基于模糊層次分析—集對(duì)分析理論的軋鋼安全態(tài)勢評(píng)價(jià)

閆鑫博 王曉東 高放 楊曙磊 楊亞鋒

摘 要：軋鋼廠作為鋼鐵產(chǎn)業(yè)的最后一環(huán)，其安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)提高鋼鐵產(chǎn)量，增大經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。因此，本文建立了基于模糊層次分析法和集對(duì)分析理論的軋鋼安全態(tài)勢評(píng)價(jià)模型，首先建立軋鋼廠安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后基于模糊層次分析法得到12項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重大小，借助集對(duì)分析理論，進(jìn)行同、異、反分析，得到該軋鋼廠的安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，最后針對(duì)安全評(píng)價(jià)水平與Ⅱ級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)的集對(duì)勢分析，得到二者存在強(qiáng)烈的同一變化趨勢。

關(guān)鍵詞：軋鋼安全態(tài)勢 模糊層次分析法 集對(duì)分析理論 集對(duì)勢

0.引言

21世紀(jì)初，我國鋼鐵行業(yè)迎來爆發(fā)式發(fā)展，經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，我國已然成為全球最大的鋼鐵出口國[1]。鋼鐵行業(yè)采用鏈條性生產(chǎn)模式，歷經(jīng)采礦、選礦、高爐冶煉、轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄和軋鋼等過程，軋鋼作為整個(gè)生產(chǎn)流程的最后一步，只有保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行，前序的生產(chǎn)過程才有意義[2]。因此，掌控軋鋼廠生產(chǎn)時(shí)的安全狀態(tài)，有助于維持軋鋼廠生產(chǎn)穩(wěn)定的進(jìn)行。而軋鋼廠是一個(gè)極其復(fù)雜的多因素、多變量、多層次的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，安全評(píng)價(jià)中有許多未確知的因素，不確定性大量存在，單純的模糊綜合評(píng)價(jià)以及層次分析等方法無法精準(zhǔn)完成對(duì)軋鋼廠復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)[3-4]。本文建立了基于模糊層次分析法和集對(duì)分析理論的軋鋼安全態(tài)勢評(píng)價(jià)模型，首先建立軋鋼企業(yè)安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用模糊層次分析方法對(duì)指標(biāo)定量處理構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)一步以集對(duì)分析理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行同、異、反分析，建立集對(duì)分析態(tài)勢評(píng)價(jià)模型，確定評(píng)價(jià)因素之間的聯(lián)系度，完成對(duì)軋鋼廠安全生產(chǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)。

1.評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

軋鋼廠是一個(gè)由工人-機(jī)器-環(huán)境共同組成的多因素系統(tǒng)，處處存在著安全隱患，并且在實(shí)際生產(chǎn)中，軋鋼廠的整條生產(chǎn)線處于一年不間斷作業(yè)狀態(tài)，這無疑更會(huì)增加對(duì)機(jī)器以及環(huán)境的負(fù)荷，從而提高事故發(fā)生率。軋鋼廠安全隱患主要來源為管理的缺陷、人的不安全操作、機(jī)器的損壞以及工作環(huán)境的不合理[5]，其具體關(guān)系見圖1所示：

基于圖1可知，若想實(shí)現(xiàn)對(duì)軋鋼廠這一復(fù)雜系統(tǒng)的安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取一定要合理，該指標(biāo)體系的建立應(yīng)遵循一定準(zhǔn)則，為了更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)軋鋼廠安全生產(chǎn)的等級(jí)，在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)遵循以下原則[6]：

●科學(xué)性原則：所選指標(biāo)能夠科學(xué)的反應(yīng)軋鋼廠實(shí)際生產(chǎn)情況。

●獨(dú)立性原則：在確定指標(biāo)時(shí)要堅(jiān)持獨(dú)立性原則，考慮各指標(biāo)間的獨(dú)立性，避免一個(gè)指標(biāo)對(duì)另一個(gè)指標(biāo)起決定作用，做到各指標(biāo)間相對(duì)獨(dú)立。

●代表性原則：所選指標(biāo)具有代表性。

基于以上分析的建立指標(biāo)體系的準(zhǔn)則，通過專家咨詢及打分，經(jīng)過多次篩選，建立了如下圖2所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：

2.基于模糊層次分析法—集對(duì)分析的軋鋼廠安全態(tài)勢評(píng)價(jià)模型

（1）確定方案評(píng)價(jià)等級(jí)集合

確定軋鋼廠安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)分別為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，記為：

（2）基于模糊層次分析法的指標(biāo)權(quán)重確定

1）建立判斷矩陣

由專家依據(jù)0～1三標(biāo)度法或是0.1～0.9九標(biāo)度法[7]對(duì)于12項(xiàng)指標(biāo)重要性兩兩比較。得到模糊判斷矩陣Rij=（rij）n×n 。

