（计算机应用技术专业论文）基于cs的rbi专家系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 r b i ( r i s k b a s e di n s p e c t i o n ) 风险检测技术是通过对设备或部件存在的潜在 风险进行分析，以确定关键设备和部件的破坏机理、检查计划的一套系统方法。 它可以延长设备运转的周期、缩短检修工期、优化设备检查计划，从而为安全生 产提供科学的决策依据。近十年来，国际上的石化企业广泛应用了r b i 技术，使 设备的运行风险和检验维修费用都大幅度降低。目前r b i 方法在航空、航天、 石油化工、压力设备和管道、油气输送管道等领域已得到了广泛应用，使用该方 法对设备进行检验和维护管理已成为发展趋势。我国的r b i 技术起步较晚，自 上世纪末期中国有关高校与研究机构引入r b i 概念，中国国家科技部及中国石 化也设立多项科研项目支持这项工作，在一些企业利用国外r b i 软件进行了试 点工作，目前国内还没有自主研发的r b i 软件。 当前国际上主要有四种r b i 软件：o r b i t 、r b e y e 、r i s k w i s e 、t - o c a 。 这四种软件都是按r b i 标准，根据预测模型，对设备进行风险评估。在r b i 风 险检测中，还存在着两个亟待解决的问题：一方面，目前的r b i 软件在其使用 过程中，因扩展性不足，常常会因为r b i 标准的变更和风险预测模型的变化而 更改程序源代码，这往往导致需要重新对代码进行编译。另一方面，由于r b i 风险检测需处理大量数据和复杂的风险计算，对计算机硬件的要求也有很高。在 实际应用中由于检测对象多、设备所处位置分散，检测方案需要多个检测人员以 统一的标准协作完成。在多用户并发的情况下，会出现因计算效率低下而达不到 实用要求的问题。因此研究利用专家系统实现r b i 技术并提高系统效率解决上 述问题，是一个十分有意义的课题。 本论文的主要工作是构建了基于c s 的r b i 专家系统。并重点阐述了以 a p l 5 8 1 标准为依据来构建r b i 专家系统的知识，采用x m l 存储知识库数据， 解决在r b i 标准更新和风险预测模型变化时，需要重新修改程序源代码并重新 编译的问题；此外，系统使用层次式知识库结构，应用数据缓存技术和使用基于 线程池技术设计的任务管理器。这些措施大大减少知识匹配和数据获取的时间开 销以及服务器创建和销毁线程的时间开销。最后，本系统在应用中实现了任务并 行化，在网络上能够很好的处理多用户并发的情况。 关键字：专家系统基于风险的检测( r b i ) 线程池数据缓存 a b s t r a c t r b it e c h n o l o g yc o n s i s t so fas e r i e so fs y s t e m a t i cm e c h a n i s m so fa n a l y z i n g t h e r i s ko fe q u i p m e n t so rc o m p o n e n t s ，i d e n t i f y i n gt h ef a i l u r ec a u s a t i o n ，a n ds c h e d u l m g d e t e c t i o np i a n i tc a ne x t e n dt h ed e v i c eo p e r a t i o nc y c l e ，s h o r t e nt h e m a i n t e n a n c e p e “o d ，a n do p t i m i z ee q u i p m e n ti n s p e c t i o np l a n ，t h u sp r o v i d e ss c i e n t i f i c d e c i s i o n sf o r t h es a f ep r o d u c t i o n o v e rt h ep a s td e c a d e ，r b it e c h n o l o g y i sw i d e l yu s e db y i n t e r n a t i o n a lp e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e st os i g n i f i c a n t l yr e d u c et h eo p e r a t i o nr i s ka n d m a i n t e n a n c ec o s t so fe q u i p m e n t s c u r r e n t l y , r b im e t h o d sa r ew i d e l yu s e d a c r o s s m a n vi n d u s t r i a la r e a s ，s u c h a sa v i a t i o n ，a e r o s p a c e ，p e t r o c h e m i c a l ，p r e s s u r e e q u i p m e n t so rp i p e l i n e s ，o i l o rg a sp i p e l i n e s ，a n ds oo n a p p l y i n gr b im e t h o d sf o r e q u i p m e n ti n s p e c t i o na n dm a i n t e n a n c em a n a g e m e n ti sb e c o m i n gat r e n d 。