基于系統動力學的企業安全投入與安全管理水平分析

楊鑫剛，謝至立，王起全

(中國勞動關系學院安全工程學院，北京 100048)

0 引 言

隨著社會經濟的高速發展，安全生產越來越受到人們的重視。眾所周知，提高的企業安全管理水平是預防事故發生的重要手段，而增加安全投入是企業安全管理水平提高的重要保障。因此，深入探討了解企業安全投入與安全管理水平之間的關系，對于如何用最少的安全投資產生盡可能大的安全效益，具有重要的現實意義。

安全管理作為統籌協調生產的活動，起著保護職工安全與健康，保護國家集體財產不受損失，促進企業改善管理，提高企業效益保證事業順利發展的作用。安全生產法規定：安全生產工作應當以人為本，堅持安全發展，堅持安全第一、預防為主、綜合治理的方針，強化和落實生產經營單位的主體責任，建立生產經營單位負責、職工參與、政府監管、行業自律和社會監督的機制[1]。只有政府、企業、員工、社會以及中介機構等五個主體在實際生產過程中充分發揮自身的作用，才能形成良好并且有序的互動關系，才能真正提高企業的安全管理水平，保障安全生產正常進行。

但在實際生產過程中，企業應付檢查、政府監管一刀切、員工安全意識不強、社會監督渠道不充分、中介機構水平和社會責任感缺失等現象還在一定程度上普遍存在[2]。綜合影響下，安全管理往往流于形式，不能真正形成良好的安全管理環境。為了更好地應對不足，提高安全管理水平，許多學者進行了有益的嘗試：王斌楠等[3]基于績效管理理論樹立安全績效理念，為實驗室安全管理水平的提升提供了策略建議；何雨洋等[4]通過量化員工在安全生產工作中承擔的安全風險和安全職責，建立員工個人安全積分制，提升企業安全管理的精細化水平；孫立峰[5]針對在安全管理方面“無人管”“不會管”“不好管”的現象，提出安全管家服務，發揮其安全智庫的作用，以有效改變當前的安全管理不良現狀，提升安全管理水平，減少生產安全事故的發生；陽富強等[6]運用系統動力學(SD)理論從投入產出角度建立了實驗室安全管理SD模型，并以某高校安全工程專業防火材料制備實驗室為例對該模型進行了模擬仿真與驗證；段先哲等[7]通過對高放廢物地質處置安全評價模擬研究，從而提高安全評價的水平，以更好地預防相關安全事故。由于安全管理是一個動態的復雜系統，而系統動力學是研究反饋系統動態行為的一種基于計算機仿真的理論和方法，并且已經在多個領域得到成功應用[8-10]，因此，利用系統動力學研究安全管理契合度很高。

本文以政府的監督與指導、企業的實施與保障、員工自律、社會監督與參與和中介支持與服務等五個主體及其評價指標為中間變量，利用系統動力學的理論和方法，構建了安全投入與安全管理水平系統，得出了兩大系統的因果反饋圖和系統流量圖。

1 模型構建

系統動力學是一門以系統科學理論為基礎再和計算機仿真模擬方法能夠緊密結合的、通過研究系統反饋模式和行為的一門復雜科學，是一門與系統科學和管理科學緊密聯系的交叉綜合學科[9]；其基本思想是：系統的行為模式和系統的行為特性乃是取決于內部的結構中的不同功能的影響[10]。系統動力學適用于非線性因素和高階次復雜的系統，而此時的系統反應出來的往往是反直觀的動態情形。建模的基本步驟遵循從簡單到復雜、從淺顯的表象到深入的本質、需要從部分入手再到整體把握，具體有建模目的確認、確定系統邊界、建立流位流率系、建立流圖模型、分析反饋環、建立方程、仿真模擬等七大步驟[11]。

1.1 系統邊界的確定

企業的安全生產管理水平基本包括管理制度、資金投入、物質保障和管理等四個方面。本文從現代安全管理過程入手，把事故前、事故中、事故后的因素統一起來，將我國現行的安全管理機制分為政府的監督與指導、企業實施與保障、員工自律、社會監督參與、中介支持與服務等五個主體部分，并作出相應細分和歸納(圖1)。

圖1 安全管理機制及其影響因子Fig.1 Safety management mechanism and its influencing factors

1.2 建立因素因果回路圖

本文從安全資金投入-安全管理水平分析了系統中各因子之間內在的因果關系，構建了安全管理系統因果回路圖(圖2)。隨著各因子資金投入，各子系統安全管理水平得以提高，安全管理的整體水平也逐步提高，當到安全目標水平后，將通過系統反饋減少對安全管理程度的費用。其中，事故預防、應急救援、事故調查的程度和有效程度將會對整個安全管理系統有一定的影響。

