第15卷第6期 智能系统学报 Vol.15 No.6 2020年11月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Nov.2020 D0L:10.11992tis.202003047 系统可靠-失效模型的哲学意义与智能实现 崔铁军1，李莎莎2 (1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁阜新123000,2.辽宁工程技术大学工商管理学院，辽宁葫 芦岛125105) 摘要：为适应未来无人化、智能化、数据化和信息化的复杂系统，必须建立智能系统以代替人的工作。该智 能系统的目标是使功能系统达到预定功能并保持功能稳定，即控制系统可靠与失效状态的转化。因此提出系 统可靠-失效模型(system reliability failure model,SRFM),并讨论基于SRFM实现智能系统的方式，论述了系统 在哲学层面的相关观点：从哲学角度论述SRFM的意义，包括认识论、矛盾论、系统论和方法论意义。在具有 哲学意义基础上，使用信息生态方法论(information ecology methodology,EM)、因素空间理论(factor space theory, FS)及泛逻辑理论(universal logic theory,UL),并融入空间故障树理论(space fault tree theory,SFT)来智能地实现 SRFM。本文是面向未来复杂系统的SRFM研究，是安全科学理论和智能科学研究必须面对的问题，也是必须 尽早完成的工作。 关键词：安全科学；智能科学；信息科学；系统工程：可靠与失效；模型研究：哲学意义；智能实现 中图分类号：TP18;X913:C931.1文献标志码：A文章编号：1673-4785(2020)06-1104-09 中文引用格式：崔铁军，李莎莎.系统可靠-失效模型的哲学意义与智能实现J.智能系统学报，2020,15(6)：11041112. 英文引用格式：CUI Tiejun,LI Shasha.Philosophical significance and implementation of an intelligent system based on the system reliability-failure model[J.CAAI transactions on intelligent systems,2020,15(6):1104-1112. Philosophical significance and implementation of an intelligent system based on the system reliability-failure model CUI Tiejun',LI Shasha' (1.College of Safety Science and Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China;2.School of Business Adminis- tration,Liaoning Technical University,Huludao 125105,China) Abstract:To adapt to unmanned,intelligent,data-and information-based future complex systems,it is necessary to es- tablish an intelligent system that is capable of replacing human work.The goal of this intelligent system should be to generate a functional system that realizes predetermined functions and keeps the functions stable,i.e.,to control the transformation of system reliability and failure state.Therefore,in this paper,we propose a system reliability-failure model(SRFM)and discuss the implementation of an SRFM-based intelligent system.We also discuss viewpoints re- lated to the philosophical dimensions of the system and philosophical significance of the SRFM with respect to epistem- ology,contradiction theory,system theory,and methodology.Based on this philosophical significance,we designed an SRFM-based intelligent system using the information ecology methodology,factor space theory,and universal logic the- ory integrated with the space fault tree theory.Regarding research on SRFMs for future complex systems,we consider that the problems associated with safety science theory and intelligent science research must be immediately addressed. Keywords:safety science;intelligent science;information science;system engineering;reliability and failure;model re- search;philosophical significance;intelligent realization 收稿日期：2020-03-31. 基金项目：国家自然科学基金项目(52004120,51704141)：国家 未来系统必将向着无人化、智能化、信息化 重点研发计划项目(2017YFC1503102);国家自然科 学基金委主任基金项目(61350003). 和数据化的方向发展。智能系统将代替人作为系 通信作者：崔铁军.E-mail:ctj.159@163.com. 统设计、制造和运行的监控者。那么智能系统要
DOI: 10.11992/tis.202003047 系统可靠−失效模型的哲学意义与智能实现 崔铁军1 ，李莎莎2 （1. 辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院，辽宁 阜新 123000; 2. 辽宁工程技术大学 工商管理学院，辽宁 葫 芦岛 125105） 摘 要：为适应未来无人化、智能化、数据化和信息化的复杂系统，必须建立智能系统以代替人的工作。该智 能系统的目标是使功能系统达到预定功能并保持功能稳定，即控制系统可靠与失效状态的转化。因此提出系 统可靠−失效模型 (system reliability failure model, SRFM)，并讨论基于 SRFM 实现智能系统的方式，论述了系统 在哲学层面的相关观点；从哲学角度论述 SRFM 的意义，包括认识论、矛盾论、系统论和方法论意义。在具有 哲学意义基础上，使用信息生态方法论 (information ecology methodology, IEM)、因素空间理论 (factor space theory, FS) 及泛逻辑理论 (universal logic theory, UL)，并融入空间故障树理论 (space fault tree theory, SFT) 来智能地实现 SRFM。本文是面向未来复杂系统的 SRFM 研究，是安全科学理论和智能科学研究必须面对的问题，也是必须 尽早完成的工作。 关键词：安全科学；智能科学；信息科学；系统工程；可靠与失效；模型研究；哲学意义；智能实现 中图分类号：TP18；X913； C931.1 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2020)06−1104−09 中文引用格式：崔铁军, 李莎莎. 系统可靠−失效模型的哲学意义与智能实现 [J]. 智能系统学报, 2020, 15(6): 1104–1112. 