《安全生產(chǎn)智能化保障技術(shù) 第2版》習(xí)題及解答 蔣永清

第一章課后習(xí)題解答1.安全生產(chǎn)的內(nèi)涵是什么，其作用是什么？答：安全生產(chǎn)一般意義上講,是指在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中,通過(guò)人、機(jī)、物料、環(huán)境、方法的和諧運(yùn)作,使生產(chǎn)過(guò)程中潛在的各種事故風(fēng)險(xiǎn)和傷害因素始終處于有效控制狀態(tài),切實(shí)保護(hù)勞動(dòng)者的生命安全和身體健康。也就是說(shuō),為了使勞動(dòng)過(guò)程在符合安全要求的物質(zhì)條件和工作秩序下進(jìn)行的,防止人身傷亡財(cái)產(chǎn)損失等生產(chǎn)事故,消除或控制危險(xiǎn)有害因素,保障勞動(dòng)者的安全健康和設(shè)備設(shè)施免受損壞、環(huán)境免受破壞的一切行為。其作用如下：安全生產(chǎn)是社會(huì)發(fā)展的必然要求；安全生產(chǎn)是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要條件；安全生產(chǎn)是企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)；安全生產(chǎn)是堅(jiān)持安全發(fā)展、構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的必然要求2.我國(guó)安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀是什么？答：外部環(huán)境：1）生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)依然頻繁,安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、面持續(xù)擴(kuò)大。2）新型城鎮(zhèn)化推進(jìn)加速,局部安全風(fēng)險(xiǎn)聚集,城市運(yùn)行管控和人員安全管理難度加大。3）新材料、新工藝、新業(yè)態(tài)、新社會(huì)組織大量涌現(xiàn),存量風(fēng)險(xiǎn)和增量風(fēng)險(xiǎn)交織并存,安全生產(chǎn)不確定因素增多。事故形式：1）我國(guó)處于事故的易發(fā)多發(fā)期和向平穩(wěn)期過(guò)渡的轉(zhuǎn)型期。2）重特大事故尚未得到有效遏制；3）地區(qū)間事故分布不均衡,部分地區(qū)出現(xiàn)反彈；安全生產(chǎn)基礎(chǔ)：1）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局不合理,落后生產(chǎn)能力和工藝大量存在；2）從業(yè)人員受教育程度偏低,安全素質(zhì)能力和意識(shí)不足；3）職業(yè)病人員數(shù)量有所上升,風(fēng)險(xiǎn)仍在累積。3.什么是人工智能？答：人工智能就是認(rèn)識(shí)智能機(jī)理,建造智能實(shí)體,用人工的方法去模擬和實(shí)現(xiàn)人類智能。研究者們發(fā)展了眾多理論和原理,人工智能的概念也隨之?dāng)U展。4.試論述智能技術(shù)對(duì)安全生產(chǎn)的影響及作用。答：提高生產(chǎn)效率與安全性；優(yōu)化生產(chǎn)流程與風(fēng)險(xiǎn)管理；提升員工安全意識(shí)與培訓(xùn)效果；強(qiáng)化應(yīng)急響應(yīng)與事故處理；推動(dòng)安全生產(chǎn)智能化升級(jí)5.安全生產(chǎn)智能保障的特征是什么？答：安全生產(chǎn)智能保障的特征主要體現(xiàn)在6個(gè)方面:實(shí)時(shí)感知、全面聯(lián)系、自動(dòng)處理、預(yù)測(cè)預(yù)警、輔助決策、分析優(yōu)化6.安全生產(chǎn)智能保障的基本框架是什么？答：安全生產(chǎn)智能保障技術(shù)是集合了從數(shù)據(jù)層、信息層向知識(shí)層、智能化方向發(fā)展以保障生產(chǎn)過(guò)程安全的技術(shù)總和,其基本框架如圖所示。第二章課后習(xí)題解答1.什么是計(jì)算智能?答：計(jì)算智能是指計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)或者觀察中學(xué)習(xí)到特定的任務(wù)的能力，是以自然為靈感產(chǎn)生的計(jì)算方式和方法，為傳統(tǒng)數(shù)學(xué)以及建模無(wú)法解決的推理過(guò)程復(fù)雜或充滿隨機(jī)性的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提供新的解決方案。2.簡(jiǎn)述人工智能與計(jì)算智能的區(qū)別?答：智能計(jì)算是一種智力方式的底層認(rèn)知,它與人工智能的區(qū)別只是認(rèn)知層次從中層下降至底層而已。中層系統(tǒng)含有知識(shí),底層系統(tǒng)則沒(méi)有。若一個(gè)智能計(jì)算系統(tǒng)以非數(shù)值方式加上知識(shí)值,即成為人工智能系統(tǒng)。3.遺傳算法的本質(zhì)是什么?答：遺傳算法(GeneticAlgorithm,GA)是模擬自然界生物進(jìn)化機(jī)制的一種算法,即遵循“適者生存、優(yōu)勝劣汰”的法則,也就是有用的保留,無(wú)用的去除。4.遺傳算法的基本算子有哪些?作用分別是什么?答：遺傳算法主要包括三個(gè)重要的算子,它們分別是選擇、交叉和變異。在自然進(jìn)化的過(guò)程中,對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的個(gè)體將有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生下一代,適應(yīng)能力弱的個(gè)體產(chǎn)生后代的機(jī)會(huì)則相對(duì)較少。遺傳算法中,選擇算子在避免基因損失、提高搜索速度和全局收斂方面有著舉足輕重的作用。遺傳算法的交叉算子按照一定的規(guī)則來(lái)使兩個(gè)相互配對(duì)的個(gè)體交換部分基因,這樣就形成了新的個(gè)體。在交叉操作之前,要對(duì)個(gè)體進(jìn)行配對(duì)操作。最常用的配對(duì)方式是隨機(jī)配對(duì),即將當(dāng)前群體中的M個(gè)個(gè)體以隨機(jī)的方式組成M/2個(gè)配對(duì)組。在遺傳算法中,應(yīng)用變異算子來(lái)模擬這種生物的變異過(guò)程,變異算子將個(gè)體編碼串中的某些基因座上的基因用其他等位基因來(lái)替代,從而形成一個(gè)新個(gè)體。變異算子可以改善遺傳算法的局部搜索能力,維持群體的多樣性,防止算法進(jìn)入早熟的狀態(tài)。5.什么是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?它有哪些特征?答：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetworks,ANN)也簡(jiǎn)稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN),它是一種模仿動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程度,通過(guò)調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點(diǎn)之間相互連接的關(guān)系,從而達(dá)到處理信息的目的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括信息處理的并行性、信息存儲(chǔ)的分布性、信息處理單元的互聯(lián)性、結(jié)構(gòu)的可塑性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能特點(diǎn)包括高度的非線性、良好的容錯(cuò)性和計(jì)算的非精確性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能力特征包括自學(xué)習(xí)、自組織與自適應(yīng)性。神經(jīng)生物類比性6.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)模式有哪些?分別如何學(xué)習(xí)的?答：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法歸納為有導(dǎo)師學(xué)習(xí)、無(wú)導(dǎo)師學(xué)習(xí)和灌輸式學(xué)習(xí)。(1)有導(dǎo)師學(xué)習(xí)有導(dǎo)師學(xué)習(xí)也稱為有監(jiān)督學(xué)習(xí),這種學(xué)習(xí)模式采用的是糾錯(cuò)規(guī)則。在學(xué)習(xí)訓(xùn)練過(guò)程中需要不斷地給網(wǎng)絡(luò)成對(duì)提供一個(gè)輸入模式和一個(gè)期望網(wǎng)絡(luò)正確輸出的模式,稱為“教師信號(hào)”。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出同期望輸出進(jìn)行比較,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸出與期望的教師信號(hào)不符時(shí),根據(jù)差錯(cuò)的方向和大小按一定的規(guī)則調(diào)整權(quán)值,以使下一步網(wǎng)絡(luò)的輸出更接近期望結(jié)果。(2)無(wú)導(dǎo)師學(xué)習(xí)無(wú)導(dǎo)師學(xué)習(xí)也稱為無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)過(guò)程中,需要不斷地給網(wǎng)絡(luò)提供動(dòng)態(tài)輸入信息,網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)特有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)規(guī)則,在輸入信息流中發(fā)現(xiàn)任何可能存在的模式和規(guī)律,同時(shí)能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的功能和輸入信息調(diào)整權(quán)值,這個(gè)過(guò)程稱為網(wǎng)絡(luò)的自組織,其結(jié)果是使網(wǎng)絡(luò)能對(duì)屬于同一類的模式進(jìn)行自動(dòng)分類。(3)灌輸式學(xué)習(xí)灌輸式學(xué)習(xí)是指將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成能記憶特別的例子,以后當(dāng)給定有關(guān)該例子的輸入信息時(shí),例子便被回憶起來(lái)。7.粒子群算法的基本原理和特點(diǎn)是什么?答：粒子群算法是起源對(duì)簡(jiǎn)單社會(huì)系統(tǒng)的模擬,PSO算法從這種模型中得到啟示并用于解決優(yōu)化問(wèn)題,每個(gè)優(yōu)化問(wèn)題的潛在解都是搜索空間中的一只鳥(niǎo),稱為粒子。所有的粒子都有一個(gè)由被優(yōu)化的函數(shù)決定的適應(yīng)值,每個(gè)粒子還有一個(gè)速度決定它們“飛行”的方向和距離,粒子追隨當(dāng)前的最優(yōu)粒子在解空間中搜索。特點(diǎn)如下：1)粒子群優(yōu)化算法是基于群體智能理論的優(yōu)化算法；2)PSO算法與GA有很多共同之處,兩者都是隨機(jī)初始化種群,使用適應(yīng)度值來(lái)評(píng)價(jià)個(gè)體的優(yōu)劣程度并進(jìn)行一定的隨機(jī)搜索。但PSO算法沒(méi)有交叉和變異運(yùn)算,依靠粒子速度完成搜索,并且在迭代進(jìn)化中只有最優(yōu)的粒子把信息傳遞給其他粒子,搜索速度快。3)PSO算法具有良好的機(jī)制來(lái)有效地平衡搜索過(guò)程的多樣性和方向性。4）PSO算法中個(gè)體最優(yōu)值將信息傳遞給其他粒子,是單向的信息流動(dòng)。5)PSO算法具有記憶性,粒子群體的歷史最好位置可以記憶并傳遞給其他粒子。6)由于每個(gè)粒子在算法結(jié)束時(shí)仍然保持其個(gè)體極值,因此若將PSO算法用于調(diào)度和決策問(wèn)題則可以給出多種有意義的選擇方案。7)PSO算法對(duì)群體大小不是十分敏感,即群體數(shù)目下降時(shí),性能下降不是很大。8.粒子群算法主要用于解決哪些類型的問(wèn)題?答：(1)約束優(yōu)化；(2)函數(shù)優(yōu)化；(3)機(jī)器人智能控制；(4)電力系統(tǒng)領(lǐng)域；(5)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題；(6)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；(7)通信領(lǐng)域；(8)交通運(yùn)輸領(lǐng)域9.