安全系統(tǒng)工程教學課件第五章系統(tǒng)安全預則與決策36p

1、第五章系統(tǒng)安全預則與決策8/3/20221主要內(nèi)容1.系統(tǒng)安全預測 2.系統(tǒng)安全決策8/3/202225.1 系統(tǒng)安全預測 1. 安全預測分類（1）按預測對象的范圍分宏觀預測：是指對整個行業(yè)、一個省區(qū)、一個局（企業(yè)）的安全狀況的預測。 微觀預測：是指對一個廠（礦）的生產(chǎn)系統(tǒng)或?qū)ζ渥酉到y(tǒng)的安全狀況的預測。 （2）按時間長短分 長（遠）期預測：是指對五年以上的安全狀況的預測。它為安全管理方面的重大決策提供科學依據(jù)。 中期預測：是指對一年以上五年以下的安全生產(chǎn)發(fā)展前景進行的預測。它是制定五年計劃和任務的依據(jù)。 短期預測：是指對一年以內(nèi)的安全狀態(tài)的預測。它是年度計劃、季度計劃以及規(guī)定短期發(fā)展任務的依據(jù)

2、。 5.1.1 安全預測概述8/3/202232安全預測的基本原理系統(tǒng)安全預測同其他預測方法一樣，遵循如下的基本原理：（1）系統(tǒng)原則。系統(tǒng)安全預測是系統(tǒng)工程，因此，應當從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，以全局的觀點、更大的范圍、更長的時間、更大的空間、更高的層次來考慮系統(tǒng)安全預測問題，并把系統(tǒng)中影響安全的因素用集合性、相關(guān)性和階層性協(xié)調(diào)起來。（2）類推和概率推斷原則。如果已經(jīng)知道兩個不同事件之間的相互制約關(guān)系或共同的有聯(lián)系的規(guī)律，則可利用先導事件的發(fā)展規(guī)律來預測遲發(fā)事件的發(fā)展趨勢，這就是所謂的類推預測。根據(jù)小概率事件推斷準則，若某系統(tǒng)評價結(jié)果其發(fā)生事故的概率為小概率事件，則推斷該系統(tǒng)是安全的；反之，若其概率很

3、大，則認為系統(tǒng)是不安全的。（3）慣性原理。對于同一個事物，可以根據(jù)事物的發(fā)展都帶有一定的延續(xù)性，即所謂慣性，來推斷系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢。所以慣性原理也可以稱為趨勢外推原理。應該注意的是，應用此原理進行安全預測是有條件的，它是以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為前提，也就是說，只有在系統(tǒng)穩(wěn)定時，事物之間的內(nèi)在聯(lián)系及其基本特征才有可能延續(xù)下去。但是絕對穩(wěn)定的系統(tǒng)是不存在的，這就要根據(jù)系統(tǒng)某些因素的偏離程度對預測結(jié)果進行修正。預測方法從大的方面可分為經(jīng)驗推斷預測法、時間序列預測法及計量模型預測法。本節(jié)就其中的主要常見預測方法作一介紹。 8/3/202245.1.2 回歸預測分析法 1.一元線性回歸法 比較典型的回歸法是一元

4、線性回歸法，它是根據(jù)自變量（x）與因變量（y）的相互關(guān)系， 用自變量的變動來推測因變量變動的方向和程度，其基本方程式為8/3/20225【例5-1】表5-1是某礦務局19932019年頂板事故死亡人數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，試用一元線性回歸方法建立其預測方程。 年度時間順序x死亡人數(shù)yx2xyy2199313013090019942244485762019318954324201944161616201951225601442019683648642019722491544842000810648010020199138111716920191051005025合計8/3/20226【解】將表中數(shù)據(jù)代入方

5、程組（5-2）中，便可求出a和b的值，即故回歸直線的方程為8/3/20227 在回歸分析中，為了了解回歸直線對實際數(shù)據(jù)變化趨勢的符合程度的大小，還應求出相關(guān)系數(shù)。其計算公式如下： 式中， 注意：相關(guān)系數(shù) 時，說明回歸直線與實際數(shù)據(jù)的變化趨勢完全相符； 時，說明x與y之間完全沒有線性關(guān)系。 8/3/20228將表5-1中的有關(guān)數(shù)據(jù)代入 ，說明回歸直線與實際數(shù)據(jù)的變化趨勢相符合。所以，可根據(jù)所建立的回歸直線預測方程對以后的死亡人數(shù)趨勢進行預測。8/3/202292.一元非線性回歸方法 在回歸分析法中，除了一元線性回歸法外，還有一元非線性回歸分析法、多元線性回歸分析法、多元非線性回歸分析法等。 例如

