人工智能與生產過程中本質安全的實現(xiàn)

崔鐵軍，李莎莎

（1. 遼寧工程技術大學 安全科學與工程學院，遼寧 葫蘆島 125105；2. 遼寧工程技術大學 工商管理學院，遼寧 葫蘆島 125105）

本質安全最先由英國在19世紀20年代提出，我國最早于1973年的電氣防爆領域首次出現(xiàn)[1]，介紹了國外本質安全防爆型儀表研究情況，間接展示了本質安全的定義和內涵，不但將本質安全概念引入我國，也為其發(fā)展奠定了基礎。本質安全至今仍是安全科學領域的熱點問題，也是實現(xiàn)生產安全的最終目標。大體上，本質安全要求生產系統(tǒng)在生產過程中，無論遭受何種來自于人、機和環(huán)境的不安全行為和不安全狀態(tài)，都不產生對人、機和環(huán)境的損傷。其重點強調了對人不安全行為的魯棒性和不發(fā)生對人的傷害；其次是強調機對人和環(huán)境帶來擾動的魯棒性和機自身不發(fā)生損害人、環(huán)境和自身的行為；最后是強調環(huán)境對人和機工作過程提供適合的外部環(huán)境條件。因此，在現(xiàn)有生產系統(tǒng)中人、機和環(huán)境是相互作用相互交織的結構，而管理子系統(tǒng)是協(xié)調上述子系統(tǒng)的唯一手段。但本質安全卻是在機子系統(tǒng)的設計階段實現(xiàn)的，這難以達到本質安全的目的。近期提出的本質安全人概念，通過對人的約束實現(xiàn)本質安全，減少人的不安全行為和人的傷亡可能性。本質安全只強調人、機、環(huán)和管之一是無法實現(xiàn)的。必須綜合分析他們之間的關系，借助智能、數(shù)據(jù)和信息技術才可實現(xiàn)本質安全。

關于本質安全的研究和具體實現(xiàn)方法，較新的研究包括：本質安全型礦井分區(qū)特征構建[2]；電網(wǎng)企業(yè)本質安全管理體系構建[3]；化工工藝本質安全評價[4]；基于本質安全理念的建筑綜合防災[5]；基于熵權物元可拓模型的化工工藝本質安全評價[6]；基于未確知測度理論的化工工藝本質安全研究[7]；煤礦本質安全管理體系評價模型研究[8]；基于壓力?狀態(tài)?響應(Pressure-State-Response，PSR)模型的煤礦本質安全評價[9]；考慮本質安全的換熱網(wǎng)絡多目標優(yōu)化[10]；煉化企業(yè)設備的本質安全可靠與監(jiān)管智能化對策研究[11]；油儲系統(tǒng)火災事故應急過程本質安全的分類風險源識別[12]。利用智能技術研究本質安全問題最早由韓菊娣在1995年提出，針對膠帶輸送機運行中因膠帶跑偏或打滑摩擦發(fā)熱引起的火災事故，研發(fā)了本質安全型紅外智能測溫儀，并實現(xiàn)了軟件編制，為后繼相關研究奠定了基礎。這些研究雖然能解決一些簡單問題，但少見從人、機、環(huán)境和管理各子系統(tǒng)綜合考慮的研究，也未能充分分析各子系統(tǒng)在生產系統(tǒng)中的作用。因此實現(xiàn)本質安全的根本途徑還需要進一步研究和發(fā)展，這離不開人工智能的基礎理論和技術。從而改變原有生產系統(tǒng)結構體系，最終實現(xiàn)本質安全。

為研究實現(xiàn)生產系統(tǒng)本質安全的方法和途徑，本文論述了本質安全的概念與實現(xiàn)問題；人工智能實現(xiàn)本質安全的可行性；實現(xiàn)本質安全的途徑。最終構建了人工智能生產系統(tǒng)結構和人工智能管理系統(tǒng)結構。認為人工智能管理系統(tǒng)是實現(xiàn)生產系統(tǒng)本質安全的主要途徑。

1 本質安全的概念與實現(xiàn)問題

在安全生產領域，本質安全主要指生產流程中人、物、系統(tǒng)和管理等因素的協(xié)調性，以保證生產系統(tǒng)的可靠性和安全。使各種危害因素始終處于動態(tài)受控狀態(tài)，以使系統(tǒng)始終處于人可接受的安全狀態(tài)。本質安全的理想狀態(tài)是無論出現(xiàn)何種人、機、環(huán)和管的意外物質、能量和信息交互，都不出現(xiàn)任何人不期望的系統(tǒng)損失，但這是難以實現(xiàn)的。

