吳重光

（北京化工大學(xué)，北京100029）

【系列講座①ITS的由來與發(fā)展回顧】

ITS（Intelligent Tutoring System）可以通稱為“智能教學(xué)系統(tǒng)”，是一種人工智能計(jì)算機(jī)軟件，用于模擬人類教與學(xué)的行為和指導(dǎo)過程。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，ITS已經(jīng)逐漸發(fā)展成為先進(jìn)的綜合技術(shù)的集成系統(tǒng)。ITS既可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)大量的課程，又可以配合教師為大量的學(xué)生而工作，也可以實(shí)行個(gè)性化教學(xué)，進(jìn)而改進(jìn)學(xué)生的理解水平和提高學(xué)習(xí)成績，為教師和開發(fā)者提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用來提煉教學(xué)方法。研發(fā)ITS的終極目標(biāo)是輔助實(shí)現(xiàn)教育的個(gè)性化、公平化和終身化。ITS的研究、開發(fā)和應(yīng)用起始于上世紀(jì)70年代，伴隨著認(rèn)知科學(xué)、人工智能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步得到快速發(fā)展。近半個(gè)世紀(jì)以來，國外發(fā)表的ITS相關(guān)論著數(shù)以百萬計(jì)，美國已經(jīng)涌現(xiàn)出一批高水平ITS軟件，并且在工程職業(yè)教學(xué)，小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)的許多課程中得到推廣應(yīng)用。

研發(fā)ITS的目標(biāo)和技術(shù)障礙是什么？一個(gè)形象的比喻是：研發(fā)ITS軟件需要撥開“一團(tuán)迷霧”，翻越“三座大山”。

撥開“一團(tuán)迷霧”就是必須明確研發(fā)ITS的終極目標(biāo)。在這個(gè)終極目標(biāo)方面，教師往往會(huì)有疑惑。例如：人工智能是要取代教師嗎？有了ITS后，教師是不是無事可做？學(xué)生也會(huì)認(rèn)為，有了ITS是不是不用心學(xué)習(xí)就能成為“學(xué)霸”？

其實(shí)不然，設(shè)計(jì)和開發(fā)ITS系統(tǒng)的目的不是取代有經(jīng)驗(yàn)的教師，而是增強(qiáng)和擴(kuò)展教師的教學(xué)能力，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教育的個(gè)性化、公平化、網(wǎng)絡(luò)化和終身化。教師必須是熟練應(yīng)用ITS的專家，并且教師為學(xué)習(xí)過程帶來了復(fù)雜且豐富的社會(huì)互動(dòng)是不可或缺的。ITS的目的是增強(qiáng)和擴(kuò)展所有學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，包括自主學(xué)習(xí)和元認(rèn)識(shí)能力，從死記硬背的學(xué)習(xí)方式改進(jìn)為有意義的學(xué)習(xí)。

研發(fā)ITS軟件需要翻越“三座大山”——

“第一座大山”：人類的知識(shí)是什么？如何由計(jì)算機(jī)軟件識(shí)別和處理？

涉及各門課程知識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化、知識(shí)本體開發(fā)和知識(shí)圖譜開發(fā)，是人工智能的“生態(tài)環(huán)境”，是一個(gè)浩大的，需要發(fā)動(dòng)所有教師參與的“世紀(jì)工程”。

“第二座大山”：計(jì)算機(jī)如何輔助人類分析、決策、行動(dòng)和自動(dòng)控制？

涉及領(lǐng)域有專業(yè)實(shí)踐知識(shí)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)、系統(tǒng)仿真、圖論、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、評(píng)估理論、邏輯學(xué)、概率論、過程控制、故障診斷、數(shù)據(jù)處理、最優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件開發(fā)和數(shù)值計(jì)算理論與技術(shù)等。其中，因果反事實(shí)推理和高速、高效、多功能“推理引擎”算法，是人工智能技術(shù)的半壁江山，是目前國內(nèi)難于實(shí)現(xiàn)ITS的“卡脖子”技術(shù)。

