第六章 安全决策

1、Safety Engineering安全系统工程-本科教程主讲人：朱红青电话： 62339035Email: 中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院目录概述 1 事故致因理论 2 系统安全分析 3 事故树分析 4 系统安全评价 5 安全决策 6 安全决策在安全系统工程里的地位及与其他内容的关联安全系统工程事故致因理论系统安全分析定性方法定量方法系统安全评价概率评价法指数法安全决策与事故控制技术经济学法评分法决策树等第六章 系统安全决策任何一项系统安全分析技术或系统安全评价技术，需有强有力的管理手段和方法，以发挥其作用。系统安全分析、评价后，即系统安全决策。安全决策

2、概述安全决策过程与决策要素定性属性的量化安全决策方法 1 2 3 4 第一节 安全决策概述决策认识事物发展规律及主客观条件，寻求并实现某种最佳准则和行动方案。有广义、一般和狭义三种解释：广释：包括抉择准备、方案优选和方案实施等全过程。一般含义：按照某些准则在若干备选方案中选择，包括准备和选择两个 阶段的活动。狭义：作决定，即抉择。广义的决策，即在价值（生产价值或安全价值）判断的基础上作出抉择 和选择，其基本准则就是效用，离开了效用准则，决策是非理性的、盲目的。安全决策概念-决策第一节安全决策概述安全决策概念-价值价值的两个基本特性：比较特性和可度量性。（两者相关） 价值的另一种解释：客体对于主

3、体需要的某种满足。效用(utility)：指人们从商品消费中得到的满足。安全的价值或效用是不容置疑的，安全本身就是价值。安全是相对的，所 以安全的价值具有比较特性；安全的价值是客观的，虽然安全的社会效用、精神效用难于量化，但是安全的经济效用是可度量的。所以，安全决策同样是建立在安全价值判断基础上。第一节安全决策概述安全决策概念-决策与评价异同评价：评价主体估测评价对象(客体)达到既定需求的过程。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)，以综 合评价原定需求满足程度的活动。评价通常亦有狭义和广义两种含义。狭义评价：决策过程的一个步骤。广义评价：类似决策系统评价或

4、综合评价。决策和综合评价有共同的理论基础和组成要素，其方法和步骤大同小异。决策：事前选择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。第一节安全决策概述决策的目标决策目标是一个 的、规定方向的最大可能程度的需求。目标仅有两个方向：极大或极小(尽可能多或尽可能少)。凡效益型目标，则希望越大越好；反之，损耗型目标，则追求极小。目标没有明确的先验量值，只是在约束条件限制的可行域里追求极大(或极小)。安全决策概念-准则准则与标准同义，是衡量、判断事物价值的标准，是事物对主体的有效 性的标度，是比较评价的基准。第一节安全决策概述决策的分类根据决策系统的约束性

5、与随机性原理（即自然状态的确定与否） 可分为确定型决策和非确定型决策。确定型决策：即是在一种已知的完全确定的状态下，选择满足目标 要求的最优方案。也就是说在这些决策问题中，所有与问题有关的事实和因素都是事先确切知道的。具备下列4个条件、（1） 目标（收益大或损失小）（2） 一个确定的自然状态（3） 两个或两个以上的抉择方案（4） 不同的决策方案的益损值可计算举例肯定会下雨出行的选择第一节安全决策概述决策的分类非确定型决策：当决策问题有两种以上自然状态，哪种可能发生是不确定的，在此情况下的决策称为非确定型决策。分为两类：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，但是要冒

6、一定风险。完全不确定型决策：如果自然状态的概率不能确定，即没有任何自然状态可能发生的信息，在此情况下决策就称为完全不确定型决策。第一节安全决策概述决策的分类风险型决策问题通常要具备如下五个条件：1. 决策者希望达到的一个明确目标；2. 决策者无法控制的两种或两种以上的自然状态；3. 可供决策者选择的两个或两个以上的抉择方案；4. 决策方案在自然状态下的益损值可以计算出来；5. 每种自然状态出现的概率可以估算出来。休息第二节安全决策过程与决策要素 决策的过程购买火险或不购买火险发生火灾或不发生火灾开始提出问题了解待解决的决策问题明确目标明确目标、标明准则、辨识原理构造模型构造模型并估计参数后果分

