人工智能系統(tǒng)故障分析原理研究

崔鐵軍，李莎莎

（1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧葫蘆島 125105）

隨著科技水平的進(jìn)步，未來(lái)系統(tǒng)必將是無(wú)人化、智能化、信息化和數(shù)據(jù)化的復(fù)雜系統(tǒng)。人們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)必須解決兩個(gè)問(wèn)題：1）系統(tǒng)的功能性，2）系統(tǒng)的可靠性。它們都將導(dǎo)致系統(tǒng)故障[1-2]。系統(tǒng)的功能性是系統(tǒng)必須達(dá)到設(shè)計(jì)的功能和目的。現(xiàn)在設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)都能達(dá)到這種要求，即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能性是相對(duì)簡(jiǎn)單的，技術(shù)是成熟的。系統(tǒng)可靠性指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成預(yù)定功能的能力。可靠性強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)在完成功能的前提下保持功能的穩(wěn)定性。例如：系統(tǒng)可以完成一項(xiàng)工作，但該類系統(tǒng)中每個(gè)實(shí)例系統(tǒng)完成該工作的能力不同。在技術(shù)不足時(shí)系統(tǒng)對(duì)功能性的要求一般大于可靠性；而在技術(shù)成熟后對(duì)可靠性要求大于功能性。而且一般可靠性和功能性難以兼得。例如，某型坦克的炮管規(guī)定發(fā)射2 000 發(fā)炮彈后必須更換。但實(shí)際情況可能發(fā)生3 000 發(fā)后仍可繼續(xù)發(fā)射，但這時(shí)極有可能發(fā)生炸膛。因此必須在炮管可靠性較高時(shí)停止使用，以保證其可靠性，但犧牲了它的功能性。這種情況對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)分析是容易的，但對(duì)具有復(fù)雜特征的系統(tǒng)而言很困難。

這些困難當(dāng)然與系統(tǒng)的復(fù)雜性有關(guān)，但更為重要的是方法論的天然缺陷。由于伴隨著人類發(fā)展而建立的科學(xué)體系之前面對(duì)的系統(tǒng)都是較為簡(jiǎn)單的，進(jìn)而形成了機(jī)械唯物主義科學(xué)觀，即機(jī)械還原方法論。認(rèn)為系統(tǒng)可不加限制地進(jìn)行拆分，再研究拆分得到的子系統(tǒng)的功能性和可靠性，最終通過(guò)系統(tǒng)與子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系疊加子系統(tǒng)功能性和可靠性，得到系統(tǒng)的功能性和可靠性。這種思路廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)過(guò)程和可靠性分析過(guò)程，但忽略了子系統(tǒng)之間的相互作用，造成系統(tǒng)功能性和可靠性降低。特別是，復(fù)雜系統(tǒng)基于機(jī)械還原方法論將導(dǎo)致嚴(yán)重且頻繁的系統(tǒng)故障。因此，對(duì)于具有無(wú)人化、智能化、信息化和數(shù)據(jù)化的復(fù)雜系統(tǒng)，其系統(tǒng)故障分析必須克服上述問(wèn)題。

系統(tǒng)故障的智能化分析在一定程度上可解決該問(wèn)題。這方面最新的國(guó)內(nèi)研究包括：天文望遠(yuǎn)鏡智能故障輔助診斷[3]，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的電力通信網(wǎng)故障恢復(fù)[4]，智能變電站二次設(shè)備故障診斷[5]，地鐵車輛智能故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[6]，多尺度熵滾動(dòng)軸承故障可拓智能識(shí)別[7]，高速公路機(jī)電設(shè)備智能維護(hù)[8]，安全科學(xué)的故障信息轉(zhuǎn)換[9]，人工智能電網(wǎng)調(diào)控[10]，繼電保護(hù)智能運(yùn)行管控[11]，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障智能診斷[12]。國(guó)外也有大量研究，包括：機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能在復(fù)雜制造系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[13]，分散群智能空調(diào)系統(tǒng)傳感器故障檢測(cè)[14]，深度學(xué)習(xí)散熱器智能故障診斷[15]，軸承故障分類特征提取方法[16]，基于RPVM 和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條檢測(cè)[17]，高速鐵路故障診斷[18]，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組先進(jìn)人工智能保護(hù)技術(shù)[19]，水輪機(jī)智能故障診斷[20]。雖然這些研究在相關(guān)領(lǐng)域取得了成果，但仍未擺脫方法論的本質(zhì)問(wèn)題。