“第三座大山”：教師和學(xué)生如何學(xué)會(huì)使用ITS？

對(duì)ITS軟件本身而言：需要其功能完備，并且盡可能具有普遍適用性，當(dāng)教師把任何一門課程的知識(shí)本體開發(fā)成功后，嵌入ITS都能實(shí)現(xiàn)智能教學(xué)；需要直觀形象的圖形化建模；需要軟件的使用具有簡明、快捷、易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)；需要ITS軟件在實(shí)際應(yīng)用中不斷進(jìn)取，也是ITS技術(shù)不斷進(jìn)步的技術(shù)保障。完成多領(lǐng)域多學(xué)科的專用ITS軟件更是一個(gè)極其艱巨和長期的任務(wù)。

對(duì)ITS軟件的使用者而言：需要親歷傳統(tǒng)教學(xué)方法顛覆性變革的過程；需要付出艱辛努力先學(xué)會(huì)ITS技術(shù)，然后結(jié)合實(shí)際熟練地應(yīng)用，才能具有“智慧超人”的本領(lǐng)。涉及對(duì)所解決問題的深度實(shí)踐和深入了解，涉及熟練的定性和定量建模技巧。因此，實(shí)現(xiàn)ITS大規(guī)模普及應(yīng)用也是一個(gè)艱巨和長期的任務(wù)。

1知識(shí)本體是人工智能的“生態(tài)環(huán)境”

知識(shí)是什么？這是一個(gè)從古至今直到未來，人類認(rèn)識(shí)真實(shí)世界包括人類自己的永恒課題。隨著人類生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于知識(shí)的認(rèn)知正在不斷進(jìn)展中。

在歷史的長河中，人類對(duì)知識(shí)的認(rèn)知理論稱為“本體論”（Ontology）?？萍碱I(lǐng)域稱其為“知識(shí)本體”，知識(shí)本體的概念出自于哲學(xué)的本體論或稱為存在論，英語單詞“ontology”是來源于希臘語單詞“存在”和“學(xué)問”的組合。人類最早研究這個(gè)論題的時(shí)間可以追溯到古希臘時(shí)代，哲學(xué)家試圖研究當(dāng)事物發(fā)生變化的時(shí)候，如何去發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)。亞里士多德（Aristotle）把存在區(qū)分為不同的模式，建立了一個(gè)范疇系統(tǒng)（System ofCategories），包含的范疇有：實(shí)體、質(zhì)量、數(shù)量、關(guān)系、行動(dòng)、感情、空間、時(shí)間。亞里士多德以他卓越的學(xué)識(shí)和深刻的洞察力，抓住了人類認(rèn)識(shí)中最關(guān)鍵的概念。

本體論得到迅速發(fā)展的時(shí)期是從上世紀(jì)90年代開始。主要原因是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及人工智能技術(shù)的探索，迫切需要使用本體論來定義知識(shí)的規(guī)范，以便在軟件實(shí)體之間共享、重用和使用計(jì)算機(jī)處理知識(shí)。近年來，IT界將其重要意義比喻為人工智能的“生態(tài)環(huán)境”，與此同時(shí)也不斷加深了對(duì)知識(shí)的認(rèn)知。

1991年，美國計(jì)算機(jī)專家尼徹斯（R.Niches）等在完成美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research ProjectsAgency，DARPA）一個(gè)關(guān)于知識(shí)共享的科研項(xiàng)目中，提出了一種構(gòu)建智能系統(tǒng)方法的新思想。他所發(fā)表的論文題目是《知識(shí)共享的使能技術(shù)》。尼徹斯團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)到：構(gòu)建智能系統(tǒng)需要由兩個(gè)部分組成，一個(gè)部分是知識(shí)本體，一個(gè)部分是“問題求解方法”（Problem SolvingMethods，PSMs）。知識(shí)本體涉及特定知識(shí)領(lǐng)域中的共有知識(shí)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，它是靜態(tài)的知識(shí)。而PSMs涉及在相應(yīng)知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行推理的知識(shí)，它是動(dòng)態(tài)的知識(shí)。PSMs使用知識(shí)本體中的靜態(tài)知識(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的推理，就可以構(gòu)建一個(gè)智能系統(tǒng)。這樣的智能系統(tǒng)就是一個(gè)知識(shí)庫，而知識(shí)本體就是知識(shí)庫的核心。

