基于模糊FTA法的乳制品冷鏈物流系統(tǒng)安全性評價

程 文，孔 娟，孫 冰

（1.浙江交通職業(yè)技術學院 運輸管理學院，浙江 杭州311112；2.上海海事大學 交通運輸學院，上海201306）

近幾年，國內食品安全事件頻頻爆發(fā)，乳制品安全問題成為全國乃至全球許多企業(yè)和消費者關注的話題。由于乳制品自身具有特殊性，其對溫度要求較高，且大部分產品保質期較短，因而乳制品對冷鏈物流的依賴性更為強烈，整個冷鏈物流系統(tǒng)的安全性也成為確保乳制品安全的關鍵。

綜合國內外的研究現(xiàn)狀，在安全性評價方法的研究方面，龐海珍采用擬熵權模糊綜合評估法，對信息安全進行了評估；徐苗苗提出采用FTA法對超市水果冷鏈物流的安全性進行評價；史爽將三角模糊數(shù)與故障樹理論相結合，對西氣東輸管道的第三方破壞風險進行了分析；李慧運用事故樹法對易腐食品冷鏈運輸?shù)陌踩赃M行了分析，并提出了相應的對策；朱曉霞采用信息熵和模糊綜合評價方法，對港口物流系統(tǒng)進行了評估分析。陳廣對生鮮農產品冷鏈物流中出現(xiàn)的食品安全問題的原因進行了研究，并提出了相應的對策建議。張譯丹以安全可靠度的冷鏈物流庫存理論模型為基礎，對云南松茸冷鏈物流的庫存策略進行了優(yōu)化。

綜合以上研究成果可知，乳制品冷鏈物流系統(tǒng)事故發(fā)生的現(xiàn)象、狀態(tài)和原因等方面均存在著不確定性，主要表現(xiàn)為:1）系統(tǒng)故障狀態(tài)的模糊性；2）系統(tǒng)故障發(fā)生概率的模糊性；3）系統(tǒng)故障原因的模糊性；4）系統(tǒng)故障影響因素的模糊性。因此，采用故障樹分析與模糊數(shù)相結合的方式對乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的安全性進行評價，可以同時處理系統(tǒng)的不確定性問題，并通過構造模糊數(shù)的隸屬函數(shù)，可以較為準確地描述出故障事件發(fā)生的概率，從而確定系統(tǒng)出現(xiàn)故障的具體原因，以利于乳制品冷鏈物流系統(tǒng)各環(huán)節(jié)安全影響因素的事前預防、事中控制以及事后追溯，避免產生乳制品變質等安全事故。

1 構建乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的故障樹

該系統(tǒng)將乳制品冷鏈物流系統(tǒng)失效作為頂上事件，進而對該頂上事件展開進行一系列的事故原因分析。通過實地調研可知，導致乳制品冷鏈物流系統(tǒng)失效的原因主要出現(xiàn)在裝卸環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、儲藏環(huán)節(jié)、流通加工環(huán)節(jié)、包裝環(huán)節(jié)和配送環(huán)節(jié)。通過對乳制品冷鏈物流系統(tǒng)失效環(huán)節(jié)的原因分析，可繪制出乳制品冷鏈物流故障樹，如圖1所示。

圖1 乳制品冷鏈物流系統(tǒng)故障樹

2 基于模糊FTA法的冷鏈物流系統(tǒng)安全性評價流程

對于乳制品冷鏈物流系統(tǒng)發(fā)生安全事故的原因及可能導致的災害性后果，可以先確定乳制品冷鏈物流系統(tǒng)為該模型的評價系統(tǒng)，然后確定乳制品冷鏈物流系統(tǒng)發(fā)生安全事故為該系統(tǒng)的頂上事件，再按照該系統(tǒng)出現(xiàn)故障原因的邏輯關系的先后順序繪成故障樹，然后引入模糊數(shù)對其進行定量分析，對引發(fā)安全故障的因素進行重要度排序，確定影響系統(tǒng)安全性的主要因素，最后提出相應的應對措施。其詳細評價流程如圖2所示。

圖2 乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的模糊FTA法評價流程圖

3 基于模糊FTA法的冷鏈物流系統(tǒng)安全性定量分析

3.1 系統(tǒng)基本事件概率的表示

由于乳制品出現(xiàn)事故的原因、現(xiàn)象和狀態(tài)等均存在著不確定性，導致我們無法獲取導致乳制品冷鏈物流系統(tǒng)出現(xiàn)故障的基本事件的準確概率，故本文FTA法中的各個基本事件的概率均用三角模糊數(shù)的形式表示，即

式中:ai為對第i個基本事件發(fā)生概率的最樂觀的綜合評價，mi表示對第i個基本事件發(fā)生概率的最可能的綜合評價，bi表示對第i個基本事件發(fā)生概率的最保守的綜合評價，表示乳制品冷鏈物流系統(tǒng)出現(xiàn)故障的各基本事件的概率。

