（轮机工程专业论文）船舶轮机事故人为因素的研究.pdf

摘要 虽然船舶轮机事故的种类多种多样，但是其导致原因大致相同，都是由人为 因素造成的。为了给船舶航运公司的管理提供科学的依据，本文系统地研究了船 舶轮机事故人为因素。本文运用系统论的观点和方法将轮机部的船员置于由人、 船、环境、管理组成的船舶安全航行系统中，探讨轮机部船员安全适任性。作者 通过发放专家调查表确定了轮机部船员安全性评价指标体系，利用层分析法确定 各指标的权重：借助模糊数学中的模糊综合评价方法，建立了用以评估轮机部船 员安全性的量化评价模型。模型建立后，通过验证证明有效。模型为完善船舶公 司的管理，提高船舶航运安全性提供重要依据。 关键词：轮机部船员安全性模糊评价层分析法评价模型 a b s t r a c t a l t h o u g ht h e r ea r ev a r i o u sk i n d so fs h i pa n de n g i n ea c c i d e n t s ，y e tt h e i r c a u s e sa r er o u g h l yt h es a m e ，w h i c ha l lr e s u k sf r o mt h eh u m a nf a c t o r s i n o r d e rt op r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rt h em a n a g e m e n to fs h i p p i n gc o m p a n y , t h e t h e s i sc a r r i e so u tas y s t e m a t i cr e s e a r c ho nt h eh m n a nf a c t o r s b y a p p l y i n gt h ep e r s p e c t i v e o fs y s t e m a t i c t h e o r y a n dm e t h o d o l o g y , t h e s e a f a r e r so ft h ee n g i n ed e p a r t m e n ta r ep l a c e di ns a f e t yn a v i g a t i o ns y s t e m ， w h i c hi sc o m p o s e do fm a n p o w e r ，s h i p ，e n v i r o n m e n ta n dm a n a g e m e n tf o r t h es t u d yo ft h e i rs a f e t yc o m p e t e n c e t h ea u t h o rb u i l d sa na s s e s s m e n ti n d e x s y s t e mo fs a f e t yc o m p e t e n c eo fe n g i n es e a f a r e r sb yi s s u i n gt h ed e l p h i e x p e r tq u e s t i o n n a i r e s ，a n de s t a b l i s h e st h ew e i g h t so f e a c hi n d e xb yu t i l i z i n g a h po nt h eo t h e rh a n d aq u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n tm o d e li sb u i l tu pf o r a s s e s s i n ge n g i n es e a f m e r s s a f e t yc o m p e t e n c eb ya p p l y i n gf u z z y c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to ff u z z ym a t h e m a t i c s t h em o d e li sp r o v e dt o b ee f f e c t i v ea f t e ri t se s t a b l i s h m e n t ，w h i c hp r o v i d e se s s e n t i a le v i d e n c ef o r t h e i m p r o v e m e n to fs h i p p i n gc o m p a n y sm a n a g e m e n ta n ds t r e n g t h e n i n g t h es h i p p i n gs a f e t y k e y w o r d s ： s e a f a r e r so f e n g i n ed e p a r t m e n t ； s a f e t y ； f u s s y c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t ；a h p ( a n a l y t i c a lh i e r a r c h y p r o c e s s ) ；a s s e s s m e n tm o d e l i f 第l 章绪论 1 1 人为因素与安全 1 1 1 人为因素对安全的影响 以往航海界一直将海上交通安全的研究重点置于船舶建造和设备配置等技术 问题上，因而普遍强调通过设备和机器的性能改进来促进安全。