基于灰靶決策的某大型試驗系統風險評價研究

余 志，孫聯昌，張 蕾，張 奕，陳宏達

中國石油集團石油管工程技術研究院（陜西西安710077）

基于灰靶決策的某大型試驗系統風險評價研究

余 志，孫聯昌，張 蕾，張 奕，陳宏達

中國石油集團石油管工程技術研究院（陜西西安710077）

運用灰靶決策理論,構建了某科研院所大型試驗系統的風險評價指標體系與模型，對其風險重要度進行了風險評價與分析。研究結果表明：灰靶決策理論對于高風險大型試驗系統風險度評價具有較好的適用性；風險評價結果為大型試驗系統的風險分級管理與控制，提供了理論依據；為科研院所大型試驗系統的風險評價與管理，制定相應有效的重大風險控制對策提供了理論參考。

灰靶決策；試驗系統；風險評價

試驗研究是科學研究的一種重要方法，對于不同的研究問題，一些試驗研究系統或裝置可能存在著較大的安全風險。正確評價這些試驗系統風險度，是預防風險與安全管理的重要保障，如何有效地對大型試驗系統進行風險評價是值得探討的[1]。目前國內外針對大型試驗系統進行風險評價有很多種方法，如類比法、故障樹法、層次分析法等。灰靶決策模型是一種解決多指標、多屬性的決策方法，近年來眾多學者對傳統灰靶模型進行理論創新，使得灰靶決策理論更加適應于各類風險評價體系。由于現實決策中，決策者的主觀風險偏好往往對決策結果有決定性影響。采用灰靶決策理論，選取客觀的風險指標，建立了風險評價模型，針對科研院所對大型試驗系統風險指標不同的敏感程度，對模型進行了調整，弱化了決策者的主觀偏好對風險評價體系的影響，建立了適應于本單位的風險評價模型[2]。這為該科研院所重大風險分級、提出大型試驗系統的重大風險控制對策和措施，構建大型試驗系統的風險管理體系提供理論基礎。

1 試驗系統風險評價模型

1.1 試驗系統構成及運行特點

該科研院所重大風險點試驗系統中，其中A系統為水壓爆破試驗系統，是對高壓大管徑鋼管進行水壓和爆破試驗，測試鋼管的屈服壓力、最高壓力和爆破極限壓力，從而保證鋼管在高壓和強扭矩環境下的使用性能；其特點是系統體積大、設備價值高、運行壓力大。B系統為高溫高壓實物拉伸應力腐蝕系統，是在一定的壓力、溫度、腐蝕介質以及承受軸向拉伸載荷條件下測定材料特性的試驗系統；其特點是系統體積大、設備價值高、運行壓力大、運行溫度高、腐蝕介質。C系統為高溫高壓沖刷腐蝕系統，是通過模擬工業環境中高溫高流速條件，測試設備材料在腐蝕環境中的耐沖蝕性能；其特點是系統體積較大、設備價值較高、運行壓力大、運行溫度高、腐蝕介質。

1.2 試驗系統風險評價指標

大型試驗系統的風險評價指標有很多，結合3個試驗系統的特點，針對大型試驗系統的價值（對應維修價值，在此統稱為價值）、運行壓力、運行溫度3個指標進行評價。其中，A系統價值為1 000萬元、運行壓力為40MPa、運行溫度為20℃；B系統價值為500萬元、運行壓力為80MPa、運行溫度為40℃；C系統價值為200萬元、運行壓力為100MPa、運行溫度為80℃。

1.3 灰靶決策理論

灰靶決策理論是一種多目標決策方法，通過各向量距目標向量的距離來判斷指標的優劣性[2]。因此，風險評價的指標也可利用灰靶決策理論進行研究，將各風險指標與最優向量即“企業可承受的最低風險指標”做對比，與最優向量距離最遠的即為風險最高的系統，與最優向量距離最近的即為風險最低的系統。