蟻群算法對(duì)搜索空間的了解機(jī)制主要包括哪幾方面?答：螞蟻的記憶；螞蟻利用信息素進(jìn)行互相通信；螞蟻的集群活動(dòng)；螞蟻的移動(dòng)概率分布10.簡(jiǎn)述蟻群算法的工作流程。答：蟻群算法的基本思想概括如下:1)所有螞蟻遇到障礙物時(shí)按照等概率選擇路徑,并留下信息素。2)隨著時(shí)間的推移,較短路徑的信息素濃度升高。3)螞蟻再次遇到障礙物時(shí),會(huì)選擇信息素濃度高的路徑。4)較短路徑的信息素濃度繼續(xù)升高,最終最優(yōu)路徑被選擇出來(lái)。算法流程如圖所示：11.蟻群算法主要用來(lái)解決哪些類型的問(wèn)題?答：電信網(wǎng)絡(luò)路由；大規(guī)模集成電路綜合布線；移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃；12.什么是人工免疫系統(tǒng)?答：人工免疫算法將優(yōu)化問(wèn)題中待優(yōu)化的問(wèn)題對(duì)應(yīng)免疫應(yīng)答中的抗原,可行解對(duì)應(yīng)抗體(B細(xì)胞),可行解質(zhì)量對(duì)應(yīng)免疫細(xì)胞與抗原的親和度,如此則可以將優(yōu)化問(wèn)題的尋優(yōu)過(guò)程與生物免疫系統(tǒng)識(shí)別抗原并實(shí)現(xiàn)抗體進(jìn)化的過(guò)程對(duì)應(yīng)起來(lái)。將生物免疫應(yīng)答中的進(jìn)化鏈(抗體群→免疫選擇→細(xì)胞克隆→高頻變異→克隆抑制→產(chǎn)生新抗體→新抗體群)抽象為數(shù)學(xué)上的進(jìn)化尋優(yōu)過(guò)程,形成智能優(yōu)化算法。13.目前常用的人工免疫算法有哪些?答：1)模仿免疫系統(tǒng)抗體與抗原識(shí)別,結(jié)合抗體產(chǎn)生過(guò)程而抽象出來(lái)的免疫算法。2)基于免疫系統(tǒng)中的其他特殊機(jī)制抽象出的算法,例如克隆選擇算法。3)與遺傳算法等其他計(jì)算智能融合產(chǎn)生的新算法,例如免疫遺傳算法。14.簡(jiǎn)要敘述人工免疫系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。答：柔性車間調(diào)度問(wèn)題；物流配送問(wèn)題；生產(chǎn)批量計(jì)劃問(wèn)題；15.試論述各類智能算法在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用。答：基于遺傳算法的地層壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鉆進(jìn)過(guò)程安全監(jiān)控專家系統(tǒng)；基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油氣管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)第三章課后習(xí)題解答1.什么是智能傳感器?具有哪些特點(diǎn)?答：智能傳感器定義為具有與外部系統(tǒng)雙向通信手段,用于發(fā)送測(cè)量、狀態(tài)信息,接受和處理外部命令的傳感器。對(duì)于智能傳感器,國(guó)外有不同的叫法,有的稱為IntelligentSensor,也有的稱為SmartSensor。但是普遍認(rèn)為,智能傳感器是帶有微處理器并兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器,它能充分利用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,并能對(duì)內(nèi)部工作過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,使采集的數(shù)據(jù)最佳。具有如下特點(diǎn)：高精度；高可靠性；高信噪比；高自適應(yīng)性；高性價(jià)比2.簡(jiǎn)述智能傳感器的功能。答：信息存儲(chǔ)和傳輸；自補(bǔ)償和計(jì)算功能；自檢自校、自診斷功能；復(fù)合敏感功能；組態(tài)功能；數(shù)字通信功能；3.智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑有哪些?答：①利用計(jì)算機(jī)合成,即智能合成;②利用特殊功能材料,即智能材料;③利用功能化幾何結(jié)構(gòu),即智能結(jié)構(gòu)。4.簡(jiǎn)述利用計(jì)算機(jī)合成智能傳感器的途徑。答：按傳感器與計(jì)算機(jī)的合成方式,目前的傳感技術(shù)沿用以下三種具體方式實(shí)現(xiàn)智能傳感器:非集成化實(shí)現(xiàn)、集成化實(shí)現(xiàn)和混合實(shí)現(xiàn)。5.什么是MEMS傳感器?答：MEMS傳感器是微機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分,是采用MEMS制造技術(shù),即微電子制造技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)制造的在材料、制作工藝、基礎(chǔ)理論、工作原理、設(shè)計(jì)方法等方面都完全有別于傳統(tǒng)傳感器的一種新型微傳感器。6.例舉一些常用的MEMS氣體傳感器答：MEMS可燃?xì)怏w傳感器；MEMS毒性氣體傳感器；MEMS大氣污染傳感器；MEMS汽車專業(yè)傳感器；7.試論述不同種類智能傳感器在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用。答：1）溫濕度傳感器。應(yīng)用：溫濕度傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度和濕度，確保環(huán)境處于安全、舒適的范圍內(nèi)。在化工、制藥等行業(yè)中，溫濕度控制對(duì)于防止化學(xué)反應(yīng)失控、藥品變質(zhì)等至關(guān)重要。安全生產(chǎn)作用：通過(guò)監(jiān)測(cè)和調(diào)控溫濕度，可以減少因環(huán)境因素引發(fā)的安全事故，如火災(zāi)、爆炸等。2）氧氣傳感器與一氧化碳傳感器。應(yīng)用：氧氣傳感器用于檢測(cè)空氣中的氧氣濃度，確保人員呼吸安全；一氧化碳傳感器則用于檢測(cè)室內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度，防止中毒事故發(fā)生。安全生產(chǎn)作用：在煤礦、隧道、化工等易產(chǎn)生有害氣體的環(huán)境中，這些傳感器能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的安全隱患，保障人員生命安全。3）壓力傳感器與差壓傳感器；應(yīng)用：壓力傳感器用于測(cè)量壓力變化，確保設(shè)備正常運(yùn)行；差壓傳感器則用于獲取差壓值，幫助監(jiān)測(cè)流體流動(dòng)狀態(tài)。安全生產(chǎn)作用：在化工、石油、天然氣等行業(yè)中，這些傳感器能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或泄漏問(wèn)題，防止因壓力異常引發(fā)的安全事故。第四章課后習(xí)題解答1.什么是專家系統(tǒng)?答：專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，內(nèi)部含有某領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理領(lǐng)域問(wèn)題。它通過(guò)人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過(guò)程，以解決復(fù)雜問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之,專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。2.按照專家系統(tǒng)處理問(wèn)題的類型,專家系統(tǒng)可分為哪幾種類型?答：解釋專家系統(tǒng)；預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)；診斷專家系統(tǒng)；設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)；規(guī)劃專家系統(tǒng)；監(jiān)視專家系統(tǒng)；控制專家系統(tǒng)；調(diào)試專家系統(tǒng)；教學(xué)專家系統(tǒng)；修理專家系統(tǒng)3.簡(jiǎn)述專家系統(tǒng)的一般特點(diǎn)。答：1)啟發(fā)性專家系統(tǒng)能運(yùn)用專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、判斷和決策。2)透明性專家系統(tǒng)能夠解釋本身的推理過(guò)程和回答用戶提出的問(wèn)題,以便讓用戶能夠了解推理過(guò)程,提高對(duì)專家系統(tǒng)的信賴感。3)靈活性專家系統(tǒng)能不斷地增長(zhǎng)知識(shí),修改原有知識(shí),不斷更新。由于這一特點(diǎn),使得專家系統(tǒng)具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。4.畫出專家系統(tǒng)的一般組成框圖,說(shuō)明各組成部分的主要功能。答；1)知識(shí)庫(kù)用于存儲(chǔ)某領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的專門知識(shí),包括事實(shí)、可行操作與規(guī)劃等。2)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)又稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)或總數(shù)據(jù)庫(kù),它用于存儲(chǔ)領(lǐng)域或問(wèn)題的初始數(shù)據(jù)和推理過(guò)程中得到的中間數(shù)據(jù)(信息),即被處理對(duì)象的一些當(dāng)前事實(shí)。3)推理機(jī)用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序,使整個(gè)專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機(jī)能夠根據(jù)知識(shí)進(jìn)行推理并導(dǎo)出結(jié)論,而不是簡(jiǎn)單地搜索現(xiàn)成的答案。4)解釋器能夠向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為,包括解釋推理結(jié)論的正確性以及系統(tǒng)輸出其他候選解的原因。5)接口又稱為界面,它能夠使系統(tǒng)與用戶進(jìn)行對(duì)話,使用戶能夠輸入必要的數(shù)據(jù)、提出問(wèn)題和了解推理過(guò)程及推理結(jié)果等。系統(tǒng)則通過(guò)接口,要求用戶回答提問(wèn),并回答用戶提出的問(wèn)題,進(jìn)行必要的解釋。5.簡(jiǎn)述一般的知識(shí)表示方法有哪些?答：1）邏輯表示法以謂詞形式來(lái)表示動(dòng)作的主體、客體,是一種敘述性知識(shí)表示方式。利用邏輯公式,人們能描述對(duì)象、性質(zhì)、狀況和關(guān)系。主要分為命題邏輯和謂詞邏輯。2）產(chǎn)生式表示法又稱規(guī)則表示法,表示一種條件-結(jié)果形式,是目前應(yīng)用最多的一種知識(shí)表示方法,也是一種比較成熟的表示方法。3）框架表示法是以框架理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表示法。該理論認(rèn)為人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的認(rèn)識(shí)都是以一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在記憶當(dāng)中的,當(dāng)面臨一個(gè)新事物時(shí),就從記憶中找出一個(gè)適合的框架,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其細(xì)節(jié)加以修改補(bǔ)充,從而形成對(duì)當(dāng)前事物的認(rèn)識(shí)。4）語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法是通過(guò)概念及其語(yǔ)義關(guān)系來(lái)表示知識(shí)的一種網(wǎng)絡(luò)圖,利用節(jié)點(diǎn)和“帶標(biāo)記的有向圖”,描述時(shí)間、概念、狀況、動(dòng)作以及客體之間的關(guān)系。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)通常由語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)、過(guò)程和語(yǔ)義4部分組成。