从本世纪七十年 代起航运界开始认识到人为失误在海事原因中占有极大的l k , f ；4 ，但是，与航海技 术和设备更新的研究相比，褒于人为失误的根本原因以及如何通过避免人：勾失误 来预防海事的发生一直缺少进一步深入研究。 国际海事组织自建立以来，作为促进海上安全、维持海洋清洁的国际性组织， 在制定与海上安全和防污密切相关的技术性公约和规则方面进行了大量的工作。 该组织从成立到现在，已经制定通过了4 0 多个主要的技术性公约、议定书；阳其他 条约，参加公约的商船总吨位占全球总吨位的9 8 。这些标准和规则对于建立全 球性的海上安全技术标准，提高船舶的航运安全性起到了很大的作用。但是最近 几年，几乎每年都有影响巨大的海难事故发生，且事故原因调查结果发现，人为 失误是这些事故的主要原因。如1 9 9 7 年1 0 月8 日“赣抚t i , i 油0 0 0 5 ”轮触礁漏油 污染；1 9 9 9 年1 月3 1 日，“联合多卡斯”轮于闵江口触礁沉没；1 9 9 9 年l ( ) 月1 7 日，客滚船“盛鲁号”在渤海着火沉没：1 9 9 9 年1 1 月2 4 日，客滚船“大舜号” 在烟台附近海域倾覆等事故主要由人为失误造成的。 综合归纳可大致得到如下结论：即在发生的海上事故中，约8 0 与人为因素有 关；与人为因素有关的事故中约8 0 与管理有关；在与管理有关的事故中约8 0 与 岸上管理有关。如果按这种逻辑以数学方法计算，即可得出：所有事故中5 1 2 与公司的管理有关，1 2 8 与船上的管理有关，3 6 与非管理因素有关，2 0 与人 为因素无关。“1 如图卜1 所示 2 0 与人为因 素无关 3 6 与非管理 因素有关 乎篡黧q 掌 统分为人、船、环境三个子系统| 2 10 由于海上交通系统的复杂性，船舶交通事故 的原因经常是错综复杂的，海上交通工程学专家将事故原因最终归结为人的不安 全行为和物的( 即船舶本身) 不安全状态，笋且指出人是决定性的因素。在海事原 因中，无论各个因素如何相互影响，多数情况下都掺杂着人为因素在内。因为在 船舶运输系统中人、船、环境三要素里，人无论是作为航海技术的直接实践者还 是作为系统的管理者，他都是操纵、管理行为的主体，船舶是行为的客体，环境 是行为和效果的重要影响因素。因此，不能忽视人为因素对船舶安全的影响。对 船舶运输安全的评价是十分：必要的。 在对船舶运输系统进行研究的时候，应当将人作为一个子系统进行研究。船 员本身的园素会影响到人对外界信息和本船信息的接收处理，也影响到人对船舶 本身的保养维护以及日常的船舶管理。事故往往是由于人的不安全行为和物的不 安全状态造成的，而人的不安全行为和物的不安全状态往往又是由于人的失误所 造成的。由于机械故障、设备结构等问题引起的事故，也大多跟人的失误相关， 船舶的营运管理和操作通过人来支配，在设备先进的船舶上，如果发生人为失误， 还是有可能导致事故的发生。与此相反，如果船舶及设备相对陈旧落后，或者存 在事故隐患，也有可能通过人的科学管理和较强的责任感而被消除在事故的萌芽 状态之中。即使不幸发生了险情，也可能凶人的操作得当而化险为夷。相反，再 好的船舶在不称职、低水平的船员的管理和操作下，也将等于一条破船。英国船 东保赔协会在对重大海事索赔案进行原因分析后曾指出：低标准的船舶不一定拥 有低标准的船员，雨低标准的船员几乎总是意味着船舶的低标准“1 。这就高度概 括了人的因素在船舶运输安全中的重要作用。因此，研究人为因素对船舶安全的 影响是十分必要的。 1 2 研究现状 1 2 。l 国际 目前国际上通常把人为因素分为五个方面进行研究13 i l ，即：( 1 ) 技术方面的 研究( 包括：设计、人类工程学、制造结构、安装、认证、保养、修理、改装、 更新等) ：( 2 ：) 人员状况方面的研究( 包括：任职资格、船员人数、船员组成、个 人文化背景、工作语言、医：宁状况等) ；( 3 ) 培训方面的研究( 包括：基本安全培 训、熟练程度、技能、扩充安全培训、个人陆地培训等) ；( 4 ) 管理方面的研究( 包 括：政策、安全意识、动机、责任、主管权力、工作计划、意外事故、计划、应 急措施、工作手册、指导书、工作方法、检查清单等) ；( 5 ) 工作环境工作条件方 面的研究( 包括：有毒物质、工作场所人员防护方法、伤害、工作时间、休息时 间、疲劳、生存条件、人机界面等) 。这几个方面既有其内在的联系又有各自的不 同特点，故所要用的研究方法办应符合其特点。 