1.3.1 定義1

R={[r(1),r(2),…,r(s)]靶心，以R為半徑的S維球形灰靶，稱為最優效果向量。

1.3.2 定義2

對于效果向量r1=[r(1),r(2),…,r(s)]∈Rs，稱

為效果向量r1的靶心距，靶心距的數值反映了效果向量的優劣。

1.3.3 定義3

設s,s為決策方案，ijhl分別為sij,shl的決策向量。若

則稱決策方案shl優于sij，記作shl＞sij。

2 試驗系統風險評價與分析

2.1 試驗系統風險評價

以價值最低，壓力最小，溫度最低為判斷大型試驗系統風險重要度的基準，結合灰靶理論得出3個試驗系統的效果向量定義[3]為：

取球心為r0=[1,1,1],計算靶心距：

2.2 風險評價模型改進與結果分析

以上風險評價采用3個指標權重一致的情況下，價值最大的試驗系統風險重要度最高，而運行壓力高和運行溫度高的試驗系統風險重要度低，顯然不符合實際要求。結合科研院所對風險指標敏感程度的特點，對3個指標的權重進行調整[3]，以體現高溫、高壓2個指標對試驗系統風險重要度的影響。

設3個指標權重為1:4.5:4.5,3個試驗系統的效果向量定義為：

加入3個指標權重ω1=1，ω2=4.5，ω3=4.5，

那么取球心為r0=[1,4.5,4.5],計算靶心距：模型改進前后的風險重要度對比見表1。在模型未改進之前，A系統價值最高，風險重要度最高。B系統和C系統的運行壓力、運行溫度均高于A系統，而風險重要度低于A系統。改進后運行壓力、運行溫度最高的C系統風險重要度最高，運行壓力、運行溫度次之的B系統風險重要度度次之，運行壓力、運行溫度最低的A系統風險重要度最低。因此可將改進后的模型作為此科研院所的風險評價模型，對科研院所的其他大型試驗系統進行風險重要度計算并進行分類，從而有針對性地對各試驗系統進行風險控制[4-5]。

表1 模型改進前后的風險重要度對比

3 結論

利用灰靶決策理論，通過選取風險評價指標、構建風險評價模型以及調整關鍵評價指標權重，對某科研院所大型試驗系統進行了風險重要度計算與分析，通過研究可以得出：

1）灰靶決策理論對于高風險大型試驗系統風險度評價具有較好的適用性。

2）風險評價結果為該科研院所高風險大型試驗系統的風險分級管理與控制，提供了理論依據。

3）研究為科研院所實現大型試驗系統的風險評價與安全管理，為制定相應的有效的試驗系統重大風險控制對策和措施進行了理論探索。

[1]董玉亮，顧煜炯，楊昆.基于灰色理論和RCM分析的發電設備風險分析[J].動力工程，2004，24(6):798-801.

[2]劉思峰，謝乃明.灰色系統理論及其應用[M].4版.北京:科學出版社，2008.

[3]劉思峰，袁文峰，盛克勤.一種新型多目標智能加權灰靶決策模型[J].控制與決策，2010，25(8):1159-1163.

[4]呂東,梁成浩.石化設備風險評估系統研究進展[J].石油化工腐蝕與防護，2006，23(4):1-4.

[5]陳登豐.在役承壓設備風險管理技術的發展[J].化工設備與管道，2006，43(4)：17-24.

The risk evaluation index system and the risk evaluation model of a large scale test system of a scientific research institute are constructed by using the grey target decision theory,and the risk of a large scale test system is evaluated and analyzed.The research result shows that:grey target decision theory has a good applicability for the risk assessment of high risk large scale test system;the risk assessment results can provide a theoretical basis for the risk management and control of the large-scale test system,and provide a theoretical reference for the risk assessment and management of large scale test systems of scientific research institutes and the formulation of corresponding risk control measures.

grey target decision making;test system;risk assessment

梅

2015-09-21

余志(1979-),男,工程師,現主要從事油套管質量評價及油井管全尺寸試驗方向的研究。