圖1是目前生產系統(tǒng)的結構形式。其中包括人子系統(tǒng)、機子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和管理子系統(tǒng)4部分。

圖1 目前的生產系統(tǒng)結構形式Fig.1 Current structure of production system

1) 人子系統(tǒng)的特征

人子系統(tǒng)是整個生產系統(tǒng)的核心。傳統(tǒng)意義上，將參與生產的所有人都歸結為人子系統(tǒng)，但通過研究表明這樣的劃分是不適合的。由于對生產系統(tǒng)的作用不同，人子系統(tǒng)至少可分為操作者和管理者。

管理者是生產系統(tǒng)的擁有者和控制者，擁有對操作者、管子系統(tǒng)、機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)的控制權。管理者從生產系統(tǒng)中獲得最大利益，同時雇傭操作者實際執(zhí)行生產活動。因此人子系統(tǒng)中的管理者是生產系統(tǒng)的控制核心。但管理者一般不在生產一線進行管理，而是通過遠程和先進控制系統(tǒng)進行管理，這導致了對生產系統(tǒng)的全方面全時段的控制缺失。這是造成生產系統(tǒng)故障或事故的本根原因。

操作者是管理者雇傭的，通過勞動獲得報酬的人。他們通常對不涉及到自身安全的生產系統(tǒng)故障和事故少有關心。同時也可能出于自身利益考慮出現(xiàn)誤報、瞞報和漏報的情況。更深層次的，操作者在被雇傭前，可能缺少與生產系統(tǒng)相關的知識，當然這可以通過培訓解決。即使操作者完全知曉生產系統(tǒng)操作手冊內容，也可能由于自身判斷失誤產生誤操作和不安全行為。所以操作者一般是造成生產系統(tǒng)故障的直接原因。

綜上，管理者和操作者的誤判、不作為和不察覺是阻礙生產系統(tǒng)本質安全的最大原因。當然，在生產系統(tǒng)設計階段可以通過設計措施減少人對機子系統(tǒng)的不安全行為。但如何判斷人的不安全行為是實現(xiàn)本質安全的關鍵，這取決于人的主觀能動性。

2) 管理子系統(tǒng)的特征

管理系子系統(tǒng)的發(fā)展源于人對人、機和環(huán)境的認識。雖然人的認識從來都受到客觀現(xiàn)實的限制，但通過經(jīng)驗、總結和抽象的規(guī)律仍能適應在限定條件下的生產系統(tǒng)管理。原始的管理適用于較為簡單的系統(tǒng)，但隨著現(xiàn)代監(jiān)測、信息和數(shù)據(jù)理論與技術的發(fā)展，自然人作為管理主題越發(fā)困難。

在生產系統(tǒng)中的管理子系統(tǒng)是由管理者制定的，或由管理者提出需求通過第三方實現(xiàn)的具有數(shù)據(jù)采集、信息傳輸和輔助控制的系統(tǒng)。在目前的如圖1的生產系統(tǒng)中，管理子系統(tǒng)根據(jù)管理的對象不同至少可以分為操作者管理子系統(tǒng)(管人子系統(tǒng))、機管理子系統(tǒng)(管機子系統(tǒng))和環(huán)境管理子系統(tǒng)(管環(huán)子系統(tǒng))。

管人子系統(tǒng)由管理者建立并控制，管理對象為操作者。用于規(guī)范操作者行為，減少不安全行為，約束主觀能動性。例如違章作業(yè)等行為通過視頻數(shù)據(jù)實時分析可進行管理。管機子系統(tǒng)由管理者建立并控制，目的在于設置全局參數(shù)，并設定操作者使用該系統(tǒng)的權限。通過賦予操作者必要權限，使操作者通過管機子系統(tǒng)對機子系統(tǒng)進行操作。管環(huán)子系統(tǒng)由管理者建立并控制，設定適合操作者和機子系統(tǒng)適合工作的環(huán)境。該系統(tǒng)是由管理者根據(jù)生產要求設定參數(shù)，而操作者一般無權修改這些參數(shù)。

由于管理者不能實時地參與現(xiàn)場生產，因此一般通過管理子系統(tǒng)對系統(tǒng)進行操作。這樣將嚴重影響操作者、機子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)的相互協(xié)調狀態(tài)的及時調整。而管理子系統(tǒng)是維持生產系統(tǒng)運行的核心，因此管理子系統(tǒng)是實現(xiàn)本質安全核心。

