第五章-系统安全预则与决策课件

安全系统工程安全系统工程Safety System Engineering 7/16/20241第五章第五章系系统统安安全全预预则则与与决决策策7/16/20242主要内容主要内容1.系统安全预测系统安全预测 2.系统安全决策系统安全决策7/16/202435.1 系统安全预测系统安全预测 1.安全预测分类安全预测分类（1）按预测对象的范围分宏观预测：是指对整个行业、一个省区、一个局（企业）的安全状况的预测。微观预测：是指对一个厂（矿）的生产系统或对其子系统的安全状况的预测。（2）按时间长短分 长（远）期预测：是指对五年以上的安全状况的预测。它为安全管理方面的重大决策提供科学依据。中期预测：是指对一年以上五年以下的安全生产发展前景进行的预测。它是制定五年计划和任务的依据。短期预测：是指对一年以内的安全状态的预测。它是年度计划、季度计划以及规定短期发展任务的依据。5.1.1 安全预测概述7/16/202442安全预测的基本原理安全预测的基本原理系统安全预测同其他预测方法一样，遵循如下的基本原理：（1）系统原则。系统安全预测是系统工程，因此，应当从系统的观点出发，以全局的观点、更大的范围、更长的时间、更大的空间、更高的层次来考虑系统安全预测问题，并把系统中影响安全的因素用集合性、相关性和阶层性协调起来。（2）类推和概率推断原则。如果已经知道两个不同事件之间的相互制约关系或共同的有联系的规律，则可利用先导事件的发展规律来预测迟发事件的发展趋势，这就是所谓的类推预测。根据小概率事件推断准则，若某系统评价结果其发生事故的概率为小概率事件，则推断该系统是安全的；反之，若其概率很大，则认为系统是不安全的。（3）惯性原理。对于同一个事物，可以根据事物的发展都带有一定的延续性，即所谓惯性，来推断系统未来发展趋势。所以惯性原理也可以称为趋势外推原理。应该注意的是，应用此原理进行安全预测是有条件的，它是以系统的稳定性为前提，也就是说，只有在系统稳定时，事物之间的内在联系及其基本特征才有可能延续下去。但是绝对稳定的系统是不存在的，这就要根据系统某些因素的偏离程度对预测结果进行修正。预测方法从大的方面可分为经验推断预测法、时间序列预测法及计量模型预测法。本节就其中的主要常见预测方法作一介绍。7/16/202455.1.2 回归预测分析法回归预测分析法 1.1.一元一元线性回性回归法法 比较典型的回归法是一元线性回归法，它是根据自变量（x）与因变量（y）的相互关系，用自变量的变动来推测因变量变动的方向和程度，其基本方程式为7/16/20246【例【例5-1】表】表5-1是某矿务局是某矿务局19932002年顶板事故死亡人数的统计数据，试年顶板事故死亡人数的统计数据，试用一元线性回归方法建立其预测方程。用一元线性回归方法建立其预测方程。年度时间顺序x 死亡人数yx2xyy2199313013090019942244485761995318954324199644161616199751225601441998683648641999722491544842000810648010020019138111716920021051005025合计7/16/20247【解】将表中数据代入方程【解】将表中数据代入方程组（5-25-2）中，便可求出）中，便可求出a a和和b b的的值，即，即故回归直线的方程为故回归直线的方程为7/16/20248 在回归分析中，为了了解回归直线对实际数据变化趋势的在回归分析中，为了了解回归直线对实际数据变化趋势的符合程度的大小，还应求出相关系数。其计算公式如下：符合程度的大小，还应求出相关系数。其计算公式如下：式中，式中，注意：相关系数注意：相关系数 时，时，说明回归直线与实际说明回归直线与实际数据的变化趋势完全数据的变化趋势完全相符；相符；时，说明时，说明x与与y之间完全没有线之间完全没有线性关系。性关系。7/16/20249将表将表5-1中的有关数据代入中的有关数据代入 ，说明回归直线与实际数据的变化趋势相符合。所以，说明回归直线与实际数据的变化趋势相符合。所以，可根据所建立的回归直线预测方程对以后的死亡人数趋势进行预测。可根据所建立的回归直线预测方程对以后的死亡人数趋势进行预测。7/16/2024102.