基于故障樹—貝葉斯網(wǎng)絡(luò)集成方法的涂裝車間燃爆事故分析

王貝貝 閆智浩 呂 浩 于汪洋 許開立

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院 吉林 長(zhǎng)春 130012；2.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院 遼寧 沈陽 110819)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，汽車產(chǎn)銷進(jìn)入井噴式增長(zhǎng)階段[1]。涂裝作為汽車制造過程中的5大生產(chǎn)工藝之一，由于需要大量使用油漆、稀料、顏料、樹脂等具有易燃易爆性質(zhì)的化學(xué)品，極易導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。此類事故一旦發(fā)生，不僅會(huì)造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，還將造成群死群傷的重大人員傷亡[2]。因此，汽車涂裝在汽車生產(chǎn)中屬于危險(xiǎn)性較大的工序，應(yīng)當(dāng)引起業(yè)內(nèi)的重視，加強(qiáng)對(duì)其管控。

本文利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的雙向推理技術(shù)，結(jié)合故障樹分析，提出故障樹—貝葉斯網(wǎng)絡(luò)集成分析模型，并將其應(yīng)用到涂裝車間燃爆事故的分析中，以驗(yàn)證該模型的科學(xué)性和可行性。

1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是綜合利用概率論和圖論進(jìn)行不確定事件分析和推理的有效工具，是描述變量之間概率關(guān)系的圖形模式[3-6]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的雙向推理技術(shù)，同時(shí)具備預(yù)測(cè)和診斷能力，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)安全分析方法相比，其具有更強(qiáng)的建模分析能力，更易用來處理復(fù)雜的系統(tǒng)[7-10]。故障樹—貝葉斯網(wǎng)絡(luò)集成方法的建模流程，如圖1。

圖1 故障樹—貝葉斯網(wǎng)絡(luò)集成方法建模流程圖Fig.1 The flow chart of fault tree-bayesian network integration method modeling

2 涂裝車間燃爆事故分析

2.1 涂裝車間生產(chǎn)工藝及風(fēng)險(xiǎn)

涂裝車間的生產(chǎn)過程共分為6大作業(yè)工序，包含前處理電泳、涂膠、底涂、噴漆、檢修及最終檢查作業(yè)，主要危險(xiǎn)物質(zhì)有油性漆(閃點(diǎn)<60℃)、清洗溶劑(閃點(diǎn)<60℃)以及天然氣，主要涉及火災(zāi)爆炸、?；沸孤?、機(jī)械傷害、職業(yè)病等風(fēng)險(xiǎn)，本文基于故障樹—貝葉斯網(wǎng)絡(luò)集成方法以火災(zāi)爆炸事故為例進(jìn)行分析。

涂裝車間可能造成火災(zāi)爆炸事故的原因有：

(1)調(diào)漆間、庫房通風(fēng)不良，揮發(fā)氣體濃度超標(biāo)且達(dá)到爆炸極限并遇引火源。

(2)進(jìn)入易燃易爆環(huán)境未釋放靜電，未穿防靜電服，靜電接地不良。

(3)防雷設(shè)施失效。

(4)生產(chǎn)用電線沒有按使用期限及時(shí)更換，造成絕緣老化或破損。

臨床護(hù)理路徑的開展與發(fā)展符合目前護(hù)理工作的發(fā)展要求。不僅能節(jié)省患者在醫(yī)療費(fèi)用上的支出，同時(shí)也能讓患者得到更好的護(hù)理服務(wù)，幫助患者得到更好的治療、更快的恢復(fù)健康。臨床護(hù)理路徑的開展能提高護(hù)理工作質(zhì)量，使護(hù)理工作更系統(tǒng)化、更合理化，節(jié)約了醫(yī)療資源。

(5)穿戴有金屬材質(zhì)的工作鞋。

(6)把不防爆的個(gè)人電器帶入工作場(chǎng)所。

(7)可燃物未經(jīng)清理干凈，就進(jìn)入設(shè)備動(dòng)火。

(8)作業(yè)人員未穿阻燃服進(jìn)入設(shè)備間實(shí)施動(dòng)火作業(yè)。

(9)可燃介質(zhì)設(shè)備、管道未經(jīng)置換合格進(jìn)行焊割。

2.2 編制故障樹

涂裝車間的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)程度較高，通過故障樹的分析可以得出引發(fā)涂裝車間燃爆事故的各因素之間的關(guān)系。在前述對(duì)涂裝車間燃爆事故原因分析的基礎(chǔ)上，編制出涂裝車間發(fā)生燃爆事故的故障樹，如圖2。

2.3 構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

本文利用GeNIe軟件，根據(jù)故障樹邏輯關(guān)系，建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的弧向連接，如圖3。

2.4 確定各基本事件先驗(yàn)概率

文中，基本事件的先驗(yàn)概率采用下列2種方法確定：對(duì)于能夠通過某涂裝車間發(fā)生故障的統(tǒng)計(jì)資料得到統(tǒng)計(jì)頻率的，用該頻率近似得到基本事件的先驗(yàn)概率；對(duì)于不能由統(tǒng)計(jì)資料得到先驗(yàn)概率的基本事件，直接根據(jù)文獻(xiàn)資料中的數(shù)據(jù)確定其發(fā)生概率。