在国外对人为因素方面的研究比较早的是美国。早在1 9 9 2 年，u s c g 就开始对 人为因素进行了系统的研究“。从1 9 9 4 年起u s c 6 发动了一个长期的、系统的研 究计划( p t p 计划) ，它是“以人为中心的旨在减少海难事故和海洋污染的系统的研 究方法”，通过对人为因素的系统研究来减少或控制该因素的危害，实现水上交通 安全。到1 9 9 6 年9 月，p t pr 钱略计划已经制定完毕并开始进行计划实施。负责p t p 计划的美国海岸警卫队p t p 质量行动组指出：以往航海界将安全研究重点集中在 船舶设备配备问题上，忽视了通过避免或减少人为失误来降低海事的发生“1 。同 时还指出海难事故的高发生率是由于以下几个主要原因所造成的：对海事原因 缺少根本原因的调查因而不能真正识别造成事故的具体的人为失误；对具有较 高风险性的操作缺少系统的分析；缺少对防止人为失误的有效措施的探索和实 施；研究人为失误问题时缺少广泛合作。 1 2 2 国内 在我国，近年来许多专家学者也从不同的侧面对造成海上交通事故的最主要 因素人为因素进行分析，并指出人为因素是一综合因素，与之有关的各因素 之间互相联系。前期的有关人为因素的研究只是对与人为因素相关的个因进行分 析，如：教育培训方法能改进是研究的重点。尤其在避碰行动中，船员何时采 取避碰行为、怎么采取避碰行为、主要与船员的知识的丰富程度、对规则的理解 程度、技能、经验、态度有关“1 。探讨人员选拨与人为因素的关系。不少文章 定性分析了在对人员选拔和人事安排时考虑船员的生理和心理状况，尤其是性格、 气质、意志等与船上作业关系密切的个人因素，并提出了对海员进行心理素质测 试的必要性“”“1 。进行疲劳研究。以全球海事统计为依据，对海事发生率居 高不下的原因进行分析后其结果表明在人为因素起主要作用的海事中，疲劳可能 高达7 5 左右，并提出建立合理的工作时间制度显得尤为必要。1 。通过对船员 避碰行为的统计以及对船员个性进行测试来探讨船员个性与行为的关系，得到由 于船员个性特征不同其操船行为也不同的结论，进一步分析了船员个性与操船安 全的关系“一。进行船员动作可靠性模型的研究。参考文献“”对机舱火灾事 故中的人为因素研究，这是笔者目前所r 解的关于机舱方面人为因素的研究较为 系统的一个，他是利用危险评估技术来分析由人为失误和硬件失效引起的机舱失 火这种危险，通过对导致事件发生的基本人为因素事件的定性和定量分析，提出 了降低火灾危险发生概率的方法。但由于其只是研究火灾事故，没有涉及到其它 机舱事故，所以不具有普遍性。 1 3 本文研究方：去 船舶轮机部不论是处于航行与否，都可看成一个系统，系统是由人、机、环 境、管理四个要素组成。 当人、机、环境、管理四要素相互作用使系统协调时，则船舶航行安全；若 不协调，则不安全。而不协调的原因，如果是船员因素( 人的因素) ，可以通过对 其加强教育、管理、培训等措施，可使系统再次协调；如果是物( 船t 机) 或环境 的因素，则也要求船员依据自己的经验和知识，使它们适于系统，例如平时按计 划做好船舶保养、修船时把好质量关，环境恶劣时做好充分思想准备并采取相应 措施，如果是因管理因素日：起的系统不协调，船员也应通过及早发现，告知船舶 及公司使其整改，所以说影响船舶航行安全的直接原因是人，起关键作用的也是 人。我们可以通过强化、调整和改进人的要素尤其是直接管理、操纵船舶的船员 的素质来改变船舶轮机部的不安全状态，提高系统的可靠性和安全性。而在评价 人的过程中，常有“过小”、“过高”、“较好”、“很差”等较为模糊的概念，而且 往往会采取专家经验和意甄的方法，这些经验、意见往往都具有模糊性，为将这 些模糊概念加以解释化和定量化，使评价能建立在充分合理科学的基础上，本文 采用了模糊综合评判的方法。模糊综合评价是在模糊的环境中，考虑了多种因素 的影响，基于某种目的对某事物作出的综合决断。实践证明模糊综合评价在系统 分析评价以及模糊控制中起到了非常重要的作用，解决了常规数学方法无法解决 的问题，因而，在国民经济和科学技术各个领域得到了普遍的应用。 为选取合理、科学、全面的指标，建立准确的模糊综合评价模型，在完成此 文过程中，作者先后对大连地区的多家国营、集体、股份、个体船公司进行了实 地考察，通过发放专家调查表和利用电话或面谈的方式，向在此方面有所研究的 人士，特别是那些在船上做了轮机长、大管轮，现在海事局或船公司船管、人事 部门从事管理工作的人员求教，同时结合安全管理学、行为科学、生理学和心理 学理论以及航海界专家学者的研究成果，对可能影响人为因素进行分析归纳，筛 选评价指标，建立了综合评价指标体系；运用定性和定量相结合的模糊评价方法 建立模糊评价数学模型；在确定指标的重要度时，应用专家咨询法收集专家的意 见，并利用层次分析法( a h j ) ) 确定各指标的权重。在确定隶属度时利用预先构造 隶属度模糊子集，将各指标的判断值进行模糊化，从而使建立的模型具较强的可 操作性。 第2 章船舶轮机事故的种类及成因 2 1船舶轮机事故的种类 在研究此文过程中，作者通过各种方式、方法收集船舶轮机方面的事故、案 例，其中有幸获取了两家公司编辑整理的近年来其公司有关轮机方面的事故、事 例，一家为国营大中型公司，另一家为地方股份制公司。