一元非线性回归方法一元非线性回归方法 在回归分析法中，除了一元线性回归法外，还有一元非线性回归分析法、多元在回归分析法中，除了一元线性回归法外，还有一元非线性回归分析法、多元线性回归分析法、多元非线性回归分析法等。线性回归分析法、多元非线性回归分析法等。例如：指数函数回归分析例如：指数函数回归分析 基本公式：基本公式：令：令：则：则：7/16/202411【例【例5-2】某矿】某矿2004年的工伤人数的统计数据见表年的工伤人数的统计数据见表5-2，用指数函数进行回归分析。，用指数函数进行回归分析。月份时间序号xi工伤人数yi11152.70812.7087.33322122.48544.9706.1753371.94695.8383.7874461.792167.1683.2115541.386256.9301.9316651.609369.6542.5897761.7924912.5443.2118871.9466415.5683.789941.3868112.4747.000101041.38610013.861.921111120.6961217.6230.480121210.00014400合计7/16/202412【解】对两边取自然对数得：【解】对两边取自然对数得：令令 则：则：用一元线性回归方程计算公式得：用一元线性回归方程计算公式得：因因，所以，所以 7/16/202413故指数回归方程为故指数回归方程为 求相关系数：求相关系数：，说明用指效曲线进行回归分析，在一定程度上反映了该矿工，说明用指效曲线进行回归分析，在一定程度上反映了该矿工伤人数的趋势。所以，可根据建立的回归方程对以后工伤人数发展趋势进行预测。伤人数的趋势。所以，可根据建立的回归方程对以后工伤人数发展趋势进行预测。7/16/2024145.1.3 灰色预测法客观世界是物质的世界，也是信息的世界。但在工程技术、社会、经客观世界是物质的世界，也是信息的世界。但在工程技术、社会、经济、农业、环境、生态、军事等领域，经常会出现信息不完全的情况，济、农业、环境、生态、军事等领域，经常会出现信息不完全的情况，如系统因素或参数不完全明确，因素关系不完全清楚，系统结构不完如系统因素或参数不完全明确，因素关系不完全清楚，系统结构不完全知道，系统的作用原理不完全明了等。全知道，系统的作用原理不完全明了等。信息完全明确的系统为白色系统。一个商店可看作是一个系统，在信息完全明确的系统为白色系统。一个商店可看作是一个系统，在人员、资金、损耗、销售等信息完全明确的情况下，可算出该店的盈人员、资金、损耗、销售等信息完全明确的情况下，可算出该店的盈利、库存，可判断商店的销售态势、资金的周转速度等，这样的系统利、库存，可判断商店的销售态势、资金的周转速度等，这样的系统是白色系统。是白色系统。信息完全不明确的系统是黑色系统。如遥远的某个星球，也可看作信息完全不明确的系统是黑色系统。如遥远的某个星球，也可看作是一个系统，虽然知道其存在，但体积多大，质量多少，距离地球多是一个系统，虽然知道其存在，但体积多大，质量多少，距离地球多远，这些信息完全不知道，这是一个黑色系统。远，这些信息完全不知道，这是一个黑色系统。信息部分明确、部分不明确的系统为灰色系统。譬如粮食生产系统，信息部分明确、部分不明确的系统为灰色系统。譬如粮食生产系统，肥料、种子、农药、气候、土壤、劳力、水利、耕作、政策等都是影肥料、种子、农药、气候、土壤、劳力、水利、耕作、政策等都是影响粮食产量的因素，但难以确定全部因素，更难找到肥料、农药等诸响粮食产量的因素，但难以确定全部因素，更难找到肥料、农药等诸因素与粮食产量的映射关系。显然，粮食生产系统是一个灰色系统。因素与粮食产量的映射关系。显然，粮食生产系统是一个灰色系统。安全系统具有典型的灰色特征。安全系统具有典型的灰色特征。7/16/2024151.灰色预测建模方法灰色预测建模方法设原始离散数据序列设原始离散数据序列 按式（按式（5-7）对其进行一次累加生成处理，得到序列）对其进行一次累加生成处理，得到序列 以序列以序列 为基础建立灰色的生成模型。为基础建立灰色的生成模型。k=1,2,N (5-7)式（式（5-8）称为一阶灰色微分方程，记为）称为一阶灰色微分方程，记为GM（1，1），式中），式中和和为待辨识为待辨识参数。参数。(5-8)(5-10)一阶一阶一个变量一个变量 其中：称为发展灰数；称为内生控制灰数。