基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的機(jī)械制造行業(yè)事故危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用*

王雪棟 張明廣 王紀(jì)洋 錢城江

(南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省城市與工業(yè)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210009)

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基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的機(jī)械制造行業(yè)事故危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用*

王雪棟 張明廣 王紀(jì)洋 錢城江

(南京工業(yè)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省城市與工業(yè)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210009)

為了研究機(jī)械制造行業(yè)綜合危險(xiǎn)性，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法，結(jié)合層次分析法(AHP)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析-作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(PHA-LEC)、模糊綜合評(píng)價(jià)法以及安全檢查表法(SCL)等評(píng)價(jià)技術(shù)，利用仿真技術(shù)構(gòu)造機(jī)械行業(yè)危險(xiǎn)性整體框架，研究機(jī)械制造行業(yè)突發(fā)事故的危險(xiǎn)程度，并以“8·2昆山粉塵爆炸事故”作為具體實(shí)例，綜合評(píng)價(jià)突發(fā)事故的危險(xiǎn)性。

機(jī)械制造行業(yè) 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 綜合評(píng)價(jià)方法 危險(xiǎn)程度

0 引言

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(System Dynamic,簡寫SD)是由美國麻省理工學(xué)院的Forrester教授創(chuàng)造，用于研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的系統(tǒng)仿真方法。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是結(jié)構(gòu)、功能和歷史方法的統(tǒng)一，運(yùn)用“凡系統(tǒng)必有結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能”的系統(tǒng)科學(xué)思想，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部組成要素互為因果的反饋特點(diǎn)，從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來尋找問題發(fā)生的根源，應(yīng)用非常廣泛[1]。

應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法進(jìn)行機(jī)械制造行業(yè)突發(fā)事故綜合危險(xiǎn)性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬，能夠?qū)C(jī)械制造行業(yè)各危險(xiǎn)因素有效地、有層次地按照因果循環(huán)結(jié)構(gòu)組合起來，再結(jié)合層次分析法(AHP)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析-作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(PHA-LEC)、模糊綜合評(píng)價(jià)法以及安全檢查表法(SCL)，對復(fù)雜的危險(xiǎn)因素進(jìn)行系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài)預(yù)測，分析這些因素的危險(xiǎn)程度和安全水平的演變趨勢，有效預(yù)防事故發(fā)生。

1 危險(xiǎn)性分析及評(píng)價(jià)方法的確定

機(jī)械制造行業(yè)危險(xiǎn)因素主要為車間布局危險(xiǎn)性、作業(yè)環(huán)境及人員操作危險(xiǎn)性、機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)性及安全管理水平。

1.1 車間布局危險(xiǎn)性

車間布局在最大限度利用廠房空間的同時(shí)，需要注意兩大原則：①便于工作人員操作，避免生產(chǎn)設(shè)備和通道的過度擁擠；②注意車間通風(fēng)效率和防火防爆設(shè)備的配備情況。

1.1.1 層次分析法分析車間布局

構(gòu)建車間布局遞接層次模型[2-4]，如圖1所示。

圖1 車間布局危險(xiǎn)性層次分析結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 構(gòu)建判斷矩陣

采用1～9標(biāo)度法，經(jīng)多位專家評(píng)分和作者查閱相關(guān)資料，評(píng)分情況見表1。

表1 準(zhǔn)則層屬性測度

(1)

通常β=1或2，本文取值2?？傻脺?zhǔn)則層屬性權(quán)重WN為：(0.23，0.07，0.05，0.14，0.14，0.23，0.14)。

經(jīng)層次分析法計(jì)算得到各項(xiàng)目的權(quán)重，結(jié)合現(xiàn)場各項(xiàng)目實(shí)際得分Mi(滿分為100)，分別得到7個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)場得分，按照下列公式(2)計(jì)算得出最終的分?jǐn)?shù)，對照表2進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。

(2)

表2 車間布局評(píng)分等級(jí)表

1.2 作業(yè)環(huán)境及人員操作危險(xiǎn)性

工作人員在作業(yè)環(huán)境中的危險(xiǎn)性主要為周圍作業(yè)環(huán)境和作業(yè)人員在操作過程中的危險(xiǎn)性。

1.2.1 車間作業(yè)環(huán)境危險(xiǎn)因素分析

車間作業(yè)環(huán)境中主要有通道、照明、消防及作業(yè)環(huán)境濕度、粉塵濃度、溫度和吸風(fēng)量等危險(xiǎn)因素。因此，將這些重要危險(xiǎn)因素結(jié)合工作人員在作業(yè)過程中的危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合分析。