5）本體論能夠以一種顯式、形式化的方式來(lái)表示語(yǔ)義,提高異結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之間的互操作性,促進(jìn)知識(shí)共享,因而被廣泛用于知識(shí)表示領(lǐng)域。用本體來(lái)表示知識(shí)的目的是統(tǒng)一應(yīng)用領(lǐng)域的概念,構(gòu)建本體層級(jí)體系表示概念之間的語(yǔ)義關(guān)系,實(shí)現(xiàn)人類、計(jì)算機(jī)對(duì)知識(shí)的共享和重用。6）過(guò)程表示方法將知識(shí)的控制性策略均表述為求解問(wèn)題的過(guò)程,稱這種觀點(diǎn)表示知識(shí)的方法為過(guò)程性表示方法,或過(guò)程表示法。7）面向?qū)ο蟊硎痉ㄊ前凑彰嫦驅(qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)原則組成一種混合知識(shí)表示形式,以對(duì)象為中心,把對(duì)象的屬性、動(dòng)態(tài)行為、領(lǐng)域知識(shí)和處理方法的有關(guān)知識(shí)封裝在表達(dá)對(duì)象的結(jié)構(gòu)中。6.何為推理技術(shù)?常用的推理技術(shù)有哪些?答：1）演繹推理是從一般性的前提出發(fā),通過(guò)推導(dǎo)即“演繹”,得出具體陳述或個(gè)別結(jié)論的過(guò)程,即由一般性知識(shí)推理適合于某一具體情況的結(jié)論。這是一種從一般到個(gè)別的推理。2）歸納推理是從足夠多的實(shí)例中歸納出一般性結(jié)論的推理過(guò)程,是一種從個(gè)別到一般的推理。若從歸納時(shí)所選事例的廣泛性來(lái)劃分,歸納推理又可分為完全歸納推理與不完全歸納推理。完全歸納推理是指在進(jìn)行歸納時(shí)考察了相應(yīng)事物的全部對(duì)象,并根據(jù)這些對(duì)象是否都具有某種屬性,從而推出這個(gè)事物是否具有這個(gè)屬性。不完全歸納推理是指只考察了相應(yīng)事物的部分對(duì)象就得出了結(jié)論。3）默認(rèn)推理又稱為缺省推理,它是在知識(shí)不完全的情況下假設(shè)某些條件已經(jīng)具備所進(jìn)行的推理。7.簡(jiǎn)述知識(shí)獲得途徑有哪些?各有什么特點(diǎn)?答：知識(shí)不僅可從領(lǐng)域?qū)＜姨帿@得,而且可以靠知識(shí)工程師提供,還可以從程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行中得到。1）領(lǐng)域?qū)＜姨峁╊I(lǐng)域?qū)＜以谔峁╊I(lǐng)域知識(shí)的同時(shí),也能夠提供某種類型的關(guān)于鄰域知識(shí)的知識(shí),如用于選擇規(guī)則的策略元知識(shí)、用于論證規(guī)則的元知識(shí)等。2）知識(shí)工程師提供通過(guò)分析獲取領(lǐng)域知識(shí),使得知識(shí)工程師熟悉了領(lǐng)域背景,并逐步提出了該領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、推理機(jī)以及知識(shí)表示方法。在這個(gè)建造專家系統(tǒng)的過(guò)程中,知識(shí)工程師同時(shí)也獲得了關(guān)于系統(tǒng)的知識(shí),即關(guān)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的知識(shí),關(guān)于知識(shí)庫(kù)中領(lǐng)域知識(shí)表示特點(diǎn)的知識(shí)等。從有長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)工程師或書(shū)本中獲取元知識(shí)。這些專家能夠提供大量的關(guān)于建造高性能專家系統(tǒng)方面的元知識(shí)。3）機(jī)器自動(dòng)歸納專家系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,可以不斷地積累一些關(guān)于系統(tǒng)的特性,知識(shí)庫(kù)中知識(shí)所具有的特性等元知識(shí)。此外,隨著機(jī)器自動(dòng)學(xué)習(xí)功能的深入研究,高級(jí)的機(jī)器歸納技術(shù)將逐步地被應(yīng)用到專家系統(tǒng)中,是系統(tǒng)本身能夠從成功的和失敗的決策過(guò)程實(shí)例分析中自動(dòng)歸納出關(guān)于領(lǐng)域知識(shí)的元知識(shí)。8.何為機(jī)器學(xué)習(xí)?答：機(jī)器學(xué)習(xí)是計(jì)算機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)和分析數(shù)據(jù)自動(dòng)生成知識(shí)或改進(jìn)性能的過(guò)程。9.機(jī)器學(xué)習(xí)有哪些主要的學(xué)習(xí)方法?簡(jiǎn)述它們之間的區(qū)別。答：1)歸納學(xué)習(xí)歸納學(xué)習(xí)旨在從大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納抽取出一般的判定規(guī)則和模式,是從特殊情況推導(dǎo)出一般規(guī)則的學(xué)習(xí)方法。歸納學(xué)習(xí)的目標(biāo)是形成合理的能解釋已知事實(shí)和預(yù)見(jiàn)新事實(shí)的一般性結(jié)論。2)類比學(xué)習(xí)類比學(xué)習(xí)是利用兩個(gè)不同領(lǐng)域(源域、目標(biāo)域)中的知識(shí)相似性,可以通過(guò)類比,從源域的知識(shí)(包括相似的特征和其他性質(zhì))推導(dǎo)出目標(biāo)域的相應(yīng)知識(shí),從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)。類比學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以使一個(gè)已有的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)新的領(lǐng)域,來(lái)完成原設(shè)計(jì)沒(méi)有的相類似的功能。類比學(xué)習(xí)需要比其他學(xué)習(xí)方式更多的推理。它一般要求先從知識(shí)源(源域)中檢索出可用的知識(shí),再將其轉(zhuǎn)換成新的形式,用到新的狀況(目標(biāo)域)中去。3)基于解釋的學(xué)習(xí)基于解釋的學(xué)習(xí)簡(jiǎn)稱解釋學(xué)習(xí),是指已知理論和這一理論的一個(gè)實(shí)例,通過(guò)解釋為什么這一實(shí)例可以用這一理論來(lái)求解,從而產(chǎn)生關(guān)于待學(xué)概念的一個(gè)解釋。在這一過(guò)程中,系統(tǒng)得到啟發(fā),從而建立一套求解類似問(wèn)題的規(guī)范。這種先通過(guò)演繹解釋,然后通過(guò)歸納來(lái)構(gòu)造一般原則的學(xué)習(xí)方法稱為基于解釋的學(xué)習(xí)方法。解釋學(xué)習(xí)需要給定目標(biāo)概念、訓(xùn)練實(shí)例、領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)、操作準(zhǔn)則,來(lái)求解訓(xùn)練實(shí)例的一般化概念,使之滿足目標(biāo)概念與操作準(zhǔn)則。解釋學(xué)習(xí)的一個(gè)重要前提就是領(lǐng)域知識(shí)。在領(lǐng)域知識(shí)完備的情況下,無(wú)須學(xué)習(xí)便可推理出目標(biāo)概念,但求出所有情況是困難的,因此通過(guò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)可以獲取有用知識(shí);在領(lǐng)域知識(shí)不完備的情況下,通過(guò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)獲得近似解釋。4)遺傳算法遺傳算法是借鑒生物遺傳機(jī)制的一種隨機(jī)化非線性計(jì)算算法。它通過(guò)對(duì)對(duì)象系統(tǒng)第一代群體中的個(gè)體不斷地進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的選擇與隨機(jī)性遺傳變異來(lái)獲得對(duì)象系統(tǒng)的一個(gè)非線性映射模型。這個(gè)映射模型就是采用遺傳算法對(duì)對(duì)象系統(tǒng)的第一代群體學(xué)習(xí)的結(jié)果,也是對(duì)象系統(tǒng)的知識(shí)表示。5)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由一些類似神經(jīng)元的單元及單元間帶權(quán)的連接弧構(gòu)成,其中每個(gè)單元具有一個(gè)狀態(tài)。通過(guò)各類實(shí)例(樣本)的反復(fù)訓(xùn)練,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷調(diào)整各連接弧上的權(quán)值及神經(jīng)元的內(nèi)部狀態(tài),當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能恰當(dāng)?shù)胤从尘W(wǎng)絡(luò)輸入模式對(duì)輸出模式的映射關(guān)系,從而達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。一個(gè)對(duì)象系統(tǒng)通過(guò)實(shí)例訓(xùn)練獲得一個(gè)穩(wěn)定權(quán)值分布的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),就是這個(gè)對(duì)象系統(tǒng)的知識(shí)表示。10.試論述專家系統(tǒng)如何在各行業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)保障。答：專家系統(tǒng)能夠集成領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合推理和分析能力，實(shí)現(xiàn)智能化安全管理。例如：1）金屬非金屬礦山安全：通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)和逐層推理分析提高礦山安全水平。2）石化行業(yè)設(shè)備管理：利用動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估優(yōu)化維修計(jì)劃，保障設(shè)備安全運(yùn)行。3）交通與軍事指揮：實(shí)時(shí)調(diào)度資源、預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)、減少安全隱患。第五章課后習(xí)題解答1.智能控制中的智能是從何而來(lái)的？答：智能控制中的“智能”是“人工智能”的簡(jiǎn)稱，主要來(lái)源于計(jì)算機(jī)模擬人的智能行為。通過(guò)模擬人腦的功能，利用智能傳感器獲取信息，并通過(guò)智能控制器進(jìn)行反饋和決策。2.智能控制的特點(diǎn)是什么？答：1)智能控制系統(tǒng)一般具有以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制過(guò)程。它適用于含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性、不確定和不存在已知算法的生產(chǎn)過(guò)程。它根據(jù)被控動(dòng)態(tài)過(guò)程特征辨識(shí),采用開(kāi)閉環(huán)控制和定性與定量控制結(jié)合的多模態(tài)控制方式。2)智能控制器具有分層信息處理和決策的結(jié)構(gòu)。它實(shí)際上是對(duì)人神經(jīng)結(jié)構(gòu)或?qū)＜覜Q策機(jī)構(gòu)的一種模仿。復(fù)雜的大系統(tǒng)中,通常采用任務(wù)分塊、控制分散方式。智能控制核心在高層控制,它對(duì)環(huán)境或過(guò)程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)廣義求解。要實(shí)現(xiàn)此任務(wù)需要采用符號(hào)信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示及自動(dòng)推理和決策的相關(guān)技術(shù),這些問(wèn)題求解與人腦思維接近。低層控制也屬于智能控制系統(tǒng)不可缺少的一部分,一般采用常規(guī)控制。3)智能控制器具有非線性。這是因?yàn)槿说乃季S具有非線性,作為模仿人的思維進(jìn)行決策的智能控制也具有非線性特點(diǎn)。