把蝴蝶結(jié)模型與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法結(jié)合起來的過程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全分析

把蝴蝶結(jié)模型與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法結(jié)合起來的過程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全分析摘要在用于過程系統(tǒng)安全分析的多種方法中蝴蝶結(jié)模（B越來越受歡迎，因?yàn)樗咽鹿蕡?chǎng)景從原因到影響都展示了出來然而由于它的靜態(tài)自然組件—事件樹和事故樹的緣故，B在動(dòng)態(tài)安全分析中的應(yīng)用受到限制。因此，在B中考慮到修正事件發(fā)生的可能性及結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)方面很難。而且，B不能表示條件之間的相互關(guān)系本文闡述了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（B）如何有助于克服這些限制。事實(shí)也表明，由于B靈活的結(jié)構(gòu)，可以用于更大范圍的事故場(chǎng)景動(dòng)態(tài)安全分析。美國(guó)化學(xué)安全委員的一個(gè)案例研究用兩種技術(shù)的比較結(jié)果說明了B和B技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)安全分析；蝴蝶結(jié)方法；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)1介紹因?yàn)檫^程系統(tǒng)在高溫或壓力時(shí)處理有害物質(zhì)，他們很容易發(fā)生毀滅性事故。全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之后，實(shí)施安全措施對(duì)于維持風(fēng)險(xiǎn)水平低于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)來說是至關(guān)重要的事故分析中常采用一系列風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法如定量風(fēng)險(xiǎn)分析(QRA),概率安全分析(P優(yōu)風(fēng)險(xiǎn)分析(Oelvosallee在al.(20ARA中用了B方法來識(shí)別過程系統(tǒng)中的主要涉及到的事故場(chǎng)景。然而很難找到一個(gè)單一的技術(shù)完全從開始到結(jié)束都可以捕捉不同階段的事故以及足夠靈活以適應(yīng)各種事故。B優(yōu)點(diǎn)：在所有事故分析模型中，B已經(jīng)被證明是可靠的和有效的工具部分是由于它能夠?qū)⒁粋€(gè)時(shí)間的原因和后果在圖形模型中展現(xiàn)出來。它已廣泛應(yīng)用于不同的安全與風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)如過程安全分析事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)管理和安全屏障的實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)：由于B是由事故樹和事件樹組成，它同時(shí)受到兩者的限制。例如）標(biāo)準(zhǔn)事故樹不適用于冗余、常見原因或非獨(dú)立原因事件發(fā)生的場(chǎng)？）故障樹也無法應(yīng)用于多變量場(chǎng)景因?yàn)樗鼈兘?jīng)常要在過程系統(tǒng)中建模。更重要的是由于事故樹和事件樹的靜態(tài)結(jié)構(gòu)它們不能用于動(dòng)態(tài)性的事故?？傊畵Q句話說這些技術(shù)不能直接使用從設(shè)備獲得的主要事件和安全壁壘更新的失效概率實(shí)時(shí)信息。2.為了解決上述問題，一些學(xué)者使用了貝葉斯方法。在這種方法中，貝葉斯理論是與標(biāo)準(zhǔn)事故樹、事件樹和蝴蝶結(jié)分析一起使用的。另一方面,B不僅受益于貝葉斯定理提供的更新概率它還充分利用其靈活的結(jié)構(gòu)來適用于各種各樣的事故。文章結(jié)構(gòu)目前的研究表明B的局限性大部分是由于其靜態(tài)成分這一點(diǎn)可以通過與B的結(jié)合可以很容易的到解決。2安全分析技術(shù)2蝶結(jié)模型B模型是表述一個(gè)事故場(chǎng)景最好的圖形化方法之一，因?yàn)樗梢詮氖鹿实脑蜷_始描述，直到事故后果。當(dāng)對(duì)一個(gè)關(guān)鍵事件進(jìn)行分析時(shí)，B左側(cè)是一個(gè)事故樹分析引起關(guān)鍵事件的可能原因事件而其右側(cè)是一個(gè)事件樹，分析該關(guān)鍵事件安全功能成功或失敗可能造成的后果。圖是BT模型的一個(gè)典例由不同部分組成如基本事（P中間事（Ii頂事件（TE安全屏障(S故后果（Ci圖1 圖5B特點(diǎn)：a.助于理解哪些基本事件可能導(dǎo)致事故樹中頂事件的發(fā)生b有助于理解哪些安全功能故障可使頂事件發(fā)展成為事件樹中的特定后果。例如：圖中事件的發(fā)生概率可寫為：在此，P(事件的發(fā)生概率，P??、P(、P(別是SB的非失效概率、S2S效概率 2 3 12葉斯網(wǎng)絡(luò)與BT型類似，貝葉斯（BN網(wǎng)絡(luò)模型也是一個(gè)圖形，它已廣泛應(yīng)用于基于概率和不確定知識(shí)的風(fēng)險(xiǎn)和安全分析。貝葉斯理論是處理不確定性信息的重要工具。作為一種基于概率的不確定性推理方法，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在處理不確定信息的智能化系統(tǒng)中已得到了重要的應(yīng)用，已成功地用于醫(yī)療診斷、統(tǒng)計(jì)決策、專家系統(tǒng)，學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。這些成功的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種強(qiáng)有力的不確定性推理方法。一個(gè)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有向無環(huán)圖(DirectelicphAG),表變量節(jié)點(diǎn)及連接這些節(jié)點(diǎn)有向邊構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)代表隨機(jī)變量，節(jié)點(diǎn)間的有向邊代表了節(jié)點(diǎn)間的互相關(guān)系由父節(jié)點(diǎn)指向其子節(jié)點(diǎn)，用條件概率進(jìn)行表達(dá)關(guān)系強(qiáng)度，沒有父節(jié)點(diǎn)的用先驗(yàn)概率進(jìn)行信息表達(dá)。節(jié)點(diǎn)變量可以是任何問題的抽象，如：測(cè)試值，觀測(cè)現(xiàn)象，意見征詢等。適用于表達(dá)和分析不確定性和概率性的事件，應(yīng)用于有條件地依賴多種控制因素的決策，可以從不完全、不精確或不確定的知識(shí)或信息中做出推理。