安全系统工程exam-系统安全决策课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,BUCT,系统安全决策,系统安全决策,1,决策：,预测资料,拟定实施方案,特定的目标,最佳执行方案,分析主客观条件,人的智慧,科学的理论和方法,安全决策,决策：预测资料拟定实施方案特定的目标最佳执行方案分析主客观条,2,安全决策,概述,1,）决策概念,指人们在求生存与发展过程中，以对事物发展规律及主客观条件的认识为依据，寻求并实现某种最佳,(,满意,),准则和行动方案而进行的活动。,2,）决策要素,合理的准则,(,标准,),体系、足够可靠的信息数据、可供选择的决策方法、落实的决策组织和实施办法。,3,）安全决策的理解,决策是在价值判断的基础上作出抉择和选择。安全的价值或效用是不容置疑的，所以，安全决策同样是建立在安全价值判断基础上的。,安全决策 概述,3,4,）决策与评价关系,决策与评价既有区别，又有共同点。,决策和综合评价有,共同的理论基础和组成要素,，其,方法和步骤大致相同,。,评价是指,评价主体估测评价对象,(,客体,),达到既定需求的过程。,它是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,),。,决策是主体根据既定的准则考察客体什么情况下的最优效用（价值）。,决策往往是,事前进行,的选择，而系统评价大多在,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,。,安全决策,4）决策与评价关系安全决策,4,5,）决策的分类,确定型决策、非确定型决策,（,1,）确定型决策,定义：,在一种已知的完全确定的自然状态下，选择满足目标要求的最优方案。,条件：,存在着决策者希望达到的一个明确目标,(,收益大或损失小,),；,只存在一个确定的自然状态；,存在着决策者可选择的两个或两个以上的抉择方案；,不同的决策方案在确定的状态下的益损值可以计算。,安全决策,5）决策的分类安全决策,5,（,2,）非确定型决策,定义：,当决策问题有两种以上自然状态，事件发生是不确定的，在此情况下的决策称为非确定型决策。,包含：,风险型决策、完全不确定型决策,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，但要冒一定的风险。,完全不确定型决策：,如果自然状态的概率不能确定，即没有任何有关每一自然状态可能发生的信息，在此情况下的决策就称为完全不确定型决策。,风险型决策条件：存在着决策者希望达到的一个明确目标；存在着决策者无法控制的两种或两种以上的自然状态；存在着可供决策者选择的两个或两个以上的抉择方案；不同的抉择方案在不同的自然状态下的益损值可以计算出来；每种自然状态出现的概率可以估算出来。,安全决策,（2）非确定型决策安全决策,6,安全决策过程与决策要素,1,）决策过程,安全决策,安全决策过程与决策要素 1）决策过程 安全决策,7,2,）决策要素,决策要素：,决策单元、准则体系、决策结构和环境、决策规则等。,（,1,）决策单元和决策者,决策者是指对所研究问题有权利有能力作出最终判断与选择的个人或集体。,决策单元包括决策者及共同完成决策分析研究的决策分析者，以及用以进行信息处理的设备。,（,2,）准则,(,指标,),体系,备选方案中，各方案一般可进行细化为各部分（相当于方案的下一层），对于一个大的系统，方案往往能够细化为多层结构形式。为了配合方案各层的选择，决策准则也常具有层次结构。其中，准则体系最上层的总准则只有一个，一般比较宏观、笼统、抽象，不便于量化、测算、比较、判断。而各级子准则，直到相当具体、直观，并可以直接或间接地用备选方案本身的属性,(,性能、参数,),来表征。,安全决策,2）决策要素安全决策,8,（）决策结构和环境,根据决策变量的类型（连续、离散），决策可分为多目标决策和多属性决策，二者又统称为多准则决策；根据决策环境条件可分为确定性和非确定性两大类。,（）决策规则,将多准则问题方案的全部属性值的大小进行排序，从而依序择优。这种促使方案完全序列化的规则，便称为决策规则。决策规则一般分为两大类：最优规则和满意规则。,安全决策,（）决策结构和环境安全决策,9,）安全决策步骤,（）确定目标,决策过程首先需要明确目标，也就是要明确需要解决的问题。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。由于这样的目标所涉及的范围和内容太大了，以至于无法操作，实际应用中一般需要进一步界定、分解和量化。,（）确定决策方案,对目标进行调查研究、详细的技术设计、预测分析，拟出可供选择的方案。,安全决策,）安全决策步骤安全决策,10,（）潜在问题或后果分析,对备选决策方案，决策者要向自己提出“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。”等问题，从这些可能产生的后果中进行比较，以决定方案的取舍。,其中，需要注意：人身安全问题、人的精神和思想问题和人的行为问题。,（）实施与反馈,决策方案在实施过程中应注意制定实施规划，落实实施机构、人员职责，并及时检查与反馈实施情况。使决策方案在实施过程中趋于完善并达到预期效果。