1.2.2 危險(xiǎn)性定量分析

預(yù)先危險(xiǎn)性分析法(PHA)對事故危害級(jí)別的確定是定性的，但提出的針對性措施比較模糊。作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(LEC)能夠比較全面的識(shí)別作業(yè)過程的危險(xiǎn)因素，計(jì)算事故發(fā)生的可能性和造成的后果，卻很少對具體的危害因素進(jìn)行分析。因此，本文將這兩種方法結(jié)合使用，即PHA-LEC法定性與定量分析車間作業(yè)環(huán)境中的人員的危險(xiǎn)性[5-6]。將PHA中的“后果嚴(yán)重程度”替換成LEC法中的“危險(xiǎn)等級(jí)”。

1.3 機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)性

機(jī)械設(shè)備，由于其系統(tǒng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，影響因素也較多。在進(jìn)行綜合狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，可以根據(jù)其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。一般機(jī)械設(shè)備可以劃分為：動(dòng)力、傳動(dòng)、操作及控制、支持和其他系統(tǒng)[7]。因此，選用AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法對機(jī)械設(shè)備的綜合狀態(tài)進(jìn)行危險(xiǎn)性定量評(píng)價(jià)，通過AHP可以確定子準(zhǔn)則層的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，模糊綜合評(píng)價(jià)法對設(shè)備進(jìn)行綜合安全評(píng)價(jià)，確定其狀態(tài)等級(jí)。

1.4 安全管理水平

機(jī)械制造行業(yè)基本采用的是傳統(tǒng)的安全管理模式，側(cè)重于以檢查、監(jiān)督及行政等手段來保證安全，現(xiàn)代企業(yè)安全管理要體現(xiàn)人的主動(dòng)性，促進(jìn)和提高企業(yè)安全管理的效率。針對機(jī)械制造行業(yè)安全管理，可以將其分為：領(lǐng)導(dǎo)及機(jī)構(gòu)執(zhí)行力、企業(yè)安全文化水平、管理制度、常態(tài)管理水平、安監(jiān)部門管理水平、員工安全培訓(xùn)體系、工藝設(shè)備更新程度以及人力資源水平[8]。這些方面基本涵蓋企業(yè)安全管理的要點(diǎn)，編制安全檢查表，經(jīng)專家打分得出安全管理得分，按比例算出百分比即為安全管理水平。

2 機(jī)械制造行業(yè)危險(xiǎn)性SD仿真

2.1 機(jī)械制造行業(yè)危險(xiǎn)性SD仿真

依據(jù)上述機(jī)械制造行業(yè)車間布局、作業(yè)環(huán)境及人工操作、機(jī)械設(shè)備和安全管理方面的危險(xiǎn)性分析，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論和方法構(gòu)建機(jī)械制造行業(yè)危險(xiǎn)性SD仿真系統(tǒng)，如圖2。

2.2 機(jī)械制造行業(yè)SD各狀態(tài)變量相關(guān)性解釋

機(jī)械制造行業(yè)SD各狀態(tài)變量影響因素相關(guān)性為(“+”為正相關(guān)；“-”為負(fù)相關(guān))：

(1)車間布局危險(xiǎn)性=基本工段危險(xiǎn)性+輔助工段危險(xiǎn)性+生產(chǎn)服務(wù)部門危險(xiǎn)性+生產(chǎn)設(shè)備危險(xiǎn)性-安全設(shè)施安全性+倉庫危險(xiǎn)性+通道危險(xiǎn)性。

(2)作業(yè)環(huán)境及人工作業(yè)危險(xiǎn)性=過道堵塞+電氣設(shè)備設(shè)施故障+消防設(shè)備失效性+溫度±濕度±風(fēng)量±粉塵濃度。

(3)機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)性=動(dòng)力系統(tǒng)危險(xiǎn)性+傳動(dòng)系統(tǒng)危險(xiǎn)性+操作及控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性+支持系統(tǒng)危險(xiǎn)性±其他系統(tǒng)。

