安全系統(tǒng)工程教學(xué)課件第五章系統(tǒng)安全預(yù)則與決策36p

1、第五章系統(tǒng)安全預(yù)則與決策8/3/20221主要內(nèi)容1.系統(tǒng)安全預(yù)測(cè) 2.系統(tǒng)安全決策8/3/202225.1 系統(tǒng)安全預(yù)測(cè) 1. 安全預(yù)測(cè)分類（1）按預(yù)測(cè)對(duì)象的范圍分宏觀預(yù)測(cè)：是指對(duì)整個(gè)行業(yè)、一個(gè)省區(qū)、一個(gè)局（企業(yè)）的安全狀況的預(yù)測(cè)。 微觀預(yù)測(cè)：是指對(duì)一個(gè)廠（礦）的生產(chǎn)系統(tǒng)或?qū)ζ渥酉到y(tǒng)的安全狀況的預(yù)測(cè)。 （2）按時(shí)間長(zhǎng)短分 長(zhǎng)（遠(yuǎn)）期預(yù)測(cè)：是指對(duì)五年以上的安全狀況的預(yù)測(cè)。它為安全管理方面的重大決策提供科學(xué)依據(jù)。 中期預(yù)測(cè)：是指對(duì)一年以上五年以下的安全生產(chǎn)發(fā)展前景進(jìn)行的預(yù)測(cè)。它是制定五年計(jì)劃和任務(wù)的依據(jù)。 短期預(yù)測(cè)：是指對(duì)一年以內(nèi)的安全狀態(tài)的預(yù)測(cè)。它是年度計(jì)劃、季度計(jì)劃以及規(guī)定短期發(fā)展任務(wù)的依據(jù)

2、。 5.1.1 安全預(yù)測(cè)概述8/3/202232安全預(yù)測(cè)的基本原理系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)同其他預(yù)測(cè)方法一樣，遵循如下的基本原理：（1）系統(tǒng)原則。系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)是系統(tǒng)工程，因此，應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，以全局的觀點(diǎn)、更大的范圍、更長(zhǎng)的時(shí)間、更大的空間、更高的層次來(lái)考慮系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)問題，并把系統(tǒng)中影響安全的因素用集合性、相關(guān)性和階層性協(xié)調(diào)起來(lái)。（2）類推和概率推斷原則。如果已經(jīng)知道兩個(gè)不同事件之間的相互制約關(guān)系或共同的有聯(lián)系的規(guī)律，則可利用先導(dǎo)事件的發(fā)展規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)遲發(fā)事件的發(fā)展趨勢(shì)，這就是所謂的類推預(yù)測(cè)。根據(jù)小概率事件推斷準(zhǔn)則，若某系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果其發(fā)生事故的概率為小概率事件，則推斷該系統(tǒng)是安全的；反之，若其概率很

3、大，則認(rèn)為系統(tǒng)是不安全的。（3）慣性原理。對(duì)于同一個(gè)事物，可以根據(jù)事物的發(fā)展都帶有一定的延續(xù)性，即所謂慣性，來(lái)推斷系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。所以慣性原理也可以稱為趨勢(shì)外推原理。應(yīng)該注意的是，應(yīng)用此原理進(jìn)行安全預(yù)測(cè)是有條件的，它是以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為前提，也就是說，只有在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，事物之間的內(nèi)在聯(lián)系及其基本特征才有可能延續(xù)下去。但是絕對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)是不存在的，這就要根據(jù)系統(tǒng)某些因素的偏離程度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。預(yù)測(cè)方法從大的方面可分為經(jīng)驗(yàn)推斷預(yù)測(cè)法、時(shí)間序列預(yù)測(cè)法及計(jì)量模型預(yù)測(cè)法。本節(jié)就其中的主要常見預(yù)測(cè)方法作一介紹。 8/3/202245.1.2 回歸預(yù)測(cè)分析法 1.一元線性回歸法 比較典型的回歸法是一元

