基于进化博弈分析的煤矿安全生产管理研究.doc

安徽理工大学硕士学位论文基于进化博弈分析的煤矿安全生产管理研究姓名：李丽申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：杨力20110529 随 着国 民经 济 对能 源需 求的不 断增加，一 方面 ，煤 矿 产业 作 为 我 国 能 源的主导 产业 ，越来 越受 到全社会 的广泛 关注 ；另 一 方面 ，事 故 频发 所 造 成 的巨大 经 济损 失 和 人 员 伤 亡 问 题也 成 为 全社会 关注 的焦点 。 煤 炭 企 业 在 快 速 发 展 的同时 ，如何 同时 保 障 煤 矿 企 业 的利益 与 矿 工生 命财 产安全，是全行业 需 认 真 思 索 、 亟待 解决的课 题。 ， 琻 对 于博 弈论 的研究 ， 开 始 于策墨洛， 锥 及冯 诺 伊 曼 今， 很 多 问 题都 可 以 用 博 弈论 来分 析 得出结果， 也有 很 多 学 者做 过 各种 有 关 博 弈而 易 见的 。与 传统 博 弈理 论 不 同 ， 进 化 博 弈理 论 并 不 要求 参与 人是完 全 理 性 的 ，縪 如 今， 经 济学 家 们 运用进 化 博 弈论 分 析社会习惯、规范 、 在煤 矿安 全 生 产 管 理 的过 程 中， 煤 矿企 业 与矿工 都 会 以 自己的经济利 益 为 出发 点 选 择 自己的行 为 策 略， 这 样就产 生 了 一个博 弈 的问题。 煤 矿企 业 为 了 经济利益 的最 大化 可 能 会 选 择 安 全 不达标 ， 减少 生 产 的成 本 ； 矿工 为 了 自身 收 益 最 大化可 能 会 选 择 违 规操 作， 增 加 额 外收 益 。 在这 种 条件下 ， 如 何 建 立更为 有效地 机 制，使 双 方 都 能 以 实现安 全 生 产 为 出发 点 来 选 择 自己的行 为 策 略就显 得 尤 为 重 要。本 文 运 用博 弈 论 的方 法对 我国煤 矿安 全 生 产 各 相 关者 在生 产 安 全 管 理 中的收益 、损 失 进 行 分 析 的基 础上 ， 构建 各 利 益 相 关者 的收 益 函 数 ， 并 分 析 各 相 关者 在生 产 安 全 管 理 中的合 作与博 弈 行 为 。 最 终 对 我国煤 矿企 业 安 全 生 产 管 理 提 出对 策建 议。与矿工 安 全 操 作进 行 研究 。从 而使 本论 文研究 所提 出的措施和 方案具 有可 操 作性。 煤矿 企 业 安全 达标 的 博 弈分 析 低 ，不 安全 行 为 获 得 的 收益高 ，煤矿 企 业 可 能选 择 安全 不 达标 、 矿 工 也可 能选 择违 规操 作 。但 是若 有 一 方 在 进 行 不 安全 行 为 ，就 有 可 能发 生煤矿 安全 事 故； 若 双方 都有 不 安全 行 为 ，安全 事 故发 生的 可 能性将 会更 大 。若 发 生安全 事 故，双 方 均会造 成一 定 的 损失 。根 据 双 方 成本的 变 化，引入 煤矿 企 业 安全 投 入 与 矿 工 安全 操作 的 博 弈模型 。 博 弈论 的基本概 念及 表 述发 两 个 选择 ， 若要 开 发 ， 他 需投 入谠 ! 庇 蟹 康夭 藼 ， 他 也面 临 同样的困扰 。再假定 ， 市场上如 果 有 两 栋 楼房同时 出 售 ， 在 需 求大的时 候 ， 每栋 楼的售价为 亿 元 ， 需求小的时 候 ， ， 每栋 的售 价为 万 元 ； 市场上如 果 只 有一栋 楼房在 出 售， 那 么， 在 需求大的时 候 ， 其售价为 亿 元 ， 需求小的时 候 为 亿 元 。在 这样的状况 下 ， 如 果 市场需 求为 大， 房地 产商 敕 康 夭 藼 若都 开 发 ，如 果 市场需 求为 小， 房地 产商 敕 康 夭 藼 若都 开 发 ， 他 们 的利 润 均为 让我们 将 上述 例子 命名 为 “房地 产开 发 博 弈”。