l h e r ea r e t 、v oi s s u e st ob ea d d r e s s e di nr b i r i s kd e t e c t i o nt e c h n o l o g y o no n eh a n d ，d u et ot h e l a c ko fs c a l a b i l i t yi nr b is o f t w a r e i to f t e nn e e d st oc h a n g et h es o u r c ec o d ea n d r e c o m p i l eb e c a u s eo f t h em o d i f i c a t i o no fr b is t a n d a r da n dr i s kp r e d i c t i o nm o d e l o n t h eo t h e rh 钌心r i s kd e t e c t i o no fr b t e c h n o l o g ym a k e sh i 酿r e q u i r e m e n t s t o r c o m p u t e rh a r d w a r ef o rl a r g eq u a n t i t yo f d a t ap r o c e s s i n ga n dc o m p l i c a t e dc o m p u t m i o n ， a n di np r a c t i c ei tf a c e st h ep r o b l e m so fm u l t i o b j e c td e t e c t i o n ，s c a t t e r e de q u i p m e n t l o c a t i o n si d e n t i f i c a t i o n ，a sw e l la sm u l t i - u s e r sc o l l a b o r a t i o n t h el o wc o m p u t a t i o n e f f i c i e n c vi s n ts u 硒c i e n tf o rp r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s a sar e s u l t ，t h es t u d yo i lr b i t e c h n o l o g yi m p l e m e n t e db ye x p e r ts y s t e m i sv e r ym e a n i n g t u l i nt h i st h e s i s w eb u i l dak n o w l e d g ed a t a b a s ea c c o r d i n gt oa p l 5 81s t a n d a r d s w h i c hi ss t o r e di nt h ef o r mo fx m l ，t h u sc a na d d r e s st h em o d i f i c a t i o no fp r o g r a m s o u r c ec o d ea n dr e c o m p i l a t i o ni s s u e sw h e nr b is t a n d a r d su p d a t e sa n dr i s kp r e d i c t i o n m o d e lc h a n g e s i na d d i t i o n ，t h es y s t e mu s e sh i e r a r c h i c a lk n o w l e d g ed a t a b a s es t r u c t u r e ， a p p l l i c a t i o nd a t ac a c h i n g ，a n dt a s km a n a g e rb a s e d o nt h r e a dp 0 0 1 i tg r e a t l yr e d u c e s t h ek n o w l e d g em a t c h i n ga n dd a t aa c q u i s i t i o nt