7/16/2024167/16/2024177/16/202418灰色预测检验一般有残差检验、关联度检二、模型检验（1）残差检验按预测模型计算并将累减生成然后计算原始序列与的绝对误差序列及相对误差序列。验和后验差检验。7/16/202419（2）关联度检验根据前面所述关联度的计算方法算出与原始序列的关联系数，然后计算出关联度，根据经验，当=0.5时，关联度大于0.6便满意了。7/16/202420（3）后验差检验a.计算原始序列标准差:7/16/202421b.计算绝对误差序列的标准差：c.计算方差比：7/16/202422d.计算小误差概率：令:，则：P0.950.800.700.70 C0.350.500.650.65 好 合格 勉强合格 不合格7/16/2024235.1.4 马尔柯夫链预测法马尔柯夫链预测法 5.2 系统安全决策系统安全决策n5.2.1 安全决策概述n1安全决策作用和目的安全决策作用和目的n（1）突出安全决策在安全科学和安全管理中的地位；）突出安全决策在安全科学和安全管理中的地位；n（2）用）用“令人满意令人满意”的准则代替传统决策理论的的准则代替传统决策理论的“最优化最优化”准则，提出了目标冲突、创新程序、时机、来源和群体处准则，提出了目标冲突、创新程序、时机、来源和群体处理方式等一系列有关决策程序的问题；理方式等一系列有关决策程序的问题；n（3）强调在决策中要采用定量方法和计算技术，并重视）强调在决策中要采用定量方法和计算技术，并重视心理因素、人际关系等社会因素在决策中的作用。心理因素、人际关系等社会因素在决策中的作用。n2决策的分类决策的分类n确定型决策和非确定型决策。确定型决策和非确定型决策。7/16/202424n3安全决策与决策要素安全决策与决策要素n(1）决策过程开 始了解待解决的决策问题明确目标、标明准则、辨识原理构造模型并估计参数方案集X属性集f1(x)fn(x)决定价值判断决策环境和自然状态实施或重新评价提出问题提出问题明确目标明确目标构造模型构造模型分析、评价分析、评价实施实施图图5-1 典型的决策过程典型的决策过程7/16/202425n3安全决策与决策要素安全决策与决策要素n（2）决策要素）决策要素n 决策的要素有：决策单元和决策者、准则体系、决决策的要素有：决策单元和决策者、准则体系、决策结构和环境、决策规则等策结构和环境、决策规则等 决策准则准则1准则m1准则2子准则1子准则2子准则m2方案n方案2方案1总准则层总准则层准则层准则层子准则层子准则层方案层方案层 图图5-2 准则体系的层次结构准则体系的层次结构7/16/202426n 4安全决策过程安全决策过程n（1）确定目标）确定目标n从大安全观出发，安全决策所涉及的主要问题就是从大安全观出发，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。应进保证人们的生产安全、生活安全和生存安全。应进一步界定、分解和量化。一步界定、分解和量化。n生产安全是一个总目标，它可以分解为预防事故发生产安全是一个总目标，它可以分解为预防事故发生，消除职业病和改善劳动条件。生，消除职业病和改善劳动条件。n（2）确定决策方案）确定决策方案n拟出几个可供选择的方案。n将达不到目标基本要求的方案舍弃掉，然后对各个方案进行排序。排在第一位的方案也称为备选决策提案。备选决策提案做进一步的慎重研究。7/16/202427n 4安全决策过程安全决策过程n（3）潜在问题或后果分析）潜在问题或后果分析n“假如采用这个方案，将要产生什么样的结果？假如假如采用这个方案，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？采用这个方案，可能导致哪些不良后果和错误？”。n 人身安全方面人身安全方面 人的精神和思想方面人的精神和思想方面 人的人的行为方面行为方面n （4）实施与反馈）实施与反馈n实施过程中制定实施规划、落实实施机构、人员职实施过程中制定实施规划、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。施过程中趋于完善并达到预期效果。7/16/202428n5.2.2 确定性多属性决策方法n5.2.3 评分决策法n5.2.4 决策树法n5.2.5 技术经济评价法n5.2.6 稀少事件的风险决策n5.2.7 模糊决策7/16/2024295.2.4 决策树法决策树法决策树分析方法又称概率分析决策方法。