英文引用格式：CUI Tiejun, LI Shasha. Philosophical significance and implementation of an intelligent system based on the system reliability-failure model[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2020, 15(6): 1104–1112. Philosophical significance and implementation of an intelligent system based on the system reliability-failure model CUI Tiejun1 ，LI Shasha2 (1. College of Safety Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China; 2. School of Business Administration, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China) Abstract: To adapt to unmanned, intelligent, data-and information-based future complex systems, it is necessary to establish an intelligent system that is capable of replacing human work. The goal of this intelligent system should be to generate a functional system that realizes predetermined functions and keeps the functions stable, i.e., to control the transformation of system reliability and failure state. Therefore, in this paper, we propose a system reliability–failure model (SRFM) and discuss the implementation of an SRFM-based intelligent system. We also discuss viewpoints related to the philosophical dimensions of the system and philosophical significance of the SRFM with respect to epistemology, contradiction theory, system theory, and methodology. Based on this philosophical significance, we designed an SRFM-based intelligent system using the information ecology methodology, factor space theory, and universal logic theory integrated with the space fault tree theory. Regarding research on SRFMs for future complex systems, we consider that the problems associated with safety science theory and intelligent science research must be immediately addressed. Keywords: safety science; intelligent science; information science; system engineering; reliability and failure; model research; philosophical significance; intelligent realization 未来系统必将向着无人化、智能化、信息化 和数据化的方向发展。智能系统将代替人作为系 统设计、制造和运行的监控者。那么智能系统要 收稿日期：2020−03−31. 基金项目：国家自然科学基金项目 (52004120，51704141); 国家 重点研发计划项目 (2017YFC1503102); 国家自然科 学基金委主任基金项目 (61350003). 通信作者：崔铁军. E-mail: ctj.159@163.com. 第 15 卷第 6 期 智 能 系 统 学 报 Vol.15 No.6 2020 年 11 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Nov. 2020
第6期 崔铁军，等：系统可靠一失效模型的哲学意义与智能实现 ·1105· 如何完成这些任务是必须思考的问题。需要明 了解到了一些特别的系统性质，在这里进行阐述。 确：系统是什么、为什么建立系统。中国学者钱 1.1系统具有物质性和意识性 学森教授认为：系统是由相互作用相互依赖的若 系统一般可以分为人工系统(artificial system, 干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整 AS)、自然系统(natural system,NS)和混合系统。 体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的 A$是为了完成预定功能，由人设计、建造并运行 组成部分。系统存在的意义是完成预定功能，该 的系统。NS是根据自然规律，按照一定组合并筛 预定功能是人设置的，进而人消耗资源制造系 选后保留的，能完成一定自然目的的系统。混合 统。因此，对于人而言系统是完成期望功能的工 系统则是兼有两钟系统特征的系统。 具，完成程度可用可靠性和失效性表示和度量； 从自然角度分析，自然本身显然不刻意设计 进一步系统是否值得存在可通过系统的功能状 系统，而是制定一些筛选条件对系统进行筛选， 态（可靠性与失效性）来衡量。可见，建立SRFM 即自然选择过程。自然通过一些随机性的事件建 是完成这项工作的基础。首先，SRFM是否依靠 立数量庞大的NS,再设置一些条件对这些系统进 人对系统的认识程度：其次，是否符合现有哲学 行适应性筛选。自然建立NS的随机性比较广 观和方法论；再次，如果不符合是否有新的哲学 泛，物质随机性、结构随机性、层次随机性，即使 观和方法论；最后，如何实现SRFM,特别是面向 完成的功能也是随机性的。这种做法目的在于以 未来复杂系统情况下如何智能化地实现SRFM。 数量优势弥补设计不足，从而满足自然的目的。 目前，关于系统可靠性和失效性的研究很多， 这种现象在1713年伯努利提出的大数定理已经 但在哲学层面论述较少。这些研究包括：安全观 被认识到了。虽然不像人的意识那样直接，但自 的塑造机理及其方法山，社会安全观的人类学分 然也通过自己的方式（随机生成-适应选择）设计 析路径，安全问题的哲学性倒，事故致因理论与 并建造了NS。因此NS具有自然意识性，即随机 安全思想因素分析，失效学的哲学理念及其应 生成-适应选择。同样NS的形成也是基于自然 用，哲学视角的风险和安全，人类安全观和风 界的物质及其规律，所以NS具备自然物质性。 险社会视角门，科学发展观的安全哲学思考。可 从人的角度分析，为了完成预期功能，按照人 靠性和失效性方法及技术研究也很多，其中智能 掌握的知识，合理利用自然资源的自然属性，构 科学的应用正在逐渐兴起。例如：电力网络通信 建起一个有层次、有联系的有机体，即A$,例如 和调控9，机电设备故障分析21，地铁和高铁 机械系统、交通系统、社会系统。人作为AS的设 等故障检测和诊断1s1切，轴承故障识别1，还有 计者，是为了完成预定功能，A$的结构、层次及 些智能故障信息处理方法021。这些研究在各 相互联系是按照人的意志产生的，因此AS具有 自领域是成功的，但也面临一些共同的问题。如 人的意识，即人的意识决定AS。人作为AS的建 分析方法只针对本领域；智能理论和具体学科结 造者，是根据物质的自然属性，加入人的意识进 合困难；方法在认识论、矛盾论、系统论和方法论 行组合而建造系统。因此A$具有自然的物质 方面存在不足和缺陷；特别是面对复杂系统的智 性，包括实在的物质和抽象的物质，例如岩石性 能处理时，现有理论、方法和技术并不恰当。 质或社会关系。A$的运行是人和自然共同管理 为解决这些问题，本文提出了SRFM。首先 的结果，依赖于人的意志性和自然的物质性。另 论述了有利于SRFM建立的系统哲学观点；建立 外AS也具有人的物质性，即AS必须适应人的操 SRFM并论述了其哲学意义；最终结合现有的智 作要求和环境适应性。更进一步的，AS的功能性 能科学方法与安全科学基础理论，搭建起可实现 是人的意识性（使系统趋向于可靠，系统熵降 SRFM的框架。为迎接智能科学在安全领域的发 低)和自然意识性（使系统趋向于失效，系统熵增 展奠定基础，从而保障未来系统的安全性。 加)的博弈决定的。这说明AS具备物质性和认 1系统的一些哲学观点 识性。 因此，NS具有自然的物质性和意识性，完全 对于系统的一般认识，认为系统是由若干部 受自然控制。AS具有自然和人的物质性和意识 分（组成系统的基本元件，简称元件）组成，且这 性，同时受到人和自然的控制。但在智能系统代 些元件具有相互关联性，为了完成预定的目标而 替人后人对系统的物质性消失。物质性和意识性 组成的有机整体。笔者在长期研究系统的过程中 与系统的关系如表1所示
