《系统安全决策》PPT课件.ppt

BUCT 系统安全决策 BUCT 安全决策 概述 1）决策概念 指人们在求生存与发展过程中，以对事物发展规律及主客观 条件的认识为依据，寻求并实现某种最佳(满意)准则和行动方案 而进行的活动。 2）决策要素 合理的准则(标准)体系、足够可靠的信息数据、可供选择的 决策方法、落实的决策组织和实施办法。 3）安全决策的理解 决策是在价值判断的基础上作出抉择和选择。安全的价值或 效用是不容置疑的，所以，安全决策同样是建立在安全价值判断 基础上的。 BUCT 4）决策与评价关系 决策与评价既有区别，又有共同点。 决策和综合评价有共同的理论基础和组成要素，其方法和步 骤大致相同。 评价是指评价主体估测评价对象(客体)达到既定需求的过程。 它是根据既定的准则体系来测评客体的各种属性量值及其满足主体 需求的效用(价值)。决策是主体根据既定的准则考察客体什么情况 下的最优效用（价值）。 决策往往是事前进行的选择，而系统评价大多在事后进行。 决策总是在多个备选方案中作抉择，而系统评价可以只对一个 方案进行评判。 安全决策 BUCT 5）决策的分类 确定型决策、非确定型决策 （1）确定型决策 定义： 在一种已知的完全确定的自然状态下，选择满足目标要求的 最优方案。 条件： 存在着决策者希望达到的一个明确目标(收益大或损失小)； 只存在一个确定的自然状态； 存在着决策者可选择的两个或两个以上的抉择方案； 不同的决策方案在确定的状态下的益损值可以计算。 安全决策 BUCT （2）非确定型决策 定义： 当决策问题有两种以上自然状态，事件发生是不确定的，在此情 况下的决策称为非确定型决策。 包含： 风险型决策、完全不确定型决策 风险型决策： 当决策问题自然状态的概率能确定，即是在概率基础上做决策， 但要冒一定的风险。 完全不确定型决策： 如果自然状态的概率不能确定，即没有任何有关每一自然状态可 能发生的信息，在此情况下的决策就称为完全不确定型决策。 风险型决策条件：存在着决策者希望达到的一个明确目标； 存在着决策者无法控制的两种或两种以上的自然状态；存在着可供 决策者选择的两个或两个以上的抉择方案；不同的抉择方案在不同 的自然状态下的益损值可以计算出来；每种自然状态出现的概率可 以估算出来。 安全决策 BUCT 安全决策过程与决策要素 1）决策过程 安全决策 BUCT 2）决策要素 决策要素： 决策单元、准则体系、决策结构和环境、决策规则等。 （1）决策单元和决策者 决策者是指对所研究问题有权利有能力作出最终判断与选择的个 人或集体。 决策单元包括决策者及共同完成决策分析研究的决策分析者，以 及用以进行信息处理的设备。 （2）准则(指标)体系 备选方案中，各方案一般可进行细化为各部分（相当于方案的下 一层），对于一个大的系统，方案往往能够细化为多层结构形式。为 了配合方案各层的选择，决策准则也常具有层次结构。其中，准则体 系最上层的总准则只有一个，一般比较宏观、笼统、抽象，不便于量 化、测算、比较、判断。而各级子准则，直到相当具体、直观，并可 以直接或间接地用备选方案本身的属性(性能、参数)来表征。 安全决策 BUCT （）决策结构和环境 根据决策变量的类型（连续、离散），决策可分为多目标 决策和多属性决策，二者又统称为多准则决策；根据决策环境 条件可分为确定性和非确定性两大类。 （）决策规则 将多准则问题方案的全部属性值的大小进行排序，从而依 序择优。这种促使方案完全序列化的规则，便称为决策规则。 决策规则一般分为两大类：最优规则和满意规则。 安全决策 BUCT ）安全决策步骤 （）确定目标 决策过程首先需要明确目标，也就是要明确需要解决的问题。 安全决策所涉及的主要问题就是保证人们的生产安全，生活安全和 生存安全。由于这样的目标所涉及的范围和内容太大了，以至于无 法操作，实际应用中一般需要进一步界定、分解和量化。 （）确定决策方案 对目标进行调查研究、详细的技术设计、预测分析，拟出可供 选择的方案。 安全决策 BUCT （）潜在问题或后果分析 对备选决策方案，决策者要向自己提出“假如采用这个方 案，将要产生什么样的结果；假如采用这个方案，可能导致哪 些不良后果和错误。”等问题，从这些可能产生的后果中进行 比较，以决定方案的取舍。 （）实施与反馈 决策方案在实施过程中应注意制定实施规划，落实实施机 构、人员职责，并及时检查与反馈实施情况。使决策方案在实 施过程中趋于完善并达到预期效果。 安全决策 BUCT 定性属性的量化 ）量化等级与范围 心理学家米勒(G AMiller)经过实验表明，在某个属性上对若干 个不同物体进行辨别时，普通人能够正确区别属性等级在5级至9级之间 。所以，定性属性量化等级取5级至9级，可能时尽量用9个等级。量化 等级如下表所示。 量化等级表 等级数 量 化 值 123456789 9最差很差差较差相当较好好很好最好 7最差很差差相当好很好最好 5最差差相当好最好 安全决策 BUCT ）量化方法 由于客观事物的复杂性、多样性和主观认识的局限性，决策对象往 往具有不确定性、模糊性和随机性，可以采用集值统计原理广集专家意 见，对定性属性进行量化处理。 集值统计：评价者对某定性属性值（fj(xi)）估计的等级区间，记 第k个评价者估价的区间为Z1k，Z2k。若共有L个评价者，可得L个区间 值、从而形成一个集值统计序列，Z11，Z21，Z12，Z22Z1L，Z2L， 这L个子集叠加在一起则形成覆盖在评价值轴上的一种分布： 安全决策 BUCT 3）属性函数F（X）规范化（归一化） （1）线性变换法 式中 的最优值； 的最劣值。 安全决策 BUCT 当单属性的最优（劣）值，难于达到时，用变化缓和些的S形 曲线进行变换。 （2）S形变换法 其中， 安全决策 BUCT 4）权重及其量化方法 权重是表征子准则或因素对总准则或总目标影响或作用大小 的量化值。 一般包括：重要性权重、信息量权重、独立性权重系数、组 合（综合）权重。 （1）重要性权重 相邻比较法： A 将同层次所有子准则（因素）fj=（j=1，2，m）按 照上层准则（或总准则）的相对重要性排序。 B 求相邻准则的相对重要性比值，即： （j=1，2，m），并假定上一个准则的相对重要性始终为1。 C 最后按 求归一化权重系数，其中 ， 安全决策 BUCT （2）信息量权重 由于各准则值所包含的信息量不同，它们对被评价方案（ 决策方案）的作用也就不同。 考虑信息量不同产生的影响的量化值称为信息量权重。 另外，当某些准则值在各被评价方案之间差异较大时，其 分辨能力较强，包含的信息量就多，它们在综合评价、最终决策 中的作用就大，其信息权重系数也较大。 确定方法：变异系数法 安全决策 BUCT 变异系数法 A 求各准则的方差Dj 其中准则期望： 式中备选方案 的第j个准则值。 B 求各准则值的变异系数Vj C 归一化变异系数即得信息权系数： 安全决策 BUCT （3）独立性权重系数 虽然在理想准则体系中，要求准则具有无冗余性，在多 属性决策方案中，希望属性之间具有独立性，但由于安全系 统的高度复杂性，准则体系中各准则之间难免有部分重复信 息存在，使它们在综合评价或决策过程中过多地发挥了作用 。 可用相关系数法确定。 安全决策 BUCT 相关系数法 若m个准则间的相关系数矩阵R=rijmn可以求得，根据概率论 对rij的定义，有相关系rij： 式中，协方差 均方差 期望 若 则 对 按列求和： 归一化可得独立性权重系数： 安全决策 BUCT （4）组合（综合）权重 根据实际需要可以从上述3个方面的权重中选用，当用两种 以上的权重时，就存在一个如何组合的问题，常用的有两种算法 求取组合（综合）权重 乘法： 加法： 3种权重的权系数，有 。 