第4章系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)技術(shù)

第四章

系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)技術(shù)

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)的種類、預(yù)測(cè)程序和預(yù)測(cè)的基本原理。熟悉系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)的基本方法。著重掌握回歸分析法、灰色預(yù)測(cè)法，并能夠熟練的在安全生產(chǎn)中加以應(yīng)用。預(yù)測(cè)概述預(yù)測(cè)：由過去和現(xiàn)在推測(cè)未來，由已知推測(cè)未知。系統(tǒng)安全預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)造成事故后果的許多前級(jí)事件，隨生產(chǎn)的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生什么樣的新危險(xiǎn)和不安全因素。預(yù)測(cè)的組成：預(yù)測(cè)信息、預(yù)測(cè)分析、預(yù)測(cè)技術(shù)、預(yù)測(cè)結(jié)果。4.1預(yù)測(cè)的種類及基本原理4.1.1預(yù)測(cè)的種類

1.按預(yù)測(cè)對(duì)象的范圍分：宏觀預(yù)測(cè)：生產(chǎn)行業(yè)、地區(qū)、集團(tuán)公司的安全狀況微觀預(yù)測(cè)：生產(chǎn)單位的生產(chǎn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)安全狀況

2.按時(shí)間長(zhǎng)短分：長(zhǎng)（遠(yuǎn)）期預(yù)測(cè)－安全管理的重大決策提供依據(jù)中期預(yù)測(cè)（1～5年）－制定五年計(jì)劃和任務(wù)的依據(jù)短期預(yù)測(cè)（一年）－制定年度計(jì)劃、季度計(jì)劃等4.1.2預(yù)測(cè)的基本原理1.系統(tǒng)工程原則從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)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。2.類推和概率推斷原則用先導(dǎo)事件的發(fā)展規(guī)律預(yù)測(cè)遲發(fā)事件的發(fā)展趨勢(shì)。3.慣性原理根據(jù)事物發(fā)展的延續(xù)性，推斷系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢(shì)。4.1.3預(yù)測(cè)的程序確定預(yù)測(cè)目的、計(jì)劃、時(shí)間收集資料、檢驗(yàn)現(xiàn)有資料選擇預(yù)測(cè)方法、建立預(yù)測(cè)模型、進(jìn)行推測(cè)或計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果的鑒定、修正預(yù)測(cè)結(jié)果確定預(yù)測(cè)目標(biāo)和任務(wù)輸入信息預(yù)測(cè)處理輸出結(jié)果4.2

預(yù)測(cè)方法

（forecastingtechnique

）預(yù)測(cè)方法可分為三類：

經(jīng)驗(yàn)推斷預(yù)測(cè)法

時(shí)間序列預(yù)測(cè)法

計(jì)量模型預(yù)測(cè)法4.2.1經(jīng)驗(yàn)推斷預(yù)測(cè)法利用直觀材料，靠人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和綜合分析能力，對(duì)客觀事物的未來狀態(tài)做出估計(jì)和設(shè)想。特爾斐預(yù)測(cè)法特爾斐(Delphi)又譯“德爾非”，原是古希臘的一座古城名。在古希臘神話中，人們把德爾菲城看成是能夠預(yù)告未來的神諭之地。特爾斐法是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一種直觀預(yù)測(cè)法，是美國蘭德公司于20世紀(jì)40年代發(fā)明并首先用于技術(shù)預(yù)測(cè)的。特爾斐預(yù)測(cè)法特爾斐法可用于科技預(yù)測(cè)、也可用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)；即可用于短期、也可用于長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。對(duì)大量非技術(shù)性的無法定量分析的因素作出概率估算，并將概率估算結(jié)果告訴專家，充分發(fā)揮信息反饋和信息控制的作用，使分散的評(píng)估意見逐次收斂，最后集中在協(xié)調(diào)一致的評(píng)估結(jié)果上，可信度較高，在國外得到廣泛應(yīng)用。利用專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、智慧等無法數(shù)量化的模糊性的信息，通過通信的方式進(jìn)行信息交換，逐步取得較一致的意見，達(dá)到預(yù)測(cè)的目的。特爾斐預(yù)測(cè)法實(shí)質(zhì)（1）確定預(yù)測(cè)目標(biāo)

目標(biāo)選擇應(yīng)是本系統(tǒng)或?qū)I(yè)中對(duì)發(fā)展規(guī)劃有重大影響而且意見分歧較大的課題，預(yù)測(cè)期限以中、遠(yuǎn)期為宜。特爾斐預(yù)測(cè)法基本程序（2）成立管理小組