如何完成这些任务是必须思考的问题。需要明 确：系统是什么、为什么建立系统。中国学者钱 学森教授认为：系统是由相互作用相互依赖的若 干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整 体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的 组成部分。系统存在的意义是完成预定功能，该 预定功能是人设置的，进而人消耗资源制造系 统。因此，对于人而言系统是完成期望功能的工 具，完成程度可用可靠性和失效性表示和度量； 进一步系统是否值得存在可通过系统的功能状 态 (可靠性与失效性) 来衡量。可见，建立 SRFM 是完成这项工作的基础。首先，SRFM 是否依靠 人对系统的认识程度；其次，是否符合现有哲学 观和方法论；再次，如果不符合是否有新的哲学 观和方法论；最后，如何实现 SRFM，特别是面向 未来复杂系统情况下如何智能化地实现 SRFM。 目前，关于系统可靠性和失效性的研究很多， 但在哲学层面论述较少。这些研究包括：安全观 的塑造机理及其方法[1] ，社会安全观的人类学分 析路径[2] ，安全问题的哲学性[3] ，事故致因理论与 安全思想因素分析[4] ，失效学的哲学理念及其应 用 [5] ，哲学视角的风险和安全[6] ，人类安全观和风 险社会视角[7] ，科学发展观的安全哲学思考[8]。可 靠性和失效性方法及技术研究也很多，其中智能 科学的应用正在逐渐兴起。例如：电力网络通信 和调控[9-11] ，机电设备故障分析[12-15] ，地铁和高铁 等故障检测和诊断[16-17] ，轴承故障识别[18-19] ，还有 一些智能故障信息处理方法[20-23]。这些研究在各 自领域是成功的，但也面临一些共同的问题。如 分析方法只针对本领域；智能理论和具体学科结 合困难；方法在认识论、矛盾论、系统论和方法论 方面存在不足和缺陷；特别是面对复杂系统的智 能处理时，现有理论、方法和技术并不恰当。 为解决这些问题，本文提出了 SRFM。首先 论述了有利于 SRFM 建立的系统哲学观点；建立 SRFM 并论述了其哲学意义；最终结合现有的智 能科学方法与安全科学基础理论，搭建起可实现 SRFM 的框架。为迎接智能科学在安全领域的发 展奠定基础，从而保障未来系统的安全性。 1 系统的一些哲学观点 对于系统的一般认识，认为系统是由若干部 分 (组成系统的基本元件，简称元件) 组成，且这 些元件具有相互关联性，为了完成预定的目标而 组成的有机整体。笔者在长期研究系统的过程中 了解到了一些特别的系统性质，在这里进行阐述。 1.1 系统具有物质性和意识性 系统一般可以分为人工系统 (artificial system, AS)、自然系统 (natural system, NS) 和混合系统。 AS 是为了完成预定功能，由人设计、建造并运行 的系统。NS 是根据自然规律，按照一定组合并筛 选后保留的，能完成一定自然目的的系统。混合 系统则是兼有两钟系统特征的系统。 从自然角度分析，自然本身显然不刻意设计 系统，而是制定一些筛选条件对系统进行筛选， 即自然选择过程。自然通过一些随机性的事件建 立数量庞大的 NS，再设置一些条件对这些系统进 行适应性筛选。自然建立 NS 的随机性比较广 泛，物质随机性、结构随机性、层次随机性，即使 完成的功能也是随机性的。这种做法目的在于以 数量优势弥补设计不足，从而满足自然的目的。 这种现象在 1713 年伯努利提出的大数定理已经 被认识到了。虽然不像人的意识那样直接，但自 然也通过自己的方式 (随机生成−适应选择) 设计 并建造了 NS。因此 NS 具有自然意识性，即随机 生成−适应选择。同样 NS 的形成也是基于自然 界的物质及其规律，所以 NS 具备自然物质性。 从人的角度分析，为了完成预期功能，按照人 掌握的知识，合理利用自然资源的自然属性，构 建起一个有层次、有联系的有机体，即 AS，例如 机械系统、交通系统、社会系统。人作为 AS 的设 计者，是为了完成预定功能，AS 的结构、层次及 相互联系是按照人的意志产生的，因此 AS 具有 人的意识，即人的意识决定 AS。人作为 AS 的建 造者，是根据物质的自然属性，加入人的意识进 行组合而建造系统。因此 AS 具有自然的物质 性，包括实在的物质和抽象的物质，例如岩石性 质或社会关系。AS 的运行是人和自然共同管理 的结果，依赖于人的意志性和自然的物质性。另 外 AS 也具有人的物质性，即 AS 必须适应人的操 作要求和环境适应性。更进一步的，AS 的功能性 是人的意识性 (使系统趋向于可靠，系统熵降 低) 和自然意识性 (使系统趋向于失效，系统熵增 加) 的博弈决定的。这说明 AS 具备物质性和认 识性。 因此，NS 具有自然的物质性和意识性，完全 受自然控制。AS 具有自然和人的物质性和意识 性，同时受到人和自然的控制。但在智能系统代 替人后人对系统的物质性消失。物质性和意识性 与系统的关系如表 1 所示。 第 6 期 崔铁军，等：系统可靠−失效模型的哲学意义与智能实现 ·1105·
·1106· 智能系统学报 第15卷 表1物质性和意识性与系统的关系 1.3 系统的灭亡性 Table 1 Relationships between materiality and conscious- 哲学上有两个观点，一是物质不灭论，二是存 ness in systems 在必将灭亡。这两种观点看似矛盾，但在系统角 人的 人的 自然的 自然的 系统 度理解则是相通的。物质不灭的物质指的是能 意识性 物质性 意识性 物质性 量，更是组成系统的子系统或基本元件。存在必 AS 影响 影响 影响 影响 将灭亡指事物的形态和结构，即系统不可能长久 NS 不影响 不影响 影响 影响 存在。由于因素影响系统必将走向灭亡，笔者在 文献[24]中提出了系统运动空间的思想，认为系 1.2存在即为系统 统的存在是暂时的，而系统的灭亡是必然的。这 在人知识和理解的范围内，无论任何事物、 里说的灭亡指系统结构的瓦解。 物质和现象都是系统，只是存在的层次、规模、结 如下证明系统在任何情况下都必将瓦解。当 构、功能等有所不同，但都可利用系统的特性进 自然条件和因素不适合系统存在，则系统功能性 行抽象和泛化。任何系统都可分解成子系统，而 必将降低。这时系统内部元件发挥的功能性必然 子系统仍能继续分解。只是划分用到的工具和技 小于其预定功能性。这将导致这些元件效率降低 术难以获得，导致人们认为存在最基本的不能划 难以实现价值。这时它们将逃离该系统，寻找新 分的系统构成单元。但科学的历史一次又一次地 的系统以发挥作用。这说明：在不利于系统存在 证明了系统的可分性。从显微镜下看到细胞开 的条件下系统将瓦解，即存在必将灭亡；但元件逃 始，发现了细胞核、核酸、碱基、分子、原子、质子 离系统后会与其他元件组成新系统，即物质不 和电子。随着技术手段更新和理论发展，又发现 灭。相反的，系统在适合的环境下也会最终走向 了强子、轻子和传播子。但这并不是最终结果， 瓦解。系统在适合的环境下必将不断发展，所消 由1968年Gabriele Veneziano和1974年John 耗的自然资源增加，导致现有自然环境不适合系 Schwarz提出的弦论认为自然界的基本单元不是 统发展，则转变为上述情况。进一步的，如果自然 电子、光子、中微子和夸克之类的粒子，而是很小 资源无限，系统规模会不断增加。这时系统内部 很小的弦的闭合圈，不同振动和运动就产生出各 元件迅速增加，导致它们之间能量、物质和信息交 种不同的基本粒子。这种论述虽然难以验证，但 流成本大幅增加。同样这将导致单元实现功能的 显然将人理解的基本粒子又重新扩展为一种大系 效率降低。这些单元会逃离系统，使系统复杂性 统观。因此人对系统的理解总是不断变化不断深 降低满足自然条件，或者直接使系统瓦解。但维 入的。当人认清了当前层次的系统必将导致更深 持系统复杂性与自然条件的平衡是困难的脆弱的。 层次系统的出现。人的意识是无限趋近于自然的 因此上述两个观点并不矛盾，都可在系统层 本质，但始终无法达到。总结该观点：任何存在 面予以解释。也说明了存在的系统必将灭亡，这 的事物、物质和现象都是系统，它们可组成更大 种灭亡不是物质的湮灭而是系统结构的瓦解。过 的系统，也可划分为更小的系统。 程如图1所示，详细解释见文献[24]。 自然环境适合 元件逃离 自然环境不适合 系统发展 寻找新系统 系统发展 系统逐 系统元件 增加.元件自身 系统瓦解 远离目 渐分解 系统 价值降低 目标 标方向 方问 元件逃离 元件逃离 寻找新系统 系统结构 系统目标 寻找新系统 调整失败 改变 图1系统演化过程 Fig.1 Schematic of the system evolution process 2系统可靠-失效模型及哲学意义 最终目标，决定了系统的所有特征和属性。系统 的目的就是完成预定功能，其能力即为系统的可 无论是AS完成人的预设目标，还是自然通 靠性。相对的，无法完成预定功能的能力称为失 过随机生成-适应选择得到NS,它们都是为了 效性。 完成特定目的。目的是系统设计、制造和运行的 可靠性与失效性是对立统一的，两者的并集