i m ea n dt h es e r v e rt h r e a dc r e a t i o na n d d e s t l l l c t i o nt i m e i ta l s oa c h i e v e sa p p l i c a t i o nt a s k sp a r a l l e l i s m s o a st os a t i s f y m u l t i u s e r so nn e t w o r k i nt h i st h e s i s ，s i n c et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fr b ie x p e r ts y s t e mi sb a s e d o nc sm o d e l ，i tr e s o l v e st h ei s s u eo fr b ie x p a n s i o nt os o m ee x t e n t i h es y s t e m e n a b l e su s e r st ou p d a t er b is t a n d a r d sa n da d ju s t st h em o d e la c c o r d i n gt o a c t u a l c o n d i t i o n s 1 1 a b s t r a c t k e yw o r d s ：e x p e r ts y s t e m ，r i s k b a s e di n s p e c t i o n ( r a i ) ，t h r e a dp o o l ，d a t ac a c h e i i i 目录 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图3 1 图3 2 图3 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 , 9 图4 10 图4 1 l 图4 1 2 图5 1 图5 2 图5 - 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图目录 r b i 技术计算的风险图5 r b i 评估过程6 r b i 技术流程图6 定量与定性的适用范围划分7 a p l 5 8 1 规范之间的关系9 专家系统的一般结构1 2 n e t 平台结构1 6 n e tf r a m e w o r k 环境1 7 基于c s 的r b i 专家系统体系结构1 8 r b i 层次式知识库结构2 1 事实库2 3 推理机的设计2 5 任务管理器结构2 6 缓存中心2 7 r b i 数据库关系图2 9 r b i 程序结构图3l 工艺流程运行图3 5 r b i 筛选界面3 5 物流的增加界面3 6 检验报告信息界面3 7 知识编辑界面3 8 风险检测与层次式知识库的对应3 9 设计数据输入界面4 0 层次性知识库使用示例4 0 计算风险请求4 1 r b i 专家系统风险计算的中间数据及最后结果4 1 r b i 专家系统的响应时间4 6 r b i 专家系统的吞吐量4 6 目录 表目录 表2 1 风险可能性等级划分7 表2 2 风险后果等级划分8 表2 3 检验有效性类别9 表4 1 腐蚀机理判断表2 0 表4 2 损伤机理表2 2 表5 1 测试工厂基本数据表4 2 表5 2 测试数据物流主要组成4 2 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我 一同j l ：作的同忠对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：碴避盖建签字日期：二壁q 宰犟占园9 日 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论 文的部分使川权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被夯阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采州影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 ， 可公开 口保密( 年) 作者签名：当抱垒煎 签字日期：丝! 望垒左耳仝毋 导师签名：二丕盟 签字日期： 竺艺：茎：z 第l 章绪论 第1 章绪论 本章摘要：本章将首先阐述研究r b i 的定义以及它相对于传统工业检测方法 的优势，然后介绍国内外在r b i 领域的研究现状，最后将结合课题给出本文的研 究的重点内容，并给出了开发实现基于c l s 的r b i 专家系统的重要意义。 1 1r b i 技术的研究背景和意义 在传统工业界，如能源、交通、化工，设备的安全性是极其重要的。在生产 生活中，出设备失效造成的灾难屡见不鲜，这对社会和经济都带来重大的损失。 