郭春平在汾河公园边休闲边看稿

呕心沥血创作《抗违章技术理论与应用》——国务院特贴专家郭春平谈感想

《山西日报》2023年4月20日报道《抗违章技术理论与应用》出版,我国“智能矿山”领军人物、中国工程院院士王国法高度评价并为本书作序。

创作者本人郑重声明:本书所有内容是作者在独立进行研究工作中所取得的成果,全书都有底稿留存或著作权保护,若干页稿件照片如图示所示。除文中已经注明引用的内容外,本书不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。简介本书如下:

近年来,煤矿等爆炸环境安全监管的严格程度已接近军事管理,但违章引发的事故仍然时有发生。原国家安监总局及安全专家权威研究指出:约90～95%的事故是由于违章作业造成的。违章问题历来受到国内外有很多专家的关注和研究。美国在上世纪六十年代的交通不安全行为也十分严重,著名管理学大师德鲁克曾应邀对此进行过专门分析研究,并提出一个独特的观点:“尽管汽车已经被设计成在正确使用下是安全的,但还应该被设计成在不正确使用下也是安全的”。所谓“不正确使用”与违章的涵义相近。所以,违章(或称作不安全行为)问题是一个非常值得深入研究的重大课题。

但研究违章行为十分困难,尤其是了解违章背后的动机及具体的过程几乎不可能,因为违章者大多在重大事故中死亡,即使有幸存者,由于文化素质、心理问题等原因也使专家了解不到“真相”。对于没有造成重大事故的违章行为也很难直接观测到,由于管理者推行严厉的“反违章”管理措施,违章者就像“小偷”一样隐匿违章行为,致使观察者(外人)很难发现违章作业的“真相”。这就决定了只有违章作业的亲身经历者本人,才能准确知道违章作业的真实过程,才能直接感知违章,研究违章行为得出的结论才更有其独特价值。作者直接从事井下电气工作十六年,除去中间在北京脱产学习“煤矿安全”专业的两年外,与众多违章者长期工作和生活在一起达十四年之久,也曾有过违章经历。因此,对违章的理解也许更具有“稀缺性”。

本书前四章是“抗违章理论”的基础部分,主要进行了“违章行为分析”。采用的分析研究逻辑是:先从事实上及理论上证明违章存在的客观必然性,然后分析研究违章行为。根据违章行为的分析研究结果,研究违章是否可以预控及预控的条件,再根据预控条件,引出抗违章技术,提出抗违章保护概念,对比法律、管理和抗违章技术等多种违章应对策略的优劣,确认预控违章的最有效对策是:应用抗违章保护预控违章作业。最后还提出创新抗违章技术的新思维。

山西日报报道截图

进行“违章行为分析”时所采用的书面材料是经权威部门公布、作者整理收集的两本事故案例资料,一本是《煤矿井下带电作业事故案例(1960-2017)》,一本是《煤矿安全365》(煤矿安全历史上的今天)。采用的非书面材料是作者的直接经验。这些资料有力地说明,违章既是客观存在的普遍行为,也已成为危及社会安全的公害,非常具有深入研究之必要。

为了研究方便,先假定“章”是正确的,并定义了违章的概念。该定义的最大特点是规定了违反“有效的章”就是违章。借鉴不对称信息理论,首次研究发现存在“违章不对称性”以及“安全不对称性”等现象。如:很多次违章可能都造不成事故,但任何一次违章都可能造成重大事故;借鉴了关于量子具有“显态”和“隐态”两个状态研究成果,首次发现违章者具有“量子特性”。这是第一章的主要内容。

尽管违章是客观存在的,但在理论上很多人不承认违章存在的必然性。所以,本书首次用纳什均衡存在性定理、张维迎教授提出的“监管博弈”的纳什均衡混合战略表达式及概率统计的大数定律,证明了违章存在的客观必然性,还用大数定律首次证明了纳什均衡的自觉遵守性;参考行为经济学理论,研究分析事故案例及作者煤矿井下实际工作的直接经验,参照电路过渡过程理论,在对违章作业过程进行分解研究时,首次发现:从不违章作业转变到违章作业的过程中存在“违章过渡过程”,该发现为实现违章预控的可行性提供了科学支撑;首次提出“遵/违章选定定理”,即作业人员比较“预期违章收益”和“预期违章成本”大小,决定是否违章,首次画出“违章临界线”图;还对该定理进行了验证,并应用该定理分析了实际案例。这是第二章的主要内容。