目前人工智能研究主要有三大流派[21-24]。結(jié)構(gòu)主義流派，認(rèn)為信息與智能是人腦結(jié)構(gòu)決定的，將人對(duì)信息的處理和智能行為歸結(jié)于人腦結(jié)構(gòu)，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。功能主義流派，認(rèn)為只需要在功能層面上對(duì)信息和智能進(jìn)行處理，如專家系統(tǒng)。行為流派，通過(guò)感知客體的運(yùn)行和行為來(lái)模擬智能行為。它們實(shí)質(zhì)是對(duì)人工智能在三個(gè)角度的詮釋，不同角度理解不同。人工智能應(yīng)該是腦的結(jié)構(gòu)、功能和行為的統(tǒng)一，而不是相互割裂，甚至對(duì)立的。這也是目前智能科學(xué)發(fā)展中使用機(jī)械還原論造成的結(jié)果。

綜上，將以系統(tǒng)故障分析為主線，利用鐘義信教授提出的信息生態(tài)方法論作為智能分析方法論，討論人工智能系統(tǒng)故障分析原理。進(jìn)而規(guī)避分而治之的機(jī)械還原方法論對(duì)系統(tǒng)故障分析帶來(lái)的問(wèn)題。最終保障系統(tǒng)的功能性和可靠性，使系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 系統(tǒng)故障的智能分析思路

隨著科技進(jìn)步和人類發(fā)展，人造系統(tǒng)勢(shì)必將代替人的大部分功能。系統(tǒng)在完成這些功能的同時(shí)需要面對(duì)另一個(gè)重要問(wèn)題，即完成這些功能的可靠性，或者說(shuō)是否有阻礙完成這些功能的事件，即系統(tǒng)故障。在未來(lái)系統(tǒng)必將擁有高度的人工智能，那么如何滿足系統(tǒng)正常實(shí)現(xiàn)功能，預(yù)測(cè)、預(yù)防、控制和恢復(fù)系統(tǒng)故障是必須提前考慮的問(wèn)題。

為研究該問(wèn)題，將研究對(duì)象劃分為人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)故障分析系統(tǒng)及環(huán)境系統(tǒng)。人系統(tǒng)指正常的自然人。功能系統(tǒng)是人設(shè)計(jì)的，完成預(yù)定目的的系統(tǒng)。人工智能系統(tǒng)故障分析系統(tǒng)指人設(shè)計(jì)的，幫助人分析功能系統(tǒng)故障的，具有人工智能特征的，能代替人的系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱智能系統(tǒng)。環(huán)境系統(tǒng)指人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、智能系統(tǒng)所在的環(huán)境的總和。以智能系統(tǒng)為核心研究對(duì)象，論述人工智能系統(tǒng)故障的分析原理。