考虑到能提早预见设备失效的可能，并采取相应的控制措施，工业界逐渐发展起 来了一项新的设备管理技术i 也i ( r i s k b a s e di n s p e c t i o n ) ，即基于风险的检验 技术，它是基于风险优化检验行为的一种方法论。 近十年来，r b i 技术发展迅速，在航空、航天、石油化工、压力容器与管道、 油气输送管道等领域得到了广泛应用并取得较好的成效，得到了工业界的广泛认 同。它首先建立一套失效模型，然后根据每一种模型并结合设备的操作情况以及 设备的r 常维护情况，对设备进行失效概率即风险的评估，基于此进而综合得出 设备的风险等级。根据设备的风险等级，可以有针对性的对这些潜在的失效问题 采取措施，降低设备风险，优化设备检测计划，有效的降低了维护代价，并提高 了设备运行的安全性，延长了装置的运行周期。在具体过程中，r b i 系统可以指 出什么设备潜会在发生什么样的失效，发生失效的概率，失效后果的危险程度， 针对这些潜在失效如何进行检测，以及检测哪些高危部件等决策性问题。r b i 技 术通过有效的检测将个人风险、环境风险及社会风险控制在可以接受的范围内。 r b i 系统弥补了过去人为检测方法过于主观和依赖经验的缺点，大大增强了检测 的灵活性。 r b i 技术不仅可以降低设备运行中的风险和改进安全措施，还可以节约生产 维护成本。基于此类优点，石化行业已经在九十年代初形成了r b i 系统的国际 标准，先后确定了两个推荐标准a p i5 8 1 和a p i5 8 0 ，作为石化行业实施r b i 系 统的指导川。 r b i 的主要实施如下：找出工厂的高危害风险区域( 装置) ；找出装置中的重 要设备与管线。k o p p e n 曾在文章【2 】中提到：在大部分工厂里，大约2 0 的关键 设备承担了整个工厂的8 0 的风险，而其他设备只承担2 0 的风险。所以，只 需找出这2 0 的关键设备，就可以掌握8 0 的潜在风险【”。因此基于风险的检测 技术主要就是找出高危设备，并制定其检测计划。它能够较好的分析各种检测方 法，并结合检测的频率对其进行分析，以及对检测效果的估计，并根据设备的失 第l 章绪论 效模型、失效概率、失效后果以及模型的风险等级设定来给出检测的方案和检测 的设备。在方案中，提供各个步骤检测的信息和花费，制定出合理的检测计划。 r b i 检验是一项以风险管理为指导思想，对设备进行检验管理的新技术。它 和传统工业检验技术相比，有以下区别： 传统的检验：1 、所有设备按法规要求定期执行。原有的安全状况等级划分 考虑的风险因素较少，检验周期不合理。2 、检验项目“全面”，但缺乏重点，检 验成本高，有些设备存在过度检查，有些设备存在检验不足或无效。r b i 技术的 特点：1 、它优先对重要设备与管线进行检验，这样就能抓住主要风险，在减少 检修成本的同时，也避免了过度检查与检验不足或无效的缺点。2 、r b i 方法根 据风险高低优化检测计划和维护费用，将检测重点放在高风险设备上，使得检测 方案更具针对性，更能有效地降低设备失效带来的风斟4 。 由上所述，采用r b i 检验技术，可以弥补传统检验的缺陷，推进我国工业 生产设备安全监察方式的改革。r b i 技术的实施，对于有效预防和整治特种设备 事故隐患，降低企业安全管理成本，提高市场竞争力，促进大型企业的发展和科 技进步都有着重要和深远的意义。据统计，根据风险分布制定的检测策略，能使 停机检修只数减少1o ，使检修成本降低1 5 【6 j 。 1 2r b i 技术的研究和应用现状 r b i 技术首先在欧美国家提出并应用，其中英国是该项技术应用最成熟广泛 的国家。继英国之后，美国也开始在油气生产、石化领域等方面进行了试应用。 在欧洲，德国、意大利、挪威、芬兰、法国、荷兰、丹麦等国家都应用了r b i 技术。除欧美国家之外，亚洲的很多国家，如韩国、马来西亚、新加坡、印尼、 印度等国家也都进行了r b i 技术的一些尝试：在非洲，南非在能源领域也有了 r b i 应用。 上述国家与地区，对r b i 技术的投入既有应用性质的也有研究开发性质的， 但无论何种目的，其结果都取得了显著的成效，无论在直接成本还是间接安全保 障方面都带来了明显的效益【7 。8 】。据2 0 0 2 年的资料报导，在过去五年中a p i 的 b r i 方法己应用于3 0 0 多套炼油与石化装置中【9 1 ，并取得了很好的成效。例如， d n v 在合成氨工厂执行了一项r b i 评估，装置经历的损伤机理5 1 ：重整和变换单 元的高温氢损伤和二氧化碳吸收与发生单元的胺应力腐蚀开裂。通过设备的高风 险识别，优化了检验计划降低了风险，节省了检验与维修费用$ 2 3 7 5 0 1 0 l 。自1 9 9 6 年至2 0 0 3 年，d n v 已在世界范围内对炼油、天然气加工厂、海上平台和f p s o ( 浮 式生产储油装置) 等方面的装置及设备进行了2 4 0 项的案例研究与应用。 总而言之，通过应用r b i 方法、采用有效的检验方案，不仅可以节省检验 2 第l 章绪论 费用，更多的是风险下降可带来间接的显著利益。 