4、線性回歸法，它是根據(jù)自變量（x）與因變量（y）的相互關(guān)系， 用自變量的變動(dòng)來(lái)推測(cè)因變量變動(dòng)的方向和程度，其基本方程式為8/3/20225【例5-1】表5-1是某礦務(wù)局19932019年頂板事故死亡人數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，試用一元線性回歸方法建立其預(yù)測(cè)方程。 年度時(shí)間順序x死亡人數(shù)yx2xyy2199313013090019942244485762019318954324201944161616201951225601442019683648642019722491544842000810648010020199138111716920191051005025合計(jì)8/3/20226【解】將表中數(shù)據(jù)代入方

5、程組（5-2）中，便可求出a和b的值，即故回歸直線的方程為8/3/20227 在回歸分析中，為了了解回歸直線對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的符合程度的大小，還應(yīng)求出相關(guān)系數(shù)。其計(jì)算公式如下： 式中， 注意：相關(guān)系數(shù) 時(shí)，說明回歸直線與實(shí)際數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)完全相符； 時(shí)，說明x與y之間完全沒有線性關(guān)系。 8/3/20228將表5-1中的有關(guān)數(shù)據(jù)代入 ，說明回歸直線與實(shí)際數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)相符合。所以，可根據(jù)所建立的回歸直線預(yù)測(cè)方程對(duì)以后的死亡人數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。8/3/202292.一元非線性回歸方法 在回歸分析法中，除了一元線性回歸法外，還有一元非線性回歸分析法、多元線性回歸分析法、多元非線性回歸分析法等。 例如

6、：指數(shù)函數(shù)回歸分析 基本公式：令：則：8/3/202210【例5-2】某礦2019年的工傷人數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5-2，用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行回歸分析。月份時(shí)間序號(hào)xi工傷人數(shù)yi11152.70812.7087.33322122.48544.9706.1753371.94695.8383.7874461.792167.1683.2115541.386256.9301.9316651.609369.6542.5897761.7924912.5443.2118871.9466415.5683.789941.3868112.4747.000101041.38610013.861.921111120.69612

7、17.6230.480121210.00014400合計(jì)8/3/202211【解】對(duì)兩邊取自然對(duì)數(shù)得： 令 則：用一元線性回歸方程計(jì)算公式得：因 ，所以 8/3/202212故指數(shù)回歸方程為 求相關(guān)系數(shù)： ，說明用指效曲線進(jìn)行回歸分析，在一定程度上反映了該礦工傷人數(shù)的趨勢(shì)。所以，可根據(jù)建立的回歸方程對(duì)以后工傷人數(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 8/3/2022135.1.3 灰色預(yù)測(cè)法客觀世界是物質(zhì)的世界，也是信息的世界。但在工程技術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、生態(tài)、軍事等領(lǐng)域，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信息不完全的情況，如系統(tǒng)因素或參數(shù)不完全明確，因素關(guān)系不完全清楚，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完全知道，系統(tǒng)的作用原理不完全明了等。 信息

8、完全明確的系統(tǒng)為白色系統(tǒng)。一個(gè)商店可看作是一個(gè)系統(tǒng)，在人員、資金、損耗、銷售等信息完全明確的情況下，可算出該店的盈利、庫(kù)存，可判斷商店的銷售態(tài)勢(shì)、資金的周轉(zhuǎn)速度等，這樣的系統(tǒng)是白色系統(tǒng)。 信息完全不明確的系統(tǒng)是黑色系統(tǒng)。如遙遠(yuǎn)的某個(gè)星球，也可看作是一個(gè)系統(tǒng)，雖然知道其存在，但體積多大，質(zhì)量多少，距離地球多遠(yuǎn)，這些信息完全不知道，這是一個(gè)黑色系統(tǒng)。 信息部分明確、部分不明確的系統(tǒng)為灰色系統(tǒng)。譬如糧食生產(chǎn)系統(tǒng)，肥料、種子、農(nóng)藥、氣候、土壤、勞力、水利、耕作、政策等都是影響糧食產(chǎn)量的因素，但難以確定全部因素，更難找到肥料、農(nóng)藥等諸因素與糧食產(chǎn)量的映射關(guān)系。顯然，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)灰色系統(tǒng)。安全系統(tǒng)具