参照电路在换路时“能量不能跃变”定则,首次提出“违章不能跃变定理”,即从不违章到违章必然要经过占用一定空间和时间的、安全的“违章过渡过程”,越过“违章红线”后,才能进行危险作业;应用牛顿力学、运动学及状态方程理论,首次提出了在违章作业过程中,违章工具(或徒手)在违章者人力及阻力的合力作用下,按照“违章状态方程”而移动;由于违章状态可用微分方程表示,说明违章移动轨迹有规律可循,并根据动力学及控制论,首次证明了违章是可以预控的;根据动量定理,首次推导出“违章预控的充要条件”;要预控就要应用抗违章技术。简要介绍了抗违章技术理论及原国家安监总局对抗违章技术的意见,分析了抗违章技术应用实例;首次提出“抗违章保护”概念及衡量抗违章保护性能的重要指标:“抗违章保护人为失效时间”;并根据经验首次发现:预控井下违章带电作业的抗违章保护人为失效时间≥30分钟,就能可靠地预控违章作业;对比法律、管理、宣传、培训、教育、抗违章技术、三大保护(短路、漏电及接地)等多种应对违章策略,得出抗违章保护是最理想的违章预控技术的结论,并进行了举例说明。这是第三章主要内容。

推演违章充要条件等若干页稿件照片

前四章分析研究表明:有规章就有违章,任何企业都存在违章;违章的存在具有客观必然性,作业人员在决定是否违章时,当预期违章受益大于预估违章代价,就违章;否则,不违章。任何违章作业过程都存在“违章过渡过程”,在该过程中,违章者的工具或徒手的移动状态,可以用微分方程表示,在越过违章“红线”前,可以安全地预控任何违章作业行为;抗违章最好的对策是采用“抗违章保护”预控违章作业,在“违章过渡过程”中,还没有触碰到“违章红线”前,就将违章作业信号转换为电信号,实现报警、断电或闭锁(不能送电),保证“非专职人员想违章违不成,专职人员即使违章也造不成事故”。

任何发生违章带电作业的设备,其技术结构、供电系统、所处作业环境或技术标准一定存在预控违章方面的缺陷,简称“抗违章短板”。“抗违章短板”的客观存在为作业人员进行违章作业提供了方便违章条件。第五章分析了井下供电系统至少存在8种“抗违章短板”。煤矿安全事故,尤其是瓦斯爆炸事故,是“黑天鹅”事故。“抗违章短板”的存在是造成“黑天鹅”事故的“硬原因”,用技术手段补齐抗“违章短板”才能杜绝违章带电作业,才能预控带电作业造成的瓦斯爆炸“黑天鹅”事故。

为了补齐“抗违章短板”,作者发明了数十项国内外抗违章技术专利,其中“一种超前开盖断电装置及方法”等6项专利获中国、美国、俄罗斯、南非、印尼、印度、欧盟、哈萨克斯坦等30多个国家和地区专利权。有关抗违章技术、违章行为识别技术、各种抗违章产品或系统的设计方案主要来源于第六章的有关专利技术,这些抗违章技术专利,对世界各国安全发展理念及技术装备进步作出了独特贡献。

根据第六章的有关专利技术,创造了“智能抗违章保护技术系统”,目的是防范违章带电作业引发瓦斯爆炸“黑天鹅”事故。“黑天鹅”事故是小概率事件,也是小样本事件,由于样本数据相对较少,难以应用大数据技术进行精准研究。防范“黑天鹅”事故,是当前重大技术难题,本书应用“专家智能技术”设计并创造了“智能抗违章保护技术系统”,攻克了违章带电作业引发瓦斯爆炸“黑天鹅”事故难题。第七章先介绍了“智能抗违章保护技术系统”及其核心部分“智能抗违章开盖传感器系统”结构原理。

第八章较详细介绍了“抗违章保护技术系统1.0”代表产品,包括:两防锁、防松锁、防非违装置及无损连接技术,共同特点是都不用电,都是纯机械类产品,可在爆炸环境安全可靠长期运行且不耗能。本章不仅介绍了当时设计两防锁所面对的关键技术问题及解决问题的具体技术方案,还首次公开了假冒伪劣两防锁的识别方法。无损连接技术是抗违章保护技术系统的核心专利技术之一。其作用是:不需要更换在用电气设备,不改动在用设备结构,也不更换一条螺栓,只加装一个无损连接装置,就可将传感器等抗违章保护装置安装到井下在用开关、电机、变压器、电缆等各种电气设备上,使在用供电系统升级加装上抗违章保护技术系统。