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型最簡(jiǎn)單的例子是“分類器”，即在觀測(cè)節(jié)點(diǎn)輸入多個(gè)特征，就能獲得這些特征所對(duì)應(yīng)的具體事物。例如一個(gè)箱子里裝有籃球，排球和足球你的朋友每次從箱子里取出某一個(gè)球但你看不見所取球的類型，只能通過朋友描述尺寸，外表，顏色等特征觀測(cè)數(shù)據(jù)來辨別分類，當(dāng)然你之所以具備辨別分類能力是你長(zhǎng)期對(duì)幾種球類的觀察和認(rèn)識(shí)，并將這些特征一一儲(chǔ)存在你腦部，這就形成先驗(yàn)知識(shí)以及特征與具體事物的對(duì)應(yīng)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)。如果模型和先驗(yàn)知識(shí)精確，你的朋友僅需要說出尺寸或者顏色你就立刻可以分類，如果模型或先驗(yàn)知識(shí)不精確，那朋友就需要多說出幾個(gè)特征你才能辨別。通過上面的例子發(fā)現(xiàn)，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)需要學(xué)習(xí)，即通過數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練在具有觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)需要推理這里就包含了B的核心研究?jī)?nèi)容。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)為了彌補(bǔ)F不足，加強(qiáng)土石壩風(fēng)險(xiǎn)分析的準(zhǔn)確性，引入了BNB由Pearl世紀(jì)8年代首次提出，隨后被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在風(fēng)險(xiǎn)分析中發(fā)揮了很大作用。圖表示了最簡(jiǎn)單的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，圖中為基本事件。圖貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由有向無環(huán)圖(DirectedAcyclicGrG條件概率表(Conditional，CPT)biliTab成。D含個(gè)部分：代表系統(tǒng)變量的節(jié)點(diǎn)和表示變量關(guān)系的有向弧C示這些變量間關(guān)系的強(qiáng)度。2射算法2.3.1樹映射事故樹事故樹分析法的產(chǎn)生事故樹分析（FaultTre，naysis方法起源于故障樹分析（簡(jiǎn)稱F，是安全系統(tǒng)工程的重要分析方法之一，它是運(yùn)用邏輯推理對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)和評(píng)價(jià)，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潛在原因。用它描述事故的因果關(guān)系直觀、明了。思路清晰，邏輯性強(qiáng)，既可定性分析，又可定量分析。在風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域常用于企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和衡量。。FT工程安全風(fēng)險(xiǎn)分析中應(yīng)用廣泛，但有自身的局限性，B的引入彌補(bǔ)了F不足。B是基于概率推理的數(shù)學(xué)模型，可以用來解決復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性。但F'有不足之處：(故樹中事件只有工作和失效種狀態(tài)，但是很多事件卻有多態(tài)性，而事故樹很難描述具有多態(tài)性的事件。(故樹中假設(shè)各個(gè)事件相互獨(dú)立，但事實(shí)上它們之間或多或少會(huì)存在一定的關(guān)系。FTAU映射個(gè)映射法則包含了圖像映射和數(shù)值映射。在圖像映射中，事故樹分析中的基本事件、中間事件和頂事件被表示為相應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)。在數(shù)值映射中，事故樹分析中基本事件發(fā)生概率對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的根節(jié)點(diǎn)初始概率。任何一個(gè)中問節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)于一個(gè)條件概率表．該概率表是依據(jù)事故樹中邏輯門的邏輯關(guān)系得出的。FAB映射的具體步驟如下：(FT中每個(gè)事件基本事件、中間事件和頂事件對(duì)應(yīng)到B中的節(jié)點(diǎn)根節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)。對(duì)于重復(fù)事件只建立個(gè)節(jié)點(diǎn)。(2)基本事件發(fā)生概率對(duì)應(yīng)到B中根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率。(據(jù)F每個(gè)事件之間的連接關(guān)系建立B中各節(jié)點(diǎn)的連接。(據(jù)FT中邏輯門的邏輯關(guān)系得出B中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的條件概率。事件樹事故樹不能表達(dá)更復(fù)雜變量(FTA達(dá)多態(tài)變量以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)。2.3.2樹映射事件樹向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化步奏：）對(duì)事件序列中的每個(gè)事件在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)結(jié)點(diǎn)并根據(jù)該事件命名。對(duì)重復(fù)事件只建立一個(gè)結(jié)點(diǎn)。能。事件樹、事故樹都可以按一定的步奏向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化，也就是說，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具有事故樹、事件樹的功能。事件樹事故樹對(duì)問題的表達(dá)方式不同而貝葉斯表達(dá)方式統(tǒng)一，便于計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理尤其從貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中很容易看出結(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性而在事故樹事件樹中有時(shí)必須經(jīng)過認(rèn)真辨別甚至分析才能確定結(jié)點(diǎn)之間是否有相關(guān)性。缺點(diǎn)：這。2.結(jié)模型映射，即了。例如如下圖的B模型中一系列基本事件導(dǎo)致了汽油泄露。火代號(hào)y或蒸氣（點(diǎn)火代號(hào)n然而當(dāng)相應(yīng)的B發(fā)展為圖時(shí)，另一個(gè)結(jié)果也可以是由結(jié)點(diǎn)汽油泄露和點(diǎn)（圖的狀態(tài)