3) 機子系統(tǒng)的特征

機子系統(tǒng)是完成生產活動的核心，由操作者和管機子系統(tǒng)控制，同時受到環(huán)境子系統(tǒng)的影響。人機兩者構成的混合系統(tǒng)是實現(xiàn)生產過程的動力。人的誤操作和主觀能動性可能導致機的故障，相反機產生的震動、噪聲、粉塵以及機械傷害等都直接或間接地作用于人。

機子系統(tǒng)是目前本質安全和安全領域的研究重點。主要原因是由于相較于人、環(huán)和管子系統(tǒng)而言，機子系統(tǒng)從調研、設計、制造、應用和維護的全壽命階段都受到人的控制，而且在數(shù)據(jù)和信息等方面最為充分。因此機子系統(tǒng)一直作為實現(xiàn)人工智能的主要對象。但即使機子系統(tǒng)是掌握數(shù)據(jù)最全面的子系統(tǒng)，也無法通過在設計階段實現(xiàn)生產運行階段的本質安全，即無法消除人的不安全行為和物的不安全因素。更為深刻的，在設計階段采取的安全措施來源于已有知識的分析和系統(tǒng)安全分析，而并不是實際生產過程中的多樣性狀態(tài)。這些狀態(tài)包括機子系統(tǒng)內部各部分的意外能量、物質和信息交互，也包括人、機、環(huán)和管各子系統(tǒng)的意外能量、物質和信息交互。所以單純在機子系統(tǒng)中實現(xiàn)本質安全是困難的，甚至是不現(xiàn)實的。

4) 環(huán)子系統(tǒng)的特征

傳統(tǒng)意義上，環(huán)子系統(tǒng)是實現(xiàn)本質安全過程中研究較少的部分。但實際情況是，環(huán)境的失控將導致人和機的故障或事故，特別是在受限空間中的環(huán)境變化。例如煤礦井下的一通三防，其核心是通風，除了地質災害外影響人采掘活動的因素都來源于井下的空氣環(huán)境，例如瓦斯、粉塵、煤塵、水蒸氣和各種有毒有害氣體。因此井下的安全生產源于通風措施對井下受限環(huán)境的控制，同樣在隧道、地鐵等地下工程也存在這種現(xiàn)象。

環(huán)境對機子系統(tǒng)存在著固有影響，越復雜規(guī)模越大的系統(tǒng)受環(huán)境因素影響越顯著。例如天文望遠鏡的鏡片制作和打磨過程對環(huán)境中的顆粒物是極其敏感的，同時對加工溫度也有要求。又如深海潛航設備受到水壓和鹽堿物的腐蝕，將導致機子系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障或者生產產品的不合格。本質原因是由于復雜的大規(guī)模系統(tǒng)由很多元件組成，這些元件又由基本的物理材料組成。不同的物理材料在不同的外界環(huán)境因素作用下表現(xiàn)出來的完成預定功能的能力不同。所有這些元件在因素變化過程中的功能性都發(fā)生改變，導致系統(tǒng)實現(xiàn)功能的能力變化更為復雜。為研究這種現(xiàn)象作者提出了空間故障樹理論[13-15]，更為詳細的內容見作者相關文獻。

環(huán)境對人的影響更為直接，有時是非常緩慢的，例如塵肺病一般潛伏期是15 a；有時非常直接，如井下通風低溫氣體與井下潮濕空氣混合形成懸浮煙霧導致工人無法工作。惡劣的環(huán)境極易使人造成誤操作、心理壓力、判斷錯誤等行為。這也是導致生產系統(tǒng)故障和事故的主要原因之一。

因此環(huán)境子系統(tǒng)直接作用于機子系統(tǒng)和人子系統(tǒng)，機子系統(tǒng)通過環(huán)境也可作用于人子系統(tǒng)。這樣環(huán)境子系統(tǒng)成為實現(xiàn)本質安全的外在保障。

可得到如下結論：人是實現(xiàn)本質安全的關鍵；管理是實現(xiàn)本質安全的核心；機是實現(xiàn)本質安全的立足點；環(huán)境是實現(xiàn)本質安全的外在保障。只通過設計機子系統(tǒng)無法實現(xiàn)本質安全，而應在管理子系統(tǒng)中實現(xiàn)本質安全。因為管理子系統(tǒng)能協(xié)調其余3個子系統(tǒng)，避免意外的能量、物質和信息交互。

