基于系統(tǒng)動力學的行車安全管理決策分析

杜 金 韋 鈺 中國鐵路上海局集團有限公司蚌埠站

接發(fā)列車安全是鐵路行車的重中之重，是保證運輸平穩(wěn)有序的關鍵。如今，新設備、新技術、新的管理模式等對鐵路安全提出了更高的要求。而接發(fā)車過程中事故的發(fā)生概率是最高的，作為一個企業(yè)，安全生產(chǎn)是永恒的話題。安全是生產(chǎn)的前提，如果失去安全，企業(yè)效益就無從談起。因此，提高接發(fā)車安全水平是非常有必要的。

1 影響接發(fā)車安全的內在機制分析

鐵路行車安全是人-機-環(huán)境-管理多種因素相互作用的、相互協(xié)調、實時的、動態(tài)系統(tǒng)，空間與時間的變換使系統(tǒng)內的人和設備等基本簡單要素變?yōu)閺碗s動態(tài)的因素龐大系統(tǒng)。其中接發(fā)列車作業(yè)是行車安全的重點卡控環(huán)節(jié)，根據(jù)我國行車事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，接發(fā)列車環(huán)節(jié)是事故發(fā)生概率和危險程度最高的。接發(fā)車是指車站辦理列車由區(qū)間接入、向區(qū)間發(fā)出和通過所進行的作業(yè)，是列車運行不可缺少的重要環(huán)節(jié)。不論哪些因素之間的作用失衡，都有可能導致事故的發(fā)生?；诖?，本文建立三個子系統(tǒng)來分析影響鐵路安全水平的內在機制，分別是環(huán)境因素子系統(tǒng)、安全管理因素子系統(tǒng)、人員因素子系統(tǒng)。

1.1 人員因素子系統(tǒng)

從系統(tǒng)的角度來說，人在整個接發(fā)車作業(yè)中參與度是最高的。信息采集、傳達、操作、監(jiān)控等都需要人來完成。由于人的主導作用，使得人的因素在運輸安全中發(fā)揮著重要的作用。而通常這些都與人的職業(yè)素養(yǎng)、能力、意識、身體狀況等都有密切的關系。根據(jù)事故統(tǒng)計分析，絕大多數(shù)的事故都是人為因素引發(fā)的，根據(jù)圖1因果反饋圖所示，其中工作能力是最重要的約束條件。企業(yè)有針對性的加大培訓力度提升人員的工作能力，使得人員始終可靠穩(wěn)定，那么運輸安全水平也會顯著提升，安全則會得到保障。

圖1 人員因素子系統(tǒng)因果關系圖

1.2 管理因素子系統(tǒng)

管理是將人、設備、環(huán)境等要素統(tǒng)一協(xié)調和組織，使得整個目標達到最優(yōu)的過程。管理者既是主導者也是參與者，所發(fā)生的種種事故表面上是員工、設備等導致的，其實質是安全管理的不到位。管理是全方位的全面的統(tǒng)籌兼顧，任何一個環(huán)節(jié)疏漏，都有可能發(fā)生事故或者安全隱患。由于人的作用突出，管理當中，要重點對人進行有效的約束管理。如圖2因果反饋圖所示：加大對人員制度、人員教育、科技要素、規(guī)章制度的投入，提高行車安全。

圖2 管理因素子系統(tǒng)因果關系圖

1.3 環(huán)境因素子系統(tǒng)

環(huán)境包括外界環(huán)境和內部環(huán)境，外界環(huán)境比如惡劣天氣引起的線路、設備等造成不穩(wěn)定性。內部環(huán)境則是工作場所、人員配備、任務劃分、工作條件、同事關系等。如圖3所示：提高設備穩(wěn)定性，特別是惡劣情況下，其次是對目前的設備改進提高其性能以滿足目前的需求。在一個提高環(huán)境保障水平，最終提高行車安全性。

圖3 環(huán)境因素子系統(tǒng)因果關系圖

2 接發(fā)車安全水平系統(tǒng)動力學仿真

2.1 變量選擇

系統(tǒng)動力學模型中主要的變量包括狀態(tài)變量、輔助變量、速率變量、常量等。其主要的含義如下：狀態(tài)變量在模型中用方框符號表示，積累變量，表達了累計效應是系統(tǒng)行為的最終狀態(tài)。其在特定時間節(jié)點上的值等于初始值加上對速率變量所求的積分；速率變量在模型中用閥符號代表，其主要作用是對狀態(tài)變量產(chǎn)生影響，反映其變化的快慢；是從狀態(tài)變量到速率變量之間的中間變量。常量是不變化的量。