由圖2可知，該系統主要可以概括為：資金投入↑→政府的監督與指導↑→安全管理水平↑；資金投入↑→企業實施與保障↑→安全管理水平↑；資金投入↑→員工自律↑→安全管理水平↑；資金投入↑→社會監督與參與↑→安全管理水平↑；資金投入↑→中介支持與服務↑→安全管理水平↑。

圖2 因果分析圖Fig.2 Causal analysis diagram

在實際的生產過程中當安全的總投入與安全水平相適應或者安全水平已經較好的情況下，安全管理的總投入會慢慢減少，因此，安全管理的總投入和安全管理水平的關系應該是安全管理水平↑→資金投入↓。

1.3 定義安全管理機制SD變量級

根據SD理論和構建的因果分析圖定義了安全管理SD變量集(表1)。

表1 SD變量級及其變量級含義Table 1 SD variable level and its meaning

1.3.1 SD流圖構建

根據已經設定好的SD變量級和因果分析圖，運用Vensimple軟件可確定安全投入-安全管理水平的系統流圖(圖3)。

圖3 系統流量圖Fig.3 System flow chart

1.3.2 系統動力學方程

根據上述系統變量之間的關系建立SD方程，具體如下所述。

安全管理水平輔助方程見式(1)。

ZSP.K=QZL1×L1(t).K+QZL2×L2(t).K+

QZL3×L3(t).K+QZL4×L4(t).K+

QZL5×L5(t).K

(1)

子系統流位方程見式(2)和式(3)。

Li(t).K=

(Li(t).J+Ri(t).JK×DT)×M1×M3

(2)

Li(t).K=(Li(t).J+Ri(t).JK×DT)×M3

(i=1，2，3，4,5)

(3)

速率方程見式(4)～式(6)。

Ri(t).JK=Ai1×QZLi1+Ai2×QZLi2+

Ai3×QZLi3+Ai4×QZLi4(i=1,3,5)

(4)

Ri(t).JK=

Ai1×QZLi1+Ai2×QZLi2+Ai3×QZLi3

(i=4)

(5)

Ri(t).JK=Ai1×QZLi1+Ai2×QZLi2+

在姜黃切片、粉末的顏色值測定中發現，同一樣品任取的切片，10個顏色值之間差異較大，RSD值均大于15%；同一樣品粉末（混勻過4號篩），顏色值之間差異較小，RSD值均小于5%。表明采用姜黃粉末得到的顏色值精密度較高；進而選取粉末顏色值與姜黃素類各成分含量的相關關系作為本研究的實驗結果。因此，通過顏色值預測藥材品質的快速鑒別方法，應采用粉末的顏色值進行判定較為適宜。

Ai3×QZLi3+Ai4×QZLi4+

Ai5×QZLi5+Ai6×QZLi6(i=2)

(6)

影響因素輔助方程見式(7)～式(9)。

Aij=TRi(t)×QZLij

(7)

Aij=TRi(t)×QZLij×M11(i=1)

(8)

Aij=TRi(t)×QZLij×M2(i=2)

(9)

子系統實際投入輔助方程見式(10)。

TRi=ZTR×BLi×TRitoAi(i=2,3,5)

(10)

式中：K、J、JK分別為當期、過去時間、當期與過去的間隔時間；DT為仿真時間的長短，要求各個子系統的QZLi和BLi的和為1[12-17]。

2 模型參數確定

常州西源污水處理有限公司是常州市西夏墅鎮常州高新區紡織工業集中區配套的主要基礎設施之一。一期工程設計處理能力為1萬m3/d，項目總投資約4 928.26萬元；二期設計處理能力3萬m3/d，總投資6 203萬元。目前一期工程已停用，對應水池作為應急水池處理。

企業在2017年、2018年和2019年這三年內無重傷、死亡或其他重大生產安全事故，也沒有急性中毒、職業病的發生情況。為了進一步規范企業安全生產，企業申請創建三級標準化企業修訂的各類安全管理制度40項，編制了企業事故應急救援預案，對員工組織了安全生產責任制、安全管理制度和操作規程的培訓教育，完善了生產車間防雷防靜電、消防等安全措施，規范了危險化學品儲存，完善了日常安全檢查、專業檢查、綜合檢查、節假日檢查和季節性安全檢查制度。

對照《冶金等工貿企業安全生產標準化基本規范評分細則》，企業于2019年5月24—25日進行了自評，自評結果：標準分1 000分，空項130分，實得分613分，總扣分257分，百分制自評得分70.5分(大于60分)，且申請之日一年內無生產死亡事故，已達到工貿企業安全生產標準化三級企業達標要求。公司的目標是在2021年完成二級標準化。

2.1 參數確定

為了進一步進行仿真模擬需要對五大子系統需要確定其權重來表示其對安全水平的貢獻程度，對于每個評價因子在系統周期中的地位，通過層次分析法計算出子系統QZLi的值和各個因子的對子系統貢獻大小QZLij[12-14]。