2 人工智能實現(xiàn)本質安全的可行性

上文提到，實現(xiàn)本質安全的核心是管理子系統(tǒng)，其應具有自主采集信息、分析和主動干預生產系統(tǒng)故障的能力。學習管理者和專家已有經(jīng)驗，并在特殊情況下輔助管理者提前發(fā)現(xiàn)和干預生產系統(tǒng)故障或事故。這些需要管理子系統(tǒng)和機械子系統(tǒng)的智能化。這時生產系統(tǒng)由管理子系統(tǒng)和機械子系統(tǒng)組成，在環(huán)境子系統(tǒng)中運行。生產系統(tǒng)的核心是管理子系統(tǒng)，而不是人子系統(tǒng)、機子系統(tǒng)或是環(huán)境子系統(tǒng)，圖1所示生產系統(tǒng)結構將變?yōu)閳D2所示系統(tǒng)結構。

圖2 人工智能生產系統(tǒng)結構Fig.2 Structure of artificial intelligence production system

對比圖2和圖1，系統(tǒng)結構復雜性明顯降低，并具有如下特點。

1) 操作者的消失

操作者是原系統(tǒng)中生產工作的核心，同時也是造成生產過程中故障和事故的主體。操作者被人工智能管理系統(tǒng)取代，將直接通過管機子系統(tǒng)對機子系統(tǒng)進行控制。這將實現(xiàn)本質安全中對人的不安全行為的控制和杜絕人的傷亡。

操作者的消失使生產系統(tǒng)中人子系統(tǒng)復雜性降低，組成部分減少。進一步也消除了圖1中與操作者相關的5種關系。即機子系統(tǒng)將不影響操作者；操作者不再使用機子系統(tǒng)，減少了人的誤操作、不安全和誤判等行為；環(huán)境不再影響操作者，這將降低對環(huán)境控制的程度；操作者不再使用管機子系統(tǒng)，這樣可以忽略由于人的生理心理要求對機器進行的人體工學設計，同時避免誤操作；由于操作者的消失，管人子系統(tǒng)也變得不必要，降低了管理子系統(tǒng)的復雜性。

19 Practice and exploration of establishing blood purification training center with PPP (Public Private Partnership) model

2) 管理者作用的變化

原生產系統(tǒng)結構中管理者設計管理子系統(tǒng)，并負責控制。但對一線生產的全時間監(jiān)控顯然不適合自然人的特點。在新的人工智能生產系統(tǒng)中，管理者不再直接接觸生產管理，而是作為人工智能管理系統(tǒng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來源。這些經(jīng)驗可從本單位的人員、國內外相關單位人員、各相關科學的專家等獲得。為人工智能管理系統(tǒng)建立生產系統(tǒng)故障知識庫。在這種情況下，人工智能生產系統(tǒng)將不需要自然人管理者值守；而只在突發(fā)事件情況下需要管理者參與，并為管理者提供信息和輔助處理能力。

進一步地，將管理者經(jīng)驗轉變?yōu)樯a系統(tǒng)故障知識庫后，不需要管理者對管人、管機和管環(huán)子系統(tǒng)進行控制。這將大大簡化管理子系統(tǒng)的結構，使其能重點控制機子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)，減少原結構中的4種關系。

3) 反饋機制的增加

原系統(tǒng)中管機和管環(huán)子系統(tǒng)分別直接作用于機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)。這時機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)將作用的結果和變化直接反映給操作者。操作者接到反饋后通過控制管機子系統(tǒng)的方式來調整反饋，環(huán)境子系統(tǒng)的控制權在管理者手中。在人工智能生產系統(tǒng)中需要機子系統(tǒng)與管機子系統(tǒng)之間的反饋和控制交互；同樣環(huán)子系統(tǒng)也需要和管環(huán)子系統(tǒng)進行這樣的交互，形成兩種循環(huán)。

4) 系統(tǒng)結構的變化

首先，操作者消失和管理者變化會導致原有人子系統(tǒng)消失。即造成系統(tǒng)故障和實現(xiàn)本質安全的核心問題已不參與生產。人子系統(tǒng)脫離生產系統(tǒng)是實現(xiàn)本質安全的必要條件。無人的生產系統(tǒng)只能將意外的能量釋放作用于機子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)。進一步地，機子系統(tǒng)的破壞不能作用于人，環(huán)境子系統(tǒng)的變化也不能影響人，這符合本質安全中人安全的目標。