,安全决策,（）潜在问题或后果分析安全决策,11,定性属性的量化,）量化等级与范围,心理学家米勒,(G AMiller),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。所以，定性属性量化等级取,5,级至,9,级，可能时尽量用,9,个等级。量化等级如下表所示。,量化等级表,安全决策,定性属性的量化 ）量化等级与范围量化等级表安全决策,12,）量化方法,由于客观事物的复杂性、多样性和主观认识的局限性，决策对象往往具有不确定性、模糊性和随机性，可以采用集值统计原理广集专家意见，对定性属性进行量化处理。,集值统计：评价者对某定性属性值（,f,j,(x,i,),）估计的等级区间，记第,k,个评价者估价的区间为,Z,1k,，,Z,2k,。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，,Z,11,，,Z,21,，,Z,12,，,Z,22,Z,1L,，,Z,2L,，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：,安全决策,）量化方法安全决策,13,3,）属性函数,F,（,X,）规范化（归一化）,（,1,）线性变换法,式中,的最优值；,的最劣值。,安全决策,3）属性函数F（X）规范化（归一化） （1）线性变换法 式中,14,当单属性的最优（劣）值，难于达到时，用变化缓和些的,S,形曲线进行变换。,（,2,）,S,形变换法,其中，,安全决策,当单属性的最优（劣）值，难于达到时，用变化缓和些的S,15,4,）权重及其量化方法,权重是表征子准则或因素对总准则或总目标影响或作用大小的量化值。,一般包括：重要性权,重,、信息量权重、独立性权重系数、组合（综合）权重。,（,1,）重要性权,重,相邻比较法,：,A,将同层次所有子准则（因素）,f,j,=,（,j=1,，,2,，,，,m,）按,照上层准则（或总准则）的相对重要性排序。,B,求相邻准则的相对重要性比值，即：,（,j=1,，,2,，,m,），并假定上一个准则的相对重要性始终为,1,。,C,最后按,求归一化权重系数，其中 ，,安全决策,4）权重及其量化方法（1）重要性权重（j=1，2，m），,16,（,2,）信息量权重,由于各准则值所包含的信息量不同，它们对被评价方案（决策方案）的作用也就不同。,考虑信息量不同产生的影响的量化值称为信息量权重。,另外，当某些准则值在各被评价方案之间差异较大时，其分辨能力较强，包含的信息量就多，它们在综合评价、最终决策中的作用就大，其信息权重系数也较大。,确定方法：,变异系数法,安全决策,（2）信息量权重 由于各准则值所包含的信息量不同，它们,17,变异系数法,A,求各准则的方差,D,j,其中准则期望：,式中,备选方案,的第,j,个准则值。,B,求各准则值的变异系数,V,j,C,归一化变异系数即得信息权系数：,安全决策,变异系数法 A 求各准则的方差Dj其中准则期望：式中备选,18,（,3,）独立性权重系数,虽然在理想准则体系中，要求准则具有无冗余性，在多属性决策方案中，希望属性之间具有独立性，但由于安全系统的高度复杂性，准则体系中各准则之间难免有部分重复信息存在，使它们在综合评价或决策过程中过多地发挥了作用。,可用,相关系数法,确定。,安全决策,（3）独立性权重系数 虽然在理想准则体系中，要求准则,19,相关系数法,若,m,个准则间的相关系数矩阵,R=r,ij,mn,可以求得，根据概率论对,r,ij,的定义，有相关系,r,ij,：,式中，协方差,均方差,期望,若 则,对 按列求和：,归一化可得独立性权重系数：,安全决策,相关系数法 若m个准则间的相关系数矩阵R=rij,20,（,4,）组合（综合）权重,根据实际需要可以从上述,3,个方面的权重中选用，当用两种以上的权重时，就存在一个如何组合的问题，常用的有两种算法求取组合（综合）权重,乘法：,加法：,3,种权重的权系数，有 。,式中,安全决策,（4）组合（综合）权重 根据实际需要可以从上述3个方,21,安全决策方法,安全决策是一门学科交叉性很强的一门学问，它既含有从运筹学、概率论、控制论、模糊数学家等引入的数学方法，也会有从安全心理学、行为科学，计算机科学、信息科学引入的各种社会、技术科学。,经过多年的发展，决策方法也有很多种，这里介绍最常用的,多属性决策方法、,评分法、决策树法、,技术经济评价法和模糊决策法。,安全决策,安全决策方法安全决策,22,多属性决策方法,多属性决策方法,是一个对属性及方案信息进行处理选择的,过程。,多属性决策方法 多属性决策方法,23,优势法,备选方案,非劣解集,多属性决策方法,优势法多属性决策方法,24,连接法（满意法）,切除值,f,j,0,f,j,(x)f,j,0,(jM,，,xR),切除值的规定,P,c,=(1-r),1/m,多属性决策方法,连接法（满意法）多属性决策方法,25,分离法,切除值,f,j,d,f,j,(x)f,j,d,(,当,j=1,或,2,或,或,m,，,xR),多属性决策方法,分离法多属性决策方法,26,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,评分法评分法,27,评分法,评分标准,5,分制,评分方法,专家打分,评价指标体系,技术指标,经济指标,社会指标,评分法评分标准,28,评分法,加权系数,g,i,= k,i,/,k,i,i=1,n,式中,k,i,各评价指标的总分；,n,评价指标数。