在餐巾纸、宾馆专用纸及废弃的清洁袋上写出的若干页底稿

第九章介绍了“抗违章保护技术系统2.0”系列产品,代表产品之一是矿用本安型开盖传感器,其中:D传感器的功能是实现“一开一防”(开盖(或门)前报警,防止非专职人员违章打开开关等电气设备接线腔盖板或门盖), K型传感器的功能是实现“三开一防”(开盖(门)报警、开盖(门)断电、开盖(门)闭锁及防止非专职人员擅自开盖(门)操作)。代表产品之二是浇封型/浇封兼本安型开盖传感器,应用在电动机接线腔盖板上可实现“三开一防”功能。

第十章简介了“抗违章保护技术系统3.0”系列产品,代表产品是“未切断上级电源保护”系列产品—DSD—1、DSD—2、 DSD—3。《煤矿安全规程》(2016)要求:不仅打开电气设备接线腔盖板必须切断上级电源,打开电气设备门盖也必须切断上级电源。DSD—1、DSD—2、 DSD—3适用于煤矿和非煤矿井上下电气设备, 能起到人工切断上级电源后备保护功能,从技术装备上保证《规程》条款的贯彻落实。此外,还介绍了矿用本安型开盖传感器与矿井监控系统分站连接方式,以及“防治带电作业及瓦斯爆炸的抗违章保护技术系统”在山西焦煤集团安装施工方案之一。

第十一章介绍了“抗违章保护技术系统4.0”系列产品,当前代表产品有:未切断上级电源保护DSD-4、井下电气操作风险手机预警系统。通过手机预警系统可在手机上看到电压、电流等多种电气参数,可实现违章行为生物特征识别、瓦斯超限闭锁及有电闭锁等功能。其最大特点是实现了智能化和云计算,相比“抗违章保护技术系统3.0”具有智能功能,一般增加了4G/5G等无线传输技术,把设备信息直接传到地面云空间服务进行云计算,根据云计算结果或调度台控制要求,对爆炸性环境设备进行控制,并在移动互联网的手机终端显示工作及事故状态信息。

第十二章分析研究了“智能抗违章保护技术系统”的性能及市场前景,对抗违章后备保护试验的必要性进行了深入分析。“智能抗违章保护技术系统”与供电系统之间没有直接电气连接,是“隔离”的,不会造成“乱停电”,其选择性比短路保护系统和漏电保护系统动的选择性精确得多,其安全可靠性比安全员值守高得多,而成本却低很多。根据智能抗违章保护的级别不同,潜在市场需求也不同,每年最小潜在市场需求在25亿元左右,最大潜在市场需求在359亿元左右。本章还简介了对抗违章后备保护(漏电保护系统)进行智能远方漏电试验的有关新技术。

抗违章技术创新是如何实施的?本书中首先针对“创新具有不对称性”的特点,提出营造科技创新生态环境的问题,接着列举了一系列行之有效的创新和转化方法。作者还在此首先提出寻求企业“科技创新动力点”、企业全面科技管理及抗违章技术创新方法。还有依靠“关键的少数”创新,在需求“同频共振区”上创新,依托标准和运用安全干预手段推动抗违章技术成果转化等观点,都是作者根据实际经验首次概括出来的。在研究“章”的问题时,还首次提出“哑铃型”责任承担失衡概念。任何团队或个人应用抗违章技术创新方法都能发明创造出各种预控违章的抗违章技术,依靠“关键的少数”创新,在需求“同频共振”区创新和寻找企业“科技创新动力点”等方法也是较好的创新方法。这是第十三章的主要内容。

第十四章主要内容是运用安全干预手段转化安全科技成果,依托标准推动抗违章技术成果转化,安全专利产品营销,运用《孙子兵法》促进抗违章技术成果转化。

附录1是《煤矿井下带电作业事故案例统计表(1960-2017)》,附录2是《煤矿安全历史上的今天》,这两个附录是作者研究抗违章技术是所参考的事故案例资料,经精心整理,在此献给读者。附录3是以某高院判决书形式介绍的真实的维护知识产权案例,附录4是关于抗违章技术系统的原创技术特征的查新报告统计表,附录5是抗违章标准研究资料。附录6是《我的发明创造之路—郭春平自述》,为发明创造爱好者提供有参考价值的真实资料,但对您最有感触的也许是作者不屈不挠的精神!