我国的r b i 技术起步较晚，自上世纪末期中国有关高校与研究机构引入r b i 概念 i m 4 】，中国国家科技部及中国石化也设立多项科研项目支持这项工作1 1 5 】。 为了规范和促进r b i 技术在我国的发展和应用，我国于2 0 0 6 年7 月，参照 a p l 5 8 0 标准颁布了国内第一份r b i 技术标准( ( s y t6 6 5 3 2 0 0 6 基于风险的检查 ( r b i ) 推荐做法 1 6 1 ，该标准为我国发展r b i 技术指明了目标和基本路线。并在 同年，国家质量监督检验检疫总局颁布了关于开展基于风险的检验( r b i ) 技术 试点应用工作的通知，近年来，国内一些企业进行了r b i 的试点工作，并取得 了良好的效果【j 卜1 9 j 。 1 - 3 本文的研究目标和内容 目前r b i 方法在航空、航天、石油化工、压力设备和管道、油气输送管道 等领域已得到了广泛应用，使用该方法对设备进行检验和维护管理己成为发展趋 势。 我国的r b i 技术起步较晚，自上世纪末期中国有关高校与研究机构引入r b i 概念，中国国家科技部及中国石化也设立多项科研项目支持这项工作，在一些企 业利用国外r b i 软件进行了试点工作，目前国内还没有自主研发的r b i 软件。 国外的软件不能完全适合国内的应用。 当前国际上主要有四种r b i 软件：o r b i t 、r b e y e 、r i s k w i s e 、t - o c a 。 这四种软件都是按r b i 标准，根据预测模型，对设备进行风险评估。在r b i 风 险检测中，存在着两个需要解决的问题。一方面，r b i 软件因扩展性不足，在其 使用过程中，常常会因为r b i 标准的变更和风险预测模型的变化，更改程序源 代码，然后重新编译。另一方面，由于r b i 风险检测处理大量数据和复杂的风 险计算，对计算机硬件有很高的要求。在实际应用中由于检测对象多、设备所处 位置分散，同时需要多个检测人员以统一的标准协作完成，在多用户并发的情况 下，会出现因计算效率低而达不到实用要求的问题。为解决上述问题，本文提出 用c s 模式构建r b i 专家系统的方法，以a p l 5 8 1 标准为依据构建知识库，采用 x m l 存储知识库，解决在r b i 标准更新和风险预测模型变化时，重新修改程序 源代码和编译的问题。此外，系统使用层次式知识库结构，应用数据缓存和使用 基于线程池技术设计的任务管理器，大大减少知识匹配和数据获取时间以及服务 器创建和销毁线程所用时间。在应用中实现了任务并行化，使在网络上能够很好 的处理多用户并发情况。 本文首先讲述了r b i 领域的背景知识和研究现状，其次，叙述了r b i 的基 本原理、发展历史以及目前存在的不足。然后，介绍了解决存在上述问题需要用 第l 章绪论 到的技术以及相关的理论知识。最后，阐述了利用技术完成了对该问题的解决过 程，即专家系统在r b i 领域的应用。 4 第2 章r b 风幢m 岐术概述 第2 章r b i 风险检测技术摄述 本章摘要：本章主要讲述k b i 风险检洲的基本知识，r b i 基本知识的介绍主 要分为3 个部分：1 、r b i 技术的基本知识：2 、目前存在的主要的r b i 软件特点 的介绍，3 、r b i 软件的缺陷及不足。 2 1 r b i 技术的简介 r b 【技术，即肛l 险检测技术。它是通过计算设备中各个部件的风险进而确定 损伤机理以及制定检验计划的一种技术。利用r b i 计算出来的风险如图21 所 示，风险由失效后果等级和失效可能性组成。图中红色部分代表高风险，黄色部 分代表中高风险，蓝色部分代表中风险，绿色部分代表低风险。 在实际应用中，专业人员利用r b i 软件计算一个装置中所有部件的风险， 然后根据风险的等级，将其叶 的高风险或者中高风险矧f 分进行检测。这样就可以 降低装置的整体风险，使设备处于一个低风险的运行状态。由此可见，r b i 比传 统的全面检测节省了检验的消耗。 失5 效 磊。 陆 尊3 垄 喜2 量1 目例说明 高风险( h g hr n ) 口中商风险( | e d l u m t h i g hr i s k ) 十风( m e a r i s k ) 豳低风险( b wr i s k ) ab cd e 失效后果等级( g r a y l y ) 圈2 lp , b i 技术计算的风险图 根据上面的分析可得一般的p j 3 1 评估过程如图22 所示。而r b i 的技术流 程如图23 所示【2 0 - 2 ”。 第2 章r b l a 睑格铡技术掇述 圜一7 翁 挣验d “ 2 一= 譬# i 3 ：娶_ 麓= 羞喜蠹杂端z 三i ，。羊二 蔷。j = 二 = 膏等。 2 一：2 鞠意 图2 2r b i 评估过程 斟2 3r b i 技术流程图 止l 险计算的重点是确定部件的损伤机理以及物流。从某种程度上随，通过部 件的物流决定部件的后果等级。损伤机理确定了失效可能性，而肝l 险就是失效可 能性和物流的乘积。