7、析-评价方案集X方案属性x值f1(x).fn(x)实施决策环境和自 决定然状态实施或重新评价价值判断第第二二节节 指安数全评决价策法过程与决策要素指二、数决评策价要概素念及内容1. 决策单元2. 准则（指标）体系3. 决策结构和环境4. 决策规则第第二二节节 指安数全评决价策法过程与决策要素指三、数安评全价决概策念及内容1、确定目标：总目标就是安全生产，可以分为预防事故发生、消除职业病、改善劳动条件。2、确定决策方案：在目标确定之后决策者根据科学的决策理论对决策系统进行详细的调查、分析、预测分析，拟出可供参考的方案。3、潜在的后果分析采取不同的方案，系统的后果将不同。例：对于安全问题我们应该考

8、虑如下几个方面（1） 人身安全方面：职业病、伤亡（2） 人的精神和思想方面：情绪变化（3） 人的行为方面；生活方式、生活规律的改变。4、实施与反馈第三节 定性属性的量化心理学家米勒经过实验表明，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。尽量用9个等级。量化等级见表51。等级数量 化 值123456789975最差 很差 差 较差 相当 较好 好 很好 最好最 差 很 差 差 相 当 好 很 好 最 好最 差 差 相 当 好 最 好量化等级与范围第三节定性属性的量化量化方法通过决策者定性分析，分等级量化。客观事物的复杂性、多样性和主观认识的局限性指标不确

9、定性、模糊性和随机性集值统计原理广集专家意见，改善定性属性量化的有效性。集值统计：经典统计和模糊统计的拓广。经典统计在每次试验中得到相空间的一个确定点，而集值统计每次试验得到相空间中的一个子集。子集：评价者对某定性属性值(fj(xi)Z)估计的等级区间，记第A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， Z22 Z1L， 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：第三节定性属性的量化量化方法式中可证明：当各方案的属性值fj(xi)可以准确定值时，对所有k，Z1kZ2kC(常数)，则：则属性值的

10、估计值Z= C 1(Z= C )P ( Z) = 01( Zk Z Zk ) Z kk (Z ) = 121 ,Z 2 01LP ( z ) = Z k ,Z k ( Z)Lk =112第三节定性属性的量化属性函数F(X)规范化1. 多属性决策多属性决策问题各属性函数fj(x)(jl，2，m)之间，普遍存在3 方面问题。(1) 无公度性：即fj(x)量纲不同，不便于相互比较和综合运算。(2) 变化范围不同：不便于比较和综合运算。(3) 对抗性。凡得益性属性，通常希望愈大愈优；凡损耗性属性， 一般希望愈小愈优。因为各个属性值经过规范化处理后，其变化范围均在0，1之间，故规范化处理亦称为归一化。第

11、三节定性属性的量化规范化处理算法规范化处理算法较多选用时需注意量化标度(序、区间和比例标度)，允许进行变换的形式，以免规范化后影响决策的质量。(1)线性变换法：式中：fj*fj(x)的最优值；fj0fj(x)的最劣值。1( f( x ) f *）jj f( x ) - f *f( x ) = jj( f * f(x ) f 0 )jf * - f 0jjjjj0( f 0* f(x )jj第三节定性属性的量化规范化处理算法(2)S形变换法：当单属性的最优(劣)值，难于达到时，用变化缓和些的S形曲线变换之。其中，f( x ) - f0f( x ) =jj jf* - f0jj1 - d1-2f

12、j ( x )-1f j( x) = 1 + (d)第三节定性属性的量化权重及其量化方法权重：表征指标对总指标影响或作用大小的量化值。因影响总目标因素多，且关系复杂，一般难于量化。分解权重系数：重要性权、信息量权、重复性权和可靠性权。1重要性权对于子难则(因素)的相对地位、作用、政策导向、激励等评价者的期望性因素，常用定性定量相结合的方法，根据专家或决策者的相对重要性信息 进行量化。相邻比较法：(1)将同层次所有子准则(因素)fj( j1，2，m)按照上层准则(或总准则)的相对重要性排序。第三节定性属性的量化权重及其量化方法(2) 求相邻准则的相对重要性比值，即：(55)且0=bj+1,j=1