本书主要适用于在煤矿等爆炸环境工作的技术人员和管理人员阅读,也可供高等院校学生和教师、科研院所专家学者和领导、大中型企业安全管理人员和领导、政府科技部门和安全管理部门领导借鉴。阅读本书可获得如下启示:

一是生产化石能源过程中的其它违章作业也是可以预控的,抗违章技术是最可靠的预控方法。按照抗违章技术标准生产的设备就成为抗违章设备,抗违章设备可以替代现有设备,其安全可靠性更高。抗违章技术在各行各业都将有光明的未来。因此,开发抗违章技术,研究抗违章标准,生产抗违章设备具有十分广泛的市场前景。

二是我国在抗违章技术研究方面国际领先,国外还没有这方面的专门研究。为了继续保持领先优势,可建立国家级抗违章技术研发中心,开发抗违章技术,开展抗违章技术标准研究,推广“抗违章”技术装备,为我国开辟一块战略性新兴产业新高地。该中心建成后,在国内外历史上,首次有国家级专门研发机构研究违章作业问题,必将推进抗违章技术及设备的新发展。违章作业事故有望大面积减少,安全水平将大大提高,90～95%的事故由违章造成将成为历史;具体应用在煤矿电气安全领域后,困扰百年的违章带电作业难题将彻底解决,瓦斯爆炸事故下降48.1%将不再是梦想!

三是本书具体目的是为国内外预控井下违章带电作业提供理论依据,进而大面积研究、推广应用智能抗违章保护技术,彻底杜绝违章带电作业,实现降低约一半瓦斯爆炸的远大目标;理想目的是为世界各国、各行业预控违法乱纪、违章作业提供一种新思维模式,即:把“人海战术预防违章(或违法)”变为在违章(或违法)“过渡过程”中,但还没有触碰到“违章红线”前,就将违章信号转换为电信号,用网络系统技术实现报警或闭锁,对违章行为进行安全预防和控制,保证“想违章(违法)违不成,即使违章(违法)也造不成事故(危害)”。

四是本书的一系列研究成果可为国内外煤矿以外的其它爆炸环境预控违章带电作业提供直接的理论依据,进而推动大面积相关研究并推广应用抗违章技术,彻底杜绝其它爆炸环境违章带电作业行为,实现降低一半机电事故和瓦斯爆炸事故的理想目标。

五是抗违章技术对其它非爆炸环境安全生产也具有普遍意义。本研究成果尽管是主要针对煤矿井下违章带电作业问题取得的,但推广到交通安全、消防安全、银行安全及核工业安全等其他违章作业较多的行业也是有效的,甚至研究男女“出轨”、贪污腐败、抢劫、杀人等违法犯罪行为的预控也是可以借鉴的。限于篇幅,本文没有深入研究以煤矿违章带电作业为样本进行分析研究得出的有关成果能推广到哪些领域,敬请对此有兴趣的学者进行专题研究。

六是依据本书研究成果进一步推理,还可作出如下预测:当“机器人”的智能水平达到或超过人类时,由于“机器人”也要考虑“预期违章受益”和“预估违章代价”,“安全监管机器人”与“生产作业机器人”双方也会进行有限博弈。根据纳什均衡存在定理可知,双方在博弈中也会构成纳什均衡,导致“生产作业机器人”也会出现违章、违法行为。只有“傻机器人”不会违章。这一研究成果对即将到来的普遍使用“机器人”的人工智能时代也提出了引人注目的安全预警。

七是借鉴抗违章技术新思维可对抗熵增定律。科学家认为:宇宙的“熵”(无序程度)与日俱增。例如,机械手表的发条总是越来越松;你可以把它上紧,但这就需要消耗一点能量;人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生。违章作业就可以熵增,遵章作业就能对抗熵增。抗违章技术通过技术手段对抗违章作业熵增行为,本质上是一种对抗熵增定律的“抗熵增技术”。建议国内外学者深入开展抗熵增技术研究,应用人工智能等技术手段对抗熵增,维持人类低熵生活状态不变。抗熵增技术为人类对抗熵增定律指出一条光明大道。

本书的“违章行为分析部分”主要来源于本人就读北大EMBA时的毕业论文,抗违章保护技术部分主要来源于本人的发明专利及发表的论文等技术资料。

作者经过四十多年的努力,历经艰辛创作完成这本专著,虽然在抗违章理论及智能抗违章保护技术系统上都有所创新,但也难免存在不足和错误之处,敬请各位读者多多批评指导。

本书是我的第一部专著, 是我数十年劳作心血的积累。长期以来, 我养成了边工作, 边写作的习惯, 利用出差、住宾馆、开会, 甚至除夕夜不看 “春晚” 而挤出的点滴时间, 构思或打底稿, 为发明创造思路留下真实记录。其中之艰辛, 如人饮水, 冷暖自知。好在苦心人天不负, 有志者事竟成, 在朋友和领导的帮助支持下, 铁树亦能开花, 枯藤终于结瓜。