1995年，格魯伯（T.R.Gruber）在人工智能研究中發(fā)表論文《面向知識(shí)共享的本體設(shè)計(jì)原理》。論文中定義“知識(shí)本體是概念化的顯式規(guī)范”。這個(gè)定義比較著名，在知識(shí)本體的研究中廣為流傳。

1998年，施圖德（Studer）等發(fā)表論文《知識(shí)工程原理和方法》。論文在前人對(duì)知識(shí)本體定義的基礎(chǔ)上，給出了一個(gè)更加明確的解釋：“知識(shí)本體是對(duì)概念體系的明確的、形式化的、可共享的規(guī)范”。

知識(shí)本體的研究與開發(fā)屬于新興學(xué)科“知識(shí)工程”范疇。人類通過計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)表達(dá)和應(yīng)用才真正開始把知識(shí)從一般概念上升為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)本體。這是廣泛深入實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用，即計(jì)算機(jī)化知識(shí)處理和大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)和“生態(tài)環(huán)境”。這是一個(gè)長期的，艱巨的，貫穿人類生產(chǎn)活動(dòng)與社會(huì)活動(dòng)整個(gè)生命周期的，同時(shí)也是大規(guī)模廣泛發(fā)動(dòng)人類參與的活動(dòng)，需要以科學(xué)的方法總結(jié)、重構(gòu)、更新、創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化人類的知識(shí)，特別是各領(lǐng)域的知識(shí)。

幾十年來，基于知識(shí)本體的計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)信息標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)了從內(nèi)容層面到結(jié)構(gòu)層面，即符號(hào)、圖像、語法到語義的發(fā)展，信息傳遞/交換/共享從字符、位圖和向量圖的拼寫選擇和圖形繪制到電子文本的人工導(dǎo)引連接，目前已經(jīng)進(jìn)展到由計(jì)算機(jī)自動(dòng)導(dǎo)引連接的“智能”化階段。信息交換技術(shù)的進(jìn)展情況如圖1所示。

圖1 信息交換技術(shù)的進(jìn)展

計(jì)算機(jī)軟件和互聯(lián)網(wǎng)信息標(biāo)準(zhǔn)，例如，XML、DOM、UML、RDF、DAML+OIL和OWL2（知識(shí)本體網(wǎng)絡(luò)語言-2），已經(jīng)在全球任何使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化通信系統(tǒng)和設(shè)備中運(yùn)行，可以說是世界上使用范圍最廣和使用人數(shù)最多的信息標(biāo)準(zhǔn)。

知識(shí)本體的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)形成一門學(xué)科，稱為“知識(shí)本體工程”。在信息系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用的知識(shí)本體主要用于表達(dá)信息的內(nèi)容和機(jī)理。

在研究如何用計(jì)算機(jī)表達(dá)知識(shí)時(shí)，首先需要認(rèn)識(shí)人類自然語言文字的文檔局限性問題。人們發(fā)現(xiàn)，如果直接用人類自然語言在計(jì)算機(jī)中表達(dá)信息，其不足體現(xiàn)在如下方面：

●歧義性（Ambiguous）即容易引起歧義的，或模棱兩可的表述。

●模糊性（Vagueor Inherently Fuzzy），或者說非清晰性。

●非邏輯推演性，因?yàn)檎Z法不是語義，語言很難直接實(shí)施邏輯推理。

●離散性，或者說不完備性。

●非定量性，或非可數(shù)值計(jì)算性。

●任意性，例如，文言文、詩句或地域方言的表達(dá)方式。

●不同國家語言不同，包括語法不同，表達(dá)方式有差異。

●同義語的多種解釋。

●易錯(cuò)性（Error-prone）或因人而異性。人們對(duì)自然語言掌握的程度不同；不連貫性（Inconsistency），會(huì)導(dǎo)致不可推理性。