,评分法加权系数gi= ki /kii=1n式中,29,评分法,例：,i=1,4,i=1,4,评分法例：i=14i=14,30,评分法,计算总分,i=1,n,i=1,n,i=1,n,i=1,n,i=1,n,评分法计算总分i=1ni=1ni=1ni=1ni=,31,决策树法,决策树形,方案节点,决策点,结果节点,决策树法决策树形方案节点决策点结果节点,32,决策树法,决策步骤,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,计算各概率点收益期望值,确定最优方案,决策树法决策步骤,33,决策树法,决策树分析法的优点,能显示决策过程,能把风险决策的各个环节联系成一个统一的整体,可进行定性分析和定量分析,决策树法决策树分析法的优点,34,决策树法,例,对某企业计划自行研究一种新的安全装置的事件进行决策，选择合理的方案，具体条件如下：,决定研制项目是否需要评审。若评审，需要评审费,5000,元。如果决定评审，评审通过概率为,0.8,，不通过的概率为,0.2,。,研制此安全装置可以采用“本厂独立完成”形式和“外厂协作完成”形式。如果研制成功，有,6,万元收益。采用“本厂独立完成,”,，研制费为,2.5,万元，成功概率为,0.7,，失败概率为,0.3.,采用“外厂协作完成,”,，研制费为,4,万元，成功概率为,0.99,，失败概率为,0.01,。,决策树法例,35,决策树法,根据决策条件画出决策树,1,2,3,评审,不评审,(0),7,6,独立完成,协作完成,5,4,0.2,不通过,0.8,通过,(-5),10,11,成功,0.99,失败,0.01,(-45),(15),8,9,成功,0.7,失败,0.3,(-30),(30),决策树法根据决策条件画出决策树123评审不评审(0)76独立,36,决策树法,根据数据计算各节点收益,(,收益,=,效益,-,费用,),1,）独立研制成功的收益：,60-5-25=30,千元,2,）独立研制失败的收益：,0-5-25=-30,千元,3,）协作研制成功的收益：,60-5-40=15,千元,4,）协作研制失败的收益：,0-5-40=-45,千元,决策树法根据数据计算各节点收益(收益=效益-费用),37,决策树法,按照期望值公式，计算独立研制成功的期望值,协作研制成功的期望值,根据期望值决策准则，即选用协作完成形式。,上报评审环节的期望值,决策树法按照期望值公式，计算独立研制成功的期望值,38,技术经济评价法,技术经济评价法,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,技术评价,和,经济评价,都是视为,相对于,理想状态的相对值。,更便于决策判断与方案筛选。,技术经济评价法技术经济评价法,39,技术经济评价法,1,技术评价,技术评价步骤：,(1),确定评价的技术项目和评价指标集。,(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。,技术经济评价法1技术评价,40,技术经济评价法,(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：,W,t,=,V,i,g,i,/n,i=1,n,g,i,i=1,n,V,max,=,V,i,i=1,n,nV,max,技术经济评价法(4)进行技术指标总评价。在各个技术指标评分的,41,技术经济评价法,式中：,W,t,技术价；,V,i,各技术评价指标的评分值；,g,i,各技术评价指标的加权系数；,V,max,各技术评价指标的最高分；,n,技术评价指标数。,技术价,W,t,越高，方案的技术性能越好。理想方案的技术价为,1,，,W,t,0.6,表示方案不可取。,技术经济评价法式中：,42,技术经济评价法,2,经济评价,经济评价的步骤,:,(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。,通常理想的制造费是允许制造费的,0.7,倍。允许,制造费,C,：,C= C,M,min,/,= C,s,/ C,i,=,标准价格,/,制造费用,式中：,C,M,min,合适的市场价格；,C,s,标准价格，是研制费，制造费、行政管理费、销售费、盈利和税金的总和。,技术经济评价法2经济评价,43,技术经济评价法,(3),确定经济价,确定经济价的公式：,W,w,= C,I,/ C,i,= 0.7C/ C,i,C,I,为理想制造费，经济价,W,w,值越大，经济效果越好。理想方案的经济价为,1,，表示实际生产成本等于理想成本。,W,w,的许用值为,0.7,，此时，实际生产成本等于允许成本。,技术经济评价法(3)确定经济价,44,技术经济评价法,3,技术经济综合评价,可以用计算法和图法进行技术、经济综合评价。,(1),相对价,W,法。,均值法,:,W,0.5(W,t,十,W,w,),双曲线法,:,W,(W,t,十,W,w,),1/2,相对价,W,值越大，方案的技术经济综合性能越好，一般应取,W,0.65,。