基于AHP-模糊綜合評價法的礦井作業(yè)人員作業(yè)能力分析*

郭鑫 許開立 陳守坤

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院 沈陽 110000)

0 引言

2009—2018年，我國共發(fā)生煤礦生產(chǎn)安全事故約7 107起，死亡人數(shù)12 205人，平均每年約發(fā)生711起，死亡人數(shù)約1 221人[1]。針對我國礦山事故頻發(fā)的嚴(yán)峻情況，我國學(xué)者為此做了深入研究，經(jīng)過對數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出結(jié)論：在解決煤礦安全生產(chǎn)的過程中，要降低安全事故發(fā)生的可能性，其關(guān)鍵因素是控制人的不安全行為[2]。在非煤礦山事故中，分析各種原因可發(fā)現(xiàn)：因違反操作規(guī)程或勞動紀(jì)律導(dǎo)致的事故起數(shù)占事故總量的25%，死亡人數(shù)占24%[3]，這是除因生產(chǎn)場所環(huán)境不良造成的事故之外占比最多的事故原因，而這2種原因?qū)е碌氖鹿始s占事故總量的一半以上。

由于礦井作業(yè)人員安全評價的隨機(jī)性和不確定性，使用單一的傳統(tǒng)評價方法會導(dǎo)致我們的評價結(jié)果被影響從而無法保證客觀性。黃廣明等[4]將層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合，采用定性與定量相結(jié)合的模糊綜合評價建立金屬礦山地壓災(zāi)害安全風(fēng)險評價模型。工人自身的安全行為能力不足是導(dǎo)致不安全行為發(fā)生的主要原因之一。因此，有效預(yù)防和控制礦工不安全行為已迫在眉睫。筆者擬將AHP與模糊理論相結(jié)合，構(gòu)建礦井人員作業(yè)能力評價模型，權(quán)重由專家組使用AHP來確定，通過模糊綜合理論來完成安全評價，運(yùn)用該模型評價某礦井人員的行為能力等級是否符合其工作要求，開創(chuàng)性地將這種綜合評價方法運(yùn)用到礦井人員的行為能力評價上，希望該方法能為礦井作業(yè)人員作業(yè)能力評價提供新思路。

1 評價指標(biāo)體系的建立

對礦井作業(yè)人員行為能力進(jìn)行綜合評價是一個較復(fù)雜的過程，涉及到的內(nèi)容較多，考慮的因素也較廣，因此建立科學(xué)、合理的安全評價指標(biāo)體系是對礦井作業(yè)人員行為能力進(jìn)行安全評價的關(guān)鍵。本文建立了以意識水平、安全能力、基本素質(zhì)、業(yè)務(wù)能力、外界因素為一級指標(biāo)，責(zé)任意識、理解能力、生理素質(zhì)、工作年限、企業(yè)安全文化等20個影響因素為二級指標(biāo)的評價體系，如表1所示。

2 基于層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

2.1 層次分析法基本原理

AHP是對定性問題進(jìn)行定量分析的一種靈活簡便又實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法。它擅長把復(fù)雜問題中的各種指標(biāo)因素劃分得層次有序，以兩兩比較的方式對一定客觀現(xiàn)實(shí)進(jìn)行主觀判斷，從而將專家意見和分析者的客觀判斷巧妙地結(jié)合起來[5-6]。

2.2 層次分析法的基本步驟

(1)構(gòu)造判斷矩陣

請專家根據(jù)1～9比例標(biāo)度法分別對各個指標(biāo)層次指標(biāo)因素進(jìn)行重要程度的判斷打分，分?jǐn)?shù)越高代表其相對重要程度越高，數(shù)字的取值所代表意義見表2。

表2 標(biāo)度法的含義

通過專家打分得到兩兩比較判斷矩陣，考查B層因素和A層因素的相對重要性，可以得出A、B判斷矩陣。

(2)一致性檢驗(yàn)[7]

建立判斷矩陣后，求出判斷矩陣的最大特征值和相應(yīng)的特征向量，進(jìn)而對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。通過下式計(jì)算一致性指數(shù)(CI)：

(1)

(2)

式中，A為A-B判斷矩陣；n為判斷矩陣階數(shù)；wi向量是之前進(jìn)行矩陣運(yùn)算時的列向量；λmax為判斷矩陣最大特征值。

兩兩之間比較的一致性是采用一致性比率來計(jì)算，其計(jì)算公式為

(3)

式中，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，隨判斷矩陣階數(shù)n的變化而變化，其取值見表3。

表3 RI隨機(jī)一致性的取值

3 模糊綜合評價法確定安全等級

(1)確定系統(tǒng)危險性評價指標(biāo)特征值矩陣[8-9]

設(shè)X為n個系統(tǒng)樣本構(gòu)成的集合，每個樣本有m個評價指標(biāo)，則有系統(tǒng)危險性評價指標(biāo)特征值矩陣，即

(4)

式中，Xij為樣本j指標(biāo)i的特征值；i=1，2，…，m；j=1，2，…，n。

(2)確定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)矩陣

m項(xiàng)指標(biāo)按c級危險標(biāo)準(zhǔn)評價，則指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)矩陣為

(5)

