其設置有一定的經(jīng)驗和技巧。所有事件信息確認后進入多重條件SOM定性模型建模環(huán)境。主要任務是將每兩個事件之間涉及多引導詞的相互影響關系，通過小組集體討論確定后，以方便簡單的圖形引導方式構造SOM模型。為了防止遺漏，軟件提供影響關系矩陣輔助功能。

多引導詞SOM模型建成后，或部分模型建成后，都可以進入自動定性推理試驗過程。這是自動分析的優(yōu)點之一，人工分析難于反復試驗，因為太耗費時間和精力。軟件允許在任意事件點設置任意偏離。軟件針對不同種類的條件采用不同的定性推理方法，即約束推理、傳播推理、多邏輯關系推斷推理等。

當確認自動定性推理結果滿意后，進入分析結果處理程序。軟件提供3種顯示和處理模式如下：

⑴危險劇情傳播路徑圖示

提供直觀形象的危險劇情信息。通過危險劇情可以準確定位現(xiàn)有安全措施，進而分清現(xiàn)有安全措施中何為獨立保護層，何為非獨立保護層。非獨立保護層降低風險的作用較差。危險劇情還可以幫助確定建議安全措施的“獨立性”定位問題，即不但要提出恰如其分的安全措施建議，還應確定安全措施安裝在什么位置才能最起作用。我們發(fā)現(xiàn)，這些重要因素在人工危險評價中幾乎都沒有考慮，事實上也無法考慮。

⑵危險評價結果處理

與IEC-61882標準的HAZOP報表相比，可以在報表中加入危險劇情信息、風險矩陣分級信息、半定量發(fā)生頻率信息、半定量影響度信息、半定量響應時間信息。在此基礎上，可以將報表逐行展開采用保護層分析（LOPA）的方法分析現(xiàn)有安全措施風險降低的水平和建議措施的風險降低綜合設計。分析小組可以對報告內(nèi)容任意修改或補充。

⑶自動生成并打印HAZOP分析報表

提供簡單的選項對話框，通過方便的選擇對報表內(nèi)容進行組態(tài)，既可以輸出簡單的報表格式，也可以輸出信息量多的報表格式，例如：原因到原因（CBC）表、偏離到偏離（DBD）表、純安全措施表、領結表等。

2.3 智能HAZOP-CAH軟件的特點

CAH軟件的特點是能夠精準定位“團隊會議”討論的內(nèi)容和細節(jié)，提供強有力的桌面圖形化集體討論和記錄支持功能?？梢允姑恳徊接懻摱记兄幸?，使每一步討論內(nèi)容都是集體可視的，使所有討論內(nèi)容都能集體一目了然，提供集體智慧直觀地修正邏輯和概念錯誤功能，提供所有討論步驟都可以事后集體檢查和尋蹤功能，提供經(jīng)會議討論確定的內(nèi)容提示和“加鎖”保護功能；一旦圖形化團隊會議完成，圖形化討論結果就是定性模型，可立即實施基于人工智能的自動推理，進行完備高效的危險劇情搜索，即知識圖譜結構信息的深度學習。這樣，大大提高了結果的完備性和精準度，免除了大量重復勞動；提供所有危險劇情圖形化可視方式逐條集體討論修改、確認和審定功能；提供所有結果報表可視化集體修改和審定功能。CAH可以將多種危險評價方法集成，優(yōu)勢互補；軟件提供可擴展的知識庫和數(shù)據(jù)庫支持，有利于使用和評價經(jīng)驗的積累。

CAH軟件所集成的主要危險評價技術是將最常用的檢查表法、“如果-怎么樣？”法、定性事件樹、定性故障樹、“領結”法、HAZOP和LOPA方法聯(lián)合集成應用，優(yōu)勢互補；允許任意多種引導詞分析，大大擴展了HAZOP的危險評價能力和范圍；將危險劇情的概念貫穿于危險分析的全過程，不但有利于實現(xiàn)完備的精準的分析，而且大大提高了分析結果的實用性、可審查性和可擴展性；將HAZOP國際電工委員會標準（IEC61882）引入“幫助”菜單隨時參考；將風險矩陣集成在HAZOP分析中；將根原因分析方法（RCA）引入初始原因知識庫；將使能事件和條件事件引入危險劇情分析；提供在自動完成的HAZOP結果中實施簡明的LOPA分析功能；可選用“影響度”表達節(jié)點間的半定量影響程度，并自動計算全劇情“影響度”；可選用人員“響應時間”表達節(jié)點間的“行動響應時間”，并自動計算全劇情“響應時間”；將獨立保護層（IPLS）的識別、審定和半定量計算引入HAZOP和LOPA分析；應用“如果-怎么樣？”（What-if？）的基礎判別方法識別、表達和確認關鍵事件間影響關系；可直接應用專用“雙引導詞”和“8引導詞”HAZOP方法評價操作規(guī)程；HAZOP報表可以按不同企業(yè)和組織的要求任意組合；將人員因素導致的危險分析方法引入HAZOP分析過程；將工程常用安全分析數(shù)據(jù)，例如：初始原因頻率、后果嚴重度、常用保護層信用度等數(shù)據(jù)引入數(shù)據(jù)庫（包括主要數(shù)據(jù)的確定規(guī)則）以便參考；將針對過程工業(yè)常用變量（參數(shù)）的常用引導詞引入知識庫，提供參考；將工業(yè)常見的安全措施科學分類后引入知識庫，供用戶選擇。