管子系統(tǒng)由于人子系統(tǒng)的退出，可只保留管機和管環(huán)子系統(tǒng)，也不接受原有管理者的直接控制(特殊情況除外)。這將大大簡化管理子系統(tǒng)的結構。同理，機子系統(tǒng)只接受管機子系統(tǒng)的直接指令，不再影響和受控于操作者，可簡化機子系統(tǒng)為了滿足人的工作要求而進行的設計，大幅減少機子系統(tǒng)的設計和制造成本。而環(huán)境子系統(tǒng)更加具有魯棒性，因為機子系統(tǒng)較人子系統(tǒng)能承受更為廣泛的環(huán)境因素變化，這可減少對環(huán)境因素的控制，化簡管環(huán)子系統(tǒng)結構。

重點在于，簡單的系統(tǒng)結構將帶來更高的可靠性和安全性。本質上越復雜的系統(tǒng)，其中元件的相互作用概率越高。這些作用包括意外的能量、物質和信息交換。有時是一對一的交換，但也存在多對多的情況。如果這種交換在生產系統(tǒng)設計期間并未考慮，而且?guī)淼淖饔糜绊懥嗽崿F(xiàn)功能的能力，那么必將形成故障隱患。這種作用通常帶有累積效果，同時系統(tǒng)也可能在某種循環(huán)荷載作用下工作，使這種累積不斷加強，最終導致系統(tǒng)元件失效導致系統(tǒng)故障或事故。因此使用簡單的系統(tǒng)結構將能明顯降低這種意外的交互發(fā)生。

對于上述改變，需使用人工智能的理論和技術，同時也證明了人工智能實現(xiàn)本質安全的可行性。

3 實現(xiàn)本質安全的途徑

實現(xiàn)人工智能生產系統(tǒng)的前提是建立如圖2的生產系統(tǒng)結構。該結構中包括管子系統(tǒng)、機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)。這時管理子系統(tǒng)是生產系統(tǒng)的核心，負責控制機和環(huán)境子系統(tǒng)。人的生產作用消失，本質安全的主要保障對象消失，這是實現(xiàn)本質安全的重要目標。那么實現(xiàn)生產系統(tǒng)的本質安全將全部歸結為實現(xiàn)人工智能管理系統(tǒng)。關于人工智能管理系統(tǒng)，在圖2中給出了簡單的示意圖。但實現(xiàn)人工智能管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)人工智能生產系統(tǒng)才是達到本質安全的重要途徑。

圖3顯示了人工智能管理系統(tǒng)的結構。與圖2對比，人工智能管理系統(tǒng)的外圍是機子系統(tǒng)、環(huán)子系統(tǒng)、管理者和專家。管理者提供需求和目標，同時專家提供經(jīng)驗建立經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。機子系統(tǒng)將運行期間的監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋形成運行數(shù)據(jù)庫。環(huán)境子系統(tǒng)通過監(jiān)控將環(huán)境因素的變化形成環(huán)境數(shù)據(jù)庫。

圖3 人工智能管理系統(tǒng)詳圖Fig.3 Detail of artificial intelligence management system

對生產系統(tǒng)而言，人工智能管理系統(tǒng)至少包含經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫、運行數(shù)據(jù)庫、環(huán)境數(shù)據(jù)庫、故障模式識別子系統(tǒng)、故障知識庫、管機子系統(tǒng)和管環(huán)子系統(tǒng)。經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫、運行數(shù)據(jù)庫和環(huán)境數(shù)據(jù)庫主要負責收集人的經(jīng)驗、機子系統(tǒng)數(shù)據(jù)和環(huán)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。三者共同作為故障模式識別的基礎，環(huán)境數(shù)據(jù)庫提供影響機子系統(tǒng)運行的外部數(shù)據(jù)，運行數(shù)據(jù)庫提供對應的機子系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫提供環(huán)境因素特征和機子系統(tǒng)運行特征與故障模式的對應關系。故障模式識別子系統(tǒng)負責分析該對應關系，從而判斷、預測和分析可能出現(xiàn)故障或事故的可能性。如果識別確定了發(fā)生故障的潛在危險，而且達到預設的程度，則通過管機子系統(tǒng)和管環(huán)子系統(tǒng)分別控制機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)；改變機的運行狀態(tài)和環(huán)境因素；再次通過機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)的監(jiān)控反饋來進一步對故障模式進行識別。進一步地，將多次控制和反饋形成的具有一定規(guī)律性的運行?環(huán)境?故障對應關系形成故障知識庫。

