引用本文

王德琳, 张可, 朱哲人, 陈小龙, 陈志文, 蒋朝辉, 柴毅, 宋执环. 面向复杂工程系统的安全分析研究综述. 自动化学报, 2026, 52(4): 611−637 doi: 10.16383/j.aas.c250493

Wang De-Lin, Zhang Ke, Zhu Zhe-Ren, Chen Xiao-Long, Chen Zhi-Wen, Jiang Zhao-Hui, Chai Yi, Song Zhi-Huan. An overview of safety analysis for complex engineering systems. Acta Automatica Sinica, 2026, 52(4): 611−637 doi: 10.16383/j.aas.c250493

http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c250493

关键词

运行安全，安全分析，复杂工程系统，风险评估，安全控制

摘要

面向工程系统运行安全的分析技术对于提升风险感知、预防潜在安全事故发生、保障系统安全可靠运行具有重要意义. 然而, 随着工程系统功能与结构的复杂化、内部组件之间非线性相互作用的日益增强, 其运行过程中的安全分析往往面临着安全事件难以系统识别、评估指标难以准确选取、风险传播机制难以清晰刻画、安全边界难以有效量化等诸多挑战. 为此, 本文系统地梳理复杂工程系统运行过程中安全的定义及其内涵, 阐述安全分析的整体实施框架, 全面回顾和总结有关安全事件分析、评估指标选取、事故模型构建及安全区域刻画等方面的研究进展, 并对该领域未来的发展趋势与研究方向进行探讨.

文章导读

随着我国经济的快速发展, 工程系统在信息技术革命和工业自动化浪潮的推动下, 呈现出规模持续扩张、结构日益复杂、设备组件之间功能耦合不断紧密的发展趋势[4]. 复杂的逻辑结构和交互关系使工程系统在面临风险事件时稳定性急剧下降. 系统中任意功能单元的局部失效, 均可以通过紧密交织的信息或能量流动网络, 蔓延和扩散至其他与之关联的设备、单元乃至子系统. 这种层级式的失效传播导致初始失效的后果不断累积、影响范围不断扩大, 并最终演变成引发系统运行中断且难以快速恢复的灾难性事故[5].

据EW-DAT数据库2000—2024年间全球 5855 起工业事故的统计分析显示, 复杂工程系统中的各类安全事故均造成不同程度的经济损失和人员伤亡, 如图2 所示. 因此, 为避免事故发生并确保系统安全稳定运行, 安全分析作为能够实时评估系统状态、鉴别潜在风险与安全隐患的有效途径, 已成为当前的研究热点.

图2  2000—2024年的事故统计结果

为此, 本文面向复杂工程系统的安全分析研究展开综述. 首先, 对复杂工程系统运行安全的理论基础及其实施流程框架进行系统性分析与概述. 随后, 围绕实施流程框架, 对现有安全事件分析、评估指标选取的研究成果进行介绍, 对基于事故模型及安全域的安全量化评估方法进行分类梳理与归纳. 最后, 结合现有研究不足, 讨论复杂工程系统安全分析领域亟待解决的关键问题, 并展望未来的研究方向.

图3  安全与风险之间的关系

图5  故障树示意图

本文面向复杂工程系统运行过程中日益凸显的安全需求, 首先概述安全及相关基础概念, 并从系统本体运行安全的角度出发, 给出安全分析的具体实施流程框架. 围绕实施框架中的关键环节, 系统回顾了现有研究在安全事件识别、评估指标选取、事故模型构建、安全区域刻画等方面的主要方法与进展, 进而凝练出其所面临的关键问题与核心挑战. 最后, 针对上述问题与挑战, 对复杂工程系统的安全分析研究进行思考与展望, 详细探讨了人工智能技术、韧性工程及控制理论在提升系统安全分析能力、优化安全决策与实现主动防护等方面的未来研究方向.

作者简介

王德琳

重庆大学自动化学院博士研究生. 主要研究方向为复杂工程系统的安全分析与评估. E-mail: wangdelin@stu.cqu.edu.cn

张可

重庆大学自动化学院教授. 主要研究方向为复杂工程系统的安全控制与故障诊断. 本文通信作者. E-mail: zhangke@cqu.edu.cn

朱哲人

杭州师范大学数学学院助理研究员. 主要研究方向为复杂工程系统的安全分析与控制. E-mail: drzzr@hznu.edu.cn

陈小龙

重庆大学自动化学院讲师. 主要研究方向为复杂工程系统的软测量与故障诊断. E-mail: xiaolong.chen@cqu.edu.cn

陈志文

中南大学自动化学院教授. 主要研究方向为复杂工程系统的健康管理与故障诊断. E-mail: zhiwen.chen@csu.edu.cn

蒋朝辉

中南大学自动化学院教授. 主要研究方向为复杂工程系统的图像识别与智能监测. E-mail: jzh0903@csu.edu.cn

柴毅

重庆大学自动化学院教授. 主要研究方向为复杂工程系统的信息融合与安全控制. E-mail: chaiyi@cqu.edu.cn

宋执环

浙江大学控制科学与工程学院教授. 主要研究方向为复杂工程系统的数据分析与故障诊断. E-mail: songzhihuan@zju.edu.cn

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