,当,W,t,，,W,w,两项中有一项数值较小时，用双曲线法能使,W,值明显变小，更便于对方案的抉择。,技术经济评价法3技术经济综合评价,45,技术经济评价法,(2),优度图法,技术经济评价法(2)优度图法,46,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）。,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”,的安性估计。这样的分析，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,0-1,之间,一个实数去度量，这个数就叫“隶属度”。用函数表示不同条件下隶属度的变化规律称为,“隶属函数”,，隶属度可通已知的,隶属函数或统计法,求得。,安全决策,模糊决策（评价）,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,47,模糊决策法,模糊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。,模糊决策法模糊决策主要分为两步进行：,48,1,） 建立因素集,因素集是指以所决策（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：,各元素,u,i,（,i,=1,，,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,:,u,1,安全责任心；,u,2,所受安全教育程度；,u,3,文化程度；,u,4,作业纠错技能；,u,5,监测故障技能；,u,6,一般故障排除技能；,u,7,事故临界状态的辨识及应急操作技能。,上述因素,u,1,u,7,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。,安全决策,1） 建立因素集 各元素ui（i=1，2，m）即代表各,49,2,）建立权重集,一般说来，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,ai,。由各权数所组成的集合：,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：,安全决策,2）建立权重集A称为因素权重集，简称权重集。安全决策,50,3,）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：,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。,安全决策,3）建立评判集 各元素vi即代表各种可能的总评判结果。,51,4,）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,u,i,进行评判，对评判集,V,中第,j,个元素,v,j,的隶属度为,r,ij,，则按第,i,个因素,u,i,的评判结果，可得模糊集合：,同理，可得到相应于每个因素的单因素评判集如下：,将各单因素评判集的隶属度行组成矩阵，又称为评判（决策）矩阵。,安全决策,4）单因素模糊评判同理，可得到相应于每个因素的单因素评判集如,52,5,）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，这就是模,糊综合决策。,如果已给出决策矩阵,R,，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：,安全决策,5）模糊综合决策安全决策,53,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=,事故的发生的可能性（,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，即权重集为：,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,）,安全决策,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、,54,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：,（,0,，,0.3,，,0.5,，,0.2,）,于是可将各单因素评判集的隶属度分别为行组成评判矩阵：,安全决策,对因素集中的各个因素的评判，可用专家座谈的方式来评,55,事故危险性综合评判模型为：,将,A,和,R,代入，计算：,安全决策,事故危险性综合评判模型为： 将A和R代入，计算：安全决策,56,B,就代表评判集结果，但是因为,0.4+0.50.2+0.1=1.2,，不容易看出百分比例关系，为此，可进行归一化处理：,也就是说，对这类事故就上述,4,个因素的综合决策为：相当,33%,的评价人认为危险性很严重，有,42%,的人认为较严重，有,17%,的人认为危险性一般，有,8%,的评价人认为这类事故的危险性或风险性小。,安全决策,B就代表评判集结果，但是因为0.4+0.50.2+0.1=1,57,