●背景依賴性（Contextdependent），或者說語境依賴、上下文依賴性。

通過分析人類自然語言文字文檔局限性問題，計(jì)算機(jī)信息科學(xué)家逐漸理清了“知識(shí)本體到底是什么？”或者說知識(shí)本體是如何構(gòu)成的。采用知識(shí)本體工程方法解讀人類知識(shí)后認(rèn)識(shí)到：知識(shí)本體由內(nèi)容信息和結(jié)構(gòu)信息構(gòu)成，兩者缺一不可。如圖2所示，知識(shí)本體是內(nèi)容信息與結(jié)構(gòu)信息的交集。

圖2 知識(shí)本體的構(gòu)成

作者給出的簡單解釋是——

●內(nèi)容信息是全宇宙包括地球世界一切事物的名稱、類型和屬性。

●結(jié)構(gòu)信息是各事物之間包括名稱、類型和屬性之間的連接關(guān)系和/或影響關(guān)系。

設(shè)計(jì)知識(shí)本體是開發(fā)專業(yè)課程ITS的第一步，所遵照的8條規(guī)則如下：

⑴清晰性：采用自然語言客觀如實(shí)且充分必要地定義知識(shí)本體的含義。

⑵連貫性：知識(shí)本體在邏輯上是通順的，不得推論出自相矛盾的結(jié)果。

⑶擴(kuò)充性：基于現(xiàn)有的知識(shí)本體詞匯可以定義新的特殊用途的項(xiàng)目，而無需改變現(xiàn)有的定義。

⑷兼容性：知識(shí)本體的概念說明可以在不同的表達(dá)系統(tǒng)和不同的表達(dá)風(fēng)格中實(shí)行。

⑸基本性：或稱為最小知識(shí)本體授權(quán)（委托），即確定最少只定義哪些項(xiàng)目就能夠本質(zhì)上實(shí)行知識(shí)一致性的傳達(dá)。

⑹圖示性：知識(shí)本體的結(jié)構(gòu)信息可以與圖形（圖譜）相互映射，以便應(yīng)用時(shí)直觀形象、快捷方便，以及直接采用圖論及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫评矸椒ㄌ幚斫Y(jié)構(gòu)信息。

⑺互用性：能夠與互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)語言（例如XML，OWL等）互操作。

⑻可推理/可計(jì)算性：可以實(shí)施邏輯推理、定性推理或用數(shù)值算法半定量或定量求解。

在上述8條規(guī)則中，第1～5條是國際流行的規(guī)則，第6～8條是依據(jù)知識(shí)本體工程的最新進(jìn)展，作者在第1～5條基礎(chǔ)上新增加的參考規(guī)則。

以相關(guān)知識(shí)本體國際標(biāo)準(zhǔn)作為開發(fā)本領(lǐng)域和本專業(yè)課程知識(shí)本體的基礎(chǔ)和依托，是作者推薦的最佳技術(shù)路線。因?yàn)榉彩菄H標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)都是一個(gè)領(lǐng)域或?qū)I(yè)使用頻率非常高的知識(shí)，并且凝聚了眾多專家長年積累的集體智慧，經(jīng)過了大量的實(shí)踐檢驗(yàn)與修正。

非常幸運(yùn)，化工領(lǐng)域早已頒布國際標(biāo)準(zhǔn)，即ISO/TS15926標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成流程工廠（包括石油和天然氣生產(chǎn)設(shè)施）生命周期數(shù)據(jù)集成》.規(guī)定了流程工廠的工程、建筑和作業(yè)有關(guān)的信息表達(dá)。這些表達(dá)支持在工廠生命周期的各個(gè)階段，流程工業(yè)對(duì)信息的要求；工廠生命周期各個(gè)階段中所有實(shí)體間的信息共享和集成。這是多國幾百位專家合作，歷經(jīng)20多年艱辛研發(fā)的成果。這使我們認(rèn)識(shí)到知識(shí)工程研發(fā)項(xiàng)目的艱巨性。ISO/TS15926是用于計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)與構(gòu)造知識(shí)庫的標(biāo)準(zhǔn),其中第一部分和第二部分已經(jīng)直接采標(biāo)為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18975.1-2）。標(biāo)準(zhǔn)將過程工廠生命周期信息以通用化與概念化的數(shù)據(jù)模型表達(dá)，它是實(shí)施信息庫、數(shù)據(jù)倉庫共享、傳送、交換和自動(dòng)審查的基礎(chǔ)。但是，該標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)是表達(dá)靜態(tài)知識(shí)本體，作者在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)展，使其可以表達(dá)動(dòng)態(tài)知識(shí)本體，并且由計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和處理。