这个 简 单 的例子 几 乎 涉 及 到 博动 蛘 铰 以最 大化自己的支 付 水 平 。参 与人 可能是 自然 人 ， 也 可能是 团体 ， 如 企 业 、国 家 ， 甚 至若干 个 国 家 组成的集 团鏞 访 恕 痹 嫉 。这里 ， 重要 的是 ， 每个 参 与人 必 须 有可供 选择 的行动 和 一个 很好 定 义的偏好 函 数。那 些不 作决 策 的被 动 主 体 只 当 作环境 参 数来 处 理 。在 房地 产开 发 博 弈中 ， 有两 个 参 与人 ， 即“开 发 商 焙汀 翱 7 藼 ”， 他 们 要 做 出 “开 发 ”或 “不 开 发 的决 策 ， 目 的是 最 大化自己的利 润 水 平 ， 而写 字 楼的需 求者则 被 当 作环境 变量放在 “市场需求中 。当 然 ， 一个 主 体 是 否是 参 与人 依赖于 分析 的目 的。 开 发 博 弈中 ，最 大化其期望 效 用 函 数。 ，偷需求 ，开发氐 需求 ，开发偷需求 ，开 发氐 需求 ，开发如此 等 等 。在博 弈 论里 ，有 各种各样 的 均 衡 概 念 ，上 述 定义是 所有 均 衡 概 念 的 共同 特 征 。我 们 将 看到，一 个 博 弈 可 能有 多 个 均 衡 存在。 在房地 产 开 发博 弈 中 ，假定开 发商涂 7 藼 同 时 选 择行 动 ，那 么 ，如 果 需求 大，7 7 是 唯 一 的 一 个均 衡 ； 如 果 需求 小 ，7 豢 7 是 一 个 均 衡 ，豢 7 7 也 是 一 个 均衡 。 缺 乏 唯 一 性 是博 弈 论的 一 个 主要问 题。 ，不 开 发开 发 博 弈的 扩展 式表述所“扩展 ”的 主要 是参 与 人 的 战略空 剐 】 。战略式表述简单 地 给 出参 与 人 有 些 什 么战略可 以选择，而 扩展 式表述要 给 出每 个战略的 动态 描述： 谁 在 什 么时候行 动，每 次 行 动时有 些 什 么具 体 行 动可 供 选择，以及 知 道些 什么。简 单 地 说 ，在 扩展 式表述中 ，战略对应于 参 与 人 的 相 机 行 动规 则 ，即什 么情况 下 选择什 么行 动，而 不是 简单 的 、 与 环 境 无 关 的 行动选择。具 体 来 讲 ，博 弈的 扩展 式表述包括 以下 要 素：用 标有 “开发 ”和 “不开发 牧 礁鲋 硎尽 选择开发 虿 豢7后 博 弈进 隽 瞬 闹胁斡 肴 诵卸 承 虻耐 暾 枋 博 弈的 扩展 式表述的 第 鲆 K。标注 在 博 弈树 终点 结 下 的 是 参 与 人 的 支 付 向 量 。一般 地 ，因 为 在 传 递 性 、 反对称 性 、 前列集 全序 假 设以及 下 面 要 讨论 的 行 动与 后 续结 的 对应关 系一下 ，每 一个终点 结 耆 龆瞬 氖 鞯 穆肪 叮颐 强梢 杂 煤 埃表示 对应的 博 弈路 径所导 致 的 第 霾 斡 肴 说 闹逗 博 弈的 扩展 式表述的 第 鲆 K。 的 不同 。 图 康 夭 7 腎 贝 叶 斯均 衡 精炼 贝 叶 斯均 衡 蠖 诘子 博弈 精练 纳什 均 衡 蠖 琍 为 了 自 身目 的这 一 阶段 的成 果 【 俊 谌 鼋锥 危 镅 业 拇 葱 掠 址垂 幢 痪 醚 琘 所 吸收 ，根据 生物 学家 的成 果 经济 学家 更一 个 正 式 的进化 博弈 具有以下 假 设 ： 具有较 高支付的战 略 随 时 间 的推 移 而 局中 人 并 没 有系 统 地 影响 其 它局中演 化 稳 定策 略 意 味 着当 博弈 参 与 者 随 机 配 对进行 博弈 时 ，在 位种 群 成 员 的支复 制 动 态方 程 实 际 上 是 描 述 一 个 特定策 略 在 一 个 种 群 中 被采 用 的频 数或 频 度 在煤矿安 全 生 产 管 理过 程中 ， 煤矿企业为 了 减 少 成 本， 可 能 会降 低 安 全 投 入，使 煤矿安 全 不 达 标 ； 矿工 为 了 较 高 的 工 资 可 能 会选 择 继 续在安 全 不 达 标 的 煤矿企业工 作 ； 若 矿工 离 开 该 煤矿企业， 企业为 了 寻找新 的 愿 意在安 全 不 达 标 的 煤矿企业工 作 的 矿工 ， 也需 投 入一 定 的 费用 。