式中，wih指標(biāo)代表指標(biāo)i的h級標(biāo)準(zhǔn)值；h=1，2，…，c。

(3)利用三角形隸屬函數(shù)模型確定隸屬度[10-12]

此種模型是根據(jù)某一指標(biāo)特征值的危險性等級最多僅與相鄰的2個等級有關(guān)的原則提出的。危險性等級愈小，人員安全能力越好，即：

(6)

式中，μ(x)為x對U的隸屬度。

(4)一級綜合評價

第i類因素的模糊綜合評價集合為

Ci=wi×Ri

(7)

式中，Ci為相對于Bn層的綜合模糊運(yùn)算結(jié)果；wi為各因素相對于Bn層的權(quán)重；Ri為模糊評價矩陣。

(5)進(jìn)行多層次綜合評價

同理，按照步驟(4)進(jìn)行，可最終求出目標(biāo)層的模糊綜合評價矩陣，根據(jù)最大隸屬原則，確定評價對象所屬的評價等級，給出評價結(jié)論。

4 案例應(yīng)用與分析

4.1 權(quán)重計(jì)算

針對以上5個一級指標(biāo)因素以及20個二級指標(biāo)因素進(jìn)行各個層次的重要度兩兩比較，并邀請5位不同級別的領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行重要度確認(rèn)，運(yùn)用Yaahp軟件進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。

依照上述方法可以依次計(jì)算出第二層次的權(quán)重集與CR值并利用軟件Yaahp軟件對其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。其權(quán)重值和一致性檢驗(yàn)結(jié)果見表4—表9。

通過表4—表9中數(shù)值的計(jì)算分析可以得出各個矩陣均符合要求，通過了一致性標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，因此驗(yàn)證了所得權(quán)重分配的權(quán)重值的可靠性，可以進(jìn)行下一步研究。

表4 判斷矩陣A-B數(shù)值

表5 B1判斷矩陣數(shù)值

表6 B2判斷矩陣數(shù)值

表7 B3判斷矩陣數(shù)值

表8 B4判斷矩陣數(shù)值

表9 B5判斷矩陣數(shù)值

4.2 安全能力等級劃分

(1)劃分評價等級

本文將礦井作業(yè)人員作業(yè)能力劃分為5個等級，具體分?jǐn)?shù)等級標(biāo)準(zhǔn)見表10。

表10 評價等級劃分

(2)確定專家打分權(quán)重

接下來以工人甲為例進(jìn)行計(jì)算。首先，請5位專家分別打分，根據(jù)表10中各等級所對應(yīng)的分?jǐn)?shù)范圍，可以取各分?jǐn)?shù)范圍的中間值作為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)矩陣每一行的元素，因礦井作業(yè)人員行為能力評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)均為定性指標(biāo)，所以指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)矩陣Ω中每一行的元素都一樣，均為9，7，5，3，1。根據(jù)公式(6)，可算出各指標(biāo)的隸屬度，如表11所示。

B級綜合評價

查閱表5可知：B1層下級各個指標(biāo)(即B11、B12、B13)相對于下層的權(quán)重分別為0.332 5、0.527 8、0.139 6，即：

w1=[0.332 5，0.527 8，0.139 6]。

通過公式計(jì)算可知模糊綜合評價矩陣：

根據(jù)式(7)可得指標(biāo)B1的評價結(jié)果：

B1=w1×R1=[0.507 5，0.392 6，0.099 8，0，0]

重復(fù)以上步驟，可得到指標(biāo)層、目標(biāo)層的結(jié)果。

表11 最后一級各指標(biāo)特征值以及隸屬度

確定A級評價等級

查閱表4可知：A層下級各個指標(biāo)(即B1、B2、B3、B4、B5)相對于A層的權(quán)重分別為0.224 7、0.473 8、0.148 4、0.103 3、0.049 8，即：

wa=[0.224 7，0.473 8，0.148 4，0.103 3，0.049 8]。

查B級綜合預(yù)算結(jié)果可知模糊綜合評價矩陣：

根據(jù)公式(7)可得指標(biāo)A的評價結(jié)果：

A=wa×Ra=[0.216 1，0.579 8，0.167 3，0.034 7，0.002 1]

根據(jù)其評價結(jié)果可以知道其總分：

查閱表10可知，該名工人行為作業(yè)能力等級為Ⅱ級，適合危險程度和操作難度較高的崗位。

5 結(jié)論

(1)建立了礦井作業(yè)人員行為能力綜合安全評價的指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系包括5個二級指標(biāo)和20個三級指標(biāo)。采用層次分析法確定了礦井作業(yè)人員行為能力綜合安全評價的指標(biāo)體系中各個指標(biāo)的權(quán)重。

(2)建立了礦井作業(yè)行為能力綜合安全評價的模糊數(shù)學(xué)模型。用模糊綜合評價數(shù)學(xué)模型法進(jìn)行等級評定，最終給出評價礦井作業(yè)工人作業(yè)能力水平的方法，根據(jù)對作業(yè)人員作業(yè)能力評價的結(jié)果，可判斷有關(guān)人員是否滿足安全作業(yè)的要求，從而為優(yōu)選礦井作業(yè)人員提供評判依據(jù)。