構(gòu)造ITS還需要任務(wù)和解決問題方法的知識(shí)本體，簡稱“任務(wù)與方法知識(shí)本體”。如果把靜態(tài)知識(shí)本體比喻為機(jī)械唯物主義在人工智能領(lǐng)域中的體現(xiàn)，任務(wù)與方法知識(shí)本體可以比喻為辯證唯物主義在人工智能領(lǐng)域中的體現(xiàn)。因?yàn)槿蝿?wù)與方法知識(shí)本體需要處理動(dòng)態(tài)變化的知識(shí)，包括動(dòng)態(tài)識(shí)別、動(dòng)態(tài)分析、隨時(shí)決策和及時(shí)行動(dòng)，而不是單純靜態(tài)知識(shí)的處理。又是非常幸運(yùn)，國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61882《危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP分析）應(yīng)用指南》是化工過程ITS可以借鑒的理想的知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)之一。經(jīng)過作者引進(jìn)和推薦，2013年采標(biāo)為我國安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（AQ/T 3049-2013）。在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)有許多缺陷，經(jīng)過改進(jìn)和擴(kuò)展，依托IEC 61882開發(fā)成功智能HAZOP-CAH軟件。采用該軟件，已經(jīng)由北京思創(chuàng)信息系統(tǒng)有限公司完成了上千項(xiàng)石化、化工、煉油與天然氣過程的HAZOP安全評(píng)估。在國家應(yīng)急管理部（原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局）大力倡導(dǎo)下，由中國化學(xué)品安全協(xié)會(huì)組織，由作者主編了《危險(xiǎn)與可操作性分析應(yīng)用指南（專業(yè)版）》和《危險(xiǎn)與可操作性分析基礎(chǔ)及應(yīng)用（普及版）》兩種教材。多年來，中國化學(xué)品安全協(xié)會(huì)組織初級(jí)、專業(yè)級(jí)和高級(jí)HAZOP培訓(xùn)班100多期，畢業(yè)學(xué)員數(shù)千人，學(xué)會(huì)智能HAZOP-CAH軟件的技術(shù)人員數(shù)已過萬人。智能HAZOP-CAH軟件的推廣，為降低我國化工重特大事故發(fā)生率做出了貢獻(xiàn)。

HAZOP分析本身恰恰是“過程運(yùn)行學(xué)”中分析問題和解決問題的“靈魂”方法，也是新一代人工智能和可解釋的人工智能（XAI）中“因果反事實(shí)推理分析和決策”的“靈魂”。因此，HAZOP-CAH本身就是“過程運(yùn)行學(xué)”中分析和決策的ITS軟件。此外，也是ITS跟蹤評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)“蹤跡”，用自然語言文字給出智能解釋的核心方法。

2智能識(shí)別、分析和決策的“利器”

知識(shí)本體模型的推理是開發(fā)人工智能專家系統(tǒng)軟件的核心技術(shù)之一。如圖3所示，ITS專家系統(tǒng)由兩大部分組成，即知識(shí)建模和知識(shí)推理。因此知識(shí)推理是專家系統(tǒng)的一半，是專家系統(tǒng)運(yùn)作的“推理引擎”。高效的推理引擎軟件必須具有高效的推理算法。知識(shí)本體映射為知識(shí)圖譜，即圖形化表達(dá)是新一代專家系統(tǒng)的主流特征。因?yàn)閳D形化直觀、形象、易學(xué)、易用，并且直接可以采用圖論和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞椒ㄍ评砬蠼庵R(shí)本體模型。高效計(jì)算機(jī)推理機(jī)技術(shù)掌握在開發(fā)者手中，可以自主開發(fā)出應(yīng)對(duì)各種領(lǐng)域特征和用途的ITS專家系統(tǒng)。