9、有典型的灰色特征。 8/3/2022141.灰色預(yù)測(cè)建模方法設(shè)原始離散數(shù)據(jù)序列 按式（5-7）對(duì)其進(jìn)行一次累加生成處理，得到序列 以序列 為基礎(chǔ)建立灰色的生成模型。 k=1,2,N (5-7) 式（5-8）稱為一階灰色微分方程，記為GM（1，1），式中和為待辨識(shí)參數(shù)。 (5-8)(5-10) 一階一個(gè)變量 其中：稱為發(fā)展灰數(shù)；稱為內(nèi)生控制灰數(shù)。8/3/2022158/3/2022168/3/202217灰色預(yù)測(cè)檢驗(yàn)一般有殘差檢驗(yàn)、關(guān)聯(lián)度檢二、模型檢驗(yàn)（1）殘差檢驗(yàn)按預(yù)測(cè)模型計(jì)算并將累減生成然后計(jì)算原始序列與的絕對(duì)誤差序列及相對(duì)誤差序列。驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)。8/3/202218（2）關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)根據(jù)前

10、面所述關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法算出與原始序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)，然后計(jì)算出關(guān)聯(lián)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)=0.5時(shí)，關(guān)聯(lián)度大于0.6便滿意了。8/3/202219（3）后驗(yàn)差檢驗(yàn)a.計(jì)算原始序列標(biāo)準(zhǔn)差:8/3/202220b. 計(jì)算絕對(duì)誤差序列的標(biāo)準(zhǔn)差：c. 計(jì)算方差比：8/3/202221d. 計(jì)算小誤差概率：令:，則： P0.950.800.700.70 C0.350.500.650.65 好 合格 勉強(qiáng)合格 不合格8/3/2022225.1.4 馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)法 5.2 系統(tǒng)安全決策5.2.1 安全決策概述1安全決策作用和目的（1）突出安全決策在安全科學(xué)和安全管理中的地位；（2）用“令人滿意”的準(zhǔn)則代替?zhèn)鹘y(tǒng)決策理

11、論的“最優(yōu)化”準(zhǔn)則，提出了目標(biāo)沖突、創(chuàng)新程序、時(shí)機(jī)、來(lái)源和群體處理方式等一系列有關(guān)決策程序的問題； （3）強(qiáng)調(diào)在決策中要采用定量方法和計(jì)算技術(shù)，并重視心理因素、人際關(guān)系等社會(huì)因素在決策中的作用。2決策的分類確定型決策和非確定型決策。8/3/2022233安全決策與決策要素(1）決策過程開 始了解待解決的決策問題明確目標(biāo)、標(biāo)明準(zhǔn)則、辨識(shí)原理構(gòu)造模型并估計(jì)參數(shù)方案集X屬性集f1(x)fn(x)決定價(jià)值判斷決策環(huán)境和自然狀態(tài)實(shí)施或重新評(píng)價(jià)提出問題明確目標(biāo)構(gòu)造模型分析、評(píng)價(jià)實(shí)施圖5-1 典型的決策過程8/3/2022243安全決策與決策要素（2）決策要素 決策的要素有：決策單元和決策者、準(zhǔn)則體系、決策

12、結(jié)構(gòu)和環(huán)境、決策規(guī)則等 決策準(zhǔn)則準(zhǔn)則1準(zhǔn)則m1準(zhǔn)則2子準(zhǔn)則1子準(zhǔn)則2子準(zhǔn)則m2方案n方案2方案1總準(zhǔn)則層準(zhǔn)則層子準(zhǔn)則層方案層 圖5-2 準(zhǔn)則體系的層次結(jié)構(gòu)8/3/202225 4安全決策過程（1）確定目標(biāo)從大安全觀出發(fā)，安全決策所涉及的主要問題就是保證人們的生產(chǎn)安全、生活安全和生存安全。應(yīng)進(jìn)一步界定、分解和量化。生產(chǎn)安全是一個(gè)總目標(biāo)，它可以分解為預(yù)防事故發(fā)生，消除職業(yè)病和改善勞動(dòng)條件。（2）確定決策方案擬出幾個(gè)可供選擇的方案。將達(dá)不到目標(biāo)基本要求的方案舍棄掉，然后對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行排序。排在第一位的方案也稱為備選決策提案。備選決策提案做進(jìn)一步的慎重研究。8/3/202226 4安全決策過程（3）潛