6、：指數(shù)函數(shù)回歸分析 基本公式：令：則：8/3/202210【例5-2】某礦2019年的工傷人數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表5-2，用指數(shù)函數(shù)進行回歸分析。月份時間序號xi工傷人數(shù)yi11152.70812.7087.33322122.48544.9706.1753371.94695.8383.7874461.792167.1683.2115541.386256.9301.9316651.609369.6542.5897761.7924912.5443.2118871.9466415.5683.789941.3868112.4747.000101041.38610013.861.921111120.69612

7、17.6230.480121210.00014400合計8/3/202211【解】對兩邊取自然對數(shù)得： 令 則：用一元線性回歸方程計算公式得：因 ，所以 8/3/202212故指數(shù)回歸方程為 求相關(guān)系數(shù)： ，說明用指效曲線進行回歸分析，在一定程度上反映了該礦工傷人數(shù)的趨勢。所以，可根據(jù)建立的回歸方程對以后工傷人數(shù)發(fā)展趨勢進行預測。 8/3/2022135.1.3 灰色預測法客觀世界是物質(zhì)的世界，也是信息的世界。但在工程技術(shù)、社會、經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、生態(tài)、軍事等領域，經(jīng)常會出現(xiàn)信息不完全的情況，如系統(tǒng)因素或參數(shù)不完全明確，因素關(guān)系不完全清楚，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完全知道，系統(tǒng)的作用原理不完全明了等。 信息

8、完全明確的系統(tǒng)為白色系統(tǒng)。一個商店可看作是一個系統(tǒng)，在人員、資金、損耗、銷售等信息完全明確的情況下，可算出該店的盈利、庫存，可判斷商店的銷售態(tài)勢、資金的周轉(zhuǎn)速度等，這樣的系統(tǒng)是白色系統(tǒng)。 信息完全不明確的系統(tǒng)是黑色系統(tǒng)。如遙遠的某個星球，也可看作是一個系統(tǒng)，雖然知道其存在，但體積多大，質(zhì)量多少，距離地球多遠，這些信息完全不知道，這是一個黑色系統(tǒng)。 信息部分明確、部分不明確的系統(tǒng)為灰色系統(tǒng)。譬如糧食生產(chǎn)系統(tǒng)，肥料、種子、農(nóng)藥、氣候、土壤、勞力、水利、耕作、政策等都是影響糧食產(chǎn)量的因素，但難以確定全部因素，更難找到肥料、農(nóng)藥等諸因素與糧食產(chǎn)量的映射關(guān)系。顯然，糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是一個灰色系統(tǒng)。安全系統(tǒng)具

9、有典型的灰色特征。 8/3/2022141.灰色預測建模方法設原始離散數(shù)據(jù)序列 按式（5-7）對其進行一次累加生成處理，得到序列 以序列 為基礎建立灰色的生成模型。 k=1,2,N (5-7) 式（5-8）稱為一階灰色微分方程，記為GM（1，1），式中和為待辨識參數(shù)。 (5-8)(5-10) 一階一個變量 其中：稱為發(fā)展灰數(shù)；稱為內(nèi)生控制灰數(shù)。8/3/2022158/3/2022168/3/202217灰色預測檢驗一般有殘差檢驗、關(guān)聯(lián)度檢二、模型檢驗（1）殘差檢驗按預測模型計算并將累減生成然后計算原始序列與的絕對誤差序列及相對誤差序列。驗和后驗差檢驗。8/3/202218（2）關(guān)聯(lián)度檢驗根據(jù)前

10、面所述關(guān)聯(lián)度的計算方法算出與原始序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)，然后計算出關(guān)聯(lián)度，根據(jù)經(jīng)驗，當=0.5時，關(guān)聯(lián)度大于0.6便滿意了。8/3/202219（3）后驗差檢驗a.計算原始序列標準差:8/3/202220b. 計算絕對誤差序列的標準差：c. 計算方差比：8/3/202221d. 計算小誤差概率：令:，則： P0.950.800.700.70 C0.350.500.650.65 好 合格 勉強合格 不合格8/3/2022225.1.4 馬爾柯夫鏈預測法 5.2 系統(tǒng)安全決策5.2.1 安全決策概述1安全決策作用和目的（1）突出安全決策在安全科學和安全管理中的地位；（2）用“令人滿意”的準則代替?zhèn)鹘y(tǒng)決策理

11、論的“最優(yōu)化”準則，提出了目標沖突、創(chuàng)新程序、時機、來源和群體處理方式等一系列有關(guān)決策程序的問題； （3）強調(diào)在決策中要采用定量方法和計算技術(shù)，并重視心理因素、人際關(guān)系等社會因素在決策中的作用。2決策的分類確定型決策和非確定型決策。8/3/2022233安全決策與決策要素(1）決策過程開 始了解待解決的決策問題明確目標、標明準則、辨識原理構(gòu)造模型并估計參數(shù)方案集X屬性集f1(x)fn(x)決定價值判斷決策環(huán)境和自然狀態(tài)實施或重新評價提出問題明確目標構(gòu)造模型分析、評價實施圖5-1 典型的決策過程8/3/2022243安全決策與決策要素（2）決策要素 決策的要素有：決策單元和決策者、準則體系、決策