根 据 双 方 成 本的 变 化 ， 引入煤矿企业安 全达 标 的 博 弈 模型 。下 假设：测 到 先 行动 者的 行动 。在这 里 ， 煤矿企业为 先 行动 者， 矿工 为 后 行动 者。违 约金泵 嚎笃笠抵 读藃 进 行安 全 投 资 使安 全 达 标 时， 一 般 是 不 会发 生 安 标 的 博 弈 矩阵 。安 全 不 达 标根 据 煤矿 企业 与 矿 工 的 支付 博 弈 矩阵 ， 现 对 其混合 策 略 的 纳什 均衡进行求 解 。 矿 工的 期 望 效用函数 为 ：煤矿 企 业 与矿 工期 望 效用最 大 化 的 一 阶 条 件是 ：【根 据 上述构 造 的 煤矿 企 业 安全 达 标 的 博 弈 支付 矩 阵 ， 现对 其 适 应 度 进 行 分 三一 丁一 毋 籟 三 狿 宰猀 ， 掌 猅 第 旅 嚎笃笠蛋 踩 锉暧 肟骉 继 续 工 作 的 博 弈 分 析 表 达 式木 欢 祝 一 木 欢宰 稳 定 点一 宰 宰 狿 木 木 欢一 狿 牛图 次 1所 反 映 的 相 图 ， 我们经过 对 雅可 比 行列 式 及 该 相 图 的 分 析， 得 平 衡点表 达 式局部稳 定 性木 欢幸 狿 宰 水 猺狿 宰 一 芈欢幸 一 平 衡点表 达 式局部稳 定 性宰 木 狿 宰 木 欢 荆 一 木 欢宰 一 宰 宰 狿 母 平 衡点宰 欢木 狿 半 ， 一 木 欢幸 狿 木 ， 它们分 别 是 ：宰 欢 酰 一 宰 欢木 一 幸 猺一 宰 欢一 一 事 寮猵 宰 作 使 得达标 。将 增 加矿 工 继 续 在 该 煤 矿 企业 工 作 的 概率 。 矿工 安 全 操 作的 传 统 博 弈分 析通 过 对煤矿企 业安 全 监 察 与 否与 矿工 安 全 操 作与 否的 现 状 的 分 析 ， 我 们 做 以下 假设：一 狿 木 籘 維解 得 该 博弈 的 混合 策 略 纳什 均衡解 为： 所以 ，矿工 安 全 操 作 的 复 制 动态 方 程为 ：，一 木 狥 该 矩 阵 的 迹为 ：以 煤矿企 业 与 矿工 各自 的 利 益 界 定 为 前 提假 设，我们得 到 双方 在 以 下 六 种 情 平 衡点表达 式局 部 稳 定 性当 褾宰保 梅 匠逃兴 母 銎胶 獾 悖 欠 直鹗 牵簅，彳 ，琧 ，这 些 平 衡点的 行列 式 与 矩 阵 迹的 值均 如表所 示 。平 衡点表达 式一 一 丁 伲 唬 当 表煤矿企 业 高成本 矿工 中 等 收益 条 件 下 的 稳 定 点分析表达 式局 部 稳 定 性稳 定 点 平 衡点表达 式 平 衡点表达 式局 部 稳 定 性一 一 丁 綣 一 一 丁 宰， 一 丁 木 幸 ， 安 全操 作 。 煤矿企业安 全 达 标与 矿工安 全 操 作的 传统 博弈 分 析通 过 对 煤矿企业安 全 达 标与 否 与 矿工安 全 操 作与 否 的 现 状 的 分 析 ， 我 们 做 以 安 全 不达标三 一 皇 譸 維煤矿 企业 与 矿 工 期 望 效用 最 大 化 的 一 阶 条 件是 ：解 得 该 博弈 的 混合 策 略 纳什 均衡解 为 ： 根 据 上述构 造 的 煤矿 企业 安 全 达标 与矿 工 安 全 操 作 的 博弈 支 付 矩 阵 ， 现对 其三 一譙一 力 拳尸 苝 譙】矿 工 违 规 操 作 的 适应度为 ： 矿 工 的 平 均 适应度为：綶 一綣 尸 宰一宰一 魀 綣 狿 幸 宰讀】甜 ： 和 这 两 个 方 程描 述了该 演 化 系统 的 群体 动态 。