2.4 智能HAZOP-CAH軟件的大規(guī)模工業(yè)應用

本軟件的前期研發(fā)工作是國家863項目，獲得了國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局頒發(fā)的科技成果一等獎。面向工業(yè)應用，北京思創(chuàng)信息系統(tǒng)有限公司已經(jīng)使用CAH軟件為企業(yè)完成了大型煉油各種裝置、大型乙烯、合成氨、氯堿、聚丙烯、烷基化、苯乙烯、芳烴、甲醇、煤氣化、PTA（精對苯二甲酸）、LNG（液化天然氣）、鍋爐、污水處理裝置等近千項計算機輔助深度HAZOP評價項目。通過100多期技術培訓班，其輻射效應已經(jīng)使得上萬人學會使用CAH軟件。智能分析軟件不但全面實現(xiàn)了與人工HAZOP分析100%的一致性和兼容性，而且提高了分析質量和效率，為我國化工、石油化工、煉油和天然氣工業(yè)降低重特大事故發(fā)生概率做出了貢獻。大型液化天然氣裝置智能HAZOP評估案例截圖見圖6所示。

實踐證明，CAH軟件徹底實現(xiàn)了危險評價的可復查、可復制、可反復、可存檔、可換人、可繼承、可傳遞、可聯(lián)網(wǎng)、可討論、可修改、可共享和可視化。

圖6 大型液化天然氣裝置智能HAZOP評估案例

將CAH軟件直接應用于仿真培訓，學生可以實施操作規(guī)程HAZOP分析、誤操作的原因分析和不利后果預測分析。CAH是一個非常有效的培訓指導分析工具，自學習、個性化和智能化決策工具，也是一個案例仿真培訓HAZOP分析的工具。

一些已經(jīng)應用CAH軟件完成了HAZOP分析的企業(yè)，采用所完成的有針對性的HAZOP分析知識本體模型SOM_G，利用模型隱含有海量的危險劇情作為案例周期性培訓操作工。經(jīng)過培訓，提高了操作工事故預防和事故排除決策分析能力，實用效果非常滿意。以前的人工HAZOP分析由于評價過程和細節(jié)沒有知識本體跟蹤保留，只有參加HAZOP分析會議的少數(shù)人知道，一般分析過后兩周左右基本上都忘記了。將HAZOP分析結果事后用于長期的安全培訓“活的教材”是完全不可想象的。

大規(guī)模工業(yè)實踐應用表明，安全信息標準化的模型-劇情對象模型（SOM）為實現(xiàn)多種劇情危險評價方法的信息交換、共享和計算機化奠定了基礎，同時也為提高危險評價的質量和效率提供了強有力的手段。

實踐證明SOM主要具有如下優(yōu)點：

⑴簡明直觀表達、記錄和跟蹤危險評價團隊“頭腦風暴”討論過程的全部有效細節(jié)，以便對評價過程進行交互式跟蹤修正與核查，確保了專家團隊在評價中的主導作用。

⑵簡明直觀表達、記錄和跟蹤危險評價的全部結果，自動進行結果的多維隱含信息的交互式檢索、修正、處理和報告生成，徹底克服了人工評價報告無法顯式表達全部評價結果的不足。

⑶可以實現(xiàn)危險評價過程中非經(jīng)驗依賴性知識本體模型的任意多引導詞交互式自動推理分析，即大數(shù)據(jù)+知識圖譜深度學習，最大限度提高推理的完備性和減少人工重復勞動。

⑷解決了人工危險評價無法將評價過程和結果兩類信息任意傳遞、繼承和共享的不足。

⑸通過危險評價劇情結構信息的歸類及圖形化方法，提高了危險評價的質量和效率，包括評價完備性、深入性、系統(tǒng)性、減少不合理的假定、提高分析的準確度等方面。

⑹將多種基于劇情的危險評價方法有機融合，優(yōu)勢互補，綜合應用。

如前所述，從目前化工教學知識結構上分析，化工職業(yè)院校教學、大學本科教學均缺乏“過程運行學”內(nèi)容。大部分學生畢業(yè)后是從事“過程運行”職業(yè)，而不是設計研究職業(yè)。另外，學校的數(shù)學教學缺乏定性建模和定性推理，這恰恰是利用數(shù)學工具分析問題解決問題、人工智能“反事實因果推理”和可解釋AI（XAI）的核心內(nèi)容。因此，化工職業(yè)院校教學和本科教學知識結構亟待擴展。人工智能HAZOP軟件為“過程運行學”、定性數(shù)學和人工智能教學提供了一種不可或缺的理論教材與生動的實踐環(huán)節(jié)。

【系列講座④ITS在化工職業(yè)教育中應用系列軟件⑶預告】

長期以來，在仿真培訓系統(tǒng)大規(guī)模應用過程中，遇到三個難題。一是一個教師沒有能力跟蹤和監(jiān)控幾十個到數(shù)百個學員同時進行仿真訓練，并且對學員的操作失誤及時給出詳細的分析和解釋，進而指導學員應當按怎樣的操作序列行動；二是有豐富實踐操作經(jīng)驗、高水平故障排除能力的培訓教師奇缺；三是全工況、全流程范圍的準確故障診斷和預測。智能仿真培訓系統(tǒng)AI3-TZZY軟件可以自動解決以上難題，使仿真系統(tǒng)更加智能化，是解決人為失誤的“利器”，在提高培訓效果和實現(xiàn)網(wǎng)絡化個性化教學的同時大幅度提高教學質量降低教師負擔。