式中 安全决策 BUCT 安全决策方法 安全决策是一门学科交叉性很强的一门学问，它既含有 从运筹学、概率论、控制论、模糊数学家等引入的数学方 法，也会有从安全心理学、行为科学，计算机科学、信息 科学引入的各种社会、技术科学。 经过多年的发展，主要决策方法包括：多属性决策方 法、评分法、决策树法、技术经济评价法和模糊决策法。 安全决策 BUCT 决策树法 n决策树形 方案节点 决策点 结果节点 BUCT 决策树法 n决策步骤 v绘制决策树 v计算概率分支的概率值和相应的结果节点 的收益值 v计算各概率点收益期望值 v确定最优方案 BUCT 决策树法 n决策树分析法的优点 v能显示决策过程 v能把风险决策的各个环节联系成一个统一 的整体 v可进行定性分析和定量分析 BUCT 决策树法 v例 对某企业计划自行研究一种新的安全装置的事件进行 决策，选择合理的方案，具体条件如下： v 决定研制项目是否需要评审。若评审，需要评审费5000 元。如果决定评审，评审通过概率为0.8，不通过的概 率为0.2。 v 研制此安全装置可以采用“本厂独立完成”形式和“外 厂协作完成”形式。如果研制成功，有6万元收益。采 用“本厂独立完成”，研制费为2.5万元，成功概率为 0.7，失败概率为0.3.采用“外厂协作完成”，研制费 为4万元，成功概率为0.99，失败概率为0.01。 BUCT 决策树法 v根据决策条件画出决策树 1 2 3 评审 不评审 (0) 7 6独立完成 协作完成 5 4 0.2不通过 0.8通过 (-5) 10 11 成功0.99 失败0.01 (-45) (15) 8 9 成功0.7 失败0.3 (-30) (30) BUCT 决策树法 v根据数据计算各节点收益(收益=效益-费用) 1）独立研制成功的收益： 60-5-25=30千元 2）独立研制失败的收益： 0-5-25=-30千元 3）协作研制成功的收益： 60-5-40=15千元 4）协作研制失败的收益： 0-5-40=-45千元 BUCT 决策树法 v按照期望值公式，计算独立研制成功的期望值 v协作研制成功的期望值 v根据期望值决策准则，即选用协作完成形式。 上报评审环节的期望值 BUCT 技术经济评价法 v技术经济评价法 对抉择方案进行技术经济综合评价时， 不但考虑评价指标的加权系数，而且所取 的技术评价和经济评价都是视为相对于理 想状态的相对值。 v更便于决策判断与方案筛选。 BUCT 技术经济评价法 1技术评价 v技术评价步骤： (1)确定评价的技术项目和评价指标集。 (2)明确各技术指标的重要程度。在指标集的 众多技术指标中，要明确哪些是必须满足的， 即所谓固定要求，低于或高于该指标就不合格 ；要明确哪些是可以给出一个允许范围的，也 即有一个最低要求；还要明确哪些是希望达到 的。 (3)分别对各个技术指标评分。 BUCT 技术经济评价法 (4)进行技术指标总评价。在各个技术指标评分的 基础上，进行总的评分，即求出各技术指标的 评分值与加权系数乘积之和与最高分(理想方案 )的比值： Wt= Vi gi /n i=1 n gi i=1 n Vmax = Vi i=1 n nVmax BUCT 技术经济评价法 v式中： Wt技术价； Vi各技术评价指标的评分值； gi各技术评价指标的加权系数； Vmax各技术评价指标的最高分； n技术评价指标数。 v技术价Wt越高，方案的技术性能越好。理 想方案的技术价为1，Wt0.6表示方案不 可取。 BUCT 技术经济评价法 2经济评价 v经济评价的步骤: (1)按成本分析的方法，求出各方案的制造费用Ci ； (2)确定该方案的理想制造费用。 通常理想的制造费是允许制造费的0.7倍。允 许 制造费C： C= CM,min / = Cs/ Ci =标准价格/制造费用 v式中： CM,min合适的市场价格； Cs标准价格，是研制费，制造费、行政管理 费、销售费、盈利和税金的总和。 