由于可知的原因，本文 略去公司名称，现将两公司近年来发生的轮机事故以表格的形式整理如下： x x 远洋海运公司成立以来轮机故做障实例资料，现统计如下： 一、主机表2 1 序船名 主机型弓损坏部位造成后果导致因素 号( 代号) p i e l s t i c l8 p c管理水平f 艮 1 w h 轮主辅承、主轴颈严重烧坏 2 5 、 盘 理不当 川崎 轴瓦质量 2h y k 轮b 5 道连杆轴瓦严重烧损没达设计 m a n l o v 5 2 5 5 a 要求 右机曲轴第3 第和 3 y q 轮 p i e l s t i c l 8 p c 2 v 4 0 0 断裂疲劳断裂 4 缸之间主轴颈 活塞烧损、缸 4 x a j 轮 m a n k 6 27 0 1 2 0 d 6 缸活塞、缸套管理不当 套横向裂纹 导板裂纹，滑 5 h y 轮 s u l z e r 6 l t n d 7 6 3 缸十字头操作失误 块拉槽 6 d l h 轮 b w v t 2 b f 98 4 18 0 曲柄箱爆炸思想麻痹 7 h j 轮 p i e l s t i c 6 p c 2 5 l 4 0 0 5 缸连杆人端轴承烧坏管理不当 8 x y c 轮 m a n v 8 v4 0 ，5 4 3 、7 道轴瓦烧熔操作不当 9z j k 轮m a n1 0 v5 2 5 5 ab 4 缸咬缸管理不当 1 0t h s 轮m a n k 7 27 0 1 2 0 d主轴承 烧损思想麻痹 1 1m j 轮m a n1 6 v4 0 ，5 4 a主轴承 烧熔思想麻痹 1 2 d j h 轮 b w8 l 6 0 m c e主机 停车渎职 1 3 g b k 轮i 崎m a n 8 l 5 2 5 5 a8 缸连杆螺栓断裂疏于养护 1 4a h 轮m i t s v i b 1 2 k 8 4 e f7 、8 、9 缸水击 渎职 二、副机 表2 - 2 序号船名副机型号损坏部位造成后果导致因素 k s h 轮m ；t s u b i s h i 4 缸活塞、缸套损坏 操作失误 ( 3 号副机) 5 s h 2 4 a c 连杆、油底壳破裂 2 j c 轮 p a x m a _ n 曲轴断裂疲劳断裂 ( 1 号副机)6 r p h c 2 m k f h q h 3 5 1 4 t k 3 缸轴瓦碎裂操作失误 ( 3 号副机) 4 l h 轮 5 1 t k 冷却水升温跳电疏于养护 h n h 轮d e u t z 5 3 缸活塞缸套碎裂疏于养护 ( 2 号副机) b f l 2 m 7 1 6 s g m t l 轮 m a n 6连杆大端 烧坏渎职 ( 3 号副机)g 6 v 2 35 3 3 p x c 轮 m w m t b r h 5 74 道主轴承 烧坏思想麻痹 ( 2 号副机)5 2 d 3 h y 轮 8 s k l 8 n v d 3 6 a l 1 缸道门 破裂疲劳损坏 ( 1 弓副机) x s h 轮y a n m a r 9 2 号活塞、连杆飞出 操作失误 ( 3 号副机)6 g l d t j z h 轮 s l l z e r l o5 缸连杆飞出思想麻痹 ( 1 号副机) 6 b a h 2 2 三、锅炉表2 - 3 序号船名锅炉种类损坏部位损坏后果导致原因 炉胆与焊接处设备陈旧 1d s 轮 立式火管锅炉炸炉 裂漏 强度不够 2j c 轮经合式锅炉炉膛内管烧漏 操作失误 3 x y c 轮组合式锅炉炉内水管烧漏渎职 4 y s 轮d e c ，2 1 2 立式火管炉内 烧损渎职 s h k2 6 l j h 5h f 轮炉内水管 烧损渎职 双管式水管锅炉 6j y g 轮c p d b 0 7炉胆 烧损操作失误 7 l i h 轮 g p ； ( 2 ) 岛p = 1 7 ”： ( 3 ) 口“一。 我们称a 为正的互反矩阵。 根据性质( 2 ) 和( 3 ) 事实上，对于n 阶判断矩阵仅需对其上( 下) 三角元 素共掣个给出判断即可。 制作并发出专家调查表( 2 ) ，要求专家根据判断尺度表，在表头标明的判断 准则下，两两比较指标的相对重要度，将比较结果( 1 1 9 9 ) 填写在两指标的交叉 位置上。将表回收作计算处j 里。 三、依照判断矩阵进行权重计算 计算单一准则f 元素的相对权重 这一步是要解决在准则矗。f ，n 个元素a 1 ，a 一排序权重的计算问题。 对于n 个元素a 1 ，a ”，通过两两个比较得到判断矩阵a ，解特征根问题 a w 2 丑。” ( 5 2 1 ) 所得到的w 经归一化后作为元素a 1 ，a ”在准则q 下的排序权重，这种方法 称为计算排序向量的特征根法。 特征要根方法的理沦依据是如下的正矩阵p e r t o n 定理，它保证了所得到的排 序向量的正值性和唯一性： 定理设n 阶方阵。