4)智能控制器具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在控制過(guò)程中,根據(jù)當(dāng)前的偏差及偏差變化率的大小和方向,在調(diào)整參數(shù)得不到滿足時(shí),以躍變方式改變控制器的結(jié)構(gòu),以改善系統(tǒng)的性能。5)智能控制器具有總體自尋優(yōu)特點(diǎn)。由于智能控制器具有在線特征辨識(shí)、特征記憶和擬人特點(diǎn),在整個(gè)控制過(guò)程中計(jì)算機(jī)在線獲取信息和實(shí)時(shí)處理并給出控制決策,通過(guò)不斷優(yōu)化參數(shù)和尋找控制器的最佳結(jié)構(gòu)形式,以獲取整體最優(yōu)控制性能。3.簡(jiǎn)述智能控制系統(tǒng)的基本功能。答：1)學(xué)習(xí)功能系統(tǒng)對(duì)一個(gè)過(guò)程或未知環(huán)境所提供的信息進(jìn)行識(shí)別、記憶、學(xué)習(xí),并利用積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能,這種功能與人的學(xué)習(xí)過(guò)程相類似。2)適應(yīng)功能這種適應(yīng)能力包括更高層次的含意,除了包括對(duì)輸入輸出自適應(yīng)估計(jì),還包括故障情況下自修復(fù)等功能。3)組織功能對(duì)于復(fù)雜任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和協(xié)調(diào)功能,使系統(tǒng)具有主動(dòng)性和靈活性,控制器可在任務(wù)要求范圍內(nèi)進(jìn)行自行決策,主動(dòng)采取行動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時(shí),在一定限制下,各控制器可以在一定范圍內(nèi)協(xié)調(diào)自行解決。4.智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)有哪些？簡(jiǎn)述其各自的特點(diǎn)。答：智能控制系統(tǒng)分為智能控制器和外部環(huán)境兩大部分。其中智能控制器由六部分組成:智能信息處理識(shí)別、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能規(guī)劃智能決策、認(rèn)知學(xué)習(xí)、控制知識(shí)庫(kù)、智能推理;外部環(huán)境由廣義被控對(duì)象、傳感器和執(zhí)行器組成,還包括外部各種干擾等不確定性因素。智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,主要是增加了智能信息獲取、智能推理、智能決策等功能,目的在于更有效地克服被控對(duì)象及外部環(huán)境存在的多種不確定性。基于廣義信息的結(jié)構(gòu)：通過(guò)語(yǔ)用規(guī)劃、信息加工策略和語(yǔ)義關(guān)系整合人的經(jīng)驗(yàn)判斷，提高推理效率。遞階智能控制結(jié)構(gòu)：分為組織級(jí)（推理、規(guī)劃和決策）、協(xié)調(diào)級(jí)（任務(wù)分配和短期學(xué)習(xí)）、執(zhí)行級(jí)（傳統(tǒng)硬件控制器，負(fù)責(zé)高精度操作）。5.簡(jiǎn)述基于模糊推理的智能控制基本原理及其特點(diǎn)。答：模糊控制的基本思想是把人類專家對(duì)特定的被控對(duì)象或過(guò)程的控制策略總結(jié)成一系列以“if(條件)then(作用)”產(chǎn)生形式表示的控制規(guī)則,通過(guò)模糊推理得到控制作用集,作用于被控對(duì)象或過(guò)程?？刂谱饔眉癁橐唤M條件語(yǔ)句,狀態(tài)條件和控制作用均為一組被量化了的模糊語(yǔ)言集,如“正大”“負(fù)大”“高”“低”“正常”等。它們共同構(gòu)成控制過(guò)程的模糊算法。特點(diǎn)為：1)模糊控制完全是在操作人員控制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制,無(wú)須建立數(shù)學(xué)模型,是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑。2)模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性,被控對(duì)象參數(shù)的變化對(duì)模糊控制的影響不明顯,可用于非線性、時(shí)變、時(shí)滯系統(tǒng)的控制。3)由離線計(jì)算得到控制查詢表,提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。4)控制的機(jī)理符合人們對(duì)過(guò)程控制作用的直觀描述和思維邏輯。6.試論述專家系統(tǒng)與專家控制系統(tǒng)的不同。答：專家控制引入了專家系統(tǒng)的思想,但與專家系統(tǒng)存在以下區(qū)別:1)專家系統(tǒng)能完成專門領(lǐng)域的功能,輔助用戶決策;專家控制能進(jìn)行獨(dú)立的、實(shí)時(shí)的自動(dòng)決策。專家控制比專家系統(tǒng)對(duì)可靠性和抗干擾性有更高的要求。2)專家系統(tǒng)處于離線工作方式,而專家控制要求在線獲取反饋信息,即要求在線工作方式。7.簡(jiǎn)述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制基本原理。答：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用非線性映射能力逼近被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)模型。基本思想是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輸出誤差，調(diào)整權(quán)重，使誤差趨近于零，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜非線性系統(tǒng)的控制。8.試論述智能控制適合于控制哪些被控對(duì)象來(lái)保障安全生產(chǎn)？或者說(shuō)這些對(duì)象具有哪些對(duì)使用傳統(tǒng)控制不利的特性？答：智能控制適合用于控制復(fù)雜性高、不確定性強(qiáng)的被控對(duì)象，具體特性如下：1）復(fù)雜性被控對(duì)象通常具有復(fù)雜性、不完全性和模糊性，傳統(tǒng)控制難以精確描述，而智能控制通過(guò)非數(shù)學(xué)廣義模型實(shí)現(xiàn)有效控制。2）非線性和動(dòng)態(tài)特性智能控制適用于具有顯著非線性和動(dòng)態(tài)變化的對(duì)象，能夠通過(guò)實(shí)時(shí)特征辨識(shí)和動(dòng)態(tài)調(diào)整應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況。3）不確定性和模糊性被控對(duì)象和環(huán)境信息中存在不確定性與模糊性，例如TBM掘進(jìn)中巖體條件變化復(fù)雜，智能控制可通過(guò)模糊推理處理這些信息。典型應(yīng)用：1）TBM掘進(jìn)機(jī)：智能控制通過(guò)多元信息感知、實(shí)時(shí)決策控制和模糊推理，優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)和軌跡，保障掘進(jìn)安全高效。2）工業(yè)機(jī)器人：智能控制結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人路徑規(guī)劃優(yōu)化和協(xié)作控制，適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。3）消防系統(tǒng)：智能控制通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和復(fù)合探測(cè)器，實(shí)時(shí)判斷火災(zāi)特征信息，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)聯(lián)動(dòng)滅火，提升安全性和效率。第六章課后習(xí)題解答1.什么是智能監(jiān)測(cè)？答：智能監(jiān)測(cè)是指利用智能傳感器、檢測(cè)器及智能信號(hào)處理、顯示單元組成的系統(tǒng)，通過(guò)智能化平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境的“安全狀態(tài)信息”進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)分析、判斷、預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并在異常情況下發(fā)出報(bào)警，從而確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。2.智能儀器有什么特點(diǎn)？其典型的功能是什么？答：特點(diǎn)：1)測(cè)量過(guò)程軟件化。2)數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)。3)測(cè)量速度快、精度高。4)多功能化。5)面板控制簡(jiǎn)單靈活，人機(jī)界面友好。6)具有可程控操作能力。典型的功能：智能儀器是以微處理器為核心進(jìn)行工作的,它具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和控制功能,與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器相比具有許多典型的處理功能,例如自檢、自動(dòng)測(cè)量等。1)硬件故障的自檢功能。2)自動(dòng)測(cè)量功能。除了上述的幾種典型功能外,智能儀器還具有誤差自動(dòng)處理功能和降噪功能。3.簡(jiǎn)述智能檢測(cè)經(jīng)過(guò)了哪幾個(gè)階段的發(fā)展？答：智能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)階段：1)傳統(tǒng)檢測(cè)階段在智能檢測(cè)發(fā)展的初期，檢測(cè)設(shè)備主要依賴機(jī)械和電氣元件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的功能。檢測(cè)系統(tǒng)以人工為主，通過(guò)儀器儀表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析。2)數(shù)字化檢測(cè)階段隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，開(kāi)始引入微處理器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。采用數(shù)字傳感器和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。提高了檢測(cè)精度和效率，減少了人工干預(yù)。雖然實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的數(shù)字化，但智能化程度較低。3)智能檢測(cè)階段隨著人工智能（AI）、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的興起，智能檢測(cè)進(jìn)入新的發(fā)展階段，檢測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)、判斷和優(yōu)化。結(jié)合傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、AI算法，具備自適應(yīng)能力和實(shí)時(shí)反饋功能。如圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、缺陷檢測(cè)等應(yīng)用廣泛。具有高效率、高精度，可處理復(fù)雜場(chǎng)景，減少人為誤差的優(yōu)勢(shì)。4.簡(jiǎn)述智能安全監(jiān)測(cè)與智能儀器的關(guān)系。答：智能安全監(jiān)測(cè)依賴于智能儀器的發(fā)展。智能儀器作為智能安全監(jiān)測(cè)的硬件基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)哪芰?。智能安全監(jiān)測(cè)通過(guò)智能儀器收集生產(chǎn)系統(tǒng)與作業(yè)環(huán)境中的安全狀態(tài)信息，結(jié)合智能化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)因素的監(jiān)測(cè)與預(yù)警。兩者相輔相成，智能儀器的技術(shù)進(jìn)步直接推動(dòng)了智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。5.智能檢測(cè)的應(yīng)用方式有哪些？