2）模糊判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

其中，目標(biāo)函數(shù)CIC（n） 為矩陣R 的一致性指標(biāo)系數(shù)；d 為非負(fù)參數(shù)，可從[0，0.5]內(nèi)選取。當(dāng)CIC（n） 取全局最小時(shí)，R 的一致性程度最高。當(dāng)CIC≤0.2 時(shí)，即可認(rèn)為其滿足一致性檢驗(yàn)。

（3）聯(lián)系度表達(dá)式的確定

以確定各定量指標(biāo)值看作是集合A和I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集合B1 之間的聯(lián)系度μ（A，B1） 為例，聯(lián)系度表達(dá)式為：

（6）計(jì)算聯(lián)系度的集對(duì)勢

集對(duì)勢[10-11]shi（H）=a│c 可以反應(yīng)方案與設(shè)定目標(biāo)在同、異、反聯(lián)系中存在的同一趨勢。根據(jù)a，b，c 之間的關(guān)系來確定集對(duì)勢的大小，見表2，從而得到全面地分析結(jié)果。

3.實(shí)例仿真

以某軋鋼廠為例進(jìn)行研探究，圖2中的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可以發(fā)現(xiàn)，其大都為非定量化指標(biāo)，無法從現(xiàn)場直接采集到數(shù)據(jù)。因此，本文邀請(qǐng)12位鋼鐵行業(yè)的專家，通過專家評(píng)分的方法，對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行逐項(xiàng)對(duì)比、嚴(yán)格考察分析，將定性指標(biāo)量化處理。

3.1 指標(biāo)權(quán)重的確立

采用0～0.9九標(biāo)度法，由專家建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集重要性兩兩比較的模糊判斷矩陣Rij=（rij）n×n ，將所得模糊矩陣代入（3）式中，在滿足一致性檢驗(yàn)的情況下，各指標(biāo)的權(quán)重見表3：

經(jīng)計(jì)算可得一致性指標(biāo)值CIC=0.141≤0.2 ，所以權(quán)重分配合理。

3.2 聯(lián)系度的計(jì)算

根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定每個(gè)指標(biāo)三種安全級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值范圍，并根據(jù)軋鋼廠現(xiàn)價(jià)段的生產(chǎn)狀態(tài)，以設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)，對(duì)每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行估值，綜合兩項(xiàng)得到的數(shù)據(jù)如表4：

將上表數(shù)據(jù)代入聯(lián)系度求解公式，得到此時(shí)軋鋼廠的安全狀態(tài)與三種安全等價(jià)間的聯(lián)系度的計(jì)算式：

為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和合理性，在充分考慮對(duì)軋鋼安全評(píng)價(jià)起關(guān)鍵作用的部分，取式中i=0，j=-1 ，得到三者的聯(lián)系度值分別為-0.033、0.297、-0.173。由此可知：μ（A，B2）> μ（A，B1）> μ（A，B3） 。此軋鋼廠安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，與實(shí)際情況相符。

3.3 集對(duì)勢的分析

對(duì)比分析μ（A，B2） 的集對(duì)勢，a>c>b ，可以發(fā)現(xiàn)，軋鋼廠的安全水平在與評(píng)價(jià)等級(jí)Ⅱ的同異反聯(lián)系中存在著強(qiáng)烈的同一變化發(fā)展趨勢，說明軋鋼廠安全態(tài)勢將在一定程度上穩(wěn)定在Ⅱ級(jí)水平。

4.結(jié)語

本文通過對(duì)軋鋼廠安全隱患來源的分析，建立以管理、機(jī)器、人以及環(huán)境為主要方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，針對(duì)軋鋼廠工作系統(tǒng)的復(fù)雜性，選用模糊層次分析法，建立12個(gè)指標(biāo)之間的模糊關(guān)系矩陣，求得各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于軋鋼廠安全評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)值大小，將所求的指標(biāo)權(quán)重大小代入到集對(duì)分析模型中，建立了軋鋼廠安全態(tài)勢的評(píng)價(jià)模型，得到軋鋼廠與三種安全評(píng)價(jià)等級(jí)間的聯(lián)系度分別為 -0.033、0.297、-0.173，其安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)水平，與實(shí)際相符。最后對(duì)軋鋼廠的安全態(tài)勢進(jìn)行了分析，得到軋鋼廠的安全水平在與評(píng)價(jià)等級(jí)Ⅱ之間存在著強(qiáng)烈的同一變化發(fā)展趨勢。本文所建立的基于模糊層次分析—集對(duì)分析的軋鋼廠安全態(tài)勢評(píng)價(jià)模型，綜合考慮了軋鋼生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，將定性指標(biāo)量化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軋鋼生產(chǎn)系統(tǒng)的定量評(píng)估，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中維護(hù)軋鋼廠安全生產(chǎn)提供重要的參考。

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