第1 章 概述
1.1 引言
1.1.1 大型工業過程的運行安全需求
1.1.2 複雜裝備係統運行的安全需求
1.2 係統運行安全性
1.2.1 故障
1.2.2 事故
1.2.3 運行安全性
1.3 係統運行安全性分析及評估
1.3.1 係統運行安全事故分析
1.3.2 係統運行危險特性與影響
1.3.3 係統運行危險因素
1.3.4 係統運行安全性分析
1.3.5 係統運行安全性評估
1.3.6 係統運行安全保障
參考文獻

第2 章 係統運行安全危險分析及事故演化
2.1 概述
2.2 危險源分析
2.2.1 危險源分類
2.2.2 危險源識彆與控製
2.2.3 係統危險因素分析
2.3 係統運行危險分析
2.3.1 運行危險分析方法
2.3.2 「危險因素- 事故」演化機理分析與建模
2.3.3 係統運行故障危險分析
2.3.4 人因誤操作危險分析
2.3.5 外擾作用下的危險分析
2.4 係統運行安全事故演化分析
2.4.1 事故動態演化
2.4.2 事故鏈式演化
2.5 係統運行安全事故典型分析方法
2.5.1 典型分析方法1： 事故樹分析方法
2.5.2 典型分析方法2： 失效模式與影響分析
2.5.3 典型分析方法3： 因果分析法
2.5.4 典型分析方法4： 事件樹分析
2.6 典型案例分析
2.6.1 案例一： 基於事故樹的低溫液氫加注事故演化分析
2.6.2 案例二： 基於層次分解方法的複雜係統漏電分析
參考文獻

第3 章 運行係統檢測訊號處理
3.1 概述
3.2 訊號降噪
3.2.1 噪聲在小波變換下的特性
3.2.2 基於閾值決策的小波去噪算法步驟
3.2.3 閾值的選取及量化
3.2.4 小波去噪的在線實現
3.3 訊號一緻性檢驗
3.3.1 動態係統訊號一緻性檢驗
3.3.2 訊號的相似程度聚類分析
3.4 非平穩訊號分析
3.4.1 希爾伯特變換
3.4.2 固有時間尺度分解方法
3.4.3 冗餘小波變換
3.4.4 線性正則變換
參考文獻

第4 章 係統運行異常工況識彆
4.1 概述
4.2 基於統計分析的運行工況識彆
4.2.1 PCA 方法及其發展
4.2.2 基於特徵樣本提取的KPCA 異常工況識彆
4.2.3 基於MSKPCA 的異常工況識彆
4.2.4 基於滑動時間窗的MSKPCA 在線異常工況識彆
4.3 基於訊號分析方法的運行係統異常工況識彆
4.3.1 訊號分析方法與運行異常工況識彆
4.3.2 小波奇異值檢測及運行異常工況識彆
4.4 基於模式分類的運行係統異常工況識彆
4.4.1 模式分類與運行係統異常工況識彆
4.4.2 基於潛在資訊聚類的工況在線識彆
參考文獻

第5 章 係統運行故障診斷
5.1 概述
5.2 機械傳動係統的故障診斷
5.2.1 機械傳動係統的故障特點
5.2.2 機械傳動係統典型故障診斷方法
5.2.3 應用案例
5.3 電氣係統的故障診斷
5.3.1 電氣係統的故障特點
5.3.2 電氣係統典型故障診斷方法
5.3.3 應用案例
5.4 驅動控製係統的故障診斷
5.4.1 驅動控製係統的故障特點
5.4.2 驅動控製係統典型故障診斷方法
5.4.3 應用案例
5.5 過程係統的故障診斷
5.5.1 過程係統的故障特點
5.5.2 過程係統典型故障診斷方法
5.5.3 應用案例
參考文獻

第6 章 係統運行安全分析與評估
6.1 概述
6.2 動態係統運行安全風險錶徵和建模
6.2.1 係統運行安全風險錶徵
6.2.2 係統運行安全風險轉移過程
6.2.3 係統運行安全風險水準估計
6.2.4 係統運行安全風險建模
6.3 係統運行安全分析
6.3.1 係統動態安全分析方法
6.3.2 係統運行過程安全分析
6.4 係統運行安全評估
6.4.1 係統運行安全評估體係構建
6.4.2 係統運行安全評估指標體係及評價體係
6.4.3 運行安全性評估計算方法
6.4.4 典型評估方法——層次分析方法
6.4.5 典型評估方法——灰色評估決策方法
6.4.6 典型評估方法——模糊決策評價方法
6.4.7 典型評估方法——概率安全性評估方法
參考文獻

第7 章 動態係統安全運行智慧監控關鍵技
術及應用
7.1 動態係統安全運行監控資訊化需求
7.2 動態係統運行實時監測數據處理技術分析
7.2.1 動態係統安全監測管控係統構建技術
7.2.2 動態係統安全監測數據組織處理技術
7.2.3 動態係統安全監測決策數據呈現技術
7.3 動態係統安全運行監測管控係統功能分析
7.3.1 數據資源管理需求
7.3.2 監測數據分析處理功能
7.3.3 動態係統安全分析決策功能
7.3.4 健康管理功能
7.4 動態係統安全運行智慧監控決策關鍵技術
7.4.1 運行過程智慧物聯感知技術
7.4.2 智慧診斷技術
7.4.3 智慧健康評估及安全決策技術
7.5 動態係統安全運行控製決策——以航天發射飛行為例
7.5.1 航天發射飛行安全控製域及安全等級
7.5.2 航天發射飛行安全控製參數計算
7.5.3 航天發射飛行安全控製決策模式及框架
7.5.4 航天發射飛行安全智慧應急決策
7.5.5 係統應用
參考文獻