圖3 ITS專家系統(tǒng)由兩大部分組成

高效推理算法是一種在復(fù)雜有向網(wǎng)絡(luò)圖中高速、省容量、沒有無效探索的獨(dú)立通路搜索算法，作者1986年在《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》著作中發(fā)表。2016年完成國家著作權(quán)登記，是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的算法和程序。通路算法不但可以通過多種推理方法，將知識(shí)圖譜模型中隱含的所有獨(dú)立顯式危險(xiǎn)劇情（路徑）"挖掘"出來，其計(jì)算速度在普通筆記本電腦上每秒鐘可以推理得到10 000 000個(gè)危險(xiǎn)傳播路徑，而且聯(lián)合回路搜索算法可以直接應(yīng)用梅遜公式（圖論）求解代數(shù)方程組和微分方程組?！巴评硪妗笔菍?shí)現(xiàn)智能識(shí)別、智能分析、智能決策和智能行動(dòng)的“利器”。

3推廣普及ITS的“快速通道”

推廣普及ITS的“快速通道”最好的方法是大力開辦技術(shù)培訓(xùn)班，這也是智能HAZOP-CAH技術(shù)在國內(nèi)大范圍快速推廣普及的成功經(jīng)驗(yàn)。培訓(xùn)目標(biāo)是首先補(bǔ)教師的短板。培訓(xùn)重點(diǎn)為知識(shí)工程、定性建模、智能推理、HAZOP方法和過程運(yùn)行實(shí)踐能力仿真訓(xùn)練。培訓(xùn)班可以分為初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)三種。

⑴正式出版的配套教材5部，都是作者本人著作

●《系統(tǒng)建模與仿真》，國家級(jí)規(guī)劃教材，清華大學(xué)出版社，2008.

●《?；诽胤N作業(yè)實(shí)際操作仿真培訓(xùn)與考核指南》，化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

●《智能型?；钒踩c特種作業(yè)仿真培訓(xùn)指南》，化學(xué)工業(yè)出版社，2020.

●《危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）應(yīng)用指南》（專業(yè)版），中國石化出版社，2012.

●《危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP）基礎(chǔ)及應(yīng)用》（普及版），中國石化出版社，2012.

⑵配套系列軟件全部經(jīng)過工程實(shí)際考驗(yàn)并完成了國家軟件著作權(quán)登記

主要有如下8種：

●AI3面向事件的微型人工智能專家系統(tǒng)軟件平臺(tái)（專業(yè)版，可構(gòu)建大系統(tǒng)知識(shí)圖譜模型和多功能推理分析與決策）。

●AI3-TZZY-KY智能型危險(xiǎn)化學(xué)品安全與特種作業(yè)實(shí)際操作仿真培訓(xùn)套件（含7個(gè)典型危險(xiǎn)化工單元和AI3軟件互動(dòng)）。

●AI3-RT-TZZY智能型危險(xiǎn)化學(xué)品安全與特種作業(yè)實(shí)際操作仿真培訓(xùn)雙機(jī)實(shí)時(shí)軟件套件（含7個(gè)典型危險(xiǎn)化工單元高精度仿真軟件和實(shí)時(shí)AI3學(xué)習(xí)版專家系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，可以用于在線故障診斷實(shí)驗(yàn)、知識(shí)圖譜模型驗(yàn)證、修改和試驗(yàn)研究）。

●MPCE多功能過程與控制仿真實(shí)驗(yàn)軟件（適用于過程控制和化學(xué)工程雙專業(yè)多項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，具備復(fù)雜控制系統(tǒng)組態(tài)軟件平臺(tái)和6種高精度化工過程仿真軟件聯(lián)合實(shí)驗(yàn)）。

●CSA控制系統(tǒng)分析軟件（完成圖形化信號(hào)流圖SFG網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼皵?shù)值積分計(jì)算。CSA屬于AI3系列中的形式化知識(shí)本體推理和計(jì)算軟件，單獨(dú)使用）。

●CAH專業(yè)化智能HAZOP分析軟件（分為企業(yè)版和學(xué)習(xí)版兩種，北京思創(chuàng)信息系統(tǒng)有限公司開發(fā)，已經(jīng)在化工、石化、煉油和天然氣企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用）。