傳統(tǒng)的且現(xiàn)在主流的方法論是機(jī)械還原方法論，是一種機(jī)械唯物科學(xué)觀。認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)拆分后所得子系統(tǒng)的功能之和與原系統(tǒng)相同。認(rèn)為個(gè)體與個(gè)體，個(gè)體與主體相互獨(dú)立，具有封閉性和確定性。但系統(tǒng)故障分析顯然不這么簡(jiǎn)單。美國(guó)科學(xué)院院士，系統(tǒng)安全知名專家南?！とR文森教授[25-26]指出，目前系統(tǒng)故障分析方法得到的系統(tǒng)故障概率遠(yuǎn)小于實(shí)際系統(tǒng)故障發(fā)生概率。他給出的原因是：子系統(tǒng)與子系統(tǒng)、子系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互作用往往是意外的，不知情的。這導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)完全無(wú)法考慮這些聯(lián)系。即是作者想說(shuō)明的使用傳統(tǒng)機(jī)械還原方論研究系統(tǒng)故障情況、演化過(guò)程及其結(jié)果難以適用的根本原因。這種方法論割裂了子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，相反大多系統(tǒng)故障是子系統(tǒng)之間能量、信息、物質(zhì)傳遞錯(cuò)誤引起的。而這些錯(cuò)誤在機(jī)械還原方法論中不能體現(xiàn)。

幸運(yùn)的是鐘義信教授提出了信息生態(tài)方法論，其是辯證唯物科學(xué)觀，認(rèn)為事物具有普遍聯(lián)系，個(gè)體與個(gè)體及主體有著相互作用，是開放的、具有生態(tài)演化的方法論。智能系統(tǒng)作為保障功能系統(tǒng)完成功能的控制系統(tǒng)，與其余系統(tǒng)的相互作用是一種普遍存在的聯(lián)系。智能系統(tǒng)作為主體，客體分為人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)。這種劃分也考慮到安全領(lǐng)域?qū)ρ芯繉?duì)象的劃分，即人(人系統(tǒng))、機(jī)(功能系統(tǒng))、環(huán)(環(huán)境系統(tǒng))和管(智能系統(tǒng))。未來(lái)復(fù)雜系統(tǒng)中，智能系統(tǒng)必將成為整個(gè)系統(tǒng)的核心，將調(diào)解功能系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)與人系統(tǒng)的關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 研究對(duì)象系統(tǒng)的劃分Fig.1 Division of research object system

文獻(xiàn)[9]指出，故障信息轉(zhuǎn)化定律可描述為本體論故障信息—認(rèn)識(shí)論故障信息—故障知識(shí)—智能安全策略—智能安全行為。本體論故障信息指客體系統(tǒng)狀態(tài)及變化的方式，是客體系統(tǒng)本身表現(xiàn)出來(lái)的信息，即人系統(tǒng)、自然系統(tǒng)和功能系統(tǒng)給出的信息。認(rèn)識(shí)論故障信息指主體系統(tǒng)能夠感知到的客體系統(tǒng)的本體論信息，是主體系統(tǒng)能接收的故障信息，即為智能系統(tǒng)接收的信息。故障知識(shí)指認(rèn)識(shí)論故障信息由主體系統(tǒng)進(jìn)行智能加工、分析和記憶，形成可處理客體系統(tǒng)故障的規(guī)則。智能安全策略指主體利用基礎(chǔ)故障意識(shí)、情感和理智綜合決策生成的智能策略，用于指導(dǎo)主體實(shí)施帶有減少故障目的智能安全行為。智能安全行為指主體根據(jù)智能策略對(duì)客體實(shí)施的帶有防止故障目的行為。智能系統(tǒng)要完成上述故障信息轉(zhuǎn)化，必須根據(jù)故障控制目標(biāo)，且具備故障知識(shí)的前提下完成。文獻(xiàn)[27]給出了人工智能系統(tǒng)通用模型，提出了人工智能系統(tǒng)故障分析原理，如圖2 所示。

圖2 人工智能系統(tǒng)故障分析原理Fig.2 Fault analysis theory of artificial intelligence system

圖2 的思路鐘義信教授稱為信息轉(zhuǎn)化與智能創(chuàng)生[27]，本文將其稱為故障信息轉(zhuǎn)化與智能故障分析，即故障分析原理。如果運(yùn)用結(jié)構(gòu)主義(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))、功能主義(如專家系統(tǒng))或者行為主義(感知系統(tǒng))進(jìn)行故障分析，那么形成的故障分析原理圖只是圖2 展示流程的一部分[27]。因?yàn)樯鲜? 種主義都是機(jī)械還原方法論，割裂了子系統(tǒng)之間的關(guān)系，得到的故障分析原理圖是圖2 在某一方面的化簡(jiǎn)。其結(jié)果并不完全，也不能適用于圖1 給出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分。