答：1)數(shù)據(jù)采集與處理利用計(jì)算機(jī)可把生產(chǎn)過(guò)程中有關(guān)參數(shù)的變化經(jīng)過(guò)測(cè)量變換元件測(cè)出,然后集中保存或記錄,或者及時(shí)顯示出來(lái),或者進(jìn)行某種處理。例如使用計(jì)算機(jī)的巡回檢測(cè)系統(tǒng),可以把數(shù)據(jù)成批儲(chǔ)存或復(fù)制,也可以通過(guò)傳輸線路送到中心計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)可以把一些儀器測(cè)出的曲線進(jìn)行計(jì)算處理,得出一些特征數(shù)據(jù)。2)生產(chǎn)控制①操作指導(dǎo)系統(tǒng)系統(tǒng)每隔一定時(shí)間,把測(cè)得的生產(chǎn)過(guò)程中的某些參數(shù)值送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)按生產(chǎn)要求計(jì)算出該采用的控制動(dòng)作,并顯示或打印出來(lái),供操作人員參考。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù),并結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),采取相應(yīng)的動(dòng)作。在這種系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)不直接干預(yù)生產(chǎn),只是提供參考數(shù)據(jù)。②計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)這種系統(tǒng)不直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),而是根據(jù)生產(chǎn)情況計(jì)算出某些參數(shù)應(yīng)該保持的值,然后去改變常規(guī)控制系統(tǒng)的給定值(設(shè)定值),由常規(guī)控制系統(tǒng)去直接控制生產(chǎn)過(guò)程。因此,該系統(tǒng)多用于程序控制、比值控制、串級(jí)控制、最優(yōu)控制或者用于越限報(bào)警、事故處理等。③智能自修復(fù)控制系統(tǒng)由于引入了知識(shí)庫(kù)和推理決策模塊,使系統(tǒng)的智能能力得到了根本改善。這種系統(tǒng)對(duì)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的故障,不但能進(jìn)行檢測(cè)、診斷,還具有自補(bǔ)償、自消除和自修復(fù)能力。3)生產(chǎn)調(diào)度管理當(dāng)采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)時(shí),它除了用于控制生產(chǎn)過(guò)程外,還可以進(jìn)行生產(chǎn)的計(jì)劃和調(diào)度,其中涉及生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)處理、方案選擇等。在這種系統(tǒng)中,由于它兼有控制與管理兩種功能,所以也常叫作集成系統(tǒng)或綜合系統(tǒng)。6.簡(jiǎn)述智能安全監(jiān)測(cè)的任務(wù)。答：智能安全監(jiān)測(cè)的任務(wù)是為安全管理決策和安全技術(shù)有效實(shí)施提供豐富、可靠的安全因素信息。總的來(lái)說(shuō),可以將智能安全監(jiān)測(cè)的任務(wù)總結(jié)如下。1)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)的任務(wù)是了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),包括采用各種檢測(cè)、測(cè)量、監(jiān)視、分析和判斷方法。2)安全預(yù)測(cè)和診斷安全預(yù)測(cè)和診斷的任務(wù)是根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)所獲得的信息,結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)以及環(huán)境條件,并結(jié)合該設(shè)備的運(yùn)行歷史,對(duì)設(shè)備可能要發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)、分析和判斷,確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因和部位,指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢(shì)及其后果,提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和消除故障的調(diào)整、維修和治理的對(duì)策措施,并加以實(shí)施,最終使設(shè)備復(fù)原到正常狀態(tài)。3)設(shè)備的管理和維修設(shè)備的管理和維修方式的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段,即從早期的事后維修,發(fā)展到定期預(yù)防維修方式,現(xiàn)在正向視情維修發(fā)展。定期預(yù)防維修制度可以預(yù)防事故的發(fā)生,但可能出現(xiàn)過(guò)剩維修和不足維修的弊病。視情維修是一種更科學(xué)、更合理的維修方式。但要做到視情維修,必須依賴于完善的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和安全診斷技術(shù)的發(fā)展和實(shí)施。7.根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能不同，智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為哪幾類？答：根據(jù)智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能不同,可將其分為三大類:智能故障診斷系統(tǒng)、智能操作指導(dǎo)系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。8.試針對(duì)某一生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)其智能安全監(jiān)測(cè)功能模塊1)空氣壓縮機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.系統(tǒng)配置空氣壓縮機(jī)組智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。2.故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括信號(hào)檢測(cè)傳感器、二次儀表、計(jì)算機(jī)、控制器硬件等。軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集、圖形顯示、信號(hào)處理、故障檢測(cè)與診斷及智能控制等模塊。圖6.6中檢測(cè)診斷模塊用于對(duì)空氣壓縮機(jī)故障信息的獲取、處理、識(shí)別和預(yù)測(cè)。智能控制模塊由若干不同功能的子塊組成,借助于硬件機(jī)構(gòu)的支持,對(duì)故障自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償、抑制、削弱和消除。3.應(yīng)用效果及分析空氣壓縮機(jī)在運(yùn)行中的常見(jiàn)故障有零部件的過(guò)熱、過(guò)壓、磨損、疲勞、斷裂等。燃燒爆炸雖不常見(jiàn),但其后果卻十分嚴(yán)重和危險(xiǎn)。在工作過(guò)程中,為了保證空氣壓縮機(jī)安全正常運(yùn)轉(zhuǎn),可以通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度、壓力、振動(dòng)、噪聲等參數(shù),對(duì)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行故障進(jìn)行檢測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)和控制?？諌簷C(jī)運(yùn)行之前首先進(jìn)行靜態(tài)監(jiān)測(cè),當(dāng)一切處于良好狀態(tài)后,空壓機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)空壓機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí),動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊自動(dòng)跟蹤設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),并進(jìn)行巡回監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)。如果發(fā)生異常情況,系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入診斷模塊,通過(guò)推理和表決,對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別、分類和估計(jì)。容錯(cuò)模塊按照診斷模塊提供的故障信息。針對(duì)不同的故障源和故障特征,對(duì)故障進(jìn)行補(bǔ)償、削弱和消除。整個(gè)過(guò)程都在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)進(jìn)行,并對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化過(guò)程采用多窗口圖形顯示和解釋,為用戶提供了一個(gè)良好的監(jiān)視環(huán)境。2)煉鋼爐造渣智能檢測(cè)系統(tǒng)造渣是轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中的重要工藝過(guò)程,必須對(duì)其進(jìn)行有效的監(jiān)控。槍位過(guò)高會(huì)使泡沫渣發(fā)展,產(chǎn)生泡沫渣噴濺;相反,槍位過(guò)低會(huì)導(dǎo)致?tīng)t渣返干,造成金屬噴濺。只有氧槍挾制得當(dāng),才會(huì)有合適的泡沫渣。目前我國(guó)轉(zhuǎn)爐吹煉造渣過(guò)程基本上是靠耳聞目測(cè)來(lái)監(jiān)視操作。吹煉易發(fā)生噴濺和返干,對(duì)穩(wěn)定操作和原料損失影響很大,并直接影響鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量。1.方案設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣過(guò)程中,通常會(huì)產(chǎn)生噪聲現(xiàn)象。根據(jù)這一特點(diǎn),采用噪聲法來(lái)動(dòng)態(tài)地反映爐內(nèi)渣面的變化情況,監(jiān)控造渣過(guò)程可能出現(xiàn)的噴濺及返干現(xiàn)象,以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼的合理有效控制。該系統(tǒng)可解決以下問(wèn)題:(1)噪聲信息采樣位置的確定:根據(jù)轉(zhuǎn)爐設(shè)備的具體情況,通過(guò)試驗(yàn)可知,在爐口采樣采用波道管能有效地檢測(cè)到爐內(nèi)的噪聲信息,重復(fù)性好。(2)噪聲信息采樣裝置的選擇:選擇波道管信息引導(dǎo)裝置作為噪聲信息采樣裝置,能對(duì)信息進(jìn)行有效、不失真地傳遞,在高溫條件下能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,還可防止吹煉時(shí)爐渣的堵塞。2.系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)能直觀地反映出爐內(nèi)造渣全過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì),對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼有直接的操作指導(dǎo)作用;能實(shí)時(shí)顯示噴濺和返干預(yù)警區(qū),對(duì)記錄進(jìn)行打印,具有良好的適應(yīng)性及實(shí)用性;能在惡劣環(huán)境下可靠地工作;操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用模糊控制論的概念,能模擬人的直覺(jué),減少各種相關(guān)因素的影響和分級(jí)處理有效信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。3.系統(tǒng)功能1)噴濺及返干預(yù)警線的確定。