對于五大子系統參與度的不同，可以看到政府、企業、員工、公眾、中介服務在安全管理過程中參與度最高的為企業和員工，在企業-員工的安全管理系統中員工參與安全工作是企業安全工作中的一環，如果從整體性來看企業的安全工作包括員工的安全工作。社會監督、中介和政府不直接參與企業的日常管理工作。

利用層次分析法并根據實際情況可計算得出各個子系統的指標權重(表2～表7)，并對SD變量值及其數據進行了處理[15-17](表8)。

表2 子系統對系統安全總水平的貢獻率Table 2 Contribution rate of subsystems to the overall level of system safety

表3 政府子系統中各個因子對政府子系統安全水平的貢獻率Table 3 Contribution rate of each factor in the government subsystem to the security level of the government subsystem

表4 企業子系統中各個因子對企業子系統安全水平的貢獻率Table 4 Contribution rate of each factor in the enterprise subsystem to the safety level of the enterprise subsystem

表5 員工子系統中各個因子對員工子系統安全水平的貢獻率Table 5 Contribution rate of each factor in the employee subsystem to the safety level of the employee subsystem

表6 社會子系統中各個因子對社會子系統安全水平的貢獻率Table 6 Contribution rate of each factor in the social subsystem to the safety level of the social subsystem

表7 中介子系統中各個因子對中介子系統安全水平的貢獻率Table 7 Contribution rate of each factor in the mediation subsystem to the security level of the mediation subsystem

表8 SD變量級數值及其數據處理Table 8 SD variable-level value and its data processing

續表8

2.2 模型模擬仿真

2.2.1 模型模擬仿真實驗

根據現有資料，常州西源污水處理有限公司2020年計劃將31.20萬元用于安全投入，實際每月平均投入2.60萬元。由政府主導的工業園區投入8萬元對園區宣傳、監督、執法人員進行培訓，平均每月投入0.66萬元。共投入6萬元用于員工培訓，平均每月0.5萬元。花費10.2萬元聘請常州安平安全技術服務有限公司開展二級安全標準化咨詢和編寫工作，平均每月0.85萬元。工業園區、街道辦和辦事處對企業違規排放、事故進行監督，投入5.4萬元，平均每月0.45萬元。

將上述參數代入建立的SD模型中，仿真時間暫定為18個月，時間間隔為1個月，目標值設置為(二級標準化值)80，仿真結果見圖4～圖6。

圖6 模擬各個子系統的投入曲線Fig.6 Simulate the investment curve of each subsystem

2.2.2 模型模擬仿真結果分析

由圖4可知，基本的模擬過程是隨著資金總投入ZTR從一開始的快速增加再趨于穩定，符合負反饋模式的情況。當ZTR的不斷增加的同時安全管理水平值ZSP也會在增加，符合正反饋模式的圖形。在第17個月的時候管理水平達到了預期的情況，安全投入的量不再增加，水平值在第18個月開始穩定。最后月投入資金總數為20.37萬元，此時系統基本達到了二級安全生產標準化的水平。

圖4 模擬后資金-管理水平的關系曲線Fig.4 Relationship curve between funds and management level after simulation

由圖5可知，各個子系統第10個月安全管理水平從高到低的分別是企業、中介機構、政府、員工、社會監督。企業子系統的水平值雖然在初始過程中處于比較低的水準，但是提升速度很快，同樣較快的還有員工子系統和中介子系統。由此可以得出：企業實施與保障是安全管理水平提高的最重要環節，員工自律和中介機構支持與服務對企業安全管理的改善具有重要作用。 但與設想不同的是，政府的子系統安全管理水平從結果上來看并沒有得到快速提升。

圖5 模擬各個子系統的水平曲線Fig.5 Simulate the horizontal curve of each subsystem

由圖6可知，最后第18個月投入最多的是企業，其次是員工、中介、政府，最后是社會監督。

3 結 論

1) 企業自身的實施與保障對安全管理總水平的影響最大，充分體現了企業在安全生產管理過程中的責任主體地位。

2) 中介機構的支持與服務可以成為企業安全管理水平提高的重要途徑。實際上，在安全標準化建設過程中，中介機構可以為公司快速提高本單位安全水平提高專業化的服務于支持，在進行安全管理時可以將其作為輔助手段。

3) 仿真過程中員工子系統模擬的情況相對增長較慢。經調查發現，由于公司領導層人員調整、基層人員更換、生產崗位分層細化等原因，安全管理水平在短時間內無法立刻提升，員工培訓將是這兩年的重點工作。

4) 政府子系統、社會監督子系統相對增長較慢。經調查發現，公司作為周邊地區模范企業，政府的監督相對企業影響較小，這也與模擬的結果一致。