12、結(jié)構(gòu)和環(huán)境、決策規(guī)則等 決策準則準則1準則m1準則2子準則1子準則2子準則m2方案n方案2方案1總準則層準則層子準則層方案層 圖5-2 準則體系的層次結(jié)構(gòu)8/3/202225 4安全決策過程（1）確定目標從大安全觀出發(fā)，安全決策所涉及的主要問題就是保證人們的生產(chǎn)安全、生活安全和生存安全。應進一步界定、分解和量化。生產(chǎn)安全是一個總目標，它可以分解為預防事故發(fā)生，消除職業(yè)病和改善勞動條件。（2）確定決策方案擬出幾個可供選擇的方案。將達不到目標基本要求的方案舍棄掉，然后對各個方案進行排序。排在第一位的方案也稱為備選決策提案。備選決策提案做進一步的慎重研究。8/3/202226 4安全決策過程（3）潛

13、在問題或后果分析“假如采用這個方案，將要產(chǎn)生什么樣的結(jié)果？假如采用這個方案，可能導致哪些不良后果和錯誤？” 。 人身安全方面 人的精神和思想方面 人的行為方面 （4）實施與反饋實施過程中制定實施規(guī)劃、落實實施機構(gòu)、人員職責，并及時檢查與反饋實施情況，使決策方案在實施過程中趨于完善并達到預期效果。8/3/2022275.2.2 確定性多屬性決策方法5.2.3 評分決策法5.2.4 決策樹法5.2.5 技術(shù)經(jīng)濟評價法5.2.6 稀少事件的風險決策5.2.7 模糊決策8/3/2022285.2.4 決策樹法決策樹分析方法又稱概率分析決策方法。決策樹法是一種演繹性方法，即是一種有序的概率圖解法。 1.

14、決策樹形 表示決策點，從它引出的分支叫方案分支，分支數(shù)即為提出的方案數(shù)。 表示方案節(jié)點（也稱自然狀態(tài)點）。從它引出的分支稱為概率分支，每條分支上面應注明自然狀態(tài)（客觀條件）及其概率值，分支數(shù)即為可能出現(xiàn)的自然狀態(tài)數(shù)。表示結(jié)果節(jié)點（也稱末梢），它旁邊的數(shù)值是每一方案在相應狀態(tài)下的收益值。8/3/2022295.2.4 決策樹法圖5-3 決策樹示意圖2.決策步驟 首先根據(jù)決策問題繪制決策樹；計算概率分支的概率值和相應的結(jié)果節(jié)點的收益值；計算各概率點的收益期望值；確定最優(yōu)方案。3.決策樹分析法的優(yōu)點 （1）決策樹能顯示出決策過程，不但能通觀決策過程的全局，而且能在此基礎上系統(tǒng)地對決策過程進行合理分析

15、，集思廣益，便于做出正確決策； （2）決策樹顯示能把風險決策的各個環(huán)節(jié)聯(lián)系成一個統(tǒng)一的整體，有利于決策過程中的思考，能看出未來發(fā)展的幾個步驟，易于比較各種方案的優(yōu)劣； （3）決策樹法既可進行定性分析，也可進行定量分析。 8/3/202230【例5-6】某廠因生產(chǎn)需要，考慮是否自行研制一個新的安全裝置。首先，這個研制項目是否需要評審，如果評審，則需要評審費5000元，不評審，則可省去評審費用。如果決定評審，評審通過概率為0.8，不通過的概率為0.2。每種研制形式都有失敗可能，如果研制成功（無論哪一種形式），能有6萬無收益；若采用“本廠獨立完成”形式，則研制費為2.5萬元，成功概率為0.7，失敗概率為0.3；若采用“外廠協(xié)作”形式（包括先評審），則支付研制費用為4萬元，成功概率為0.99，失敗概率為0.01。針對上述問題，需要進行決策。8/3/202231【解】首先畫出決策樹，如圖5-4所示。7（-5）圖5-4 決策樹示意圖（0）16評審不評審23450.8通過0.2通過獨立完成協(xié)作完成成功0.7失敗0.3成功0.99失敗0.01（30）（-30）（-15）（15） 根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算各結(jié)點的收益（收益效益-費用）獨立研制成功的收益： 6052530 （千元）獨立研制失敗的收益： 052530（千元）協(xié)作研制成