1 引言

　我國是世界上少數(shù)多災(zāi)害國家之一，在社會、經(jīng)濟獲得迅速、持續(xù)發(fā)展的同時，各種災(zāi)害問題也日趨嚴重。特別是工業(yè)企業(yè)，安全生產(chǎn)形勢非常嚴峻，事故多，傷亡大、經(jīng)濟損失嚴重，尤其是重、特大事故頻繁發(fā)生。從工業(yè)事故預(yù)防和控制領(lǐng)域來看，其防治理論和技術(shù)的研究進程明顯滯后于經(jīng)濟、社會對工業(yè)發(fā)展的要求，在事故特性、預(yù)防和控制理論研究方面的存在著很多薄弱環(huán)節(jié)。因此，研究和探索工業(yè)事故的演變特性、發(fā)生規(guī)律以及有效的控制技術(shù)成為我國工業(yè)必須重視并盡快解決的重大安全課題。

　2 混沌理論發(fā)展與研究現(xiàn)狀

　混沌理論是非線性理論的重要分支學科，是現(xiàn)代非線性理論的一個重要組成部分，對于自然界和社會現(xiàn)象的認識有著不同于傳統(tǒng)科學的思想，比如關(guān)于非直接因果關(guān)系的思想和關(guān)于簡單和復(fù)雜，確定與隨機統(tǒng)一的思想等，除了能夠解釋與說明傳統(tǒng)科學理論所能解釋與說明傳統(tǒng)科學理論所能解釋與說明的現(xiàn)象與問題之外，還能夠解釋與說明傳統(tǒng)科學理論所不能解釋與說明的許多復(fù)雜現(xiàn)象或問題，現(xiàn)已成為眾多學科的研究前沿。

　混沌理論源于20世紀60年代美國麻省理工學院氣象學家Edward Lorenzd的電腦模擬試驗，進入70年代、特別是90年代后，這一理論已經(jīng)在數(shù)學、物理學、化學、地震學、生物學和經(jīng)濟學等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?；煦缋碚撌谷藗冊谀切┝钊送返膹?fù)雜現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)了許多驚人的規(guī)律性，在混沌的深處埋藏著一種奇異的秩序。“蝴蝶效應(yīng)”是混沌理論中的一個關(guān)鍵的概念，它指明了系統(tǒng)對初始條件敏感性的一種依賴現(xiàn)象，即輸入端微小的差別會被迅速的放大到輸出端壓到一切的差別。一個小小的誤差（可能是萬分之幾的誤差），會在整個變化過程中成倍放大，最后引起災(zāi)難性的、難以預(yù)測的后果。

　混沌理論的產(chǎn)生與發(fā)展、打破了建立在牛頓范式基礎(chǔ)上的拉普拉斯決定論的幻想，它的研究表明：（1）簡單確定的非線性系統(tǒng)可以產(chǎn)生簡單確定的行為，也可以產(chǎn)生不穩(wěn)定但有界的貌似隨機的不確定行為；（2）當一個系統(tǒng)產(chǎn)生混沌行為時，其未來行為具有對系統(tǒng)初始條件的依賴性；（3）混沌并非混亂，混沌作為一個科學概念并不等同于概率意義上的隨機，看似混亂無規(guī)則的現(xiàn)象里存在著秩序，而公認有序的確定性系統(tǒng)里又存在著混沌；（4）混沌系統(tǒng)的行為在狀態(tài)空間上雖然循環(huán)往復(fù)，但絕不自身重復(fù)；（5）混沌狀態(tài)下系統(tǒng)的某種性質(zhì)的行為可能突然地產(chǎn)生，也可能出乎預(yù)料地消失；（6）事物的整體不從它的部分中加以理解，系統(tǒng)整體具有不同于系統(tǒng)單元的行為；（7）相似的情景或過程可以發(fā)生在不同尺度水平的空間上。

　混沌理論的研究還表明，一切系統(tǒng)的行為都是動態(tài)演化的，既不會總是穩(wěn)定有序，也不會總是混沌或無序；在某一層次或某一部分可能是穩(wěn)定有序的，而在系統(tǒng)的其他層次或其他部分又可能是混沌或無序的。復(fù)雜系統(tǒng)在演化過程中可能會呈現(xiàn)為有序態(tài)、無序態(tài)、混沌態(tài)、反混沌態(tài)和自組織臨界態(tài)五種類型的狀態(tài)。不同狀態(tài)下系統(tǒng)具有不同的控制特性。

　3 工業(yè)事故演變混沌特性分析

　工業(yè)事故的演變過程具有典型的非線性特征，其動力學方程中含有諸多非線性項，因此工業(yè)事故子系統(tǒng)是非線系統(tǒng)，是在臨界條件下呈現(xiàn)混沌現(xiàn)象或混沌行為的系統(tǒng)。由于系統(tǒng)內(nèi)部多因素交叉耦合作用，導致了該復(fù)雜系統(tǒng)呈現(xiàn)混沌行為，其演變過程復(fù)雜且無法用確定的數(shù)學方程描述。

　工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是人－機－環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，許多問題都是非線性，變量之間的關(guān)系十分復(fù)雜，難以用確切的數(shù)學方程來描述。根據(jù)事故致因理論，導致事故的最基本因素是人的不安全行為、機的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全條件。在作業(yè)空間，這三個要素在時間和空間上始終處于復(fù)雜的變化過程之中，而且無法用一個確切的數(shù)學方程來描述，屬于典型的非線性動力學系統(tǒng)。工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間按照一種未知的、非設(shè)計的順序而發(fā)生相互作用，它既不明顯又不能馬上被理解和識別。例如，1995年密西比河一油船的油箱發(fā)生了重油泄漏，重油流入毗鄰泵房，由于泵房溫度相對較高，油的粘度變低，使得重油流動速度加快，導致泵房大量積油。不幸的是剛好泵房有一個軸桿流向引擎房，使得重油又慢慢沿此軸桿通向引擎房，由于引擎房的溫度較高，部分重油開始氣化并形成了燃燒爆炸性氣體，導致了一場火災(zāi)。此例中，設(shè)計者和操作者預(yù)先就根本不知道兩個毫無關(guān)系的子系統(tǒng)（油箱和引擎）竟然會發(fā)生不可預(yù)測的相互作用，事故子系統(tǒng)之間的復(fù)雜式相互作用的特征導致了這場事故的發(fā)生。因此，必須應(yīng)用現(xiàn)代科學技術(shù)及其交叉學科的發(fā)展成果，對工業(yè)事故演變混沌特性進行理論上的研究，注重解決事故頻繁發(fā)生的深層次理論和技術(shù)問題，以達到控制工業(yè)事故的目的。

　本文提出通過時間序列相空間重構(gòu)及Lyapunov指數(shù)運算來進行我國工業(yè)事故混沌特性判定研究。