4 0 ，“为a 的模最大的特征根，则有 ( 1 ) 九“必为正特征根，而且它所对应的特征向量为正向量； ( 2 ) a 的任何其它特征根 恒有f 五? a x ( 3 ) 以一为a 的单特征根，因而它所对应的特征向量除差个常数因子外是 唯一的。特征根方法中的最大特征根 一和特征向量w ，可用m a r l a b 软件直接计 算。此外，上述的最大特征根氏a x 和特征向量w 也可采用幂法计算。其步骤为： ( 1 ) 设初值向量工c 。) ：( h i ，：，。) r ，例如x ( o ) ：0 ，- _ 1 ) x 计算w ( 。) ：毒兰 n” ， ( 2 ) 对于k = 1 2 ，迭代计算 ( 3 ) 对于事先给定的精度s ，如果m a x j 心，一心。， ) 占，则w ”即为所求 1 9 ” 在精度要求不高的情况，还可以用近似方法计算最大特征根k “和特征向量 w 。常用的方法有“和法”与“根法”。 在特殊情况f ，判断矩阵a 的元素具有传递性，即满足等式 。u 2 。t f 5 2 2 、 例如当爿r 和一相比的重要性比例标度为3 ，而4 一和彳t 相比的重要性比例标度 为2 ，一个传递性的判断应有矗，和以相比的重要性比例标度为6 。当( 52 1 ) 式对 矩阵a 的所有元素均成立日寸，判断矩阵a 称为一致性矩阵。 一般地，我们并不要求判断具有这种传递性和一致性，这是由客观事物的复 杂性与人的认识的多样性所决定的。但在构造两两判断矩阵时，要求判断大体上 是一致的是应该的。出现甲比乙极端重要，乙比丙极端重要，而丙又比甲端重要 的判断，般是违反常识的。一个混乱的经不起推敲的判断矩阵有可能导致决策 w 岩 的失误，而且当判断矩阵过于偏离一致性时，用上述各种方法计算的排序权重作 为决策依据，其可靠程度也值得怀疑。因而必须对判断矩阵的一致性进行检验。 判断矩阵一致性检验的步骤如下： ( 1 ) 计算致性指标ci ：ci 一：k ! ，其中n 为判断矩阵的阶数； 玎一i ( 2 ) 平均随机一致性指标r i ： 平均随机一致性指标是多次( 5 0 0 次以上) 重复进行随机判断矩阵特征根计算之 后取算术平均得到的。龚木森、许树柏1 9 8 6 年得出的l 1 5 阶判断矩阵重复计算 1 0 0 0 次的平均随机一致性指标如下 阶数 l2345678 r l000 5 20 8 91 1 21 2 61 3 61 4 l 阶数 91 01 l1 21 31 41 5 r i 。i4 6i4 91 5 21 5 415 615 815 9 ( 3 ) 计算一致性比例c r ：c r 2 二并，当c r ol 时，一般认为判断矩阵的一致性是可 以接受的。 在本文模型中，由于利用层次分析法的目的是获取下一级指标对上一级指标 评价时各个下级指标的重要度，而不需要得到底层指标对顶端指标( 评价对象) 的总权重，因此不需要进行层次总排序。在进行一致性检验时只需检验c i 值即可。 依据上述方法，运算得各位专家评价各指标在该层次中的权重值，将同一指 标各专家的评价权重相加，结果除以专家人数，得该指标最后在该层次所占的权 重值。轮机船员安全总体评价各指标的权重如表 表5 3思想品德素质评价指标权重表 指标职业道德安全态度创造性 权重 0 3 1 50 3 9 6 0 2 8 9 表5 4 资历评价指标权重表 表5 - 5 技能状况评价指标权重表 表5 - 6 业务素质评价指标权重表 指标学历资历技能状况英语水平 权重 0 2 0 102 8 50 3 0 l02 1 3 表5 7身体素质评价指标权重表 指标癌 权重 表5 - 8 心理素质评价指标权重表 指标 情绪气质性格能力挫折 权重 0 _ 2 1 50 1 7 l0 1 7 60 2 4 l0 1 9 7 表5 - 9 身心素质评价指标权重表 指标身体素质，t s , 理素质 权重 o5 1304 8 7 表5 1 0公司管理水平评价指标权重表 ! 指标船舶管理船员管理法娥管理安全匡标管理安全教育管理组织培训状况 i 权重0 1 2 90 l 30 1 1 40 1 7 602 1 20 1 8 6 表5 1i环境状况评价指标权重表 指标 天气状况噪音与振动 权重o 6 1 2o3 8 8 表5 1 2 轮机船员安全总体评价指标权重表 i 指标 思想鬟质业务素质身体素质人际剜主状况公司管理水平环境状况 i 权耍0 16 40 1 9 90 1 4 90 1 3 402 1 10 1 4 3 5 3 隶属函数 5 。3 1 隶属函数 在普通集合理论中，对于任何一个元素或者属于某集合u ，或者不属于这一 集合。然而，在模糊集合理论中，由于存在模糊性，论域中的元素对于一个模糊 子集的关系就不再是“属于”和“不属于”那么简单的关系，其对该模糊集的隶 属程度的大小即隶属度，取值在0 到l 之间。在进行模糊评判的时候，如何建立 各个因素对应各个评判等级的隶属程度的大小，是整个评判能否进行的关键。 确定隶属度，在各类评判中有不同的方法。由于模糊数学本来就是用以解决 难以用完全定量的方法来解决的问题，而且确定隶属函数的方法多数还处于研究 阶段，远没有达到象确定概率分布那样成熟的阶段，所以，隶属函数的确定难以 避免不同程度上人为主观性的影响，但是无论其受到主观性的影响如何，都是对 客观现实的种逼近。