表 1 物质性和意识性与系统的关系 Table 1 Relationships between materiality and consciousness in systems 系统 人的 意识性 人的 物质性 自然的 意识性 自然的 物质性 AS 影响 影响 影响 影响 NS 不影响 不影响 影响 影响 1.2 存在即为系统 在人知识和理解的范围内，无论任何事物、 物质和现象都是系统，只是存在的层次、规模、结 构、功能等有所不同，但都可利用系统的特性进 行抽象和泛化。任何系统都可分解成子系统，而 子系统仍能继续分解。只是划分用到的工具和技 术难以获得，导致人们认为存在最基本的不能划 分的系统构成单元。但科学的历史一次又一次地 证明了系统的可分性。从显微镜下看到细胞开 始，发现了细胞核、核酸、碱基、分子、原子、质子 和电子。随着技术手段更新和理论发展，又发现 了强子、轻子和传播子。但这并不是最终结果， 由 1968 年 Gabriele Veneziano 和 1974 年 John Schwarz 提出的弦论认为自然界的基本单元不是 电子、光子、中微子和夸克之类的粒子，而是很小 很小的弦的闭合圈，不同振动和运动就产生出各 种不同的基本粒子。这种论述虽然难以验证，但 显然将人理解的基本粒子又重新扩展为一种大系 统观。因此人对系统的理解总是不断变化不断深 入的。当人认清了当前层次的系统必将导致更深 层次系统的出现。人的意识是无限趋近于自然的 本质，但始终无法达到。总结该观点：任何存在 的事物、物质和现象都是系统，它们可组成更大 的系统，也可划分为更小的系统。 1.3 系统的灭亡性 哲学上有两个观点，一是物质不灭论，二是存 在必将灭亡。这两种观点看似矛盾，但在系统角 度理解则是相通的。物质不灭的物质指的是能 量，更是组成系统的子系统或基本元件。存在必 将灭亡指事物的形态和结构，即系统不可能长久 存在。由于因素影响系统必将走向灭亡，笔者在 文献 [24] 中提出了系统运动空间的思想，认为系 统的存在是暂时的，而系统的灭亡是必然的。这 里说的灭亡指系统结构的瓦解。 如下证明系统在任何情况下都必将瓦解。当 自然条件和因素不适合系统存在，则系统功能性 必将降低。这时系统内部元件发挥的功能性必然 小于其预定功能性。这将导致这些元件效率降低 难以实现价值。这时它们将逃离该系统，寻找新 的系统以发挥作用。这说明：在不利于系统存在 的条件下系统将瓦解，即存在必将灭亡；但元件逃 离系统后会与其他元件组成新系统，即物质不 灭。相反的，系统在适合的环境下也会最终走向 瓦解。系统在适合的环境下必将不断发展，所消 耗的自然资源增加，导致现有自然环境不适合系 统发展，则转变为上述情况。进一步的，如果自然 资源无限，系统规模会不断增加。这时系统内部 元件迅速增加，导致它们之间能量、物质和信息交 流成本大幅增加。同样这将导致单元实现功能的 效率降低。这些单元会逃离系统，使系统复杂性 降低满足自然条件，或者直接使系统瓦解。但维 持系统复杂性与自然条件的平衡是困难的脆弱的。 因此上述两个观点并不矛盾，都可在系统层 面予以解释。也说明了存在的系统必将灭亡，这 种灭亡不是物质的湮灭而是系统结构的瓦解。过 程如图 1 所示，详细解释见文献 [24]。 系统 目标 方向 系统瓦解 自然环境不适合 系统发展 系统 消亡 元件逃离 寻找新系统 系统逐 远离目 渐分解 标方向 系统元件 增加, 元件自身 价值降低 系统结构 调整失败 系统目标 改变 元件逃离 寻找新系统 自然环境适合 系统发展 元件逃离 寻找新系统 图 1 系统演化过程 Fig. 1 Schematic of the system evolution process 2 系统可靠−失效模型及哲学意义 无论是 AS 完成人的预设目标，还是自然通 过随机生成−适应选择得到 NS，它们都是为了 完成特定目的。目的是系统设计、制造和运行的 最终目标，决定了系统的所有特征和属性。系统 的目的就是完成预定功能，其能力即为系统的可 靠性。相对的，无法完成预定功能的能力称为失 效性。 可靠性与失效性是对立统一的，两者的并集 ·1106· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷
第6期 崔铁军，等：系统可靠一失效模型的哲学意义与智能实现 ·1107· 形成了系统功能状态空间，是统一的存在；两者 是自然法则，不受人的影响。对于A$而言，人设 之间没有交集因此它们是对立的。对于NS而言 计、制造和运行系统的目的是完成预设功能，期 系统的可靠-失效并不需要刻意追求。因为自然 间投入的所有成本都必须体现在系统的价值上， 无时无刻都在利用大量随机生成的系统通过适应 即系统能完成预定功能。所以人更关注AS的可 选择来得到适合的NS。而且自然总是将系统的 靠性和失效性。基于这些考虑提出SRFM,将研 嫡值维持在较高水平，可以说自然对全部系统的 究对象划分为人、系统(AS和NS)和自然。SRFM 最终需求（目标）是将自然的总熵达到最大。这 如图2所示。 人的作用 门增加系统可靠性 系统向着嫡减方向发展 系统功能状态 100%可靠 可靠状态 失效状态 系统功能状态 系统向着熵增方向发展 100%失效 熵 自然的作用 +0 100%可靠 人的作用与自然作用的博弈 0%可靠 0%失效 100%失效 图2SRFM系统 Fig.2 Schematic of SRFM 图2中显示的SRFM有如下特点： 状态，这加强了状态空间中可靠状态的比例（这 I)SRFM具有人的意识性和自然的物质性。 种情况很少)。系统运行过程是系统整体功能状 人的意识性总是使系统的嫡值减小以实现系统功 态的量变到质变过程。当人的意识性干预大于自 能；自然的物质性总是使系统的熵值增加阻碍系 然的物质性干预时，量变质变向着可靠状态转 统实现功能。人通过意识活动可以使系统嫡值趋 化；反之向着失效状态转化。文献[24]指出，因 近于0，但无法达到，对应于系统可靠性100%，失 素变化是系统可靠-失效状态变化的动力；数据 效性0%：自然通过物质性给系统提供不确定的环 变化是状态变化的表现。人通过分析数据流得到 境条件，使系统丧失功能性，对应于可靠性0%， 因素流，进而调整因素控制系统状态。但由于技 失效性100%。人的意识是相对的暂时的状态，自 术限制，无法获得全部数据流，也只能在获得数 然的物质性是绝对的一般的状态。由于人的意识 据流中辨识一部分因素；也无法控制全部辨识的 性对自然的理解取决于自然的物质性，又因为存 因素，只能调整部分因素。因此人的意识性永远 在即系统，系统的层次是无限分解的，人的意识 无法战胜自然的物质性对系统状态的作用，系统 被现有的理论和技术所限制，因此只能无限接近 必将向着高嫡发展，走向瓦解。系统可靠性与失 自然的实质，但无法达到。如1.1节所述，SR- 效性的矛盾和斗争也是人意识性与自然物质性的 FM也具有人的物质性和自然的意识性，但作用 矛盾和斗争，即SRFM的矛盾论。 不大，特别是AS,即SRFM的认识论。 3)SRFM是基于系统视角对系统功能状态的 2)SRFM的可靠性和失效性是对立统一的整 分析。对于系统可靠性和失效性的研究必须满足 体。系统存在的意义是完成功能，其状态只有两 自然界的系统性、整体性、层次性、动态开放性、 种，即可靠状态和失效状态。它们是对立的，相 自组织性，及辩证唯物主义的物质观、运动观和 互排斥，具有明显界线；又相互组成了完整的系 时空观的。文献[24]中提出了系统运动空间和系 统功能状态空间。可靠性与失效性可以相互转 统映射论。系统运动空间用于度量系统功能状态 化。系统很难表示为完全失效或完全可靠，而是 的变化，该变化集中体现在系统可靠性和失效性 一种中间状态。实际所指系统可靠与失效一般是 的转化，认为系统的内在和外在因素变化是系统 人为设定的阈值。系统运行过程中可能在可靠性 功能状态变化的动力。只有相互适应才能达到系 状态下涌现出失效状态，这加强了状态空间中失 统功能稳定，可靠性和失效性达到平衡。系统的 效状态的比例；也可能在失效状态中涌现出可靠 内在因素包括了一切影响系统功能状态的事项
形成了系统功能状态空间，是统一的存在；两者 之间没有交集因此它们是对立的。对于 NS 而言 系统的可靠−失效并不需要刻意追求。因为自然 无时无刻都在利用大量随机生成的系统通过适应 选择来得到适合的 NS。而且自然总是将系统的 熵值维持在较高水平，可以说自然对全部系统的 最终需求 (目标) 是将自然的总熵达到最大。这 是自然法则，不受人的影响。对于 AS 而言，人设 计、制造和运行系统的目的是完成预设功能，期 间投入的所有成本都必须体现在系统的价值上， 即系统能完成预定功能。所以人更关注 AS 的可 靠性和失效性。基于这些考虑提出 SRFM，将研 究对象划分为人、系统 (AS 和 NS) 和自然。SRFM 如图 2 所示。 可靠状态 失效状态 人的作用 增加系统可靠性 自然的作用 增加系统失效性 系统向着熵减方向发展 系统向着熵增方向发展 0 熵 人的作用与自然作用的博弈 系统功能状态 100%可靠 量变 可靠 量变 因素流 失效 数据流 系统功能状态 100%失效 0%可靠 100%失效 100%可靠 0%失效 +∞ 图 2 SRFM 系统 Fig. 2 Schematic of SRFM 图 2 中显示的 SRFM 有如下特点： 1) SRFM 具有人的意识性和自然的物质性。 人的意识性总是使系统的熵值减小以实现系统功 能；自然的物质性总是使系统的熵值增加阻碍系 统实现功能。人通过意识活动可以使系统熵值趋 近于 0，但无法达到，对应于系统可靠性 100%，失 效性 0%；自然通过物质性给系统提供不确定的环 境条件，使系统丧失功能性，对应于可靠性 0%， 失效性 100%。人的意识是相对的暂时的状态，自 然的物质性是绝对的一般的状态。由于人的意识 性对自然的理解取决于自然的物质性，又因为存 在即系统，系统的层次是无限分解的，人的意识 被现有的理论和技术所限制，因此只能无限接近 自然的实质，但无法达到。