因此研究適應(yīng)未來(lái)智能和數(shù)據(jù)環(huán)境下的人工智能系統(tǒng)故障分析原理，只能使用辯證的信息生態(tài)方法論。其具備了機(jī)械還原論對(duì)于各子系統(tǒng)的研究特點(diǎn)，即人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、智能系統(tǒng)各自特征；也能夠辯證地討論各子系統(tǒng)之間的相互作用，即能量、信息、物質(zhì)的相互傳遞。信息生態(tài)方法論滿足系統(tǒng)故障分析特點(diǎn)，適合于無(wú)人化、智能化、大規(guī)模、數(shù)據(jù)化的系統(tǒng)故障分析。

2 故障信息、故障知識(shí)和智能安全生成原理

根據(jù)信息生態(tài)方法論，系統(tǒng)故障分析所使用的智能系統(tǒng)的任務(wù)應(yīng)為研究故障信息的整體變化過(guò)程，即本體論故障信息—認(rèn)識(shí)論故障信息—故障知識(shí)—智能安全策略—智能安全行為的過(guò)程。進(jìn)一步可簡(jiǎn)化為信息—知識(shí)—智能[9]，對(duì)應(yīng)的3 個(gè)主要過(guò)程為故障信息生成、故障知識(shí)生成和智能安全生成。

2.1 故障信息生成原理

基于第1 節(jié)對(duì)主體(智能系統(tǒng))和客體(人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng))的劃分給出定義1、2。

定義1客體故障信息：人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)及其變化過(guò)程體現(xiàn)出的信息。

根據(jù)文獻(xiàn)[28]，客體信息包括因素流和數(shù)據(jù)流。因素流為表征人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的所有狀態(tài)類別的連續(xù)狀態(tài)。數(shù)據(jù)流是蘊(yùn)含在因素流中，連續(xù)不斷的人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的各因素狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)。這兩個(gè)概念是筆者提出的空間故障樹理論的第四部分系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)空間與系統(tǒng)映射論的研究成果。

系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)空間認(rèn)為人建立的人工智能系統(tǒng)是對(duì)自然系統(tǒng)(包括人工系統(tǒng)或自然系統(tǒng))的無(wú)限功能接近，但無(wú)法達(dá)到[28]。期間自然系統(tǒng)與人工智能系統(tǒng)存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。自然系統(tǒng)以數(shù)據(jù)流為先，智能系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)流，進(jìn)而歸類數(shù)據(jù)確定因素，形成因素流；智能系統(tǒng)改變因素流，進(jìn)而對(duì)自然系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于科技水平的限制，智能系統(tǒng)無(wú)法辨識(shí)所有的數(shù)據(jù)流，現(xiàn)有手段也無(wú)法控制所有的因素流，智能系統(tǒng)只能模仿自然系統(tǒng)功能的一部分。因此因素流和數(shù)據(jù)流可表征客體系統(tǒng)(人系統(tǒng)、功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng))的存在，進(jìn)而表征系統(tǒng)故障。

定義2感知故障信息：主體(智能系統(tǒng))能夠感知的客體狀態(tài)及其變化過(guò)程中散發(fā)出來(lái)的因素流和數(shù)據(jù)流，包括故障信息的形式(語(yǔ)法信息)、內(nèi)容(語(yǔ)義信息)和效用(語(yǔ)用信息)。