●PSM過程安全管理軟件（CAH的配套軟件，北京思創(chuàng)信息系統(tǒng)有限公司開發(fā)，已經(jīng)在化工、石化、煉油和天然氣企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用）。

●CAS半定量安全評(píng)估軟件。包括SIL（安全整體性要求級(jí)別）評(píng)估和安全保護(hù)層LOPA分析軟件（CAH的配套軟件，北京思創(chuàng)信息系統(tǒng)有限公司開發(fā)，已經(jīng)在化工、石化、煉油和天然氣企業(yè)大規(guī)模應(yīng)用）。

⑶ITS培訓(xùn)班宗旨和培訓(xùn)內(nèi)容簡介

●教師先行。堅(jiān)持舉辦講座、初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)ITS教學(xué)技術(shù)的培訓(xùn)班。全面更新教師的觀念，深入掌握國際最新教學(xué)理論和方法，以先進(jìn)的ITS方法回饋學(xué)生。起步：為全體教師大辦ITS巡回講座和專業(yè)培訓(xùn)班。長遠(yuǎn)：建議各職業(yè)學(xué)院成立ITS教師進(jìn)修學(xué)院。

●智能化HAZOP是多專業(yè)AI方法論的基礎(chǔ)必修課，能提高學(xué)生的集體智慧和采用頭腦風(fēng)暴分析問題解決問題的能力。建議：化學(xué)工程、安全工程、精細(xì)化工、企業(yè)管理、過程控制、環(huán)境工程、過程裝備與控制工程等專業(yè)作為必修課。

●新立項(xiàng)的ITS課程，除急需的課程智能化HAZOP外，其他暫緩，克服教學(xué)管理滯后，影響ITS的實(shí)施。

●在所有相關(guān)專業(yè)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中嵌入智能仿真培訓(xùn)技術(shù)。

●培養(yǎng)有能力開發(fā)各領(lǐng)域課程ITS的教師團(tuán)隊(duì)。起步：作者培訓(xùn)和顧問。長遠(yuǎn)：有計(jì)劃有措施開發(fā)所有課程的ITS軟件。

培訓(xùn)的具體安排，以ITS技術(shù)初級(jí)（四天）培訓(xùn)班為例——

第一步：以危險(xiǎn)化學(xué)品過程特種作業(yè)的7個(gè)典型化工單元為實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練案例，提高對(duì)典型化工單元運(yùn)行掌控和事故處理能力。通過特種作業(yè)考核。

兩天，講課半天，實(shí)戰(zhàn)一天半，考核半小時(shí)。

第二步：學(xué)習(xí)HAZOP分析方法的要領(lǐng)，以分組集體討論的方式實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。

一天，講課半天，包括智能HAZOP-CAH使用說明，練習(xí)半天。

第三步：在特種作業(yè)仿真和智能推理軟件平臺(tái)（AI-TZZY-K/Y）上構(gòu)建知識(shí)圖譜模型，進(jìn)行SDG深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

半天，練習(xí)。

第四步：教師總結(jié)培訓(xùn)中的問題和注意事項(xiàng)，介紹和演示誤操作分析和決策知識(shí)圖譜建模方法。

半天，講課總結(jié)。

【系列講座③ITS在化工職業(yè)教育中應(yīng)用系列軟件⑴⑵預(yù)告】

AI3是Artificial Intelligence3的簡稱，即人工智能-3。AI3是一個(gè)面向事件的專家系統(tǒng)軟件平臺(tái)，是通用性高、圖形化、可由用戶自定制的軟件平臺(tái)，用于直觀快速地構(gòu)建人工智能專家系統(tǒng)應(yīng)用。

智能+HAZOP分析軟件CAH（Computer Aided HAZOP）完全融入了經(jīng)過改進(jìn)和擴(kuò)展的領(lǐng)域知識(shí)本體，簡稱為SOM/SOM_G，以及過程危險(xiǎn)分析的“方法和任務(wù)知識(shí)本體”。根據(jù)吳重光提出的高效推理算法研發(fā)的推理引擎，智能HAZOP-CAH通過圖形化人機(jī)界面，構(gòu)建了一個(gè)完整的人工智能HAZOP專家系統(tǒng)平臺(tái)。