所以，为了确定部件的风险就必须准确的确定设备可能存在 的损伤机理和经过该部件的物流。 2 2 r b i 的应用软件 r b i 项目的是实施需要大量的工厂、设备、部件的信息，如果没有专用软件 的支持，将是一件耗时耗力的工作。同时r b i 的风险检测过程很复杂，不是人 工可以短时刮内计算出来的。由上所知，r b i 软件在r j 3 i 项目实施中将是非常必 6 第2 章r b i 风险检测技术概述 要的，它的作用：1 、保存基础数据和风险计算机的结果，方便数据的管理和查 询。2 、进行风险检测的分析。 当前国际上主要有四种r b i 软件：o r b i t 、r b e y e 、r i s k w i s e 、t - o c a 。 这四种软件虽然有所差异，但都是按照r b i 标准，根据预测模型，对设备进行 风险评估。 它们分别适用于不同情况下进行r b l 分析，这也正说明了这些软件缺少灵 活性，不能根据实际的应用情况及时的调整软件。这四种软件都是基于a p l 5 8 1 的，下面一节着重讲述a p l 5 8 1 的过程。 2 3a p l 5 8 1 标准 a p i5 8 1 分为定性分析、半定量与定量分析。各种情况的使用范围如图2 4 所示。定性分析主要适用于较大范围的评估，如工厂、装置区。定量分析主要适 用于特定设备的评估，主要项目包含有塔器、储罐、转动机械与管线。a p i5 8 1 注 重评估因腐蚀所造成穿透泄漏等危害风险。 l e v e i范围 评估对象评估方法用途 1全r 过程单元或系统定性系统排序 2 单元，系统设备子系统定性f 半定量检测计划 3单元设备7 子系统 定量详细检验计划 图2 4 定量与定性的适用范围划分 2 3 1a p ir p5 8 1 的分析方法 ( 1 ) 失效可能性计算 失效可能性的的计算公式如下所示。 l i k e l i h o o d = ( 呱x ( d f a + ) 吒 id， 将计算出来的失效可能性跟具体的等级间的转换如表2 1 所示 表2 1 风险可能性等级划分 失效可能性等级失效可能性数字 10 0 0 0 0 0 0t o0 0 0 0 0 1 0 20 0 0 0 0 11t o0 0 0 0 10 0 3 0 0 0 0 1 0 1t o0 0 0 1 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 lt o0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 lt o1 0 0 0 0 0 0 7 第2 章r b i 风险检测技术概述 在上式中g f 为通用失效概率，通用失效概率是根据设备类型以及孔径查 表获得。而表中的数据一般是通过对某一个工厂或者设备的使用经验总结获得。 f m 为管理系统修正系数，在一般情况下由用户通过界面输入获得。 f e 为设备修正系数，f e = d f + s f - - y d f d h - y s f i ( d = 1 - 5 ，i = 1 - 3 ，j = 1 4 ) 其中：d f l 5 为损伤因子，它所指的是主导损伤机理的损伤因子。分别包 括脆化、外部腐蚀、机械损伤、应力腐蚀开裂、减薄等5 大类损伤机理的主导损 伤的损伤因子。 s f l l 1 3 为通用次因子：分别为工厂状况、为气候条件、地震活动。s f 2 1 2 4 为工艺次因子，分别为：工艺连续行、工艺稳定性、为安全保护装置条件。 s f 3 1 - 3 4 为机械次因子，分别为：设备复杂性、规范状况、寿命周期、安全系数。 f l 为基于剩余寿命为参量的失效概率修正系数，该系数是结合实际情况考 虑超期服役、先天缺陷等因素对失效概率进行的修正。f l 按常温、非疲劳及非 特殊腐蚀环境和高温、疲劳、特殊介质作用环境两种情况考虑，修正系数查表可 得。1 2 2 - 2 3 j ( 2 ) 后果等级计算 后果是根据物流中的典型流体以及操作压力、操作温度计算所得。它分别计 算毒性后果、蒸汽后果、以及可燃性后果的面积，并将其中的最大的面积根据下 表转换，就可以得到后果等级。 表2 2 风险后果等级划分 后果等级后果面积 a 1 0 0 0m 2 2 3 2 检验计划的制定 检测计划的制定主要考虑以下四个方面：l 、要检查何种类型的缺陷。2 、 何处去寻找缺陷，缺陷的位置可接近性。3 、能发现缺陷的最佳技术。破坏形式f 减 薄，裂纹等) 。4 、从风险级别和经济性平衡角度确定最佳检验时间。 目前主要的检测手段是：。目检，内窥镜检查。，着色渗透检验，- 磁粉检测- ， 。热敏成像法。，。超声波测厚。，超声波缺陷检测，射线照相，- 7 射线实时成像t ， 。覆膜，硬度测定，发射声( 泄漏) ，发射声( 裂纹) ，水压试验- ，t 报告气密 性试验，高级的背散射超声技术。，。应力应变测量，铁素体含量t ，- x 射线荧光 分析，光谱分析。，氦泄漏测试。，肥皂泡泄漏测试，漏磁检测，t 管道壁厚的超 第2 章r b i 风险检测技术概述 声检查- ，t 涡流检测，- 管道系统的漏磁检测，尺寸检查【2 4 】。