注：T：噴漆車間燃爆事故；A1：油漆蒸汽達(dá)到爆炸下限；A2：存在引火源；A3：通風(fēng)不良；A4：明火；A5：靜電火花；A6：機(jī)械撞擊磨擦火花；A7：電火花；A8：雷擊火花；A9：防雷設(shè)施故障圖2 涂裝車間燃爆事故故障樹Fig.2 fault tree of fire accident in the paint shop

表1 故障樹基本事件及其概率值Tab.1 Basic events and probability values of fault tree

圖3 涂裝車間燃爆事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)Fig.3 Bayesian network of fire accident in the paint shop

2.5 更新節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)

將各基本事件的先驗(yàn)概率輸入到涂裝車間燃爆事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點(diǎn)中，同時(shí)，為各非根節(jié)點(diǎn)指定相應(yīng)的條件概率表。非根節(jié)點(diǎn)的條件概率表以中間事件A1為例，見表2。

表2 事件A1的條件概率表Tab.2 Conditional probability table for event A1

2.6 預(yù)測(cè)

當(dāng)沒有證據(jù)時(shí)，可得到頂事件T發(fā)生的概率為P1=4.11E-07。

當(dāng)有證據(jù)輸入時(shí)，如果知道通風(fēng)設(shè)備損壞(X3)已發(fā)生(證據(jù)1)，可以得到此時(shí)頂事件T的發(fā)生概率為P2=4.92E-05。若此時(shí)再加防爆電氣損壞(X21)已發(fā)生(證據(jù)2)，則再次推理可以得到此時(shí)頂事件T的發(fā)生概率為P3=1.05E-03。

2.7 診斷

診斷是指如果觀察到系統(tǒng)某時(shí)刻出現(xiàn)故障，則每個(gè)基本事件的后驗(yàn)概率可以通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的診斷功能推理出來。本文為了便于比較，將每個(gè)基本事件的先驗(yàn)概率和后驗(yàn)概率列于表1中?？梢钥闯?，每個(gè)基本事件的后驗(yàn)概率與其先驗(yàn)概率是不同的，且其排序也不同。后驗(yàn)概率可以作為判定基本事件影響頂事件故障發(fā)生重要度的重要參考。圖4給出了各事件后驗(yàn)概率的比較。

圖4 基本事件的后驗(yàn)概率Fig.4 Posterior probability of basic events

2.8 計(jì)算各基本事件重要度

本文主要考慮以下3個(gè)重要度：伯恩鮑姆重要度、危害性重要度以及弗塞—維思利重要度，具體計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[8]。如果3個(gè)重要度給出相同基本事件的排列順序，對(duì)于使用重要度的策略就很直觀了。然而，當(dāng)3個(gè)重要度給出不同基本事件的排列順序，就需要選擇合適的解決辦法，推薦如下：把排列順序數(shù)賦予3個(gè)重要度中每一個(gè)基本事件；對(duì)每一個(gè)基本事件，求這3種排列順序的平均值；把平均值排序得到每一個(gè)基本事件的最終順序?；臼录闹匾扔?jì)算結(jié)果，見表3。

2.9 分析結(jié)果，提出改進(jìn)對(duì)策

基本事件重要度排序平均值如下：

X1>X4>X5>X6>X3>X13>X16>X21>X12>X11>X9>X14>X10>X25>X2>X7>X8>X15>X23>X18>X19>X20>X22>X24>X17。

后驗(yàn)概率排序：

X1>X4>X5>X6>X3>X13>X16>X21>X12>X11>X9>X14>X10>X25>X7>X8>X15>X23>X2>X18>X19>X20>X22>X24>X17。

二者大體一致，綜合考慮，可燃蒸汽揮發(fā)、泄漏(X1)以及未開通風(fēng)設(shè)備(X4)為涂裝車間的薄弱環(huán)節(jié)，需要十分注意，可通過加強(qiáng)安全檢查，對(duì)涂裝車間的工作人員進(jìn)行安全培訓(xùn)以提高其安全意識(shí)等措施進(jìn)行預(yù)防。

3 結(jié)論

本文針對(duì)故障樹分析在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的局限性，提出了故障樹—貝葉斯網(wǎng)絡(luò)集成分析模型。該模型利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的雙向推理技術(shù)，可同時(shí)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和診斷。通過預(yù)測(cè)，可得到頂事件發(fā)生的可能性，從而提前做好應(yīng)急防范措施；通過診斷，可以找出對(duì)頂事件發(fā)生影響較大的基本事件，進(jìn)而使工作人員在生產(chǎn)過程中對(duì)這些重要因素給予特別注意。實(shí)例應(yīng)用表明，該模型提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性與準(zhǔn)確性，同時(shí)減輕了由于主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果帶來的誤差，較傳統(tǒng)的系統(tǒng)安全分析方法更加科學(xué)、合理，為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了一種新途徑。

表3 涂裝車間燃爆事故基本事件重要度及排列順序值Tab.3 Importance and sequence values of the basic events of the explosion accident in the paint shop