评判隶属函数是否符合实际，主要看它是否正确地反映了 元素隶属集合到不属于集合这一变化过程的整体特性，而不在于单个元素的隶属 度数值如何阮引。隶属函数的表示方法通常有公式法、图表法、曲线法。对于一 些容易用打分进行确认的指标，采用隶属度曲线的方法；对于一些只能用语言变 量进行描述的指标，参考模糊控制论中通常使用的图表法，采用构造模糊综合评 判隶属度子集方法娃钆。对于较容易用数量表示的指标，则在构造隶属度子集的 基础上，进一步采用模糊优化技术得到较为接近真实情况的隶属度。 模糊综合评判三个基本要素为： ( 1 )因素集u = u l ，u 2 ，u 3 ，u n ： ( 2 ) 评判集v = v l ，v 2 ，v 3 ，v 。 ； ( 3 ) 单因素评判矩阵：r 2 b 。l 。m 因素集u 是由影响评判对象的各个因素所组成的集合，可表示为： y ：1 ，a 0 i - u = ( u 1 ，u 2 ，u 3 u 。 ， 其中元素u 。( 仁1 ，2 ，3 ，n ) 是若干影响因素。如图3 一l ，本文作者对评价 指标体系进行了分层，经低层次评判得到的下一层次的综合评判向量继续参与上 一层次的评判，因而，在每一一层次的评判中，该层次中的各指标集今即为当前的 评判集u 。 评价集是由对评判对象可能作出的评判结果所组成的集合，可以表示为： v = = v l ，v 2 v 3 ，v m 其中元素v j ( j _ l ，2 ，3 ，m ) 是若干可能作出的评判结果，模糊综合评判 的目的就在于通过对评判对象综合考虑所有的影响因素，能够从评价集v 中获得 一个最佳的评判结果。本文将轮机船员安全总体评价等级v 分为五个等级，即： v = v l ，v 2 ，v 3 ，v 。 = 2 ，- l t0 ，十1 ，+ 2 其中一2 ，一1 ，0 ，+ l ，+ 2 实际上就是表示模糊数，用模糊数来表示一些模糊概 念，是为了便于计算，达到让数据说话而对评语进行的量化处理。一2 ，一1 ，0 ，+ l ， + 2 分别对应的各级评语等级如下表 表5 1 1评价等级 + 2根好 + 1较好 0一般 一i较差 【 很差 单因素评判矩阵由隶属度曲线和隶属度子集表得到。 在建立模糊评判模型时，通常采用专家调查和集值统计方法相结合来构造单 因评判矩阵，专家调查法是首先制作专家打分调查表，通过专家评判给分，即专 家对每一具体评价对象的每一项指标，根据专家的经验和看法进行认定，在打分 表对应等级处打勾，再通过专家调查表的汇总，得到各个因素对应等级的频数， 经过归一化处理，即可得到各个因素对应于等级的隶属度，从而得到单因评判矩 阵。 依据本文评价模型所分的五个等级，如果运用上述方法，专家调查表可按下 表进行设计。 袁5 1 2 一一l0 + 1 + 2 因素1 因素2 囡素n 依据如上所述的方法，可以容易地确定各指标等级隶属度。 从理论上来说，本文评判模型用上述方法确定隶属度完全是可行的，但作者 考虑到本文评判的对象具有出下特点： 一是不可能大范围专家谪查； 二是评价可能在短时间内快速进行，专家人数会受到限制； 三是难以保证各位专家对所有评判对象部有充分了解。 鉴于上述几点，本文采用模糊控制中常用的隶属函数的确定方法，根据经验 n 预先构造隶属度，从而使得所建立的评判模型能够适应任何时候，任何人员的需 要，具有极强的客观性、实时性和可操作性t 3 0 1 本文具体在构造隶属度模糊子集 表的做法是：对于每一评价指标首先由不同的语言变量对其优劣程度进行模糊化 评判，即可借鉴模糊控制原理，把输入模糊化，把输入量视为语言变量，语言变 量的档次因指标而异，语言变量的隶属度函数可以连续函数的形式出现，也可以 离散的量化等级形式出现，出此可以以各档次语言变量为列，以五个评价等级为 行，即可直接根据专家的经验和概率分布的原理构造得出隶属度模糊子集表。隶 属度子集表可理解为一个转换器，即将决策人员根据经验和既定的评判准则和方 法所得到的各个评价指标的评判语言变量与五个评价等级相对应；实现单指标评 价判断结果的综合。对每一个被评价对象来说，其不同的评价指标具备各自不同 的优劣水平。在模糊数学中，不同优劣水平的每一个评价指标整体构成一个集合， 集合中的所有元素的全体即为论域，五个评价等级又意味着五个模糊子集，所有 这些元素分属于这五个模糊子集，不同优劣水平的指标隶属度函数属于五个模糊 子集的隶属度又不同，由于从等级2 至屹意味着等级的上升，优劣水平越高，隶 属于高等级的隶属度也越高。因此，预先构造出的隶属度模糊子集表中所列的数 字也只实现转换器的功能而仅仅需要体现等级高低的规律即可，而不在乎每个隶 属度是否正确。 5 3 2 评价指标隶属度的确定 本文在确定各指标对应各个等级的隶属度时，利用了适于实现实时评价的隶 属度曲线和构造隶属度模糊二产集表的方法。 职业态度、安全态度、创造性等指标，利用百分制的方法，由评判人在充分 了解评判对象的基础上加以可分。1 0 0 分为最高，5 0 分为中间值，0 分为最低，其 问各分数则可用内插得到。