检测手段的有效性 类别划分为5 个等级。具体如表2 3 所示。 表2 3 检验有效性类别 检验有效性等描述 级 这种检验方法在任何情况下都能正确识别出破坏情形( 或 高度有效 者确信能达到8 0 10 0 ) 这种检验方法在大部分情况下都能正确识别出破坏情形 通常有效 ( 或者确信能达到6 0 - 8 0 ) 这种检验方法在半数情况下都能正确识别出破坏情形( 或 一般有效 者确信能达到4 0 6 0 ) 这种检验方法大部分情况下无法正确识别出破坏情形( 或 效果差 者确信能达到2 0 4 0 ) 这种检验方法几乎无法提供信息，无法正确识别出破坏情 无效形，对特殊的破坏机理都是无效的( 或者确信能达到 0 2 0 ) 2 3 3a p l 5 8 1 与其他规范的关系 a p i5 8 1 提供基于风险分析检测计划程序，有关检测的实施仍需参照其它的 a p i 规范，例如：a p i7 5 0 过程危害性管理，a p i5 1 0 压力容器检测、评级、修理 和变更规范，a p i5 7 0 在役压力管道检测、修理、变更和维护规范，a p i6 5 3 储 罐检测、修理、变更与重建规范，a p i5 3 0 石化炼油厂计算热交换管壁厚的实例。 a p l 5 8 1 与其他规范的关系如图2 5 所示。【2 5 1 第2 章r b i 风险检测技术概述 图2 5a p l 5 8 1 规范之间的关系 2 4r b 软件的不足之处 从以上分析中可以看出，风险的确定需要从可能性和后果出发，而这些的计 算需要根据实际的情况而经常发生变化的。所以r b i 软件如果可以根据用户的 需要而动态的调整将更具有可行性和通用性。 同时目前的r b i 软件由于软件并没有包括所有可能的损坏机理，再加上由 于软件数据库的限制，有效实际数据无法输入。【2 6 j 2 5 本章小结 本章首先对r b i 原理做了全面的介绍，并介绍了r b i 的发展的历史以及当 前在各国的应用，以及产生的效果；其次介绍了目前r b i 软件的情况以及各自 的特点；最后就r b i 的主要标准a p l 5 8 l 做了详细的介绍。并引出了目前r b i 软件所存在的共同的不足之处，并针对这种不足提出了解决方案。 1 0 第3 章r b i 专家系统应用的主要技术 第3 章r b i 专家系统应用的主要技术 本章摘要：本章将介绍在本论文中实现的r b i 专家系统中所应用到的各种技 术，内容主要包括：开发语言、数据库、专家系统等，并详细介绍了这些技术的 特点和优势。 3 1 专家系统 专家系统是人工智能领域的一个较成熟的分支，并在很多领域得到广泛应 用。从某种程度上说，专家系统是人工智能领域中应用研究比较活跃和广泛的课 题之一。专家系统是一种智能计算机程序。因为专家系统内部包含某领域的专业 知识，所以专家系统能够解决某种程度上专家才能解决的问题，它是人工智能技 术和计算机技术的结合。 3 1 1 专家系统概述 由上面的定义可知，专家系统是一种智能计算机程序，它包含知识和推理， 但是它与传统的计算机应用程序有本质的区别：专家系统是知识加推理机，而传 统程序是程序加数据结构。这种分离为问题的求解带来极大的便利和灵活。 从某种程度上来说，传统的计算机应用程序中的算法相当于知识。也是可以 解决“专家级水平”的问题的。但是在传统的计算机程序中，这些知识必须是固 定在程序中，这样它能解决的问题也是固定的。适用范围就受到了很大的限制。 当知识有所改变时，也不易修改。当需要解决稍微有一点改变的问题，都必须得 重新编写程序。 而专家系统使用的是知识和推理相分离的情况，推理机就可以根据不同的求 解问题匹配不同的知识，使系统适用范围大大增加了。特别是在很多问题没有基 本的算法解决方案，或算法方案太复杂，或算法需要经常修改时，专家系统更能 体现它比传统程序设计的优势。 一个专家系统应该具备以下三个要素： ( 1 ) 具备某个应用领域的专家级知识； ( 2 ) 能模拟专家的思维； ( 3 ) 能达到专家级的解决问题的水平。【2 7 】 从2 0 世纪6 0 年代中期至今，专家系统已得到迅速发展，并成功应用在很多 领域，在给人们带来方便的同时，也产生了很多的经济利益。根据知识表示的方 式不同，专家系统分为基于规则的专家系统，基于案例的专家系统，基于框架的 第3 章l 姬i 专家系统应用的主要技术 专家系统，基于神经网络的专家系统，基于x m l 知识表示的专家系统，基于混 合知识表示的专家系统。近年来，随着计算机网络的迅速发展，将专家系统与网 络的结合给社会生活带来了更大的方便( 2 8 l 。 3 1 2 专家系统的基本结构 由于专家系统是一个相对广泛的系统，并且技术还处于不断发展中。因此， 专家系统还没有固定的结构，基本的专家系统结构如图3 1 所示，由知识库、推 理机、综合数据库、解释子系统、知识获取子系统和人机交互接口等几个部分组 成。 知识库：知识库是专家系统中存储知识的集合。知识的数量和质量决定了专 家系统解决问题的能力。 