坦诚地讲, 面对自己的著作和成果不高兴是假的, 但确实谈不上欣喜若狂, 大概是因为我付出的太多太多了! 胡子白了, 心脏老了, 眼花了, 头发秃了……若把成果当成分子, 自己的付出作分母, 比值是自己的收益, 则无论成果多么令人欣喜, 除以无穷大的付出, 相比之下, 自己的收益也近于 0 了。

令我欣慰的是, 自己总算为世界安全发展做出了一点贡献, 实现了自己的理想, 为科技兴安、科技强安添了砖, 加了瓦, 也使 “抗违章理论及智能抗违章保护技术系统” 的研发迈出了关键的第一步, 更有幸被原国家安监总局总工程师称赞为 “积德行善” 之举, 这句话足以弥补我 “身心账户” 上的巨额亏损! 虽然没有实现童年时母亲对我的期望, 成为诸葛亮、岳飞那样的智者贤人和民族英雄, 但我发明的专利技术从我国传到了美国、欧盟、俄罗斯、非洲等诸多国家和地区, 实现了为世界 “积德行善” 之壮举, 我已经心满意足了。

本书的成果虽不敢自夸, 但实在来之不易,呕心沥血,九易其稿。因此, 我真诚地感谢的同学、朋友、领导、公司职工及其他同志的帮助和支持,感谢养育我的父母和从小到大教育我的各位老师、师傅,感谢夫人王平英、儿子郭晓鹏、女儿郭晓妍和各位家庭成员的长期支持,没有你们加上关键的 1 摄氏度, 99 摄氏度的水永远开不了。

谢谢王国法院士在百忙中为本书作序。谢谢中国工程院“瓦斯治理”领军人物张铁岗、中国矿业大学(北京)原副校长孙继平教授、北京大学巫和懋教授的帮助。为了推广抗违章技术,《抗违章技术理论与应用》还将翻译成英文、俄文等在国外出版发行。

郭春平简介:

郭春平,国务院特殊津贴安全专家,北京大学国家发展研究院高级工商管理硕士,电气正高级工程师,全国工商联执委,山西省政协委员,山西省工商联总商会副会长,山西省光彩事业促进会理事会副会长,山西省新兴产业领军人物,中国发明协会会员,山西全安公司董事长。

发明并带领团队创造了“违章行为识别AI技术系统” “抗违章传感器”“防治带电作业及瓦斯爆炸的智能抗违章保护技术系统”“智能远方漏电试验装置”“两防锁”等40余项专利技术产品,其中有5项获俄罗斯、美国、欧盟专利权,且都是PCT专利,据查新报告:近百年来我国仅有郭春平一人在煤矿电气领域获美国和欧盟专利权,为我国在国外占领了数十块“主权”属于中国的高新技术“领地”。

在发明创造的同时,创立了抗违章理论体系,概括出“想违章违不成,即使违章也造不成事故”抗违章理念,“违章可预控性定则”“违章过渡过程”等十几个相关词条被收入百度百科;并作为第一起草人首创《矿用开关两防锁》行业(安标)标准12部,在国家级刊物发表《煤矿井下供电系统抗违章保护技术》等多篇论文;还创办发明创造型高新技术企业,承担并完成国家重点研发计划等数十个科技项目,首创并实际应用“骏马拉小车”理论,把山西全安公司打造成“抗违章保护技术”世界单项冠军,转化智能抗违章保护技术成果,使45万台设备安装使用“两防锁”等抗违章装备,为山西最少减少死亡20余人(原山西煤监局认定)。

曾在国企工作,原汾西矿务局在某矿推广应用综合机械化采煤和掘进失败后,柳湾煤矿主动承担再次推广应用任务, 29岁时被破格任命为二号井机电主任,首创并实际应用《运势控制法》《综采设备FM六部循环法》,领导一千多名机电技术人员和工人工作4年,在汾西矿务局历史上第一次实现综合机械化采煤和掘进,并创下综采队年产百万吨当时纪录的;后任汾西矿务局第一次设立的柳湾煤矿科技科长,首创并实际应用《企业全面科技管理》理论指导,组织领导完成130余项技术改进项目。

荣获山西省专利一等奖等9项省部级科技奖励,荣获省劳动模范称号,两次荣获“山西省中国特色社会主义建设者”称号。积极承担社会责任,在国内外首次公开提出“应用移动互联网技术监管新冠疑似人员”建议,该管控思路引领了健康码、行程码等互联网技术的大面积推广应用。