管理小組人數(shù)從兩人至十幾人不等，隨工作量大小而定。其主要任務(wù)是：負(fù)責(zé)對(duì)利用特爾斐法進(jìn)行預(yù)測(cè)的工作過程進(jìn)行設(shè)計(jì)；提出可供選擇的專家名單；搞好專家征詢和輪間信息反饋工作；整理預(yù)測(cè)結(jié)果和寫出預(yù)測(cè)報(bào)告書。特爾斐預(yù)測(cè)法基本程序（3）選擇專家專家總體的權(quán)威程度較高；專家的代表面應(yīng)盡量廣泛；嚴(yán)格專家的推薦和審定程序；專家人數(shù)要適當(dāng)（一般以20~50人為宜，大型預(yù)測(cè)可達(dá)100人左右）。特爾斐預(yù)測(cè)法基本程序（4）設(shè)計(jì)評(píng)估意見征詢表表格每一欄目要緊扣預(yù)測(cè)目標(biāo)，力求達(dá)到預(yù)測(cè)事件和專家所關(guān)心的問題的一致性；表格簡(jiǎn)明扼要，填表時(shí)間一般以2~4h為宜；填表方式簡(jiǎn)單，盡可能用數(shù)字和英文字母表示專家的評(píng)估結(jié)果。特爾斐預(yù)測(cè)法基本程序（5）專家征詢和輪間信息反饋經(jīng)典特爾斐法一般分為3~4輪征詢；管理小組盡量把背景資料提供給專家，同時(shí)，專家對(duì)不夠完善、準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)提出補(bǔ)充和評(píng)價(jià)；最常見的問題是要求專家對(duì)某項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的日期做出預(yù)言：不大可能實(shí)現(xiàn)——成功概率10%；實(shí)現(xiàn)與否可能性相等——成功概率50%；基本上可能實(shí)現(xiàn)——成功概率90%。特爾斐預(yù)測(cè)法基本程序（1）數(shù)量和時(shí)間答案的處理

當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果需要用數(shù)據(jù)或時(shí)間表示時(shí)，專家們的回答將是一系列可比較大小的數(shù)據(jù)或有前后順序排列的時(shí)間，常用中位數(shù)和上、下四分位點(diǎn)的方法處理答案，求出預(yù)測(cè)的期望值和時(shí)間。專家意見的統(tǒng)計(jì)處理把專家們的回答按從小到大的順序排列。如：當(dāng)有n個(gè)專家時(shí)，共有n個(gè)（包括重復(fù)的）答數(shù)排列：x1≤x2≤x3≤...≤xn-1≤xn中位數(shù)按下式計(jì)算：專家意見的統(tǒng)計(jì)處理四分位點(diǎn)？（2）等級(jí)比較答案的處理

當(dāng)對(duì)某些項(xiàng)目的重要性進(jìn)行排序的要求時(shí)，一般采用評(píng)分法對(duì)答案進(jìn)行處理。專家意見的統(tǒng)計(jì)處理

當(dāng)要求對(duì)n項(xiàng)排序時(shí)，首先請(qǐng)各位專家對(duì)項(xiàng)目按其重要性排序，被評(píng)為第一位的給n分，第二位的給n-1分，最后一位即第n位者給1分，然后按下列公式計(jì)算各目標(biāo)的重要程度：專家意見的統(tǒng)計(jì)處理確定研究課題，成立管理小組設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)程序向?qū)＜壹某鲅?qǐng)信：說明特爾斐程序題說明預(yù)測(cè)的課題邀請(qǐng)參加預(yù)測(cè)第一輪征詢表：說明對(duì)應(yīng)答者的要求提供背景資料第一輪征詢問題對(duì)第一輪答復(fù)進(jìn)行匯總整理考慮是否同意參加預(yù)測(cè)，若同意則答復(fù)并提出建議同意了解背景資料，答復(fù)第一輪問題同意對(duì)第三輪答復(fù)作出匯總考察答復(fù)的變化與收斂整理預(yù)測(cè)結(jié)果寫出預(yù)測(cè)報(bào)告書第二輪征詢表第一輪答復(fù)的分布第二輪征詢問題請(qǐng)求陳述理由的問題第三輪征詢表：第二輪答復(fù)的分布和變化補(bǔ)充材料和專家提供的理由第三輪征詢的問題考察對(duì)第二輪答復(fù)的變化與收斂了解反饋信息和問題，答復(fù)第二輪征詢表反饋了解反饋信息和問題，答復(fù)第三輪征詢表反饋輸出了解預(yù)測(cè)結(jié)果4.2.2時(shí)間序列預(yù)測(cè)法

利用觀察、記錄到的一組按時(shí)間順序排列的數(shù)字序列，分析他們的變化方向和程度，從而對(duì)下一時(shí)期或以后若干時(shí)期的水平進(jìn)行推測(cè)。

時(shí)間序列預(yù)測(cè)法包括滑動(dòng)平均法,周期變動(dòng)分析法,線性趨勢(shì)分析法等。

4.2.3計(jì)量模型預(yù)測(cè)法計(jì)量模型指預(yù)測(cè)對(duì)象與其主要影響因素之間數(shù)量關(guān)系的方程式。計(jì)量模型預(yù)測(cè)法：利用這一方程式的計(jì)算，根據(jù)主要影響因素的變化趨勢(shì)，對(duì)預(yù)測(cè)對(duì)象的未來狀況進(jìn)行推測(cè)。4.2.3.1回歸分析法