13、(j1，2，m，并假定上一个准则的相对重要性始终为1。(3) 最后按求归一化权重系数，其中wi= wmjwij =1w j +1b j +1, j=wj第三节定性属性的量化权重及其量化方法1信息量权重(55)且0=bj+1,j=1(j1，2，m，并假定上一个准则的相对重要性始终为1。(3)最后按求归一化权重系数，其中wi= wmjwij =1w j +1b j +1, j=wj第四节 安全决策方法决策方法一、ABC分析法（ABC管理法、主次图法、排列图、巴雷托图法）二、评分法三、决策树法四、技术经济评价法五、稀少的风险估计 六、模糊综合决策（评价）第四节安全决策方法横座标为所要分析的对象，如某

14、一系统中各组成部分的故障模式、某一失效部件的各种原因，纵座标是横座标所标示的分析对象的量值ABC分析法该法是由十九世纪末二十世纪初意大利经济学家的巴雷托法转化而来的，就是说“在社会现象中，少数事物（10- 20%）对结果有80-90%的决定作用” ，即“关键的少数与次要的多数”原理。ABC分析法运用在安全管理上，就是应用“许多事故原因中的少数原因带来较大损失”的法则。化工系统有关安全管理项目所作的巴雷托分布图，其数据见表表1化工系统安全管理不善出现事故类型统计事故类型事故数相对频率(%)违反操作规程625867.02现场缺乏检查105011.24不懂操作技术7357.87违反劳动纪律3293.

15、53劳动组织不合理3013.22操作错误2722.91指挥错误1431.53规章制度为健全1371.47没有安全规程1131.21总计9338100图3安全管理项目的巴雷托分布图挥错误作错误动组织不合理反劳动纪律懂操作技术场缺乏检查反操作规程有安全规程章制度不健全1201008060402000违5现10 不 15违劳202操53指03规5没4097.7910092.8886.1195.7989.6698.2978.2667.02第四节 安全决策方法图表分析根据图中的曲线，就可以查出关键因素和部位。通常将占累加百分数0-90%的部分或因素称为主要因素和部位，其余10%（即90-100%） 这部

16、分称为次要因素或次要部位。0% -80%的部分或因素称为关键因素或关键部位，即A类（如图中的违反操作规程和现场缺乏检查两项）80% -90%的部分或因素划为B类（如图中不懂操作技术和违反劳动纪律的两项）其余的部分或因素划为C类。划分ABC类别的参考因素ABC类别程度因素事故严重程度可能造成轻伤可造成人员死亡可能造成人员严重伤害、严重职业病对系统影响程度对系统无多大影响整个系统或两个以上的子系统损坏某子系统损坏或功能丧失财产损失可能造成严重的损失可能造成较大的损失可能造成轻微的损失事故概率容易发生可能发生不大可能发生对策的难度很难防止或投资很大、费时很多能够防止、投资中等、费时不很多易于防止，投

17、资不大、费时不很多第四节安全决策方法评分法评分法：根据预先规定的评分标准对各方案所能达到的指标进行定量计算比较，从而达到对各个方案排序的目的。1. 评分标准一般按5分制评分：优、良、中、差、最差。或按7个等级评分，根据决策方案多少及差别大小和决策者要求。2. 评分方法评分方法：专家打分专家根据评价目标对各个抉择方案评分，然后取其平均值或除去最大、最小值后的平均值作为分值。第四节安全决策方法评价指标体系评价指标：技术指标、经济指标和社会指标。安全问题决策：评价指标体系：技术先进性、可靠性、安全性、维修性、可操作性等； 经济指标成本、质量可靠性、原材料、周期、风险率等； 社会指标劳动条件、环境、精

18、神习惯、道德等。指标因素不宜过多，否则不但难于突出主要因素，而且会造成评价结果不符合实际。第四节安全决策方法加权系数4加权系数各评价指标重要性程度不一评价指标的加权系数。各个指标的加权系数之和为1。加权系数值可由经验确定或用判断表法计算。判断表见表53。判断表法是将评价目标的重要性两两比较，同等重要各给2 分；某一项重要者则分别给3分和1分；某一项比另一项重要得多，则分别给4分和0分。对比分填表。计算各评价指标的加权系数公式为：(519)式中:ki各评价指标的总分；n评价指标数。g=ki in ki i=1第四节安全决策方法加权系数被比者比较者ABCDkiA10120.083B31260.25