系统 的 复 制 动态 方 程为：一狿 宰木 狥 襊 宰， 耎 】，平 衡点表 达 式 平 衡点图 煤矿 企 业 高成本 矿 工 高收 益 条 件 下 的 相 图平 衡点表 达 式一母欢宰璸 荆籉 】 图 煤矿 企 业 高成本 矿 工 低 收 益 条 件 下 的 相 图当 維并 且 綪綣 宰， 时 ， 该 方 程有 四个 平 衡点， 它 们分表 所 示 。平 衡点表 达 式 表 煤矿 企 业 低 成本 矿 工 高收 益 条 件 下 的 稳 定 点分析平 衡点表 达 式局 部 稳 定 性一尸 一緋 維 磕 譐 一譙 一丁 窲 平 衡点表 达 式【 一尸 木 木 猺】 宰【 镻 祝籉 】籧 猅 弧 皇鍼 綣 一， 】 表 煤矿 企 业 低 成本 矿 工 中 等 收 益 条 件 下 的 稳 定 点分析平 衡点表 达 式局 部 稳 定 性鞍 点稳 定 点 当 緋 鍿 母 褾枣时 ， 该 方 程有 四个 平 衡点， 它 们分表 达 式一蔛 一丁 騕 一尸 木 木 狥 】 表 煤矿 企 业 中 等 成本 矿 工 低 收 益 条 件 下 的 稳 定 点分析平 衡点表 达 式局 部 稳 定 性皇鎝 維 磕 尽 狿 曩 拳 狥 】一甋 【 譸 祝籉 】裇 一丁籟 譖 福 籉 】 图 煤矿 企 业 中 等 成本 矿 工 低 收 益 条 件 下 的 相 图当 襭 襍 噜幸 狿 掌 宰譐 时 ， 该 方 程有 四平 衡点表 达 式【 一尸 木 木 欢狿 枣幸 狥 】一尸 一譖 甋 一丁 】 枣书 ， 一一維一丁 尽 狿 木 木 狥 】 图 煤 矿 企业 中 等 成本 矿 工 中 等 收 益 条 件 下 的相 图工 是 否 执 行 安 全操 作 与 其 违 规操 作 所得的额外 收 益以 及 期 望事 故损 失 有关 。 相关 对 策 违 章 指 挥 是 指 管 理 者 安排或 指 挥 职 工 违 反 国 家 有关 安全的 法 律 、 法 规、 规章制 度 、 企 业安全管 理 制 度 或 操作 规程 进行作 业的 行为 。 违 章 指 挥 危 害最大 ， 造 成的 影 响和 损 害的 程 度 也较 为 严 重 ， 具有一 定的 隐 蔽 性 和 不可 抗拒性 。 因 此 必须要加 强 提高员 工 的 安全素 质 ， 保 护自 己 的 生 命 财产 安全， 大 胆 抵 制 管 理 者 的 违 章 指挥。 过 自 由 协议而 结合 在了 一起 【。 矿 安 全 事 故 的 处 罚 制度 。 的 自 然环境 、 安 全 事 故 中处 变不 惊、 游刃有 余。抓 好 安 全 工 作 ， 不 能仅 靠 领 导 的 监 督 ， 更 要靠 大 家 ， 靠 每 一 个人 都 去 自 觉地遵 守 安 全 准 则 。只 有 积 极学 习 安 全 知识， 自 觉遵 守 安 全 章 程 ， 才能不 断提 高自 己的 安 全 意 识及 防 范 技 能， 及 时发 现 工 作 中的 各 种 安 全 隐 患 ， 并 能采取 相 应的 措施将 隐 患 解 决 。如 果 每 一 个矿 工 都能做到由 “要我 安 全 颉 拔 乙 0踩 转 变， 自 【 恳 欤 穆 邸綧 】 天 津：南开大 学出版社 ， 王 文 举 博弈 论 应用 与经 济学发展 】 北京 ：首 都经 济贸 易 大 学出版 社 ， 然科学版 管 理 科学， ， ： 。管 理 工 程学报 ， ， 胡 方 坤 ， 杨 林青， 孙 珍 玉 哉谈煤矿安 全生 产 管 理 叨：。 工 程科学， ， ： 杜 宪 苗 矿工 权 益 保 障 的正 义 理 念 研 究 】 东岳 论 丛， ， ， ： 一 浚 瓻 ， ， ： 【 】 【 】 珻 ， 甃 ， ， ： ： 【 浚 瓽 浚 瓽 ， 】 ， ， ： 时 光 匆 匆 飞 逝，