推理机：推理机是专家系统中具有求解问题能力的结构。 知识获取子系统：知识获取机制的作用是使专家系统的知识可以更新。 人机交互接口：人机交互界面是专家系统与用户交互的接口。 综合数据库：综合数据库可以保存用户的输入数据，专家系统推理的中间数 据和结果数据。 解释器：解释器是使专家系统的解答具有了透明性【2 9 1 。 3 1 。3 专家系统的特征 图3 1 专家系统的一般结构 第3 章r b i 专家系统应用的主要技术 ( 一) 整体上来说，专家系统一般具有如下基本特点： 1 专家水平的专业知识 专家系统包括了某一具体领域的具有专家级水平的各类知识，这个就是专家 系统的知识库。一个专家系统解决问题的能力的大小取决于知识库的大小。 2 。能够进行有效的推理 专家系统都具有相应的推理机构，能够通过运用掌握的知识( 知识库中的知 识) ，进行有效的推理，给用户提供答案。这个就是专家系统的推理机。 3 获取知识的能力 专家系统一般是知识工程师或领域专家通过知识编辑器( 一般通过用户界 面，因为用户界面具有操作简单性) 把各类领域的知识输入到专家系统的知识库。 获取知识的过程需要检测知识的准确性，以及是否与知识库中的知识冲突。 4 灵活性 专家系统一般都使用知识库与推理机分离的体系结构，使其可在系统运行时 根据不同的要求，分别匹配合适的知识，这样就构成不同的求解结果，进而实现 了对指定问题的求解。 专家系统因知识库和推理机的相对独立，使它可以方便地在非程序编辑状态 下连续地对知识进行增删和修改，这样有利于知识库的扩充和完善，从而不断提 高专家系统解决问题的能力。除此之外，专家系统符号处理功能相当强，并且具 有一个图像画的人机交互接口界面，使专家和用户能以一种接近自然语言甚至口 语的形式，即使不懂程序设计，也可以同系统进行知识的交流，这些都是传统程 序所不具备的特点。由上面的分析可以看出，专家系统能不断地增添知识，修改 原有知识，不断更新。这个即为灵活性。 鉴于专家系统的灵活性，所以可以解决r b i 领域需要根据实际情况调整风 险预测模型的问题，以及在标准更新时，能够快速的将标准在实际中应用。 5 透明性 专家系统能够说明本身的推理过程和回答用户提出的问题，这样就使用户能 够了解推理过程，进而提高了其对专家系统的信赖感。下面从一个例子做个简单 的说明，如某一个医疗诊断专家系统诊断某位病人患有肺炎，而且给病人的建议 是必需使用某种抗生素治疗，那么，这一专家系统将会向病人解释诊断他患有肺 炎的原因，而且用某种抗生素治疗的好处和原因，就如同一位医疗专家耐心地对 病人解释他的病情和治疗方法样。 为了提高专家系统诊断结果的可信程度，专家系统的体系结构中设置了解释 机构，这个解释机构可以向用户解释它推理出答案的过程和依据的知识。这样就 是用户能够了解专家系统诊断的过程。 第3 章1 1 1 3 1 专家系统应用的主要技术 6 交互性 专家系统的知识编辑界面是使领域专家和知识之间的内容互相了解。用户可 以通过用户界面提出问题，并得到系统的解答，如同现实中两个自然之间的交互。 7 实用性 专家系统都是在某个领域有明确的需求的情况下开发，因此就决定了它具有 使用性。j 下因为这个原因，专家系统是人工智能领域应用最广泛的一个方向。目 前专家系统已经在很多领域应用，并且取得显著的经济效益和社会效益。而专家 系统尚未在r b i 领域应用，根据r b i 领域的特点以及它目前所存在的问题，迫切 需要将专家系统应用在r b i 领域，这就是本文的主要工作。 8 复杂性及难度 专家系统的知识是不断更新和增加的，知识的更新过程中需要解决知识的冲 突问题，以及知识增长到一定程度能不影响专家系统的效率，这也是专家系统有 待研究的问题。 9 。启发性 利用专家长期积累的知识以及运用领域内的理论和常识性知识，专家系统能 够对领域内的各种问题进行求解。这些经验通常没有严谨的理论依据，很难保证 其解答在各种情况下的适用性。但在成熟的条件下解决某些相关问题，它们往往 简洁而有效，某种程度上起到了显而易见的作用和效果，从而使其具有知识的延 伸，使其不同于基于传统的程序设计的过程，这样就使该软件能解决的问题范围 大大的扩大了。因为，世界上的大部分领域需要解决的问题都是通过以知识为基 础，然后进行推理来完成的。对于生物学、大部分医学和全部法律，情况也是这 样。r b i 领域也就是一个以知识为基础的。基础知识的多少就决定了r b i 软件计 算风险的准确性【3 0 引1 。 3 2x m l 语言 x m l 的英文全称是e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 的缩写，所以中文名称是可 扩展标记语言。在计算机中以x m l 后缀保存x m l 文档。同时x m l 文档便于编 辑，它不需要专门的编辑软件，一个文本编辑器就可以满足要求【3 2 1 。 当我们打开文本编辑器后，按照x m l 格式输入内容，然后存储成以x m l 为 后缀的文件，比如n o t e x m l ，这就是一个x m l 文档。以下面的代码为例： 宰x m l 文档说明 *