19、0C433100.417D32160.250重要程度排序CB，DA第四节安全决策方法计算总分计算总分也有多种方法，见表54，可根据其适用范围选用，总分或有效值高者当为首选方案。序号方法名称公式适用范围12345分值相加法分值相乘法均值法相对值法有效值法计算简单直观各方案总分相差大，便于比较计算简单直观能看出与理想方案的差距总分中考虑了各评价指标的重要程度第四节安全决策方法技术经济评价法技术经济评价法是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，而且所取的技术价和经济价都是相对于理想状态的相对值。这样更便于决策判断与方案筛选。1技术评价技术评价步骤如下。(1) 确定评价的技术项

20、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。(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.第四节安全决策方法技术经济评价法2. 经济评价经济评价的步骤如下。(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。(3)确定经济价3技术经济综合评价可以用计算法和图

21、法进行技术、经济综合评价。第四节安全决策方法优度图法第五节模糊决策(评价)模糊决策(评价)概念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)模糊安全信息：描述与安全有关的定性术语。例如预测事故发生，常用可能性很大，可能性不大或很小；预测事故后果时，常用性的、非常严重的、严重的、一殷的等术语进行区别。如何用这些在安全领域中常用的定性术语进行评价和决策，采用模糊数学的方法是行之有效的途径之一。第四节安全决策方法模糊决策(评价)概念传统的安全管理，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”的定性估计。这

22、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01之间一个实数去度量，这个数就叫“隶属度”。例如某方案对“操作性”的概念有八成符合，即称它对“操作性”的隶属度是08。用函数表示不同条件下隶属度的变化规律称为“隶属函数”。隶属度可通过已知的隶属函数或统计法求得。第四节安全决策方法模糊决策(评价)步骤模物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。一、建立因素集因素

23、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：U=u1，u2，um各元素ui(i1，2，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。第四节安全决策方法模糊决策(评价)步骤二、建立权重集一般说来

24、，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Qi。由各权数所组成的集合：A=a1，a2，am (532)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：(533)它们可视为各因素ui对“重要”的隶属度。因此，权重集是因素集上的模糊子集。第四节安全决策方法模糊决策(评价)步骤三、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：V=v1，v2，vn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。四、

25、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：Ri(ri1，ri2，rin)同理，可得到相应于每个因素的单因素评判集如下：R1(r11，r12，r1n) R2(r21，r22，r2n) Rm(rm1，rm2，rmn) 将各单因素评判集的隶属度行组成矩阵，又称为评策)矩阵。第四节安全决策方法模糊决策(评价)步骤五、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

26、是模糊综合决策。如果已给出决策矩阵及，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：BAR(535)评判集V上的模糊子集，表示系统评判集诸因素的相对重要程度。第四节安全决策方法模糊决策(评价)实例例：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4个因素就可构成危险性的因素集，即：U事故发生的可能性(u1)，事故后的严重程度(u2)，对社会造成的影响程度(u3)， 防止事故的难易程度(u4)。由于因素集中各因素对安全系统影响程度是不一样的，因此，要考虑权重系数。若评判人确定的权重系数用集合表示，即权重集

27、为:A(0.5，0.2，0.2，0.1)建立评判集。若评判人对评判对象可能作出各种总的评语为危险性很大、较大、一般、小，则评判集为：V很大(v1)、较大(v2)、一般(v3)、小(v4)第四节安全决策方法模糊决策(评价)实例对因素集中的各个因素的评判，可用专家座谈的方式来评定。具体做法是，任意固定一个因素，进行单因素评判，联合所有单因素评判，得单因素评判矩阵R。如对事故发生的可能性(u1)这个因素评判，若有40的人认为很大，50的人认为较大，10的人认为一般，没有人认为会发生，则评判集为：(0.4，0.5，0.1，0)同理，可得到其他3个因素的评判集，即事故严重程度的评判集为：(0.5，0.4，0.1，0)对社会造成影响程度的评判集为：(0.1，0.3，0.5，0.1)防止事故难易程度的评判集为：