生產系統(tǒng)中的人工智能管理系統(tǒng)具有雙循環(huán)和自學習的特征。雙循環(huán)是機子系統(tǒng)?運行數(shù)據(jù)庫?模式識別子系統(tǒng)?管機子系統(tǒng)?機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)?環(huán)境數(shù)據(jù)庫?模式識別子系統(tǒng)?管環(huán)子系統(tǒng)?環(huán)子系統(tǒng)；自學習是學習管理者和專家的經(jīng)驗，從而進行模式識別，最終將具有規(guī)律性的故障模式形成故障知識庫。因此，實現(xiàn)上述過程的關鍵在于故障模式的智能識別和故障知識庫的建立。這兩方面眾多學者也進行了大量研究。例如鐘義信[16-19]提出的信息生態(tài)方法論和信息轉化定律，用于表征和信息的轉化形成知識庫；何華燦[20-21]提出的泛邏輯理論，用于描述不同事物之間的多種邏輯關系；汪培莊[22-23]提出的因素空間，用于研究不同因素與目標因素之間的邏輯關系。本文作者提出的空間故障樹理論框架[13-15]也可應用于實現(xiàn)生產過程本質安全，是安全科學領域的智能方法，具體可實現(xiàn)下列功能：(1) 多因素影響系統(tǒng)故障分析技術基于空間故障樹理論基礎，可在多因素影響下分析系統(tǒng)可靠性和故障狀態(tài)變化，實現(xiàn)多因素耦合下系統(tǒng)故障狀態(tài)、因素重要度、連續(xù)和離散故障數(shù)據(jù)的表示、分析和處理；(2) 智能化系統(tǒng)故障分析技術基于智能化空間故障樹理論，可分析故障過程因果關系，從因素變化與故障變化關系出發(fā)，整理故障數(shù)據(jù)、分析故障因果關系、抽取故障概念；(3) 系統(tǒng)故障演化分析技術基于空間故障網(wǎng)絡理論，將故障演化過程分解為經(jīng)歷事件、影響因素、邏輯關系和演化條件，并用網(wǎng)絡拓撲結構表示；(4) 系統(tǒng)故障結構分析方法基于系統(tǒng)運動空間與系統(tǒng)映射論，通過系統(tǒng)運動空間描述系統(tǒng)運動并度量，通過系統(tǒng)映射論描述系統(tǒng)運動過程中的因素流和數(shù)據(jù)流的對應關系。

由于目前的智能基礎理論尚不完善，這兩項工作并不能達到完全應用的程度。但可以預見的是，實現(xiàn)本質安全必須將人從生產系統(tǒng)中分離出來，避免人的不安全行為和傷亡；必須智能化地控制機子系統(tǒng)的運行狀態(tài)和環(huán)境因素變化，減少機子系統(tǒng)故障和事故帶來的損失。消除人的傷亡、減少機的故障是實現(xiàn)本質安全的核心，而人工智能管理系統(tǒng)是實現(xiàn)本質安全的根本途徑。

4 結論

(1) 對于實現(xiàn)本質安全，生產系統(tǒng)中不同子系統(tǒng)的作用不同。人子系統(tǒng)是實現(xiàn)本質安全的關鍵；管子系統(tǒng)是核心；機子系統(tǒng)是立足點；環(huán)子系統(tǒng)是外在保障。只通過設計在機子系統(tǒng)中無法實現(xiàn)本質安全，而應在管子系統(tǒng)中實現(xiàn)本質安全。

(2) 人工智能管理系統(tǒng)給生產系統(tǒng)帶來結構改變。這些改變主要包括操作者消失、管理者作用變化、增加反饋機制、系統(tǒng)結構變化。這種情況下人子系統(tǒng)不在生產系統(tǒng)中，避免了生產給人帶來的傷亡和人的不安全行為。控制和反饋機制減少了機和環(huán)子系統(tǒng)的不安全狀態(tài)。結構變化降低了系統(tǒng)的復雜程度，減少了子系統(tǒng)間意外的能量、物質和信息交換。

(3) 生產系統(tǒng)的本質安全需通過人工智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)。人工智能管理系統(tǒng)具有雙循環(huán)和自學習的特征。雙循環(huán)分別控制機子系統(tǒng)和環(huán)子系統(tǒng)，自學習則是通過對管理者和專家的經(jīng)驗學習，對比運行數(shù)據(jù)庫和環(huán)境數(shù)據(jù)庫進行故障模式識別，最終形成故障知識庫。雖然故障模式識別和故障知識庫仍處于研究階段，但這是實現(xiàn)生產系統(tǒng)本質安全的必由之路。