故障信息形式又稱為語(yǔ)法信息，包括因素流和數(shù)據(jù)流，描述故障過(guò)程變化和特征；故障信息效用又稱為語(yǔ)用信息，描述在具備故障信息形式時(shí)對(duì)應(yīng)的故障變化情況；故障信息的內(nèi)容稱為語(yǔ)義信息，代表了故障形式與故障效用的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即一種映射。文獻(xiàn)[28]中類似的研究稱為系統(tǒng)映射論，認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)是因素流與數(shù)據(jù)流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是系統(tǒng)外部影響與系統(tǒng)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)應(yīng)于這里的語(yǔ)義信息。主體對(duì)于客體的認(rèn)識(shí)是語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用三位一體的認(rèn)識(shí)。故障信息生成過(guò)程：客體發(fā)散出數(shù)據(jù)流給主體，主體分辨出因素流，因此主體感知到客體的存在，并由數(shù)據(jù)流和因素流形成故障信息形式；對(duì)應(yīng)的在此情況下客體表現(xiàn)出主體設(shè)定目標(biāo)的達(dá)成情況，形成故障信息效用；故障形式和效用組成了對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成了故障信息內(nèi)容，即映射關(guān)系。這就生成了一條故障信息。故障信息經(jīng)過(guò)處理將進(jìn)一步形成常識(shí)故障知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)和規(guī)范故障知識(shí)，加之本能故障知識(shí)就建立起了故障知識(shí)庫(kù)。

2.2 故障知識(shí)生成原理

將故障信息轉(zhuǎn)化為故障知識(shí)即為故障知識(shí)的生成原理。故障信息與故障知識(shí)是有區(qū)別的。故障信息是表面的，是客體變化過(guò)程中散發(fā)出的因素流和數(shù)據(jù)流。由于技術(shù)限制，故障信息往往是離散的、隨機(jī)性和模糊性，并伴隨著錯(cuò)誤信息，是系統(tǒng)故障變化的表象。故障知識(shí)是在因素流與數(shù)據(jù)流基礎(chǔ)上得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可表征根本的系統(tǒng)故障變化過(guò)程?？蓪?duì)新出現(xiàn)的故障語(yǔ)法信息，在沒(méi)有語(yǔ)義情況下進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷與語(yǔ)法對(duì)應(yīng)的語(yǔ)用，從而采取應(yīng)對(duì)措施。從故障信息到故障知識(shí)的生成過(guò)程主要通過(guò)歸納總結(jié)完成，形成故障知識(shí)后存入故障知識(shí)庫(kù)，如圖2 所示。

2.3 智能安全生成原理

智能安全包括智能安全策略和智能安全行為。鐘義信[27]指出，智能安全至少包括故障意識(shí)、故障情感和故障理智3 個(gè)概念層次。它們都涉及知識(shí)的獲取并做出對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，但不同層級(jí)的知識(shí)和反應(yīng)是不同的。

定義 3基礎(chǔ)故障意識(shí)[9]：根據(jù)主體本能故障知識(shí)和常識(shí)故障知識(shí)產(chǎn)生的基礎(chǔ)意識(shí)反應(yīng)。

主體對(duì)客體故障的認(rèn)識(shí)包括本能故障知識(shí)和常識(shí)故障知識(shí)：本能故障知識(shí)是主體自有的，不需要經(jīng)驗(yàn)積累形成的知識(shí)；常識(shí)故障知識(shí)是通過(guò)故障知識(shí)反復(fù)校驗(yàn)客體系統(tǒng)得到的。則故障意識(shí)過(guò)程如式(1)所示：

式中：M代表從信息和知識(shí)到反應(yīng)的映射；I代表主體對(duì)故障的語(yǔ)義信息；F為因素流；D為數(shù)據(jù)流；Kic表示本能故障知識(shí)和常識(shí)故障知識(shí)；G表示系統(tǒng)故障最少的目標(biāo)；Ric表示基礎(chǔ)意識(shí)反應(yīng)。

定義 4故障情感：主體根據(jù)本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)產(chǎn)生情感反應(yīng)。

經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)可從故障語(yǔ)義信息(它是感知信息/認(rèn)識(shí)論信息的代表)歸納得到。故障情感比基礎(chǔ)故障意識(shí)利用了更多的經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)，故障情感只在基礎(chǔ)故障意識(shí)之上才能發(fā)生。則故障情感過(guò)程如式(2)所示：