13、在問題或后果分析“假如采用這個(gè)方案，將要產(chǎn)生什么樣的結(jié)果？假如采用這個(gè)方案，可能導(dǎo)致哪些不良后果和錯(cuò)誤？” 。 人身安全方面 人的精神和思想方面 人的行為方面 （4）實(shí)施與反饋實(shí)施過程中制定實(shí)施規(guī)劃、落實(shí)實(shí)施機(jī)構(gòu)、人員職責(zé)，并及時(shí)檢查與反饋實(shí)施情況，使決策方案在實(shí)施過程中趨于完善并達(dá)到預(yù)期效果。8/3/2022275.2.2 確定性多屬性決策方法5.2.3 評(píng)分決策法5.2.4 決策樹法5.2.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法5.2.6 稀少事件的風(fēng)險(xiǎn)決策5.2.7 模糊決策8/3/2022285.2.4 決策樹法決策樹分析方法又稱概率分析決策方法。決策樹法是一種演繹性方法，即是一種有序的概率圖解法。 1.

14、決策樹形 表示決策點(diǎn)，從它引出的分支叫方案分支，分支數(shù)即為提出的方案數(shù)。 表示方案節(jié)點(diǎn)（也稱自然狀態(tài)點(diǎn)）。從它引出的分支稱為概率分支，每條分支上面應(yīng)注明自然狀態(tài)（客觀條件）及其概率值，分支數(shù)即為可能出現(xiàn)的自然狀態(tài)數(shù)。表示結(jié)果節(jié)點(diǎn)（也稱末梢），它旁邊的數(shù)值是每一方案在相應(yīng)狀態(tài)下的收益值。8/3/2022295.2.4 決策樹法圖5-3 決策樹示意圖2.決策步驟 首先根據(jù)決策問題繪制決策樹；計(jì)算概率分支的概率值和相應(yīng)的結(jié)果節(jié)點(diǎn)的收益值；計(jì)算各概率點(diǎn)的收益期望值；確定最優(yōu)方案。3.決策樹分析法的優(yōu)點(diǎn) （1）決策樹能顯示出決策過程，不但能通觀決策過程的全局，而且能在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地對(duì)決策過程進(jìn)行合理分析

15、，集思廣益，便于做出正確決策； （2）決策樹顯示能把風(fēng)險(xiǎn)決策的各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系成一個(gè)統(tǒng)一的整體，有利于決策過程中的思考，能看出未來(lái)發(fā)展的幾個(gè)步驟，易于比較各種方案的優(yōu)劣； （3）決策樹法既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量分析。 8/3/202230【例5-6】某廠因生產(chǎn)需要，考慮是否自行研制一個(gè)新的安全裝置。首先，這個(gè)研制項(xiàng)目是否需要評(píng)審，如果評(píng)審，則需要評(píng)審費(fèi)5000元，不評(píng)審，則可省去評(píng)審費(fèi)用。如果決定評(píng)審，評(píng)審?fù)ㄟ^概率為0.8，不通過的概率為0.2。每種研制形式都有失敗可能，如果研制成功（無(wú)論哪一種形式），能有6萬(wàn)無(wú)收益；若采用“本廠獨(dú)立完成”形式，則研制費(fèi)為2.5萬(wàn)元，成功概率為0.7，失敗概率為0.3；若采用“外廠協(xié)作”形式（包括先評(píng)審），則支付研制費(fèi)用為4萬(wàn)元，成功概率為0.99，失敗概率為0.01。針對(duì)上述問題，需要進(jìn)行決策。8/3/202231【解】首先畫出決策樹，如圖5-4所示。7（-5）圖5-4 決策樹示意圖（0）16評(píng)審不評(píng)審23450.8通過0.2通過獨(dú)立完成協(xié)作完成成功0.7失敗0.3成功0.99失敗0.01（30）（-30）（-15）（15） 根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算各結(jié)點(diǎn)的收益（收益效益-費(fèi)用）獨(dú)立研制成功的收益： 6052530 （千元）獨(dú)立研制失敗的收益： 052530（千元）協(xié)作研制成