基于模糊層次分析—集對分析理論的軋鋼安全態勢評價

閆鑫博 王曉東 高放 楊曙磊 楊亞鋒

摘 要：軋鋼廠作為鋼鐵產業的最后一環，其安全穩定的運轉對提高鋼鐵產量，增大經濟效益具有重要意義。因此，本文建立了基于模糊層次分析法和集對分析理論的軋鋼安全態勢評價模型，首先建立軋鋼廠安全評價指標體系，然后基于模糊層次分析法得到12項指標的權重大小，借助集對分析理論，進行同、異、反分析，得到該軋鋼廠的安全等級為Ⅱ級，最后針對安全評價水平與Ⅱ級安全標準的集對勢分析，得到二者存在強烈的同一變化趨勢。

關鍵詞：軋鋼安全態勢 模糊層次分析法 集對分析理論 集對勢

0.引言

21世紀初，我國鋼鐵行業迎來爆發式發展，經過近十幾年的發展，我國已然成為全球最大的鋼鐵出口國[1]。鋼鐵行業采用鏈條性生產模式，歷經采礦、選礦、高爐冶煉、轉爐冶煉、連鑄和軋鋼等過程，軋鋼作為整個生產流程的最后一步，只有保證其安全穩定的運行，前序的生產過程才有意義[2]。因此，掌控軋鋼廠生產時的安全狀態，有助于維持軋鋼廠生產穩定的進行。而軋鋼廠是一個極其復雜的多因素、多變量、多層次的人-機-環境系統，安全評價中有許多未確知的因素，不確定性大量存在，單純的模糊綜合評價以及層次分析等方法無法精準完成對軋鋼廠復雜生產系統的評價[3-4]。本文建立了基于模糊層次分析法和集對分析理論的軋鋼安全態勢評價模型，首先建立軋鋼企業安全生產評價指標體系，利用模糊層次分析方法對指標定量處理構建模糊關系矩陣，進一步以集對分析理論為基礎，進行同、異、反分析，建立集對分析態勢評價模型，確定評價因素之間的聯系度，完成對軋鋼廠安全生產等級的評價。

1.評價指標體系的建立

軋鋼廠是一個由工人-機器-環境共同組成的多因素系統，處處存在著安全隱患，并且在實際生產中，軋鋼廠的整條生產線處于一年不間斷作業狀態，這無疑更會增加對機器以及環境的負荷，從而提高事故發生率。軋鋼廠安全隱患主要來源為管理的缺陷、人的不安全操作、機器的損壞以及工作環境的不合理[5]，其具體關系見圖1所示：

基于圖1可知，若想實現對軋鋼廠這一復雜系統的安全生產評價，評價指標的選取一定要合理，該指標體系的建立應遵循一定準則，為了更準確的評價軋鋼廠安全生產的等級，在建立評價指標體系時應遵循以下原則[6]：

●科學性原則：所選指標能夠科學的反應軋鋼廠實際生產情況。

●獨立性原則：在確定指標時要堅持獨立性原則，考慮各指標間的獨立性，避免一個指標對另一個指標起決定作用，做到各指標間相對獨立。

●代表性原則：所選指標具有代表性。

基于以上分析的建立指標體系的準則，通過專家咨詢及打分，經過多次篩選，建立了如下圖2所示的評價指標體系：

2.基于模糊層次分析法—集對分析的軋鋼廠安全態勢評價模型

（1）確定方案評價等級集合

確定軋鋼廠安全生產評價等級分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，記為：

（2）基于模糊層次分析法的指標權重確定

1）建立判斷矩陣

由專家依據0～1三標度法或是0.1～0.9九標度法[7]對于12項指標重要性兩兩比較。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

其中，目標函數CIC（n） 為矩陣R 的一致性指標系數；d 為非負參數，可從[0，0.5]內選取。當CIC（n） 取全局最小時，R 的一致性程度最高。當CIC≤0.2 時，即可認為其滿足一致性檢驗。

（3）聯系度表達式的確定

以確定各定量指標值看作是集合A和I級標準集合B1 之間的聯系度μ（A，B1） 為例，聯系度表達式為：

（6）計算聯系度的集對勢

集對勢[10-11]shi（H）=a│c 可以反應方案與設定目標在同、異、反聯系中存在的同一趨勢。根據a，b，c 之間的關系來確定集對勢的大小，見表2，從而得到全面地分析結果。

3.實例仿真

以某軋鋼廠為例進行研探究，圖2中的評價指標體系可以發現，其大都為非定量化指標，無法從現場直接采集到數據。因此，本文邀請12位鋼鐵行業的專家，通過專家評分的方法，對這些指標進行逐項對比、嚴格考察分析，將定性指標量化處理。

3.1 指標權重的確立

采用0～0.9九標度法，由專家建立評價指標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，在滿足一致性檢驗的情況下，各指標的權重見表3：

經計算可得一致性指標值CIC=0.141≤0.2 ，所以權重分配合理。

3.2 聯系度的計算

根據專家經驗，設定每個指標三種安全級別的標準值范圍，并根據軋鋼廠現價段的生產狀態，以設定的標準值為依據，對每項指標進行估值，綜合兩項得到的數據如表4：

將上表數據代入聯系度求解公式，得到此時軋鋼廠的安全狀態與三種安全等價間的聯系度的計算式：

為了保證評價結果的可靠性和合理性，在充分考慮對軋鋼安全評價起關鍵作用的部分，取式中i=0，j=-1 ，得到三者的聯系度值分別為-0.033、0.297、-0.173。由此可知：μ（A，B2）> μ（A，B1）> μ（A，B3） 。此軋鋼廠安全等級為Ⅱ級，與實際情況相符。

3.3 集對勢的分析

對比分析μ（A，B2） 的集對勢，a>c>b ，可以發現，軋鋼廠的安全水平在與評價等級Ⅱ的同異反聯系中存在著強烈的同一變化發展趨勢，說明軋鋼廠安全態勢將在一定程度上穩定在Ⅱ級水平。

4.結語

本文通過對軋鋼廠安全隱患來源的分析，建立以管理、機器、人以及環境為主要方面的評價指標體系，針對軋鋼廠工作系統的復雜性，選用模糊層次分析法，建立12個指標之間的模糊關系矩陣，求得各項指標對于軋鋼廠安全評價的貢獻值大小，將所求的指標權重大小代入到集對分析模型中，建立了軋鋼廠安全態勢的評價模型，得到軋鋼廠與三種安全評價等級間的聯系度分別為 -0.033、0.297、-0.173，其安全等級為Ⅱ級水平，與實際相符。最后對軋鋼廠的安全態勢進行了分析，得到軋鋼廠的安全水平在與評價等級Ⅱ之間存在著強烈的同一變化發展趨勢。本文所建立的基于模糊層次分析—集對分析的軋鋼廠安全態勢評價模型，綜合考慮了軋鋼生產系統的復雜性，將定性指標量化，實現了對軋鋼生產系統的定量評估，對實際生產中維護軋鋼廠安全生產提供重要的參考。

參考文獻：

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