3.1.1 概率數(shù)據(jù)的來源

由于本文的模糊FTA法是在乳制品冷鏈物流系統(tǒng)出現(xiàn)安全性故障的情況下進行的，因而實例不可能獲得大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以獲取基本事件發(fā)生的概率。因此，本文選取了乳制品領域的工作人員（包括設計、操作等各個方面人員）及該領域的研究學者作為專家評估團（共10人），并選取光明乳業(yè)作為乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的具體案例，通過評估團對該乳制品冷鏈物流系統(tǒng)中各底層事件發(fā)生概率的評估和判斷，獲取真實可靠并切合實際的概率值，以彌補統(tǒng)計數(shù)據(jù)不足的問題。根據(jù)實際，各基本事件概率值的可能性分布與事件發(fā)生的可能性及嚴重程度間的對應關系如表1所示。

表1 基本事件概率值的可能性分布與事件發(fā)生的可能性關系表

3.1.2 專家權值的確定

由于本文確定的概率評估團中每位專家對乳制品冷鏈物流的了解及研究程度均存在一定的差別，因此，他們的評估值不能相同對待。本文按照專家類型及資質這兩個方面，將專家評估的權威程度分為三個等級，并分別給出等級分值，如表2所示。并將評估團里每位專家總的權分數(shù)進行歸一化處理，結果即為各專家的權值。即

式中:WSj為評估團里每位專家總的權分數(shù)，wj為各專家的權值。且j＝1，2，…，n，n表示評估團專家數(shù)。

表2 評估團專家信息及權值

3.1.3 三角模糊概率的處理

根據(jù)表1，專家可在［0，1］之間打分，從而可以形成初始評價矩陣

設定專家的權值集為W，且有

則合成矩陣

上式中“?”是模糊合成算子，它的具體運算有多種形式，如M（·，∧）、M（∨，∧）等算子，但“∨”、“∧”這種取大、取小運算之后，會使得大量單因素判斷信息受損失，從而使綜合評判結果沒有任何意義。因而，本文選取加權平均型模糊算子，它在利用R的信息、綜合程度和體現(xiàn)權數(shù)的作用等方面均有較大的優(yōu)勢。

據(jù)此，結合圖1，將評估團里各專家打分值進行計算處理得到乳制品冷鏈物流系統(tǒng)中各基本事件的概率見表3。

表3 乳制品冷鏈物流系統(tǒng)基本事件概率表

續(xù)表3

3.2 系統(tǒng)失效的概率

根據(jù)故障樹最小割集求解方法，可得到本文乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的最小割集為

根據(jù)圖1中建立的乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的故障樹可得該系統(tǒng)故障樹的結構函數(shù)為

各獨立事件的擴展們運算函數(shù)Pand和Por的計算式為

結合式（7）、式（8），可得乳制品冷鏈物流系統(tǒng)故障樹頂事件發(fā)生的模糊概率為

結合表3中各基本事件的模糊概率數(shù)據(jù)，應用matlab編程可求得該乳制品冷鏈物流系統(tǒng)失效的概率為（0.913 3，0.976 7，0.994 5），即該系統(tǒng)頂上事件發(fā)生的概率在0.913 3～0.994 5之間，但發(fā)生的概率為0.976 7的可能性最大。

由此可見，乳制品冷鏈物流系統(tǒng)失效發(fā)生的概率仍然是一個模糊數(shù)，其模糊性正是由各基本事件發(fā)生概率的模糊性決定的，保留這種模糊性的描述更能反映乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的本質特性。

3.3 系統(tǒng)各基本事件的模糊重要度分析

根據(jù)式（2），設定基本事件xi故障數(shù)據(jù)的三角可靠性分布為，當?shù)趇個基本事件處于正常狀態(tài)時，頂事件T的可靠性分布為

當?shù)趇個基本事件處于故障狀態(tài)時，頂事件T的可靠性分布為

根據(jù)基本事件xi的模糊重要度的定義可知其概率模糊重要度為

結合式（12），應用matlab編程可以計算出各基本事件概率的重要度，并根據(jù)這些基本事件概率重要度數(shù)值的大小將其進行排序，本文共分為7個等級。具體結果如表4所示。

根據(jù)表4可知，各基本事件的重要度排序為

表4 乳制品冷鏈物流系統(tǒng)基本事件概率重要度

4 結 論

研究表明，乳制品在冷鏈物流過程中發(fā)生變質等安全事故的概率較大，整個乳制品冷鏈物流系統(tǒng)是不安全的。且影響乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的最關鍵環(huán)節(jié)是冷鏈在途運輸時間，其次是配送環(huán)節(jié)中配載不合理。而裝卸作業(yè)時外部溫度過高、運輸路線選擇不當、倉儲人員安全意識差、倉庫內溫度不適、包裝過程中溫度過高和配送過程中外部溫度過高這六個基本事件也容易引發(fā)乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的安全事故。

為有效控制乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的安全，相關企業(yè)應該著重加強對乳制品冷鏈運輸環(huán)節(jié)的控制，尤其要注意縮減在途運輸時間:一方面，可以選擇科學合理的運作流程，減少乳制品冷鏈物流的損耗；另一方面，可以設計較為適宜的運輸路線，從而直接減少乳制品的在途時間，提高運輸效率。同時，提高從業(yè)人員的安全意識，培養(yǎng)工作人員的安全、規(guī)范的操作方式，也可以減少乳制品冷鏈物流系統(tǒng)的損失，保證乳制品的安全。

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