 

序

　　動態係統在現代化工業中廣泛存在，如冶金、化工、核電等大型工業過程，運載火箭、航天器、大型客機、高速鐵路等複雜裝備係統。這種大型化的複雜動態係統是維持民生、國傢經濟穩定發展的重要組成部分，是國傢支柱產業構成的重要內容。動態係統結構複雜，其運行故障和事故的發生，會造成環境汙染、設備損壞、財產損失、人員傷亡等重大問題。因此，保障大型工業過程與複雜裝備係統的運行安全和長期無事故，具有重要的實際工程意義和學術研究價值。

　　大型工業過程和複雜裝備是一類典型的動態係統，通常由時間演化子係統和事件驅動子係統相互作用組成，包含大量的連續過程和若乾調度決策過程。這類係統體係結構和運行受不同性質的過程交替作用，故障機理和傳播路徑愈加複雜。實踐錶明，動態係統的整體安全性與其規模和複雜度成反比，細微的異常或故障就可能造成災難性的後果，或導緻巨大的損失。如何對係統運行安全性進行定量分析和評價，是動態係統運行安全工程實踐和理論研究的關鍵問題。

　　本書基於這一需求，以大型工業過程與複雜裝備係統為對象，開展動態係統運行安全性研究，涉及控製、機械、電氣、係統科學、管理等學科的熱點、難點方嚮。全書共分為7章，圍繞動態係統運行安全性，分彆針對係統安全性的概念、運行安全危險分析及事故演化、檢測訊號處理、運行異常工況識彆、運行故障診斷、係統運行安全分析與評估、係統安全運行智慧監控關鍵技術與應用等內容進行瞭深入分析和論述。

　　第1章為概述。分析瞭大型工業過程與複雜裝備係統的運行安全需求，闡述瞭動態係統事故、故障與運行安全性等相關概念，介紹瞭運行安全事故分析、危險特性與影響、運行危險因素、運行安全性分析與評估、運行安全保障等研究內容與現狀。

　　第2章為係統運行安全危險分析及事故演化。介紹瞭不同目的和環境下的危險源分類體係、危險分析方法、危險源辨識與控製，以係統運行安全事故典型分析方法為例，探討瞭安全事故傳播與演化過程，並給齣瞭相應的典型案例。

　　第3章為運行係統檢測訊號處理。討論瞭運行係統檢測訊號降噪、一緻性分析、訊號處理等問題。介紹瞭強噪聲環境下基於小波的檢測訊號降噪方法；運行係統多點冗餘採集造成動態訊號採集衝突下的動態訊號一緻性檢驗和聚類分析方法；非平穩訊號的希爾伯特變換、固有時間尺度分解、線性正則變換方法。

　　第4章為係統運行異常工況識彆。討論瞭如何根據監測數據識彆齣運行係統工況異常。介紹瞭基於統計分析的異常工況識彆方法、基於訊號分析方法的異常工況識彆方法以及基於模式分類的異常工況識彆方法，給齣瞭應用案例和必要的對比分析。

　　第5章為係統運行故障診斷。討論瞭係統在運行過程中齣現的故障問題。分彆以機械傳動係統、電氣係統、驅動控製係統以及過程係統等常見動態係統作為對象，介紹瞭基於小波理論、深度置信網路等故障診斷方法，並透過應用實例對幾種故障診斷方法的優缺點進行瞭分析。

　　第6章為係統運行安全分析與評估。介紹瞭運行安全風險錶徵與建模和係統運行安全分析方法，從係統運行過程安全分析的角度，闡述瞭故障和人在迴路誤操作兩種情況下的運行過程安全分析方法。概述瞭安全性評估體係構建的思路，介紹瞭安全評估指標體係及評價體係的構建方法和典型的安全性評估方法。

　　第7章為動態係統安全運行智慧監控關鍵技術及應用。分析瞭動態係統運行安全監測資訊化需求；在需求分析的基礎上定義瞭包括數據採集、數據存取管理、數據處理、狀態監測與異常預警、故障分析與定位、健康狀態評估與預測、安全管控決策等係統應用功能模塊；以航天發射飛行安全控製決策為典型案例，闡述瞭一種針對動態係統的運行安全控製決策的技術方法和任務流程，並給齣瞭測試及實施結果。

　　本書是作者多年來在該領域從事理論研究與實踐的總結，同時綜閤瞭海內外相關技術理論及工程應用的最新發展動態。內容上力求做到深入淺齣，理論與應用並重，具有較強的係統性、完整性、實用性和技術前瞻性。本書作者希望透過從技術理論和工程實踐等方麵的詳盡闡述，使廣大讀者能夠從抽象和具象方麵對動態係統運行安全性分析與技術有係統和深入的理解和認識。

　　本書第1、7章由柴毅撰寫，第2、6章由張可撰寫，第3章由魏善碧撰寫，第4、5章由毛永芳、柴毅撰寫，全書由柴毅統稿。課題組研究人員重慶大學尹宏鵬教授、郭茂耘副教授、鬍友強副教授、屈劍鋒副教授，以及博士研究生硃哲人、唐鞦、任浩、李豔霞、劉玉虎、王一鳴、劉博文和碩士研究生賀孝言、硃燕、硃博等在文稿和圖錶整理等基礎工作中付齣瞭辛勤的工作，林慶老師做瞭大量審稿組織工作，這裡一併錶示感謝！

　　由於作者水準有限，書中不妥之處在所難免，誠懇廣大讀者批評指正，以便今後改正和完善。