式中：Kice表示本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)；Rice表示情感反應(yīng)。

定義 5故障理智：主體根據(jù)本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)和規(guī)范故障知識(shí)產(chǎn)生理智反應(yīng)。

故障理智比基礎(chǔ)意識(shí)利用了更多的經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)和規(guī)范故障知識(shí)，故障理智只在基礎(chǔ)故障意識(shí)之上才能發(fā)生。則故障理智過(guò)程如式(3)所示：

式中：Kices表示本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)和規(guī)范故障知識(shí)；Rices表示理智反應(yīng)。

3 4 種故障知識(shí)的獲得、特性與應(yīng)用

由于研究的主體是智能系統(tǒng)，它本身是由人設(shè)計(jì)的，通常情況下獨(dú)立于人運(yùn)行的，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的智能故障分析控制系統(tǒng)。因此對(duì)于智能系統(tǒng)而言，使用故障意識(shí)、故障情感和故障理智是不恰當(dāng)?shù)?。?shí)際上鐘義信教授認(rèn)為智能應(yīng)該包括這3 層次。進(jìn)一步地，它們基于本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)和規(guī)范故障知識(shí)，而智能系統(tǒng)獲得這些知識(shí)是可行的、合理的。

本能故障知識(shí)對(duì)智能系統(tǒng)最難理解但確是最易接受的知識(shí)。它包含了人對(duì)于系統(tǒng)故障過(guò)程的最基本觀點(diǎn)和看法。人可以將對(duì)系統(tǒng)故障的本能語(yǔ)義信息寫入智能系統(tǒng)的故障知識(shí)庫(kù)，作為智能系統(tǒng)最基本的反應(yīng)規(guī)則，而不需要進(jìn)一步處理和推理。由于上述特點(diǎn)，智能系統(tǒng)可利用本能故障知識(shí)最為快速地進(jìn)行故障處理。

經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)往往來(lái)源于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者知識(shí)的直接寫入，而系統(tǒng)運(yùn)行后則來(lái)源于系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的故障語(yǔ)義信息收集和寫入。經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)往往偏重于個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，可體現(xiàn)功能系統(tǒng)在特定條件下獨(dú)有的故障語(yǔ)義信息，具有排他性。

規(guī)范故障知識(shí)是經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)在同類的不同個(gè)體(同類功能系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的智能系統(tǒng))之間傳播，并經(jīng)過(guò)智能系統(tǒng)驗(yàn)證、修正、提煉和寫入故障知識(shí)庫(kù)的故障語(yǔ)義信息。具有一定范圍內(nèi)的通識(shí)性。

常識(shí)故障知識(shí)是規(guī)范故障知識(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的、大量同類的不同個(gè)體驗(yàn)證，并達(dá)成一直且有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的故障語(yǔ)義信息。一旦確定一般不進(jìn)行修改。

因此這4 種故障知識(shí)都可以通過(guò)主體(智能系統(tǒng))對(duì)客體(功能系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng))的學(xué)習(xí)，或客體(人系統(tǒng))直接授予主體完成。對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的故障分析、預(yù)測(cè)和控制，智能系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況(故障信息語(yǔ)法)運(yùn)用基礎(chǔ)故障意識(shí)、故障情感和故障理智和4 種故障知識(shí)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

基礎(chǔ)故障意識(shí)根據(jù)故障語(yǔ)義信息利用主體本能故障知識(shí)和常識(shí)故障知識(shí)進(jìn)行主體反應(yīng)。首先考慮本能故障知識(shí)，其代表了智能系統(tǒng)最基本的趨利避害的原則目標(biāo)，且本能故障知識(shí)相對(duì)較少，可直接通過(guò)識(shí)別以最快的響應(yīng)速度給客體提供支持。常識(shí)故障知識(shí)較本能故障知識(shí)更多，通過(guò)尋找匹配條件完成對(duì)客體的支持，更為具體，但效率降低。