2)應(yīng)用軟件編制。應(yīng)用軟件一般采用匯編語(yǔ)言編制,為便于現(xiàn)場(chǎng)使用,無(wú)需任何人工操作。系統(tǒng)顯示屏幕上直接顯示造渣動(dòng)態(tài)過(guò)程曲線。3)顯示曲線說(shuō)明。當(dāng)程序進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)后,能在屏上立即顯示造渣過(guò)程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線,并在起渣的同時(shí),在屏幕上自動(dòng)畫出噴濺及返干的預(yù)警線。操作人員根據(jù)屏幕給出的信息,如將曲線控制在預(yù)警線的范圍內(nèi)控制操作,就不會(huì)有噴濺及返干等非正常爐況發(fā)生。當(dāng)曲線接近預(yù)警線時(shí),將發(fā)生噴濺或返干,操作人員可立即采取相應(yīng)措施,指導(dǎo)轉(zhuǎn)爐吹煉正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4.系統(tǒng)特點(diǎn)(1)設(shè)計(jì)合理。在惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行穩(wěn)定可靠,預(yù)警準(zhǔn)確。(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。故障率低,維護(hù)量少,能適應(yīng)我國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝的要求,防止人工監(jiān)視操作中的盲目性,減少和防止噴濺或返干現(xiàn)象,降低鐵損及輔料的消耗,降低產(chǎn)生工人職業(yè)危害的概率。(3)該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單。人機(jī)聯(lián)系清晰直觀,能動(dòng)態(tài)顯示爐內(nèi)造渣全過(guò)程,有噴濺和返干的預(yù)警區(qū),對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼有直接的操作指導(dǎo)作用。(4)運(yùn)行造價(jià)低,調(diào)試功能靈活,抗干擾能力強(qiáng),便于推廣應(yīng)用。特別是用噪聲法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐造渣智能監(jiān)測(cè)與控制,具有廣闊的應(yīng)用前景。3)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車輛監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)充分利用先進(jìn)的通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、可視化技術(shù)和自動(dòng)控制等技術(shù)構(gòu)建危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸車輛監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),是提高運(yùn)輸車輛安全行駛的有效方法。1.總體結(jié)構(gòu)車輛監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)是由安全管理技術(shù)、空間定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、控制技術(shù)和數(shù)據(jù)通信等技術(shù)集成的典型應(yīng)用系統(tǒng)?；贕IS/GPS/GSM(GPRS、CDMA)的危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)就是以GIS作為基礎(chǔ)信息系統(tǒng)平臺(tái),以GPS作為空間定位手段,以GSM、GPRS或CDMA作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸形式,以安全管理、預(yù)測(cè)科學(xué)為研究方法,同時(shí)集成終端自控系統(tǒng)、安全分析與管理、報(bào)警預(yù)警系統(tǒng)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為4個(gè)部分:車載終端、通信系統(tǒng)、運(yùn)輸車輛監(jiān)控中心和應(yīng)急救援相關(guān)部門。2.整體功能危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸車輛通過(guò)安裝GPS收發(fā)器實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航，同時(shí)配備GSM/GPRS/CDMA等通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車輛與監(jiān)控中心及車輛間的語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)交互。車載傳感器和控制器則負(fù)責(zé)采集車輛及危險(xiǎn)品狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制和報(bào)警。監(jiān)控中心能實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警、調(diào)度指揮、安全分析管理，并在緊急情況下及時(shí)通知相關(guān)部門和應(yīng)急救援中心。整體系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)及間續(xù)跟蹤，多車輛、跨區(qū)域監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)信息交互、自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警和車輛調(diào)度指揮等功能。3.使用效果(1)通過(guò)集成最新技術(shù)，合理設(shè)計(jì)車載終端和監(jiān)控中心子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，讓企業(yè)實(shí)時(shí)掌握?；愤\(yùn)輸信息，快速處理險(xiǎn)情，增強(qiáng)安全管理能力，降低事故概率和不良后果，提高應(yīng)急救援及時(shí)性。(2)實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警和安全管理使政府監(jiān)管部門和應(yīng)急救援機(jī)構(gòu)能準(zhǔn)確掌握?；愤\(yùn)輸狀態(tài)，確保信息暢通，提高執(zhí)法效率和救援能力。系統(tǒng)滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)車輛定位、安全監(jiān)測(cè)、路線控制、指揮調(diào)度、告警響應(yīng)和車輛優(yōu)化管理等功能。4)智慧社區(qū)智能安全防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.方案設(shè)計(jì)智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是智慧社區(qū)的核心，負(fù)責(zé)采集人口、房屋、單位和安防設(shè)施等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，整合視頻監(jiān)控、人臉抓拍等多類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備收集前端多維數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能分析實(shí)現(xiàn)異常通知、報(bào)警等功能，提升社區(qū)可視化、智能化水平，確保安全高效運(yùn)行，助力智能社區(qū)發(fā)展。2.智慧社區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)1）重點(diǎn)區(qū)域高清實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。2）AI智能監(jiān)測(cè)。=1\*GB3①電梯監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯。=2\*GB3②違章停車監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控社區(qū)應(yīng)急通道違章停車情況，平臺(tái)報(bào)警，及時(shí)處理，消除安全隱患。=3\*GB3③煙花識(shí)別：對(duì)社區(qū)監(jiān)控范圍內(nèi)的煙花，分析火災(zāi)和燃燒煙霧，自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控設(shè)備中的火災(zāi)報(bào)警信息，數(shù)據(jù)可向消防平臺(tái)報(bào)告。=4\*GB3④周圍入侵檢測(cè)：智能檢測(cè)入侵。實(shí)現(xiàn)報(bào)警視頻聯(lián)動(dòng)，有效防止社區(qū)周圍異常情況。=5\*GB3⑤高空拋物:通過(guò)全景監(jiān)控和高清圖像捕捉，可以追溯和震懾高空拋物等不文明現(xiàn)象3）智能管控。=1\*GB3①實(shí)口管控：分析實(shí)有人口登記情況，及時(shí)提醒派出所核查社區(qū)新入住人口并錄入信息，實(shí)社區(qū)實(shí)有人口智能采集。=2\*GB3②重點(diǎn)人員管控：基于人臉抓拍的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)聚類后與重點(diǎn)人員庫(kù)碰撞比對(duì)，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)人員布控、行為研判，實(shí)時(shí)掌握需要重點(diǎn)關(guān)注人員的行蹤，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，提前防范。=3\*GB3③車輛管控：捕捉進(jìn)出車輛。智能檢測(cè)車牌信息等，實(shí)現(xiàn)社區(qū)車輛智能進(jìn)出管理，防止陌生車輛進(jìn)出，提高社區(qū)安全。4）智能報(bào)警。預(yù)警前端設(shè)備上傳的異常檢測(cè)，如視頻信號(hào)丟失、鏡頭屏蔽、越界、入侵、煙花識(shí)別、高空拋物等。并將預(yù)警推給管理人員及時(shí)處理。預(yù)警信息可以通過(guò)語(yǔ)音、短信、消息通知、微信等方式推送給管理人員。5）軌跡刻畫。通過(guò)輸入一張人臉照片、動(dòng)態(tài)感知數(shù)據(jù)、車牌號(hào)碼，查詢其在指定時(shí)間段內(nèi)的通行記錄，在地圖上按照時(shí)間先后順序進(jìn)行展示，精準(zhǔn)的刻畫對(duì)象的活動(dòng)軌跡。6）巡視監(jiān)控。巡視監(jiān)控包括地圖巡查、場(chǎng)景播放、輪播、預(yù)案播放和多窗口播放，在突發(fā)事件產(chǎn)生或?qū)χ攸c(diǎn)人員布控時(shí)，社區(qū)保安、民警通過(guò)視頻巡控快速查看當(dāng)前多個(gè)攝像機(jī)實(shí)時(shí)視頻，多個(gè)方位了解現(xiàn)場(chǎng)情況。第七章課后習(xí)題解答1.什么是故障診斷?什么是故障預(yù)測(cè)?故障診斷就是對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和異常情況做出判斷。也就是說(shuō),在設(shè)備發(fā)生故障之前,要對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行估計(jì);在設(shè)備發(fā)生故障后,對(duì)故障的原因、部位、類型、程度等做出判斷,并進(jìn)行維修決策。故障診斷的任務(wù)包括故障檢測(cè)、故障識(shí)別、故障分離與估計(jì)、故障評(píng)價(jià)和決策。在設(shè)備的故障診斷與預(yù)測(cè)中,預(yù)測(cè)技術(shù)主要用于設(shè)備性能劣化監(jiān)測(cè)、特征參數(shù)趨勢(shì)分析、故障預(yù)報(bào)及壽命預(yù)測(cè)等,是利用設(shè)備先期運(yùn)行中得到的測(cè)試數(shù)據(jù)和資料對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行科學(xué)的推斷,其主要技術(shù)基礎(chǔ)是預(yù)測(cè)理論和方法。2.智能故障診斷與預(yù)測(cè)的特點(diǎn)是什么?