采油企業(yè)基于云模型的安全生產(chǎn)標準化達標研究

張利欣

（四川欣泰然安全科技有限公司，四川 成都 611130）

0 引言

安全生產(chǎn)標準化建設是規(guī)范企業(yè)安全生產(chǎn)的重要舉措，企業(yè)根據(jù)所屬行業(yè)的安全生產(chǎn)標準化實施規(guī)范，首先在企業(yè)內(nèi)部建立健全安全管理制度，完善安全技術(shù)設施等，然后組織自評、初評，最后向所在市或省安全監(jiān)督管理部門提出申請，相關評審單位進行評審定級。

采油企業(yè)包含多種化工工藝，其產(chǎn)品及輔料等大多具有易燃易爆的特性，安全生產(chǎn)一直是管理的重點和難點，通過安全生產(chǎn)標準化建設，可以有效規(guī)范安全管理，提高企業(yè)的整體安全水平[1]。采油企業(yè)的安全生產(chǎn)標準化達標是一個涉及多因素、多層次的復雜系統(tǒng)，在安全標準化達標過程中，主要通過專家打分的形式進行評分定級，雖然專家一般都經(jīng)驗豐富，對各類工藝設備也比較熟悉，但在評分過程中難免存在一定的主觀性，評分結(jié)果也只是各類小項得分的簡單求和，然后根據(jù)等級劃分規(guī)則，分為一、二、三級，這樣的結(jié)果不能保證其準確性和客觀性。

針對專家打分的主觀性和評分結(jié)果的模糊性問題，本文采用云模型來處理專家的打分結(jié)果，進而得出采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化等級，云模型可以實現(xiàn)定性和定量之間的互相轉(zhuǎn)化，同時能夠較好地反應結(jié)果的隨機性和模糊性[2]。

1 云模型理論

1.1 云模型

云是定性集合與定量集合之間的模糊性轉(zhuǎn)化，用來描述自然語言的不確定性，構(gòu)成定性與定量之間的映射關系。設U 是一個定量論域，C 是論域U 上的定性概念，若x ∈U 是概念C 的一次實現(xiàn)，x 對C 的確定度μ(x)∈［0,1］是有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)：μ(x)：U →［0,1］，? x ∈U，則x 在論域U 上的分布稱為云模型。

云的特征用三個參數(shù)表示：期望Ex，熵En 和超熵He，其中期望Ex 表示在論域中U 中最能代表C 這個定性概念的數(shù)值點；熵En 表示C 的不確定性，反應在定量論域U 可被語言值C 接受的范圍，即模糊度，是定性概念亦此亦彼性的度量；超熵He 是熵En 不確定性的度量，即熵的熵，反應了云滴的離散程度[2-3]。

1.2 云發(fā)生器

云發(fā)生器是云的生成算法，包括正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器，云發(fā)生器建立了定性和定量之間的轉(zhuǎn)換關系。正向云發(fā)生器是由云的三個數(shù)字特征產(chǎn)生云圖，而逆向云發(fā)生器是根據(jù)一組云滴樣本，推算出云的三個特征值，在實際應用中，一般是將逆向云發(fā)生器和正向云發(fā)生器結(jié)合使用，能夠較好地實現(xiàn)定性定量的轉(zhuǎn)行[4]。正態(tài)云是一種基本的云模型，在實際生活中具有較為廣泛的適用性，本文即采用正態(tài)云模型。

1）正向云發(fā)生器

輸入：定性概念的云特征（Ex，En，He）和云滴數(shù)N。輸出：每個云滴的定量值x 和對應的定性確定度y。具體算法步驟如下：

a.產(chǎn)生一個期望值為Ex，方差為En 的正態(tài)隨機數(shù)xi；

b.產(chǎn)生一個期望值為En，方差為He 的正態(tài)隨機數(shù)En’；

c.計算確定度：

d.令（xi，yi）為一個云滴，它是該云表示的語言值在數(shù)量上的一次具體實現(xiàn)，其中x 為定性概念在論域中這一次對應的數(shù)值，yi為屬于這個語言值的程度的量度；

e.重復步驟a 到步驟d，直到產(chǎn)生滿足要求數(shù)目的云滴數(shù)。

2）逆向云發(fā)生器

輸入：N 個樣本點xi，i=1，2，3…n

輸出：這N 個樣本所表示的定性概念的云特征（Ex，En，He）

具體算法步驟如下：

a.根據(jù)xi 計算樣本均值：

1.3 虛擬云算法

虛擬云是為了實現(xiàn)某一特定目的，對云模型概念的一種擴充，把基本的云模型稱為基云，那么虛擬云就是對各個基云的數(shù)字特征進行數(shù)學計算，得到一組新的云特征[2]。對于一個變量T，可以定義基云為：

本文中采用虛擬云理論中的一種綜合算法，計算公式如下：

其中wi表示第i個指標的權(quán)重，表示第i 個指標的云模型參數(shù)，n 表示子指標的個數(shù)。

2 采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化達標的云模型設計

2.1 采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化達標規(guī)則

陸上采油單位安全生產(chǎn)標準化系統(tǒng)由7 個一級要素、28 個二級要素及若干要求組成，標準化評審得分總分為1 000 分，具體的評分細則在《石油行業(yè)陸上采油安全生產(chǎn)標準化評分辦法》（原安監(jiān)總廳管一〔2013〕16 號）中有詳細說明，最終標準化得分換算成百分制。換算公式如下：