故障情感根據(jù)本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)產(chǎn)生主體情感反應(yīng)。本能故障知識(shí)和常識(shí)故障知識(shí)的處理與基礎(chǔ)故障意識(shí)相同。經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)往往是針對(duì)同一類故障的經(jīng)驗(yàn)。由于經(jīng)驗(yàn)本身具有一定的不確定性，智能系統(tǒng)可能會(huì)得到一些可選方案。作為主體的智能系統(tǒng)可根據(jù)客體的即時(shí)故障語(yǔ)法信息得到故障語(yǔ)義信息并采取行動(dòng)，這是一種模糊決策過(guò)程，當(dāng)然也可以使用其他方法。

故障理智根據(jù)本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)和規(guī)范故障知識(shí)產(chǎn)生主體理智反應(yīng)。與故障情感的區(qū)別在于故障理智擁有規(guī)范故障知識(shí)。當(dāng)故障問(wèn)題在上述層面難以解決，可利用規(guī)范故障知識(shí)進(jìn)行邏輯推理獲得主體理智反應(yīng)。當(dāng)問(wèn)題更加困難時(shí)在規(guī)范故障知識(shí)基礎(chǔ)上運(yùn)用智能方法加以分析，如深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。

可見基礎(chǔ)故障意識(shí)、故障情感和故障理智可處理逐漸復(fù)雜的故障問(wèn)題，但處理效率則是降低的，反應(yīng)時(shí)間變慢。雖然本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)、規(guī)范故障知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)對(duì)系統(tǒng)故障語(yǔ)義信息抽象的程度越來(lái)越低，但語(yǔ)義信息的數(shù)量則是增加的。

智能系統(tǒng)的核心任務(wù)是根據(jù)故障語(yǔ)義信息提供適合的智能安全行為保障系統(tǒng)完成預(yù)定功能。智能安全行為取決于智能安全策略。智能安全策略需要綜合考慮基礎(chǔ)故障意識(shí)、情感與理智。因此最終得到的人工智能系統(tǒng)故障分析原理可表述為基于信息生態(tài)方法論，考慮基礎(chǔ)故障意識(shí)、故障情感與故障理智，及即時(shí)故障語(yǔ)義信息的綜合安全決策與降低故障反應(yīng)生成過(guò)程，目的是確保系統(tǒng)在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了利用信息生態(tài)方法論對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行智能分析處理的基本原理，主要結(jié)論：

1) 對(duì)系統(tǒng)的研究對(duì)象進(jìn)行了劃分，針對(duì)未來(lái)系統(tǒng)特點(diǎn)將智能系統(tǒng)作為研究主體。認(rèn)為研究適應(yīng)未來(lái)智能和數(shù)據(jù)環(huán)境下的人工智能系統(tǒng)故障分析原理，只能使用辯證的信息生態(tài)方法論實(shí)現(xiàn)。

2) 結(jié)合信息生態(tài)方法論和系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)空間及系統(tǒng)映射論，提出了故障信息、故障知識(shí)和智能安全生成原理。它們涉及了本能故障知識(shí)、常識(shí)故障知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)故障知識(shí)、規(guī)范故障知識(shí)、故障語(yǔ)義信息的因素流和數(shù)據(jù)流，以及系統(tǒng)故障最少的目標(biāo)。

3) 研究了4 種故障知識(shí)的獲得和特性，及基礎(chǔ)故障意識(shí)、故障情感和故障理智的特點(diǎn)和應(yīng)用。認(rèn)為人工智能系統(tǒng)故障分析原理是基于信息生態(tài)方法論，考慮了基礎(chǔ)故障意識(shí)、故障情感與故障理智，及故障語(yǔ)義信息的綜合安全決策與降低故障反應(yīng)生成過(guò)程，目的是確保系統(tǒng)在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能。