智能診斷系統(tǒng)的定義具有2方面特點(diǎn):①其一,認(rèn)為智能診斷系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng),其智能具備自我提高的潛能;②其二,認(rèn)為智能診斷系統(tǒng)是一個(gè)人工智能系統(tǒng),離不開(kāi)模擬人腦功能或自然規(guī)律等的硬件設(shè)備及相應(yīng)的軟件,同時(shí)也不排斥人的作用。一般來(lái)說(shuō),智能故障診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)除了需要具有普通專家系統(tǒng)的幾個(gè)基本特點(diǎn)以外,還應(yīng)具備以下的功能和特點(diǎn):1)系統(tǒng)應(yīng)能綜合利用多種信息、多種模型和多種診斷方法,以靈活的診斷策略來(lái)解決診斷與預(yù)測(cè)問(wèn)題。2)系統(tǒng)的架構(gòu)應(yīng)當(dāng)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,使之可以很方便地進(jìn)行跨平臺(tái)聯(lián)網(wǎng),擴(kuò)展或調(diào)用其他專門的故障檢測(cè)與診斷的應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)信息共享。3)系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機(jī)交互診斷的功能。4)系統(tǒng)應(yīng)具有多種診斷信息獲取的途徑。5)系統(tǒng)的問(wèn)題求解應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確。6)系統(tǒng)應(yīng)該可以使用豐富的故障診斷算法和故障預(yù)測(cè)模型。7)系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)的功能,這是現(xiàn)代智能故障診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)。3.試?yán)L制智能故障診斷的基本框架。4.常用的智能故障診斷方法有哪些?簡(jiǎn)述各自的原理。一般意義上的故障診斷可分為信號(hào)處理方法、特征提取方法和診斷方法3個(gè)方面。信號(hào)處理方法,通常包括相關(guān)函數(shù)、頻譜分析、自回歸滑動(dòng)平均、小波變換等;特征提取方法一般包括時(shí)域特征、頻域特征、時(shí)頻特征等;診斷方法包括專家系統(tǒng)故障診斷法、模糊故障診斷法、灰色關(guān)聯(lián)度故障診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法和數(shù)據(jù)融合故障診斷法等。5.基于歷史數(shù)據(jù)的智能故障診斷常用的處理數(shù)據(jù)方法是什么?1)統(tǒng)計(jì)相關(guān)性和回歸方法在從歸檔的歷史數(shù)據(jù)中抽取信息時(shí),統(tǒng)計(jì)相關(guān)性和回歸方法是很有用的。統(tǒng)計(jì)聚類方法能夠揭示出數(shù)據(jù)記錄中的內(nèi)在構(gòu)成。該方法可以用于非高斯及高斯統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。選擇光滑參數(shù),既能滿足故障診斷準(zhǔn)確性,又能具備對(duì)新數(shù)據(jù)集的概括能力。2)模糊—邏輯分類模糊-邏輯技術(shù)通過(guò)交互式的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)和操作技術(shù)來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類和聚類對(duì)于所獲取的歷史累積數(shù)據(jù),可能對(duì)應(yīng)著一類機(jī)械設(shè)備以前故障狀態(tài)時(shí)的測(cè)量值。為了將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可用形式,可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)聚類數(shù)據(jù)。對(duì)歷史故障數(shù)據(jù)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后的結(jié)果,用小圓圈表示聚類后的故障類別,實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)的分類;再將當(dāng)前故障數(shù)據(jù)帶入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障分類系統(tǒng)中,得到目前故障的診斷結(jié)果。6.簡(jiǎn)述基于案例推理的智能診斷方法的特點(diǎn)。1)在有足夠數(shù)量的案例時(shí)才可用該方法進(jìn)行診斷。它類似老中醫(yī)看病一樣,只有積累了大量的典型病例和看病經(jīng)驗(yàn),才可以手到病除。2)由于該診斷方法是基于整體故障模式的,而不是一步步進(jìn)行邏輯診斷,因此,該方法得出結(jié)論的邏輯性并不明顯,但卻非常實(shí)用。3)在改進(jìn)和維護(hù)方面,該方法要比傳統(tǒng)的方法更容易,這是由于其相關(guān)知識(shí)可以在使用過(guò)程中不斷獲取,并逐步增長(zhǎng)。4)隨著案例的不斷增加,它的檢索和索引的效率將會(huì)受到影響。5)CBR具有解決特殊領(lǐng)域問(wèn)題的能力。7.簡(jiǎn)述典型的基于模型的智能預(yù)測(cè)方法的基本原理及特點(diǎn)。1)時(shí)間序列預(yù)測(cè)法經(jīng)典時(shí)間序列分析方法把數(shù)據(jù)看作一個(gè)隨機(jī)序列,根據(jù)相鄰觀測(cè)值具有依賴性,建立數(shù)學(xué)模型來(lái)擬合時(shí)間序列。此外,只有當(dāng)動(dòng)態(tài)過(guò)程為線性或準(zhǔn)線性時(shí),該方法才能得到較好的預(yù)結(jié)果。2)回歸分析預(yù)測(cè)法回歸預(yù)測(cè)是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律,尋找自變量與因變量之間的回歸方程式,確定模型參數(shù),據(jù)此做出預(yù)測(cè)。根據(jù)自變量的多少可將回歸問(wèn)題分為一元回歸和多元回歸,按照回歸方程的類型可分為線性回歸和非線性回歸?；貧w分析法要求樣本量大,且要求樣本有較好的分布規(guī)律,當(dāng)預(yù)測(cè)的長(zhǎng)度大于占有的原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí),采用該方法進(jìn)行預(yù)測(cè)在理論上不能保證預(yù)測(cè)結(jié)果的精度。另外,可能出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的現(xiàn)象,有時(shí)難以找到合適的回歸方程類型。此方法結(jié)果受近期影響大,不便于多因素預(yù)測(cè),非線性擬合能力較差。3)濾波器預(yù)測(cè)法20世紀(jì)60年代初,學(xué)者最先提出狀態(tài)空間方法以及遞推濾波算法,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)誤差的極小化得到遞推估計(jì)的一組方程,由于它實(shí)時(shí)得到了系統(tǒng)的預(yù)報(bào)方程,在預(yù)報(bào)領(lǐng)域也得到大量的應(yīng)用,如飛行器運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào),運(yùn)動(dòng)物體的軌跡預(yù)測(cè)等?；诳柭鼮V波器的方法要求系統(tǒng)模型已知,當(dāng)模型比較精確時(shí),通過(guò)比較濾波器的輸出與實(shí)際輸出值的殘差,實(shí)時(shí)調(diào)整濾波器的參數(shù),能夠較好地估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài),同時(shí),也能對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)做短期預(yù)報(bào)。但模型不準(zhǔn)確,濾波器估計(jì)值就可能發(fā)生較大偏差。8.簡(jiǎn)述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的不同智能預(yù)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有極強(qiáng)的非線性映射能力,在故障預(yù)測(cè)方面受到了廣泛的關(guān)注。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從理論上可以模擬多個(gè)輸入輸出的任意線性系統(tǒng),具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障預(yù)測(cè)中的應(yīng)用主要由以下的方式來(lái)實(shí)現(xiàn):一是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做函數(shù)逼近器,對(duì)系統(tǒng)各工況下的某些參數(shù)進(jìn)行擬合預(yù)測(cè);二是用動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)過(guò)程或工況參數(shù)建立動(dòng)態(tài)模型,進(jìn)而進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。但它要求大量且完備的訓(xùn)練數(shù)據(jù),在訓(xùn)練過(guò)程中易陷入局部極值,并且隱含層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)具有很大的不確定性。2)支持向量機(jī)方法支持向量機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。它以統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ),直接從小樣本出發(fā),放棄了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則,而采用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則,在最小化樣本點(diǎn)誤差的同時(shí),考慮模型的結(jié)構(gòu)因素,從根本上提高了泛化能力。支持向量機(jī)在解決小樣本、非線性及高維模式識(shí)別問(wèn)題中表現(xiàn)出許多特有的優(yōu)勢(shì),它既能夠由有限的訓(xùn)練樣本得到小的誤差,又能夠保證對(duì)獨(dú)立的測(cè)試集仍保持小的誤差,而且支持向量機(jī)算是一個(gè)凸優(yōu)化問(wèn)題,因此,局部最優(yōu)解一定是全局最優(yōu)解,是一種值得研究的新型智能預(yù)測(cè)方法。3)基于專家系統(tǒng)的預(yù)測(cè)技術(shù)專家系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)由于采用了專家知識(shí),從而具有了專家的豐富經(jīng)驗(yàn)與判斷能力,并能對(duì)用戶的提問(wèn)和答案的推理過(guò)程做出解釋。在中長(zhǎng)期測(cè)試中,能夠?qū)ξ磥?lái)的不確定性因素、各對(duì)象自身發(fā)展的特殊性以及各種可能引起預(yù)測(cè)對(duì)象變化的情況加以綜合考慮,從而得到較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。專家系統(tǒng)預(yù)測(cè)技術(shù)主用于那些沒(méi)有精確數(shù)學(xué)模型或很難建立數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng),特別在非線性系統(tǒng)領(lǐng)域被認(rèn)為是一種很有前景的方法。然而,一個(gè)實(shí)用的預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)的研制需要較長(zhǎng)時(shí)間原始資料的積累和模型修正,開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)。另外,專家的知識(shí)是經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐形成的,且未能形成統(tǒng)一的知識(shí)標(biāo)準(zhǔn),有可能導(dǎo)致在綜合多個(gè)專家知識(shí)時(shí)存在偏差和失誤。9.