如 1.1 节所述，SRFM 也具有人的物质性和自然的意识性，但作用 不大，特别是 AS，即 SRFM 的认识论。 2) SRFM 的可靠性和失效性是对立统一的整 体。系统存在的意义是完成功能，其状态只有两 种，即可靠状态和失效状态。它们是对立的，相 互排斥，具有明显界线；又相互组成了完整的系 统功能状态空间。可靠性与失效性可以相互转 化。系统很难表示为完全失效或完全可靠，而是 一种中间状态。实际所指系统可靠与失效一般是 人为设定的阈值。系统运行过程中可能在可靠性 状态下涌现出失效状态，这加强了状态空间中失 效状态的比例；也可能在失效状态中涌现出可靠 状态，这加强了状态空间中可靠状态的比例 (这 种情况很少)。系统运行过程是系统整体功能状 态的量变到质变过程。当人的意识性干预大于自 然的物质性干预时，量变质变向着可靠状态转 化；反之向着失效状态转化。文献 [24] 指出，因 素变化是系统可靠−失效状态变化的动力；数据 变化是状态变化的表现。人通过分析数据流得到 因素流，进而调整因素控制系统状态。但由于技 术限制，无法获得全部数据流，也只能在获得数 据流中辨识一部分因素；也无法控制全部辨识的 因素，只能调整部分因素。因此人的意识性永远 无法战胜自然的物质性对系统状态的作用，系统 必将向着高熵发展，走向瓦解。系统可靠性与失 效性的矛盾和斗争也是人意识性与自然物质性的 矛盾和斗争，即 SRFM 的矛盾论。 3) SRFM 是基于系统视角对系统功能状态的 分析。对于系统可靠性和失效性的研究必须满足 自然界的系统性、整体性、层次性、动态开放性、 自组织性，及辩证唯物主义的物质观、运动观和 时空观[5]。文献 [24] 中提出了系统运动空间和系 统映射论。系统运动空间用于度量系统功能状态 的变化，该变化集中体现在系统可靠性和失效性 的转化，认为系统的内在和外在因素变化是系统 功能状态变化的动力。只有相互适应才能达到系 统功能稳定，可靠性和失效性达到平衡。系统的 内在因素包括了一切影响系统功能状态的事项， 第 6 期 崔铁军，等：系统可靠−失效模型的哲学意义与智能实现 ·1107·
·1108· 智能系统学报 第15卷 人的意识性属于内在因素。外在因素主要指自然 因素、事件、状态传递及过程拓扑结构等事项。 环境对系统功能状态的影响，自然的物质性属于 方法需要能同时蕴含并分析这些事项的能力， 外在因素。但对系统内的物理材料而言自然的物 即SRFM的方法论。 质性也属于内在因素。系统变化是通过数据的变 上述给出了SRFM及其哲学解释，包括：认识 化表现出来的。如果数据流无法收集或辨识将无 论、矛盾论、系统论和方法论。这些研究最终落 法确定系统是否存在。从数据流到因素流的转化 脚于SRFM的方法论。必须建立适合的方法满 则是系统的一种等效过程，可体现系统的功能 足SRFM. 变化。因此考虑系统功能状态需要全面了解影响 系统的因素和系统表现出来的数据，进而确定系 3系统可靠一失效模型的智能方法 统结构，这也符合系统观点的要求，即SRFM的 前文将研究对象划分为人、系统和自然三方 系统论。 面。但对未来复杂系统而言，智能系统必将代替 4)SRFM必须具备适合的分析方法。系统由 人的作用对系统功能进行控制，保证系统功能稳 众多子系统构成，子系统之间必将存在信息、能 定，至少应包括对系统功能状态（可靠-失效）的 量和物质的交换。显然用机械还原方法论并不 监控、预测、预防、处理和恢复。进一步发展的智 适合s:2,需要唯物辩证科学观。研究系统功能 能系统更应具备设计系统、监控数据流和因素 状态，分析可靠性与实效性的相互转化，必须能 流、规划系统功能、调整可靠与失效阈值等能 够收集和处理数据流和因素流。进一步能够分 力。这时人不再是系统控制者，而转变为智能系 析因素间的相关性和因果性，因此方法需要逻辑 统的辅助者。以智能系统（代表人的意识性）为 推理能力。系统功能状态的变化伴随着各种事 核心，系统改为完成功能的功能系统，人的物质 件的可靠状态和失效状态。众多事件的状态叠 性及自然的意识性和物质性是外在的环境系统。 加将影响系统的功能状态。方法需要具备分析 则智能情况下，SRFM可改为智能系统、功能系 不同状态之间的逻辑转化能力。系统功能状态 统（未特殊说明下文简称系统）和环境系统组成 变化不是一蹴而就的，而是一种演化过程，涉及 的模型。研究对象关系变化如图3所示。 系统核心 系统核心 完成预定功能 人的意识性 一般系统 智能系统 和物质性 胡造 智能系统 人的意识性 完城颈定功能 影 设计、 性 预定日 的物 影 系统 控制因素流进行改造 自然 功能系统 意识性和物质性 环境系统 自然 自然的意识性和物质性 因素流 自然的意识性 种物质性 控制因素流进行改造 图3一般系统到智能系统的研究对象关系转变 Fig.3 Schematic of the transformation of the research object relationship from a general to an intelligent system 智能的SRFM与第2节提到的SRFM特征及 需要利用现代信息科学，与机械唯物科学观的机 哲学意义相同。只是将人的意识性和物质性分 械还原方法论对应，是辩证唯物科学观，强调个 开，前者由智能系统代替，后者与自然的物质性 体与个体及个体与主体之间的关联性、开放性和 和意识性合并由环境系统代替。根据SRFM的方 演化性。这符合SRFM的认识论、矛盾论、系统 法论，SRFM的智能方法需要具备一些特征，可使 论。著名安全学家美国科学院院士Nancy G 用EM、FS、UL和SFT理论完成SRFM的智能方 Leveson也提出了相同的观，点0：认为实际系统 法构建。 故障概率远大于现有系统故障分析方法得到的结 1)信息生态方法论。钟义信教授提出EMs2 果。其原因在于：这些方法仍然是机械还原论方 认为：信息（智能是信息的高级产物）研究需要特 法，不考虑子系统之间的能量、物质和信息交换： 别关注它的生长演化过程，研究各个生长环节之 而大多系统失效和故障都是子系统之间的意外联 间的相互关系、信息生长系统与环境之间的相互 系造成的，其观点与EM的观点相似。文献[20] 关系，以保障信息能够生长成为智能。智能系统 中基于EM建立了故障信息转化定律，可描述为
人的意识性属于内在因素。外在因素主要指自然 环境对系统功能状态的影响，自然的物质性属于 外在因素。但对系统内的物理材料而言自然的物 质性也属于内在因素。系统变化是通过数据的变 化表现出来的。如果数据流无法收集或辨识将无 法确定系统是否存在。从数据流到因素流的转化 则是系统的一种等效过程[24] ，可体现系统的功能 变化。因此考虑系统功能状态需要全面了解影响 系统的因素和系统表现出来的数据，进而确定系 统结构，这也符合系统观点的要求，即 SRFM 的 系统论。 4)SRFM 必须具备适合的分析方法。系统由 众多子系统构成，子系统之间必将存在信息、能 量和物质的交换。显然用机械还原方法论并不 适合[25-28] ，需要唯物辩证科学观。研究系统功能 状态，分析可靠性与实效性的相互转化，必须能 够收集和处理数据流和因素流。进一步能够分 析因素间的相关性和因果性，因此方法需要逻辑 推理能力。系统功能状态的变化伴随着各种事 件的可靠状态和失效状态。众多事件的状态叠 加将影响系统的功能状态。方法需要具备分析 不同状态之间的逻辑转化能力。系统功能状态 变化不是一蹴而就的，而是一种演化过程，涉及 因素、事件、状态传递及过程拓扑结构等事项。 方法需要能同时蕴含并分析这些事项的能力， 即 SRFM 的方法论。 上述给出了 SRFM 及其哲学解释，包括：认识 论、矛盾论、系统论和方法论。这些研究最终落 脚于 SRFM 的方法论。必须建立适合的方法满 足 SRFM。 3 系统可靠−失效模型的智能方法 前文将研究对象划分为人、系统和自然三方 面。但对未来复杂系统而言，智能系统必将代替 人的作用对系统功能进行控制，保证系统功能稳 定，至少应包括对系统功能状态 (可靠−失效) 的 监控、预测、预防、处理和恢复。进一步发展的智 能系统更应具备设计系统、监控数据流和因素 流、规划系统功能、调整可靠与失效阈值等能 力。这时人不再是系统控制者，而转变为智能系 统的辅助者。以智能系统 (代表人的意识性) 为 核心，系统改为完成功能的功能系统，人的物质 性及自然的意识性和物质性是外在的环境系统。 则智能情况下，SRFM 可改为智能系统、功能系 统 (未特殊说明下文简称系统) 和环境系统组成 的模型。研究对象关系变化如图 3 所示。 人 系统 自然 人的意识性 和物质性 完成预定功能 影响 自然的意识性和物质性 控制因素流进行改造 智能系统 人 功能系统 环境系统 人的意识性人的物质性 自然 预定目标 因素流 数据流 影响 系统核心 系统核心 一般系统 智能系统 完成预定功能 控制因素流进行改造 设计、制造、 运行和控制 意识性和物质性 自然的意识性 和物质性 图 3 一般系统到智能系统的研究对象关系转变 Fig. 3 Schematic of the transformation of the research object relationship from a general to an intelligent system 智能的 SRFM 与第 2 节提到的 SRFM 特征及 哲学意义相同。只是将人的意识性和物质性分 开，前者由智能系统代替，后者与自然的物质性 和意识性合并由环境系统代替。根据 SRFM 的方 法论，SRFM 的智能方法需要具备一些特征，可使 用 IEM、FS、UL 和 SFT 理论完成 SRFM 的智能方 法构建。 1) 信息生态方法论。钟义信教授提出 IEM[25-28] 认为：信息 (智能是信息的高级产物) 研究需要特 别关注它的生长演化过程，研究各个生长环节之 间的相互关系、信息生长系统与环境之间的相互 关系，以保障信息能够生长成为智能。智能系统 需要利用现代信息科学，与机械唯物科学观的机 械还原方法论对应，是辩证唯物科学观，强调个 体与个体及个体与主体之间的关联性、开放性和 演化性。这符合 SRFM 的认识论、矛盾论、系统 论。著名安全学家美国科学院院士 Nancy G. Leveson 也提出了相同的观点[29-30] ：认为实际系统 故障概率远大于现有系统故障分析方法得到的结 果。其原因在于：这些方法仍然是机械还原论方 法，不考虑子系统之间的能量、物质和信息交换； 而大多系统失效和故障都是子系统之间的意外联 系造成的，其观点与 IEM 的观点相似。文献 [20] 中基于 IEM 建立了故障信息转化定律，可描述为 ·1108· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷
第6期 崔铁军，等：系统可靠一失效模型的哲学意义与智能实现 ·1109· 本体论故障信息-认识论故障信息-故障知识-智 SRFM实现智能系统在多状态逻辑关系推理方面 能安全策略-智能安全行为。故障信息即是SR- 的逻辑基础。 FM中的数据流和因素流。可见通过IEM可对系 4)空间故障树理论。完成SRFM及其智能分 统功能状态变化过程中的信息进行处理。因此 析方法需要上述3种理论的配合，但它们仍然是 IEM是SRFM实现智能系统在信息处理方面的方 信息、推理和逻辑方面的理论和方法。SRFM应 法论保障。 基于安全科学领域的基础理论实现，SFT理论符 2)因素空间理论。汪培庄教授提出的FS理 合该要求。SFT理论是笔者2012年提出的，目前 论认为因素是描述和区分事物的根本要素。他认 研究分为4部分。ST基础理论四用于研究系统 为FS最突出的优点在于B,:1)能按目标组织数 可靠性与影响因素关系；智能化SFTo用于研究 据，变换表格形式，能处理异构海量数据并对大 故障大数据处理和故障因果关系推理：空间故障 数据进行组织和存放；2)用背景关系提取知识， 网络用于描述和研究系统故障演化过程：系统 可分布式处理便于云计算；3)实现大幅信息压 运动空间和系统映射论2用于度量系统运动，研 缩，实时在线吞吐数据。可见，FS理论适合于智 究因素流与数据流关系。文献[20]指出SFT理 能系统对于无人化、智能化、数据化和信息化的 论与上述3种理论具有天然的结合性。可开放的 需求。另外，笔者在FS理论，特别是FS理论与 接纳这些理论，并有机结合。虽然这种结合目前 安全理论结合方面已有一些研究2。认为系统 乃至长时间内仍需大量研究，但SFT与它们结合 安全在一定层面上等同于系统可靠性（一些学者 可实现智能的SRFM,是一种面向未来复杂系统 认为有区别2外。影响系统可靠性的原因即为因 的SRFM智能方法实现途径。因此SFT理论是 素，而系统可靠性变化过程则通过数据表达，即 SRFM实现智能系统在安全领域研究的理论平台。 前文提到的因素流和数据流。它们在智能系统中 在面对未来复杂系统特征的同时，也需要面 必将是实时监测的大数据形式，因素之间也必将 对智能系统涌现的事实。人对系统的不断认识， 存在关联性，这些问题都可使用F$解决。笔者 也不断刷新着对系统可靠性和失效性研究的方法 为了研究系统可靠性提出了SFT理论，并与FS 论。SRFM在系统层面上代表了系统功能状态变 相结合对一些安全问题进行了有效分析。因此 化的哲学意义。本文论述了SRFM中人、系统和 FS理论是SRFM实现智能系统在数据处理及因 自然之间的关系。这些关系应从认识论、矛盾 素分析方面的数学基础。 论、系统论和方法论角度予以说明，以建立对应 3)泛逻辑理论。何华灿6调提出的UL,给出 的哲学观点。进入智能时代后智能系统将改变人 了柔性信息处理模式，将关系模式、关系模式分 在系统中的核心地位。人的意识性将被智能系统 类标准、神经元描述及逻辑描述进行了等价研究 代替，而人的物质性将和自然的物质性与意识性 和分析。在完备的布尔信息处理逻辑关系基础 并入环境系统。因此SRFM在智能情况下表现为 上，增加了反应阈值并且在经典布尔逻辑上补充 以智能系统为核心，成为功能系统和环境系统之 了4种新逻辑关系。这种刚性逻辑的软化对于系 间的作用关系。这种跨越式的变革将改变现有系 统故障，特别是系统故障演化过程是极为重要 统的本质，也将改变安全科学基础理论中系统功 的。系统故障是一种演化过程，不但涉及事件、 能状态（可靠-失效）的研究方法论，应该提前进 状态传递和过程的拓扑结构，因素影响和事件间 行研究和准备。可参照SRFM的思想，对各领域 逻辑关系也非常重要。柔性处理方式对于事件间 的具体智能理论和方法进行发展，从而实现完整 逻辑分析十分重要。基于目前研究系统功能状态 的系统智能化，高效安全地实现系统功能。 至少存在3种，即可靠性状态、失效状态和未知 4结束语 状态。而且未知状态在实际中更为常见。具有 3种状态的事件逻辑叠加只能使用UL方法建立 论文提出了SRFM,在哲学层面进行了解释， 真值表和运算规则。进而研究系统故障演化过程 并讨论了实现SRFM的智能方法。具体结论如下： 的拓扑结构和逻辑化简方法，对系统故障的预 1)基于对系统的研究，提出了一些系统的哲 测、预防和控制具有重要意义。特别是，智能系 学观点。系统具有物质性和有意识性，说明了 统控制下的系统功能状态分析，可降低系统故障 AS和NS与人和自然的物质性及意识性的关 过程复杂程度，化简影响因素，减少数据容量，对 系。存在即为系统，说明了人对系统的认识只能 智能系统的成功运行至关重要。因此UL理论是 无限深入，而不能完全理解的事实。系统的灭亡
本体论故障信息−认识论故障信息−故障知识−智 能安全策略−智能安全行为。故障信息即是 SRFM 中的数据流和因素流。可见通过 IEM 可对系 统功能状态变化过程中的信息进行处理。因此 IEM 是 SRFM 实现智能系统在信息处理方面的方 法论保障。 2) 因素空间理论。汪培庄教授提出的 FS 理 论认为因素是描述和区分事物的根本要素。他认 为 FS 最突出的优点在于[31] ：1) 能按目标组织数 据，变换表格形式，能处理异构海量数据并对大 数据进行组织和存放；2) 用背景关系提取知识， 可分布式处理便于云计算；3) 实现大幅信息压 缩，实时在线吞吐数据。可见，FS 理论适合于智 能系统对于无人化、智能化、数据化和信息化的 需求。另外，笔者在 FS 理论，特别是 FS 理论与 安全理论结合方面已有一些研究[32-35]。认为系统 安全在一定层面上等同于系统可靠性 (一些学者 认为有区别[29] )。影响系统可靠性的原因即为因 素，而系统可靠性变化过程则通过数据表达，即 前文提到的因素流和数据流。它们在智能系统中 必将是实时监测的大数据形式，因素之间也必将 存在关联性，这些问题都可使用 FS 解决。笔者 为了研究系统可靠性提出了 SFT 理论，并与 FS 相结合对一些安全问题进行了有效分析。因此 FS 理论是 SRFM 实现智能系统在数据处理及因 素分析方面的数学基础。 3) 泛逻辑理论。何华灿[36-38] 提出的 UL，给出 了柔性信息处理模式，将关系模式、关系模式分 类标准、神经元描述及逻辑描述进行了等价研究 和分析。在完备的布尔信息处理逻辑关系基础 上，增加了反应阈值并且在经典布尔逻辑上补充 了 4 种新逻辑关系。这种刚性逻辑的软化对于系 统故障，特别是系统故障演化过程是极为重要 的。系统故障是一种演化过程，不但涉及事件、 状态传递和过程的拓扑结构，因素影响和事件间 逻辑关系也非常重要。柔性处理方式对于事件间 逻辑分析十分重要。基于目前研究系统功能状态 至少存在 3 种，即可靠性状态、失效状态和未知 状态。而且未知状态在实际中更为常见。具有 3 种状态的事件逻辑叠加只能使用 UL 方法建立 真值表和运算规则。进而研究系统故障演化过程 的拓扑结构和逻辑化简方法，对系统故障的预 测、预防和控制具有重要意义。特别是，智能系 统控制下的系统功能状态分析，可降低系统故障 过程复杂程度，化简影响因素，减少数据容量，对 智能系统的成功运行至关重要。因此 UL 理论是 SRFM 实现智能系统在多状态逻辑关系推理方面 的逻辑基础。 4) 空间故障树理论。完成 SRFM 及其智能分 析方法需要上述 3 种理论的配合，但它们仍然是 信息、推理和逻辑方面的理论和方法。SRFM 应 基于安全科学领域的基础理论实现，SFT 理论符 合该要求。SFT 理论是笔者 2012 年提出的，目前 研究分为 4 部分。SFT 基础理论[39] 用于研究系统 可靠性与影响因素关系；智能化 SFT[40] 用于研究 故障大数据处理和故障因果关系推理；空间故障 网络[41] 用于描述和研究系统故障演化过程；系统 运动空间和系统映射论[24] 用于度量系统运动，研 究因素流与数据流关系。文献 [20] 指出 SFT 理 论与上述 3 种理论具有天然的结合性。可开放的 接纳这些理论，并有机结合。虽然这种结合目前 乃至长时间内仍需大量研究，但 SFT 与它们结合 可实现智能的 SRFM，是一种面向未来复杂系统 的 SRFM 智能方法实现途径。因此 SFT 理论是 SRFM 实现智能系统在安全领域研究的理论平台。 