回歸分析法是一種從事物變化的因果關(guān)系出發(fā)的預(yù)測(cè)方法。它利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過尋求數(shù)據(jù)變化規(guī)律來推斷、判斷和描述事物未來的發(fā)展趨勢(shì)。事物變化的因果關(guān)系可用一組變量描述，即自變量與因變量之間的關(guān)系：確定關(guān)系和相關(guān)關(guān)系。（1）一元線性回歸法根據(jù)自變量與因變量的相互關(guān)系，用自變量的變動(dòng)來推測(cè)因變量變動(dòng)的方向和程度，其基本方程式為：求解可得a、b值由最小二乘法，可得到方程組：在回歸分析中，為了解回歸直線與實(shí)際數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的符合程度，求出相關(guān)系數(shù)。利用以上所建立的回歸直線預(yù)測(cè)方程對(duì)以后的安全趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。例1：某工廠前6月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)帶入計(jì)算公式可得：由此可得到回歸方程為：代入x=7，可預(yù)測(cè)7月份的工傷事故數(shù)：例2：某礦前10月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)非線性回歸的分析方法是通過變換，將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題，再利用線性回歸的方法進(jìn)行回歸分析。非線性回歸曲線：指數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)等。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的變化分布形狀，或根據(jù)專業(yè)知識(shí)，確定何種曲線做為回歸曲線。（2）一元非線性回歸方法指數(shù)函數(shù)回歸法例3：某工廠前6月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)例4：某礦前10月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的變化分布形狀，或根據(jù)專業(yè)知識(shí)，確定何種曲線做為回歸曲線。

4.2.3.2灰色預(yù)測(cè)法（1）“灰”含義和”灰”現(xiàn)象

控制論學(xué)者艾什比將內(nèi)部信息缺乏的客體稱為“黑箱”，據(jù)此，人們常用顏色的深淺表示信息的多少?！昂凇敝感畔⑷狈Α鞍住敝感畔⑼耆盎摇敝感畔⒉糠忠阎⒉糠治粗?，即信息不完全?；疑碚撌且环N新的系統(tǒng)理論。其主要優(yōu)點(diǎn)是它通過一系列數(shù)據(jù)生成方法（直接累加法、移動(dòng)平均法、加權(quán)累加法、遺傳因子累加法、自適性累加法等）將根本沒規(guī)律的、雜亂無章的或規(guī)律性不強(qiáng)的一組原始數(shù)據(jù)序列變得具有明顯的規(guī)律性，解決了數(shù)學(xué)界一直認(rèn)為不能解決的微積分方程建模問題?；疑到y(tǒng)預(yù)測(cè)是從灰色系統(tǒng)的建模、關(guān)聯(lián)度及殘差辨識(shí)的思想出發(fā)，所獲得的關(guān)于預(yù)測(cè)的新概念、觀點(diǎn)和方法?；疑到y(tǒng)理論模型有多種，一般選用一階一個(gè)變量的微分方程模型，即GM（1，1）模型。（2）灰色預(yù)測(cè)建模方法設(shè)原始離散數(shù)據(jù)序列，，其中N為序列長(zhǎng)度，對(duì)其進(jìn)行一次累加處理：k=1,2,……N則以生成序列為基礎(chǔ)建立灰色的生成模型稱為一階灰色微分方程，記為G（1,1），式中α、μ為待辯識(shí)參數(shù)。設(shè)參數(shù)向量和則由下式得的最小二乘解：時(shí)間響應(yīng)方程：離散響應(yīng)方程：式中將計(jì)算值作累減還原，即得到原始數(shù)據(jù)的估計(jì)值G(1,1)模型的擬合殘差中往往還有一部分動(dòng)態(tài)有效信息，可以通過建立殘差G(1,1)模型對(duì)原模型進(jìn)行修正。（3）預(yù)測(cè)模型的后驗(yàn)差檢驗(yàn)可以用關(guān)聯(lián)度及后驗(yàn)差對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行檢驗(yàn)；根據(jù)得到的后驗(yàn)差比值及小誤差概率確定預(yù)測(cè)精度等級(jí)（好、合格、勉強(qiáng)、不和格）。3馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)法馬爾柯夫性質(zhì)：事物未來的發(fā)展及演變僅受當(dāng)前狀況的影響。換句話說，在給定現(xiàn)在狀態(tài)時(shí)，事物的發(fā)展與過去狀態(tài)是無關(guān)的。當(dāng)事物滿足馬爾柯夫性質(zhì)，且一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的規(guī)律又可知時(shí)，可應(yīng)用馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)法。系統(tǒng)從某種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其他狀態(tài)的可能性大小，用轉(zhuǎn)移概率描述。

初始狀