备分值对应了各等级的隶属度曲线如下图 图5 - 2思想品质素质各指标对应各等级的隶属度曲线 i 其他指标以各档次语言变量为列，以五个评价等级为行，即可直接根据专家 的经验和概率分布的原理构造得出隶属度模糊子集表。 表5 1 3学历水平隶属度模糊子集表 一21 012 本科以上 00oo 61 本科 0o 2o61o 6 专科 02061060 中专 061o 60 2o 中专以下1o 60 , 20o 表5 1 4海龄隶属度模糊子集表 一2一1012 1 0 年及以上o00 2o61 8 年0o2o 6l06 5 年o2o 61o6o 2 3 正 o6 1 06 o 2 o 1 年以下1 06020 0 注：据调查大量专家。确定1 0 年为经验丰富的年限 表5 。1 5职务证书等级隶属度模糊子集表 210+ 1+ 2 管理级o000l1 操作级 00 81o 80 支持级l0 1000 在实际评价中，由于各个船员的海龄或上船流动周期不同，可以利用模糊信 息处理的有关方法，与上列的模糊子集表相结合得到相应的隶属度。具体方法为： 如果a ，b ：分别表示论域l 仨 “i ，1 12 ，“。，) ，肛 v l ，v ：，v 。) 里的模 糊子集，r 为模糊关系： ( 1 ) 当日兰“。，a 。，。爿，时t4 ，= = 【1 ，0 ，o ，0 ( 2 ) 当日“，a 。a x ，时，a 1 = o ，0 ，0 ， ( 3 ) 当d 一a n “。；时，a u m a x 0 ，1 其中f 。为步距，g ，= 。，+ 。一a ，当原始值日超过4 ；的范围时，就突出两头元素日m m a 。的信息。 例如，当海龄为7 5 年时，则a 。= 2 a = 7 5 口。= 1 0 ，则某船员海龄为7 5 年时，其海龄指标隶属于五个等级的隶属度为： s = 0 ，o 8 3 ，0 1 7 ，0 ，0 00 oo2 o 20 6 o 61 lo 6 0 20 6l o610 6 10 60 2 0 6o 20 0 2oo 0 i 7 ，o2 o6 ，o 8 3 ，g 6 】 5 - 1 6操作安全性隶属度模糊子集表 一2一lo十1+ 2 安全 00o ，20 8l 一般 oo81 0 8 o 不安全 1o8 0 2 0o 表5 1 7决策水平隶属度模糊子集表 一2一io12 优秀 ooo 3o81 良好 02 06l06o2 中等 06l0 6020 差 10 舟 0 3 oo 表5 - 18英语水平隶属度模糊子集表 一2 一1012 l。，。，、，。【，一，j。、，。，j，、j，1j 6 3 州 q 掣 很好 00 o 20 8l 较好 oo081o8 般o041o 4o 较差 o81o 8oo 很差 lo8o200 表5 - 1 9疲劳状况隶属度模糊子集表 一210l2 不疲劳o00 2o 61 感觉疲劳 0o210 60 很疲劳 106o 2o0 表5 2 0 健康状况隶属度模糊子集表 一21oi2 优秀 o 0o 206l 良好o0 206106 一般o6l0 6o 2o 差 1 0 6o 200 表5 2 l情绪隶属度模糊子集表 一2一l o l2 好 oo o 20 61 一般 o0 61o 60 著 10 602o 0 表5 2 2气质隶属度模糊子集表 一2一l o i2 好 oo 02061 一般0o610 60 差10602oo 表5 2 3 性格隶属度模糊子集表 好 一般 差 一lo12 oo0 2 0 6 1 o o 6l0 60 1o602 0 o 表5 2 4能力隶属度模糊子集表 21 012 好 oo 0 20 61 一般 006 io 6o 差】o 60 2 0 o 表5 2 5挫折隶属度模糊子集表 一2一l012 无挫折 0o0 ，2061 一般挫折 oo 6 10 60 严重挫折 l0602o0 表5 2 6人际交往状况隶属度模糊子集表 一21 012 优秀 o0 03o 8 1 良好 o 20 6 1o 60 ，2 中等o 610 6o 2 o 差 108 0300 表5 2 7船舶管理隶属度模糊子集表 一2一l 0+ l+ 2 好 0o 0 3o j 8l 良好o 2o6io 60 2 中等0610 603o 差 lo8 0 3oo 表5 2 8船员管理隶属度模糊子集表 一2一lo+ 1十2 好 0 o020 81 电好 o 2061o6o 2 中等0 6l0 6o 2o 差 lo 6 o 2oo 表5 2 9 法规管理隶属度模糊子集表 一21o+ 1+ 2 好0o020 81 良好0 30 6io602 中等 o 610 6 o 30 差10 60 20 o 表5 - 3 0 安全目标管理隶属度模糊子集表 一21 o 1 2 好 0o0 2081 良好 o 20 61 0 60 2 中等0 61o 60 3 o 差l0 60300 表5 3l安全教育管理隶属度模糊子集表 一210l2 好o o 0 2o 8 1 良好 020 81o 60 2 中等o 61o 80 3o 差 10 8o3o0 表5 。