在面对未来复杂系统特征的同时，也需要面 对智能系统涌现的事实。人对系统的不断认识， 也不断刷新着对系统可靠性和失效性研究的方法 论。SRFM 在系统层面上代表了系统功能状态变 化的哲学意义。本文论述了 SRFM 中人、系统和 自然之间的关系。这些关系应从认识论、矛盾 论、系统论和方法论角度予以说明，以建立对应 的哲学观点。进入智能时代后智能系统将改变人 在系统中的核心地位。人的意识性将被智能系统 代替，而人的物质性将和自然的物质性与意识性 并入环境系统。因此 SRFM 在智能情况下表现为 以智能系统为核心，成为功能系统和环境系统之 间的作用关系。这种跨越式的变革将改变现有系 统的本质，也将改变安全科学基础理论中系统功 能状态 (可靠−失效) 的研究方法论，应该提前进 行研究和准备。可参照 SRFM 的思想，对各领域 的具体智能理论和方法进行发展，从而实现完整 的系统智能化，高效安全地实现系统功能。 4 结束语 论文提出了 SRFM，在哲学层面进行了解释， 并讨论了实现 SRFM 的智能方法。具体结论如下： 1) 基于对系统的研究，提出了一些系统的哲 学观点。系统具有物质性和有意识性，说明了 AS 和 NS 与人和自然的物质性及意识性的关 系。存在即为系统，说明了人对系统的认识只能 无限深入，而不能完全理解的事实。系统的灭亡 第 6 期 崔铁军，等：系统可靠−失效模型的哲学意义与智能实现 ·1109·
·1110· 智能系统学报 第15卷 性，论述了系统无论是否存在于适合的自然环境 社会科学版)，2010,37(1)：46-51 中，必将走向瓦解的事实。这种灭亡不是物质的 FENG Haoqing.Safety:the cardinal principle of scientific 灭亡，而是系统结构的瓦解。 ethics[J].Journal of Hubei University (Philosophy and So- 2)提出了SRFM,论述了其哲学意义。将论 cial Sciences),2010,37(1):46-51. 域划分为人、系统和自然3个部分，研究系统的 [8]宁德春，王建平.基于科学发展观的安全哲学思考).中 可靠和失效功能状态变化关系。从认识论、矛盾 国安全科学学报，2009,199)：71-77. 论、系统论和方法论方面研究了SRFM在这些层 NING Dechun,WANG Jianping.Philosophical thinking of safety from the perspective of scientific development 面的意义和特点。认为SRFM满足这4方面的要 concept[J].China safety science journal,2009,19(9): 求，在哲学观上是合理的。 71-77. 3)论述了通过智能方法实现SRFM的方式。 [9]贾蛊彬，盖永贺，李保罡，等.基于强化学习的电力通信 认为将IEM作为SRFM的方法论，FS作为SR- 网故障恢复方法川.中国电力，2020,53(6)：34-40. FM的数学基础，UL作为SRFM的逻辑基础是合 JIA Huibin,GAI Yonghe,LI Baogang,et al.Power com- 理的。以SFT作为上述理论融合平台，实现SR- munication network recovery from large-scale failures FM智能，并应用于系统功能状态智能分析是合 based on reinforcement learning[J].Electric power,2020. 理的。 53(6):34-40. 参考文献： [10]尹相国，张文，路致远，等.面向智能变电站二次设备的 故障诊断方法研究.电测与仪表，2020,573少39-45. [1]欧阳秋梅，吴超.安全观的塑造机理及其方法研究).中 YIN Xiangguo,ZHANG Wen,LU Zhiyuan,et al.Re- 国安全生产科学技术，2016,12(9：14-19 search on fault diagnosis method for secondary equip- OUYANG Qiumei,WU Chao.Research on forming mech- ment of intelligent substation[J].Electrical measurement anism and methods of safety ideafJ.Journal of safety sci- instrumentation,2020,57(3):39-45. ence and technology,2016,12(9):14-19. [11]范士雄，李立新，王松岩，等.人工智能技术在电网调控 [2]周玉佳.本体安全与符号的索引性：探究社会安全观的 中的应用研究[).电网技术，2020,44(2)：401-411 人类学分析路径.西南民族大学学报（人文社科版）， FAN Shixiong,LI Lixin,WANG Songyan,et al.Applica- 2015,36(6):60-64 tion analysis and exploration of artificial intelligence tech- [3]翟安康.“安全问题”的哲学追问.苏州大学学报（哲学 nology in power grid dispatch and control[J].Power sys- 社会科学版)，2015,36(3)：21-25 tem technology,2020,44(2):401-411. ZHAI Ankang.Philosophical inquiry on "safety issues"[J]. [12]徐红辉，王翀，范杰.基于故障状态演化的高速公路机 Journal of Soochow University (Philosophy Social Sci- 电设备智能维护系统设计[.现代电子技术，2019， ence Edition,2015,36(3):21-25. 42(24):112-115. [4]刘国愈，雷玲.海因里希事故致因理论与安全思想因素 XU Honghui,WANG Chong,FAN Jie.Design of fault 分析[).安全与环境工程，2013,20(1)：138-142 state evolution based intelligent maintenance system for LIU Guoyu,LEI Ling.Analysis of Heinrich accident-caus- electromechanical equipments on expressway[J].Modern ing theory and the factors of safety ideology[J].Safety and electronics technique,2019,42(24):112-115. environmental engineering,2013,20(1):138-142 [13]BENSAOUCHA S,BESSEDIK S A.AMEUR A.et al. [5]钟群鹏，张峥，傅国如，等.失效学的哲学理念及其应用 Induction motors broken rotor bars detection using RPVM 探讨[).机械工程学报，2011,47(2：25-30. and neural network[J].Compel,2019,38(2):596-615. ZHONG Qunpeng,ZHANG Zheng,FU Guoru,et al.The [14]NOURELDEEN O,HAMDAN I,HASSANIN B.Design philosophy and application of failure study[J].Journal of of advanced artificial intelligence protection technique mechanical engineering,2011,47(2):25-30. based on low voltage ride-through grid code for large- [6]斯文·欧威·汉森.技术哲学视阈中的风险和安全[】.东 scale wind farm generators:a case study in Egypt[J].SN 北大学学报（社会科学版），2011,13(1)：1-6. applied sciences,2019,1(6):515. HANSEN S O.Risk and safety from the viewpoint of [15]王春影.低温环境下汽车发动机运行故障智能诊断仿 philosophy of technology[J].ZHANG Qiucheng,trans. 真0.计算机仿真，2018,35(12)：131-134 Journal of Northeastern University (Social Science Edi- WANG Chunying.Intelligent diagnosis of automobile en- tion).2011,13(1:1-6. gine running fault in low temperature environment[J]. [7]冯吴青.安全之为科技伦理的首要原则及其意义一基 Computer simulation,2018,35(12):131-134. 于人类安全观和风险社会视角).湖北大学学报（哲学 [16]ZANG Yu,WEI Shanguan,CAI Baigen,et al.Methods