决策树法是一种演绎性方法，即决策树分析方法又称概率分析决策方法。决策树法是一种演绎性方法，即是一种有序的概率图解法。是一种有序的概率图解法。1.决策树形决策树形 表示决策点，从它引出的分支叫方案分支，分支数即为提出的方案数。表示决策点，从它引出的分支叫方案分支，分支数即为提出的方案数。表示方案节点（也称自然状态点）。从它引出的分支称为概率分表示方案节点（也称自然状态点）。从它引出的分支称为概率分支，每条分支上面应注明自然状态（客观条件）及其概率值，分支，每条分支上面应注明自然状态（客观条件）及其概率值，分支数即为可能出现的自然状态数。支数即为可能出现的自然状态数。表示结果节点（也称末梢），它旁边的数值是每一方案在相应状表示结果节点（也称末梢），它旁边的数值是每一方案在相应状态下的收益值。态下的收益值。7/16/2024305.2.4 决策树法决策树法图图5-3 决策树示意图决策树示意图2.决策步骤决策步骤 首先根据决策问题绘制决策树；计算概率分支的概率值和相应的结果节首先根据决策问题绘制决策树；计算概率分支的概率值和相应的结果节点的收益值；计算各概率点的收益期望值；确定最优方案。点的收益值；计算各概率点的收益期望值；确定最优方案。3.决策树分析法的优点决策树分析法的优点 （1）决策树能显示出决策过程，不但能通观决策过程的全局，而且能）决策树能显示出决策过程，不但能通观决策过程的全局，而且能在此基础上系统地对决策过程进行合理分析，集思广益，便于做出正确决在此基础上系统地对决策过程进行合理分析，集思广益，便于做出正确决策；策；（2）决策树显示能把风险决策的各个环节联系成一个统一的整体，有）决策树显示能把风险决策的各个环节联系成一个统一的整体，有利于决策过程中的思考，能看出未来发展的几个步骤，易于比较各种方案利于决策过程中的思考，能看出未来发展的几个步骤，易于比较各种方案的优劣；的优劣；（3）决策树法既可进行定性分析，也可进行定量分析。）决策树法既可进行定性分析，也可进行定量分析。7/16/202431【例【例5-6】某厂因生产需要，考虑是否自行研制】某厂因生产需要，考虑是否自行研制一个新的安全装置。首先，这个研制项目是否需一个新的安全装置。首先，这个研制项目是否需要评审，如果评审，则需要评审费要评审，如果评审，则需要评审费5000元，不评元，不评审，则可省去评审费用。如果决定评审，评审通审，则可省去评审费用。如果决定评审，评审通过概率为过概率为0.8，不通过的概率为，不通过的概率为0.2。每种研制形。每种研制形式都有失败可能，如果研制成功（无论哪一种形式都有失败可能，如果研制成功（无论哪一种形式），能有式），能有6万无收益；若采用万无收益；若采用“本厂独立完成本厂独立完成”形式，则研制费为形式，则研制费为2.5万元，成功概率为万元，成功概率为0.7，失，失败概率为败概率为0.3；若采用；若采用“外厂协作外厂协作”形式（包括先形式（包括先评审），则支付研制费用为评审），则支付研制费用为4万元，成功概率为万元，成功概率为0.99，失败概率为，失败概率为0.01。针对上述问题，需要进。针对上述问题，需要进行决策。行决策。7/16/202432【解】【解】首先画出决策树，如图首先画出决策树，如图5-4所示。所示。7（-5）图5-4 决策决策树示意示意图（0）16评审不评审23450.8通过0.2通过独立完成协作完成成功0.7失败0.3成功0.99失败0.01（30）（-30）（-15）（15）根据上述数据计算各结点的收益（收益效益根据上述数据计算各结点的收益（收益效益-费用）费用）独立研制成功的收益：独立研制成功的收益：6052530（千元）（千元）独立研制失败的收益：独立研制失败的收益：052530（千元）（千元）协作研制成功的收益：协作研制成功的收益：60540=15（千元）（千元）协作研制失败的收益：协作研制失败的收益：054045千元千元 7/16/202433按照期望值公式计算期望值按照期望值公式计算期望值 式中，式中，Vi事件的条件值；事件的条件值；Pi 特定事件发生的概率；特定事件发生的概率；n事件总数。事件总数。独立研制成功的期望值：独立研制成功的期望值：协作研制成功的期望值：协作研制成功的期望值：7/16/202434p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日