常見(jiàn)的故障診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)的類型有哪些?1)測(cè)量與分析系統(tǒng)如振動(dòng)測(cè)量分析系統(tǒng)、噪聲測(cè)量分析系統(tǒng)、油液分析系統(tǒng)等,這類系統(tǒng)提供測(cè)量與分析功能,診斷工程師依據(jù)測(cè)量分析系統(tǒng)提供的支持做出診斷,而沒(méi)有預(yù)測(cè)功能。2)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)這類系統(tǒng)除了具有計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量系統(tǒng)的功能外,還增加了部分診斷與預(yù)測(cè)功能,可以幫助診斷工程師對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析,并對(duì)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障及其程度做出初步診斷和預(yù)測(cè),最后由診斷工程師做出診斷和預(yù)測(cè)。這類系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能較強(qiáng),診斷與監(jiān)測(cè)功能較弱。3)監(jiān)控系統(tǒng)這類系統(tǒng)除了具備前兩種功能外,還具有控制功能,能根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行報(bào)警和連鎖控制,防止重大事故的發(fā)生。這類系統(tǒng)重點(diǎn)是監(jiān)控,診斷與預(yù)測(cè)是輔助功能,屬于計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)控系統(tǒng)。4)監(jiān)控與預(yù)測(cè)系統(tǒng)這類系統(tǒng)除了具備一般診斷系統(tǒng)的功能外,還具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),能對(duì)日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行管理。10.試?yán)L制智能故障診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)基本框架,并簡(jiǎn)述各部分的功能。一般來(lái)說(shuō),智能診斷與預(yù)測(cè)支持系統(tǒng)的基本模塊主要有12個(gè),它們分別是:信息獲取模塊、信號(hào)分析模塊、特征提取模塊、診斷方法模塊、預(yù)測(cè)方法模塊、綜合模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、知識(shí)管理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)以及DPSS交互控制模塊。這12個(gè)模塊可以組成支持任何層次和級(jí)別的繁簡(jiǎn)不同的IDPSS系統(tǒng)?？傮w來(lái)說(shuō),診斷與預(yù)測(cè)支持系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、方法庫(kù)系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)和交互控制系統(tǒng)4大部分組成。1)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS)是IDPSS的一個(gè)最基本部件,一般情況下,任何一個(gè)IDPSS都不能缺少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理,應(yīng)該有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。2)方法庫(kù)系統(tǒng)方法庫(kù)系統(tǒng)(MBS)是通用IDPSS的三大支柱之一,是IDPSS中內(nèi)容最豐富、最有特色的部分之一。它包括了各種各樣的信號(hào)處理、特征提取、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、故障處理方法以及各種方法的集成技術(shù)等。3)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是IDPSS發(fā)展的必然選擇,當(dāng)IDPSS向智能化方向發(fā)展時(shí),知識(shí)和推理的研究就顯得越來(lái)越重要。事實(shí)上,也只有當(dāng)知識(shí)和推理技術(shù)被嫻熟地用于IDPSS時(shí),才可能真正達(dá)到診斷與預(yù)測(cè)支持的目的。IDPSS設(shè)立知識(shí)庫(kù),其目的是為了給各類復(fù)雜設(shè)備故障的診斷與預(yù)測(cè)提供更加智能化的支持和幫助,同時(shí)也希望IDPSS系統(tǒng)能學(xué)習(xí)到越來(lái)越多故障診斷和預(yù)測(cè)方面的知識(shí)。4)交互控制系統(tǒng)交互控制系統(tǒng)也是IDPSS必備部件,主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互、系統(tǒng)組織、數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)通信等工作。它是IDPSS與人、設(shè)備以及其他IDPSS進(jìn)行交互的控制系統(tǒng)。11.試具體說(shuō)明可用于各行業(yè)保障生產(chǎn)安全的智能診斷與預(yù)測(cè)系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)智能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)基于內(nèi)燃機(jī)的物理特性、物理規(guī)律，利用動(dòng)力學(xué)規(guī)律建立機(jī)理模型，使用統(tǒng)計(jì)模型相關(guān)算法，結(jié)合時(shí)域數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備特征數(shù)據(jù)及各類報(bào)警預(yù)警數(shù)據(jù)等，構(gòu)建內(nèi)燃機(jī)故障診斷模型和故障分析可視化服務(wù)，有效、針對(duì)性的對(duì)內(nèi)燃機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障智能診斷。1）多源數(shù)據(jù)采集。針對(duì)油氣生產(chǎn)和船舶儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的特殊環(huán)境，在線監(jiān)測(cè)傳感器具有防爆、耐腐蝕、易安裝等特性。設(shè)備的鍵相信號(hào)可以輔助振動(dòng)頻率成分分析和相位分析，動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)可以通過(guò)算法處理來(lái)輔助分析熱力性能故障和機(jī)械性能故障。所以，通過(guò)在設(shè)備關(guān)鍵部位安裝傳感器采集包括加速度信號(hào)、電渦流位移信號(hào)、動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)、鍵相信號(hào)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。2）智能診斷監(jiān)測(cè)。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集到的多源數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷中心，在中心監(jiān)控室基于智能設(shè)備健康管理平臺(tái)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析、評(píng)估設(shè)備健康狀態(tài)。以振動(dòng)監(jiān)測(cè)為例，能夠提供周期內(nèi)的變化概況、歷史變化趨勢(shì)等，通過(guò)測(cè)得特征參數(shù)曲線能夠監(jiān)測(cè)診斷內(nèi)燃機(jī)機(jī)械故障并報(bào)警顯示，如活塞環(huán)斷裂等，通過(guò)示功圖等參數(shù)判斷以燃燒性能為典型代表的內(nèi)燃機(jī)性能評(píng)定，根據(jù)這些反映內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)水平，如缸間不平衡、點(diǎn)火提前等；以油液分析判斷內(nèi)燃機(jī)磨損件的磨損程度等故障做出有效分析評(píng)估。設(shè)備故障預(yù)防診斷系統(tǒng)設(shè)備故障預(yù)防診斷系統(tǒng)通常采用軟硬件一體化解決方案，結(jié)合智能三軸溫振傳感器和AI預(yù)診系統(tǒng)，幫助企業(yè)解決設(shè)備管理中的痛點(diǎn)，為企業(yè)提供全方位的設(shè)備保障。1）MEMS智能化震動(dòng)溫度傳感。與傳統(tǒng)的壓電傳感器相比，系統(tǒng)配備具有邊緣運(yùn)算能力的智能化震動(dòng)溫度傳感器（MEMS），可實(shí)現(xiàn)三軸全方向感測(cè)（三軸向振動(dòng)、三軸向位移和溫度特征），直接輸出三軸時(shí)域AI特征值及頻域全頻譜。通過(guò)置入AI模塊可實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)警報(bào)功能。2）AI預(yù)診系統(tǒng)。系統(tǒng)配備AI健康管理健診平臺(tái)和設(shè)備故障AI預(yù)防診斷軟件，能夠?qū)崟r(shí)掌握設(shè)備全生命周期動(dòng)態(tài)，預(yù)警設(shè)備故障，估算設(shè)備壽命，幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，減少維修時(shí)間和成本，提高設(shè)備的整體運(yùn)行效率。第八章課后習(xí)題解答1.簡(jiǎn)述建立智能安全信息管理系統(tǒng)的意義。答：隨著信息化、智能化與工業(yè)化的深度融合,智能化、信息化將不斷滲透到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的全過(guò)程,融入安全管理的各環(huán)節(jié)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與人工智能等技術(shù)手段對(duì)人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素等進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)預(yù)警,并實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)信息的動(dòng)態(tài)采集和處理分析,是提高企業(yè)安全管理水平的有效途徑。推進(jìn)企業(yè)與行業(yè)管理部門和安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)間的互聯(lián)互通和信息共享,將是監(jiān)督企業(yè)落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任的重要技術(shù)途徑。2、安全信息具有哪些性質(zhì)？答：1）普遍性。2）無(wú)限性。3)動(dòng)態(tài)性。4)轉(zhuǎn)化性。企業(yè)安全生產(chǎn)信息一般包括哪些內(nèi)容?答：1)安全生產(chǎn)基礎(chǔ)信息管理2)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理3)安全生產(chǎn)應(yīng)急管理在企業(yè)的事故隱患管理中，如何利用安全生產(chǎn)信息?答：通過(guò)廣泛搜集安全信息，企業(yè)可以掌握員工對(duì)安全生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)情況、安全教育及安全檢查的效果、安全生產(chǎn)法規(guī)的執(zhí)行情況以及安全技術(shù)措施的落實(shí)情況等。這些信息能夠幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在的安全隱患，并了解已發(fā)生的事故情況，為事故隱患管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。安全信息能夠及時(shí)、正確、全面地反映企業(yè)的安全生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。企業(yè)可以將這些安全信息用于指導(dǎo)安全管理工作，通過(guò)不斷更新和完善安全管理方案，提高安全管理水平，從而有效地消除事故隱患。安全生產(chǎn)信息有什么作用?答：安全生產(chǎn)信息是企業(yè)安全