BUCT 技术经济评价法 (3)确定经济价 v确定经济价的公式： Ww = CI/ Ci = 0.7C/ Ci vCI为理想制造费，经济价Ww值越大，经济效果越 好。理想方案的经济价为1，表示实际生产成本 等于理想成本。 vWw的许用值为0.7，此时，实际生产成本等于允 许成本。 BUCT 技术经济评价法 3技术经济综合评价 v可以用计算法和图法进行技术、经济综合评价。 (1)相对价W法。 均值法: W0.5(Wt十Ww) 双曲线法: W (Wt十Ww)1/2 v相对价W值越大，方案的技术经济综合性能越好， 一般应取W0.65。 v当Wt，Ww两项中有一项数值较小时，用双曲线法能 使W值明显变小，更便于对方案的抉择。 BUCT 技术经济评价法 (2)优度图法 BUCT 利用模糊数学的办法将模糊的安全信息定量化，从而对多因 素进行定量评价与决策，就是模糊决策（评价）。 传统的安全管理，基本上是凭经验和感性认识去分析和处理 生产中各类安全问题，对系统的评价只有“安全”或“不安全” 的安性估计。这样的分析，忽略了问题性质的程度上的差异，而 这种差异有时是很重要的。例如在分析和识别高处作业的危险性 时，不能简单地划分为“安全”、“不安全”，而必须考虑“危 险性”这个模糊概念的程度怎样。模糊概念不是只用“1”（安全 ），“0”（不安全）两个数值去度量，而是用0-1之间一个实数 去度量，这个数就叫“隶属度”。用函数表示不同条件下隶属度 的变化规律称为“隶属函数”，隶属度可通已知的隶属函数或统 计法求得。 安全决策 模糊决策 BUCT 模糊决策法 v模糊决策主要分为两步进行： 首先按每个因素单独评判； 然后再按所有因素综合评判。 BUCT 1） 建立因素集 因素集是指以所决策（评价）系统中影响评判的各种因素为元 素所组成的集合，通常用U表示，即： 各元素ui（i=1，2，m）即代表各影响因素。这些因素通常 都具有不同程度的模糊性。 例如，评判作业人员的安全生产素质时，为了通过综合评判得出 合理的值，可列出影响作业人员的安全生产素质取值的因素,一般包 括: u1安全责任心；u2所受安全教育程度；u3文化程度；u4 作业纠错技能；u5监测故障技能；u6一般故障排除技能；u7事 故临界状态的辨识及应急操作技能。 上述因素u1u7都是模糊的，由它们组成的集合，便是评判操作人 员的安全生产技能的因素集。 安全决策 BUCT 2）建立权重集 一般说来，因素集U中的各因素对安全系统的影响程度是不一样 的。为了反映各因素的重要程度，对各个因素应赋予一相应的权 数ai。由各权数所组成的集合： A称为因素权重集，简称权重集。 各权数ai应满足归一性和非负性条件： 安全决策 BUCT 3）建立评判集 评判集是评判者对评判对象可能作出的各种总的评判结果 所组成的集合。通常用V表示，即： 各元素vi即代表各种可能的总评判结果。模糊综合评判的 目的，就是在综合考虑所有影响因素基础上，从评判集中得出 一最佳的评判结果。 安全决策 BUCT 4）单因素模糊评判 单独从一个因素进行评判，以确定评判对象对评判集元素的隶属 度，称为单因素模糊评判。 设对因素集U中第i个因素ui进行评判，对评判集V中第j个元素vj 的隶属度为rij，则按第i个因素ui的评判结果，可得模糊集合： 同理，可得到相应于每个因素的单因素评判集如下： 将各单因素评判集的隶属度行组成矩阵，又称为评判（决策）矩阵。 安全决策 BUCT 5）模糊综合决策 单因素模糊评判，仅反映了一个因素对评判对象的影响。要 综合考虑所有因素的影响，得出正确的评判结果，这就是模 糊综合决策。 如果已给出决策矩阵R，再考虑各因素的重要程度，即给定隶 属函数或权重集A，则模糊综合决策模型为： 安全决策 BUCT 例：设评判某类事故的危险性，一般可考虑事故发生的可能性、 事故后的严重度、对社会造成的影响以及防止事故的难易程度。这