3 2组织培训状况隶属度模糊子集表 210 12 好 000 20 8l 一般 o0 81o 80 差 10 1 8o ，200 表5 3 3天气状况隶属度模糊子集表 一210l2 好ooo2o 6l 一般 0 0 6 1 0 60 差10 6o2o0 表5 3 4 噪音与振动状况隶属度模糊子集表 一21o12 轻 o00 20 61 一般 oo6l o6o 大】o 6o2oo 5 4 轮机船员安全总体评价模型的建立 在确定了评价对象的指标体系、各指标的权重及其隶属函数后，就可以建立 模糊评价模型。 5 4 ，1模糊算子 在确定各评价指标的隶属度与各指标的权重后，就要根据指标体系的特点确 定模糊评判的算子，亦即确定各级下层指标复合成上层指标评价向量或评价值的 计算方法。因此，模糊算子的确定也就是模糊合成方法的确定。 常见的模糊算子有主医素决定型、主因素突出型和加权平均型等。维合本文 评价模型的特点和各类模糊算子的特性，笔者选用了主因素突出型的加法合成法 ( 加权线性和法) 算子。其基本公式为： y 。= w 。x j 其决y 。表示综合评价向量，w ，表示第i 个指标的权重，x f 表示第i 个指标 6 6 对应于第j 等级的隶属度。 该算子具有如f 特点： 1 突出主因素( 具有较大隶属度和较大权重的因素) 的作用： 2 各评价指标之间具有相巨补偿的作用，即某此指标值下降由另一些评价指标 值的提高来补偿； 3 由于指标问具互补作用，可能对评价系统灵敏度有所影响； 4 ，计算方便，容易实现程亭化。 5 4 2 反模糊化 模糊综合评价结果是模糊向量，即评价对象隶属予各个评价等级的隶属度 向量。确定评价对象的等级盱需要对该向量进行精确化，或称为反模糊化。 模糊量精确化的方法一般有 最大隶属度托； 中位数法： 重心法。 最大隶属度法为比较常周的一种反模糊化方法。对于最终评价向量b ，假如运 用最大隶属度法，则利用6 ，o = 弧a x ( b l ，b 2 ，b 3 ，b 。) ，得出决断6 j 0 。该方法 的缺点是反模糊化的结果不够精细，概括的精确量少，没有考虑其他隶属函数较 小因素的影响，没有区分隶属函数的宽窄和分布状况，也没有考虑到其它隶属函 数较小的因素的作用，且当最终评价向量中最大隶属度不唯一时，无法作出决断。 中位数法和重心法则能够消除上述缺点，但中位数法的特点是不能突出重点因素 的作用，在实际应用中并不普遍。因此，本文采用重心法进行决断。 重心法又称力矩法，它是对模糊评判结果b 的所有元素求取重心元素的方法。 重心法将模糊量的重心元素诈为反模糊化之后得到精确值“+ ，重心元素“+ 的求取 公式如下 ，z 匕，) 扰， “一专飘万 从本质上讲，重心法是通常所讲的加权平均法。只是加权系数为1 ( “，) 而已。 采用重重心法来确定模糊量中能反映出整个模糊量信息的精确值，这个过程类同 6 7 于概率论中的求数学期望过程。加权数的不同，则所得的精确值就会不同，这样 显然会影响系统的输出结果。在重心法中，选取( t l ，) 为加权系数是恰当的，为了 加强隶属度大的元素的作用，加权系数还可以取【口( “湖2 ，这样就可以加强隶属度 大的元素的作用。 5 ，4 3本文模型 由指标体系图4 1 可知，本评价模型为三级评价。 因素集z t = ( “l ，“2 ，“3 ，“4 ，“5) ，其中“l _ ( , 1 l ，“1 2 ，“1 3 ) ， 2 = “2 i ，“2 2 ，x 2 3 ，1 2 4 ，) ，2 2 = 1 12 2 l ，“2 2 2 ，) 如下表，其中酣代表权重。 因素集次底层因素底层因素 职业道德“1 t a 1 1 安全j 各度“t 2 a 1 2 思想品质素质1 , li , l a i 创造性“1 3 a 1 3 学历u 2 t a 2 1 资历1 1 2 2 a 2 2 海龄u 2 2 1 a 2 2 1 业务素质“2 a 2 职务证书等级u 2 2 2 a 2 2 2 操作安全性u 2 3 1 a 2 3 l 技能状况u 2 3 a 2 3 决策水平u 2 3 2 a 2 3 2 英语水平“2 4 眈4 疲劳状况“3 1 1 a 3 1 1 身体素质“3 i a 3 1 健康状况“3 1 2 a 3 1 2 情绪“3 2 1 a 3 2 1 身心素质z 3 a 3 气质“3 2 2 a 3 2 2 心理素质“3 2 a 3 2 性格“3 2 3 a 3 2 3 能力“3 2 4 a 3 2 4 挫折“3 2 5 a 3 2 5 人际交往状况“4 a 4 船舶管理“5 1 a 5 1 船员管理“5 2 a 5 2 法规管理“5 3 a 5 3 公司管理水平“5 肠5 安全目标管理“5 4 a 5 4 安全教育管理“5 5 a 5 5 组织培训状况“5 6 a 5 6 天气状况“6 1 a 6 1 环境状况“6 a 6 噪音与振动z f6 2 a 6 2 一级评判的模糊数学模型为： 材。也。) = 4 ：。r ： “。也：，) = “：，。r ：。 甜r k 3 i ) = a 3 1o r 3 1 “r 也3 2 ) = a 3 2 。 3 2 “2 2 = a 2 2 1 0 2 2 2 a