基于上述三個子系統(tǒng)的分析和變量數(shù)據(jù)相關關系以及數(shù)據(jù)的可獲得性。本研究選取3個狀態(tài)變量、3個速率變量、12個輔助變量構建鐵路接發(fā)車安全水平的系統(tǒng)動力學模型（見表1）。

表1 模型變量名稱及類型

2.2 模型建立

根據(jù)人員因素子系統(tǒng)、管理因素子系統(tǒng)、環(huán)境因素子系統(tǒng)的因果回路反饋圖，利用Vensim軟件構建鐵路接發(fā)車安全水平的系統(tǒng)動力學模型，流程圖如4：模型的運行時間是1年，仿真步長為一個月。

圖4 接發(fā)車安全水平系統(tǒng)流圖

根據(jù)國家安全評價等級標準的規(guī)定：一級標準為90分以上，二級標準為80分以上，三級標準為70分以上。因此，假定安全系統(tǒng)的安全目標水平為90。根據(jù)相關文獻的研究結果，各子系統(tǒng)投入影響系數(shù)表示因素安全投入轉化為安全水平的比值。本文中取值為設備技術水平影響系數(shù)為0.6；安全管理投入影響系數(shù)為0.4；人員技能水平影響系數(shù)為0.4；通過層次分析法得到各子系統(tǒng)對安全水平的貢獻度大小[4]。安全管理水平貢獻度為0.3；設備技術因素貢獻度為0.3；人員技能因素為0.4；

模型中，各個變量的方程和賦值如下所示：（1）人員技能水平增量＝人員技能×人員技能水平影響系數(shù)；（2）安全管理水平增量＝安全管理措施×安全管理投入影響系數(shù)；（3）設備技術水平增量＝設備技術投入×設備技術投入增長率；（4）設備技術水平＝INTEG（設備技術水平增量），初始值為70；（5）安全管理水平＝INTEG（安全管理水平增量），初始值為70；（6）人員技能水平＝INTEG（人員技能水平增長量），初始值為70；（7）安全水平＝IF THEN ELSE(人員技能水平*人員技能水平貢獻度+安全管理水平*安全管理水平貢獻度+設備技術水平*設備技術因素貢獻度＜=90,人員技能水平*人員技能水平貢獻度+安全管理水平*安全管理水平貢獻度+設備技術水平*設備技術因素貢獻度,90)。（見表2）。

表2 模型參數(shù)取值表

2.3 模型仿真

使用Vensim軟件檢驗各個變量方程的正確性和參數(shù)的合理性，經(jīng)運行模型檢驗通過，系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。當各個子系統(tǒng)投入按照每個月以一定的速度增長，得到鐵路接發(fā)車安全水平的趨勢圖如圖5。

圖5 接發(fā)車安全水平變化趨勢圖

由圖5可以看出，隨著鐵路安全投入的逐月增加，安全水平呈現(xiàn)明顯的遞增的趨勢。這說明，鐵路安全投入對安全水平的提高起到了正面積極的影響（見表3）。

表3 系統(tǒng)安全水平隨時間變化趨勢表

2.4 投入方案模擬

選取人員技能、安全管理、設備技術的增長率作為控制變量，以安全水平作為輸出變量來考察決策實施效果。模擬方案如下（見表4）。

表4 決策方案模擬

三種方案下的模擬結果如圖6所示。

圖6 接發(fā)車安全水平變化趨勢圖

由圖6可以得出，僅改變增長率變量下，加大人員技能投入，可以更快的接近安全水平目標值。安全水平與各個方面是密切相關的，加大投入是對安全有著積極的正向效應?；谝陨辖Y論提出以下措施：

3 措施

針對人員投入管理，主要從人員的工作能力、生理和心理、工作態(tài)度等方面。意在減少人因事故的發(fā)生。從以下幾個方面提出建議：

3.1 加強職工培訓教育

雖然機器在很大程度上代替了人的操作，但是在高密度、快速度下的行車方式，對安全和準點提出了更高的要求，特別在非正常情況下，人員的應急處置能力任然顯得尤為重要。如果處置不當，將會直接影響行車安全。因此，需要加強對職工的操作技能和業(yè)務水平的培訓。