性，论述了系统无论是否存在于适合的自然环境 中，必将走向瓦解的事实。这种灭亡不是物质的 灭亡，而是系统结构的瓦解。 2) 提出了 SRFM，论述了其哲学意义。将论 域划分为人、系统和自然 3 个部分，研究系统的 可靠和失效功能状态变化关系。从认识论、矛盾 论、系统论和方法论方面研究了 SRFM 在这些层 面的意义和特点。认为 SRFM 满足这 4 方面的要 求，在哲学观上是合理的。 3) 论述了通过智能方法实现 SRFM 的方式。 认为将 IEM 作为 SRFM 的方法论，FS 作为 SRFM 的数学基础，UL 作为 SRFM 的逻辑基础是合 理的。以 SFT 作为上述理论融合平台，实现 SRFM 智能，并应用于系统功能状态智能分析是合 理的。 参考文献： 欧阳秋梅, 吴超. 安全观的塑造机理及其方法研究 [J]. 中 国安全生产科学技术, 2016, 12(9): 14–19. OUYANG Qiumei, WU Chao. Research on forming mechanism and methods of safety idea[J]. Journal of safety science and technology, 2016, 12(9): 14–19. [1] 周玉佳. 本体安全与符号的索引性: 探究社会安全观的 人类学分析路径 [J]. 西南民族大学学报(人文社科版), 2015, 36(6): 60–64. [2] 翟安康. “安全问题”的哲学追问 [J]. 苏州大学学报(哲学 社会科学版), 2015, 36(3): 21–25. ZHAI Ankang. Philosophical inquiry on “safety issues”[J]. Journal of Soochow University (Philosophy & Social Science Edition), 2015, 36(3): 21–25. [3] 刘国愈, 雷玲. 海因里希事故致因理论与安全思想因素 分析 [J]. 安全与环境工程, 2013, 20(1): 138–142. LIU Guoyu, LEI Ling. Analysis of Heinrich accident-causing theory and the factors of safety ideology[J]. Safety and environmental engineering, 2013, 20(1): 138–142. [4] 钟群鹏, 张峥, 傅国如, 等. 失效学的哲学理念及其应用 探讨 [J]. 机械工程学报, 2011, 47(2): 25–30. ZHONG Qunpeng, ZHANG Zheng, FU Guoru, et al. The philosophy and application of failure study[J]. Journal of mechanical engineering, 2011, 47(2): 25–30. [5] 斯文·欧威·汉森. 技术哲学视阈中的风险和安全 [J]. 东 北大学学报(社会科学版), 2011, 13(1): 1–6. HANSEN S O. Risk and safety from the viewpoint of philosophy of technology[J]. ZHANG Qiucheng, trans. Journal of Northeastern University (Social Science Edition), 2011, 13(1): 1–6. [6] 冯昊青. 安全之为科技伦理的首要原则及其意义——基 于人类安全观和风险社会视角 [J]. 湖北大学学报(哲学 [7] 社会科学版), 2010, 37(1): 46–51. FENG Haoqing. Safety: the cardinal principle of scientific ethics[J]. Journal of Hubei University (Philosophy and Social Sciences), 2010, 37(1): 46–51. 宁德春, 王建平. 基于科学发展观的安全哲学思考 [J]. 中 国安全科学学报, 2009, 19(9): 71–77. NING Dechun, WANG Jianping. Philosophical thinking of safety from the perspective of scientific development concept[J]. China safety science journal, 2009, 19(9): 71–77. [8] 贾惠彬, 盖永贺, 李保罡, 等. 基于强化学习的电力通信 网故障恢复方法 [J]. 中国电力, 2020, 53(6): 34–40. JIA Huibin, GAI Yonghe, LI Baogang, et al. Power communication network recovery from large-scale failures based on reinforcement learning[J]. Electric power, 2020, 53(6): 34–40. [9] 尹相国, 张文, 路致远, 等. 面向智能变电站二次设备的 故障诊断方法研究 [J]. 电测与仪表, 2020, 57(3): 39–45. YIN Xiangguo, ZHANG Wen, LU Zhiyuan, et al. Research on fault diagnosis method for secondary equipment of intelligent substation[J]. Electrical measurement & instrumentation, 2020, 57(3): 39–45. [10] 范士雄, 李立新, 王松岩, 等. 人工智能技术在电网调控 中的应用研究 [J]. 电网技术, 2020, 44(2): 401–411. FAN Shixiong, LI Lixin, WANG Songyan, et al. Application analysis and exploration of artificial intelligence technology in power grid dispatch and control[J]. Power system technology, 2020, 44(2): 401–411. [11] 徐红辉, 王翀, 范杰. 基于故障状态演化的高速公路机 电设备智能维护系统设计 [J]. 现代电子技术, 2019, 42(24): 112–115. XU Honghui, WANG Chong, FAN Jie. Design of fault state evolution based intelligent maintenance system for electromechanical equipments on expressway[J]. Modern electronics technique, 2019, 42(24): 112–115. [12] BENSAOUCHA S, BESSEDIK S A, AMEUR A, et al. Induction motors broken rotor bars detection using RPVM and neural network[J]. Compel, 2019, 38(2): 596–615. [13] NOURELDEEN O, HAMDAN I, HASSANIN B. Design of advanced artificial intelligence protection technique based on low voltage ride-through grid code for largescale wind farm generators: a case study in Egypt[J]. SN applied sciences, 2019, 1(6): 515. [14] 王春影. 低温环境下汽车发动机运行故障智能诊断仿 真 [J]. 计算机仿真, 2018, 35(12): 131–134. WANG Chunying. Intelligent diagnosis of automobile engine running fault in low temperature environment[J]. Computer simulation, 2018, 35(12): 131–134. [15] [16] ZANG Yu, WEI Shanguan, CAI Baigen, et al. Methods ·1110· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷
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