(4)安全管理水平=±企業(yè)人力資源管理水平±安全培訓(xùn)體系±安全文化±安全管理制度±常態(tài)管理水平±安監(jiān)部門管理水平±工藝設(shè)備更新程度±管理機(jī)構(gòu)執(zhí)行力。

圖2 機(jī)械制造行業(yè)危險(xiǎn)性SD仿真系統(tǒng)圖

3 案例應(yīng)用

2014年8月2日，江蘇省昆山市中榮金屬制品有限公司拋光車間發(fā)生粉塵爆炸特別重大事故，為多方面因素共同作用的結(jié)果，依據(jù)上述綜合評(píng)價(jià)方法對“8·2昆山粉塵爆炸事故”進(jìn)行分析。

3.1 車間布局

經(jīng)多位相關(guān)專家評(píng)價(jià)打分(取平均值)和查閱相關(guān)考評(píng)報(bào)告，根據(jù)1.1計(jì)算，評(píng)分見表3。

車間布局的實(shí)際得分是62.81分，處于第4等級(jí)，合格，但需要暫時(shí)性的停工進(jìn)行短期的檢修整改，直至符合行業(yè)法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和要求，方可繼續(xù)作業(yè)。

3.2 作業(yè)環(huán)境及人工操作危險(xiǎn)性

按照“8·2昆山粉塵爆炸事故”車間安全評(píng)價(jià)報(bào)告和事故現(xiàn)場情況，對環(huán)境濕度、環(huán)境溫度、吸風(fēng)量、粉塵濃度以及通道、照明、消防進(jìn)行逐個(gè)分析，形成PHA-LEC分析(表4)。

表3 車間布局評(píng)分表

表4 拋光車間作業(yè)環(huán)境人員危險(xiǎn)性PHA-LEC分析表

3.3 設(shè)備危險(xiǎn)性

3.3.1 自動(dòng)噴砂拋光機(jī)床危險(xiǎn)性層次分析

圖3 自動(dòng)噴砂拋光機(jī)床危險(xiǎn)性層次分析結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 構(gòu)建準(zhǔn)則層判斷矩陣

構(gòu)建自動(dòng)噴砂拋光機(jī)床危險(xiǎn)性準(zhǔn)則層判斷矩陣為：

權(quán)重WV=(0.131，0.131，0.369,0.369)。

3.3.3 構(gòu)建子準(zhǔn)則層判斷矩陣

(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件危險(xiǎn)性準(zhǔn)則層判斷矩陣為：

權(quán)重WU1=(0.131，0.131，0.369，0.369)。

(2)支承部件危險(xiǎn)性準(zhǔn)則層判斷矩陣為：

權(quán)重WU2=(0.091，0.909)。

(3)主運(yùn)動(dòng)部件危險(xiǎn)性準(zhǔn)則層判斷矩陣為：

單純地依靠技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)是很難解決實(shí)際問題的，廣大用戶一定要對不安全的網(wǎng)頁進(jìn)行及時(shí)舉報(bào)，有效地避免安全隱患，提高風(fēng)險(xiǎn)防范的有效性。另外，可以利用報(bào)紙、媒體等手段加大網(wǎng)絡(luò)安全宣傳力度，推動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)健康運(yùn)行。

權(quán)重WU3=(0.143，0.857)。

(4)防護(hù)裝置危險(xiǎn)性準(zhǔn)則層判斷矩陣為：

權(quán)重WU4=(0.114，0.114，0.386，0.386)。

3.3.4 確定模糊關(guān)系矩陣

機(jī)械設(shè)備綜合狀態(tài)評(píng)價(jià)[12-13]，首先定義評(píng)判結(jié)果與狀態(tài)等級(jí)對照表，如表5所示。

表5 評(píng)判結(jié)果與狀態(tài)等級(jí)對照表

等級(jí)參數(shù)數(shù)列向量(各等級(jí)平均數(shù))為：Q=(0.95,0.80，0.55,0.30,0.10)T。

經(jīng)多位經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)院老師和專家的評(píng)價(jià)，通過打分的形式對各指標(biāo)和因素進(jìn)行評(píng)判，得到子準(zhǔn)則層模糊關(guān)系矩陣。