（1）提高工作能力

工作能力是影響安全的最大因素，良好的工作能力才能把控住行車的各個環(huán)節(jié)，尤其是培養(yǎng)新職人員的工作能力。這部分剛畢業(yè)入職的大學生，往往理論學習勝于實際操作，對行車設備、工作流程等不熟悉。倘若對此不重視，將是極大的安全隱患。由于各個車站都有其特有的工作環(huán)境、工作內容。應該加強培訓分配至各個車站的新職人員，安排業(yè)務人員與其對接，有針對性的實施操作性培訓以及理論學習。

（2）合理的工作負荷

心理素質差、注意力不集中、疲勞等行為都是影響人的可靠性的重要因素。一定的工作負荷能激發(fā)人的工作潛能，但是超負荷下，人的各項機能都不是最佳狀態(tài)。往往這時候也是最容易出現(xiàn)疏忽遺漏、大意等。因此，要充分考慮整體工作要求和人員的身體和心心理素質，合理安排工作時間，保證人員的工作狀態(tài)。

（3）提高安全意識

人員的安全意識不足一方面是個人對工作崗位理解不清晰，各項風險認識不全面導致的；另一方面是人員培訓不到位；安全意識不足意味著工作中態(tài)度不端正，良好的工作態(tài)度是發(fā)揮正常工作能力的思想保證。因此，人員在崗位中要不斷學習新的變化、新的要求，全面認識工作風險，提高安全意識。另外，培訓部門積極的與生產(chǎn)部門聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)工作問題，薄弱環(huán)節(jié)，采取針對性的培訓，加強職工能力。

此外，行車人員是重要的資源，要嚴格優(yōu)中選優(yōu)，高標準把好人員入關口。要從源頭減少由于人的不安全行為帶來的隱患。

3.2 突出技防手段，確保現(xiàn)場執(zhí)標

為了防止職工不遵守當班規(guī)定，各站專業(yè)管理人員要充分利用行車室視頻、作業(yè)記錄儀回放、錄音抽聽等檢查監(jiān)控手段。強化現(xiàn)場檢查和作業(yè)過程回放分析，加大對現(xiàn)場違章違紀行為的震懾力度，提高作業(yè)人員的安全意識，減少人員因為思想松懈而產(chǎn)生安全隱患。

3.3 優(yōu)化“人機”系統(tǒng)

列車控制已經(jīng)由原來的“人控為主”到“人機結合”。而如今，高速鐵路已經(jīng)逐步實現(xiàn)了“機控優(yōu)先”的管控模式，設備智能化和機械化程度已經(jīng)有了很大的改進。機器設備在一定的環(huán)境下，穩(wěn)定性和可靠性均優(yōu)于人為操作。這種模式下，減少了人為的重復操作，也減少了人為失誤導致的安全隱患。

（1）人機功能合理分配

機器的優(yōu)勢在于可靠穩(wěn)定，應當充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，相互配合完成各項指令。用機器代替重復機械式的操作內容，盡量減少人為操作和人為干預。既可以減少人為失誤，又可以提高工作效率。

（2）優(yōu)化人機交互界面

良好的人機交互界面能夠獲取到更多的信息

（3）數(shù)據(jù)采集與分析

在日常工作當中，機器設備識別安全風險點和容易發(fā)生的危險源的位置，并且收集這些數(shù)據(jù)，設備管理人員定期去分析數(shù)據(jù)建立人因數(shù)據(jù)庫，查找出其中的關聯(lián)信息，挖掘事故的內在原因，及時制定有效防范措施。

（4）提示和預告報警

對于前期建立的人因數(shù)據(jù)庫，機器設備會及時的提示及語音告知可能會觸及到容易出現(xiàn)問題的地點和操作環(huán)節(jié)?？梢约皶r的避免人為失誤，提高人員的注意力，減少差錯的發(fā)生，提高了安全性。

4 總結

本文通過Vensim軟件構建行車安全與各影響因素之間的因果關系圖和流圖，同時進行動態(tài)仿真和模擬。結論：在保證各子系統(tǒng)不斷提升的基礎上，對行車安全水平是有著積極的正向效應的。同時，加大對人員因素的管理投入，更有利于行車安全水平的提升，也能有效的利益鐵路資源，保障行車安全的最終目的。