3.3.5 多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

(1)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)判結(jié)果：AU1=(0.775,0.151,0.074,0，0)；AU2=(0.61,0.29,0.1,0,0)；AU3=(0.7,0.3,0,0,0,)；AU4=(0.18,0.061,0.14,0.31,0.31)。

(2)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

二級(jí)評(píng)判結(jié)果：A=Wv×R=Wv×(AU1，AU2，AU3，AU4)T=(0.506,0.18,0.074,0.114,0.114)。

V=A×Q=(0.506,0.18,0.074,0.114,0.114)×(0.95,0.8，0.55,0.3,0.1)T=0.7114

因此，自動(dòng)噴砂拋光機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)處于輕度亞健康狀態(tài)末端，應(yīng)注意異?，F(xiàn)象，必要時(shí)進(jìn)行仔細(xì)檢修。

3.4 安全管理水平

依據(jù)“8·2昆山粉塵爆炸事故”事故報(bào)告，進(jìn)行各項(xiàng)條款的打分[14-15]。如表6所示。

表6 安全管理水平檢查打分表

顯然昆山中榮金屬制品有限公司的安全管理是不合格的。因此，在事故發(fā)生前，昆山中榮金屬制品有限公司就應(yīng)該意識(shí)到安全管理上的問題和缺陷，避免事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

(1)機(jī)械制造行業(yè)危險(xiǎn)因素主要分為車間布局危險(xiǎn)性、作業(yè)環(huán)境及人員操作危險(xiǎn)性、機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)性、安全管理水平。

(2)應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法進(jìn)行系統(tǒng)分析，車間布局影響因素可以分為：基本工段危險(xiǎn)性、輔助工段危險(xiǎn)性等7個(gè)方面；作業(yè)環(huán)境及人員操作影響因素可以分為：過道、電氣設(shè)備設(shè)施等7個(gè)方面；機(jī)械設(shè)備影響因素可以分為：動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等5個(gè)方面；安全管理水平影響因素可以分為：領(lǐng)導(dǎo)及機(jī)構(gòu)執(zhí)行力、企業(yè)安全文化水平等8個(gè)方面。

(3)運(yùn)用層次分析法(AHP)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析-作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(PHA-LEC)、模糊綜合評(píng)價(jià)方法以及安全檢查表法(SCL)分別對車間布局、作業(yè)環(huán)境及人員操作、機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)性和安全管理水平進(jìn)行定性與定量相結(jié)合分析。

(4)本文在應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法對機(jī)械制造行業(yè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)，先對其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，同時(shí)也對這些因素之間的Equations關(guān)系進(jìn)行了初步設(shè)定。但是這些因素之間的動(dòng)態(tài)模擬、圖形演變、趨勢變化以及數(shù)據(jù)分析還有待進(jìn)一步研究。

(5)以“8·2昆山粉塵爆炸事故”作為具體實(shí)例，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和綜合評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)突發(fā)事故的危險(xiǎn)性。

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Study and Application of Comprehensive Evaluation Method for Dangerous Level in Machinery Manufacturing Industry Based on System Dynamics

WANG Xuedong ZHANG Mingguang WANG Jiyang QIAN Chengjiang

(JiangsuKeyLaboratoryofUrbanandIndustrialSafety，CollegeofSafetyScienceandEngineering，NanjingUniversityofTechnologyNanjing210009)

In order to study the dangerous level of machinery manufacturing industry, the theory and methods of system dynamics are applied, and the simulation technology is used to structure the overall framework of machinery manufacturing industry risks combined with safety evaluation methods, such as AHP, PHA-LEC, SCL and the fuzzy comprehensive evaluation. Regarding “8·2 Kunshan Dust Explosion” as the case, the dangerous levels of accidents are comprehensively assessed.

machinery manufacturing industry system dynamics comprehensive evaluation method dangerous level

國家自然科學(xué)基金(71001051)，江蘇省自然科學(xué)基金(BK2012824)。

王雪棟，男，1990年生，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榛@區(qū)風(fēng)險(xiǎn)感知及應(yīng)急決策。

2015-10-11)

張明廣，男，1981年生，副教授，主要研究方向?yàn)榛@區(qū)突發(fā)事件風(fēng)險(xiǎn)感知研究、風(fēng)險(xiǎn)化工過程本質(zhì)安全理論及技術(shù)、安全生產(chǎn)信息管理及輔助決策系統(tǒng)開發(fā)。