標準化得分（百分制）＝標準化評審得分÷標準中的賦分×100

式中：標準中的賦分是指陸上采油單位經(jīng)營范圍內(nèi)的標準要求項的賦分之和（即1000-不參與評審項賦分之和）；標準化評審得分是指對應標準中的賦分項評定的得分之和。

安全生產(chǎn)標準化等級分為一級、二級、三級，一級為最高。標準化等級最終由標準化得分和安全績效兩個指標共同確定，取其中較低的等級確定最后等級，由于安全績效是指“評審年度內(nèi)未發(fā)生人員死亡的生產(chǎn)安全事故”，在本文中不予考慮，只考慮得分的計算方法。等級劃分標準如表1 所示。

表1 安全生產(chǎn)標準化等級劃分表

2.2 采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化達標云模型的構(gòu)建

建立采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化達標的云模型，需要在原評分辦法的基礎上，采用逆向云和虛擬云算法進行多層次的疊加運算，綜合各指標的得分，算出評價對象的云特征（Ex，En，He），然后再通過正向云算法得出結(jié)果的云滴分布圖。在云模型的構(gòu)建中主要包括三個集合：評語集，指標集和權(quán)重集，以及逆向和正向云計算等步驟，下面對云模型的構(gòu)建步驟進行詳細說明：

1）確定評語集

根據(jù)表1 中的等級劃分規(guī)則，同樣采取百分制定義如下評語集：V={v1，v2，v3}={一級，二級，三級}，各個等級所屬的分值區(qū)間依然按照表1 劃分，小于60分的不予考慮。

2）構(gòu)建指標體系及權(quán)重

根據(jù)云模型的應用特點及采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化達標的評分辦法，本文將每個一級和二級要素對應的分值全部百分化，然后根據(jù)其不同項的不同分值換算成對應的權(quán)重，如表2 所示。

表2 采油安全生產(chǎn)標準化評分指標及權(quán)重

3）逆向云及虛擬云計算

標準化達標是包含多層次、多指標的系統(tǒng)，評分的原始數(shù)據(jù)來源于評審專家的評估打分，采用云模型進行運算，就需要首先對采集的原始數(shù)據(jù)進行逆向云運算，得出各個二級要素的云特征值，然后根據(jù)虛擬云算法將各二級要素的云特征值轉(zhuǎn)換成一級要素云特征值。

4）正向云計算

通過逆向云計算得到整個企業(yè)的評分結(jié)果，即項目整體云特征值（Ex，En，He），再設定云滴的個數(shù)N，然后利用正向云發(fā)生器進行云滴分布計算，得出最終的評分結(jié)果及隸屬度分布，其結(jié)果展現(xiàn)在云圖上一目了然，不僅能夠得出評分結(jié)果，也能夠看到結(jié)果的不確定性，這樣的結(jié)果更加客觀，能夠較好的反應實際情況。

3 實例應用

3.1 常規(guī)達標計算

某采油企業(yè)通過學習安全生產(chǎn)標準化建設的相關規(guī)定，認真落實各項安全管理措施，最終通過了評審組的二級達標。在評審過程中，專家組10 個成員分別對該企業(yè)的安全生產(chǎn)標準化的建設情況進行了打分，將其按百分制轉(zhuǎn)化后匯總?cè)绫? 所示。

表3 某采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化達標打分表

按照《石油行業(yè)陸上采油安全生產(chǎn)標準化評分辦法》（原安監(jiān)總廳管一〔2013〕16 號）的評分規(guī)則，該企業(yè)標準化得分為82.13，根據(jù)表1 的等級劃分表，可知該企業(yè)通過了安全生產(chǎn)標準化二級達標。

3.2 云模型計算

通過逆向云計算得到各二級要素的云模型參數(shù)，如表4 所示。

表4 二級要素的云模型參數(shù)

通過虛擬云算法，將這些二級要素的云特征值分別綜合，得到一級要素的云模型參數(shù)，如表5 所示。

表5 一級要素的云模型參數(shù)

再通過虛擬云算法，將這些一級要素的云特征值分別綜合，得到整個項目的云特征值：Ex=82.1，En=2.56，He=0.45。

利用項目的整體云特征值和正向云算法，設定云滴數(shù)N=2 000，使用Matlab 軟件做出評價云圖，如圖1所示。

3.3 結(jié)果分析

從圖1 可以看出，該單位的安全生產(chǎn)標準化達標的結(jié)果期望值Ex 為82.1，落在75 ～90 的區(qū)間內(nèi)，在這個區(qū)間內(nèi)的云滴也最密集，結(jié)合表1 的等級劃分標準，得出該單位的安全生產(chǎn)標準化達標等級為二級。對正向云發(fā)生器生成的2 000 個云滴進行統(tǒng)計，結(jié)果顯示落在三級區(qū)間（＜75）的個數(shù)為15，落在二級區(qū)間（75 ～90）的個數(shù)為1 981，落在一級區(qū)間（≥90）的個數(shù)為4，即結(jié)果對于評語集V 的隸屬度為（0.007 5，0.990 5，0.002），所以評價結(jié)果隸屬于“二級”，和常規(guī)達標計算的結(jié)果一致。同時，根據(jù)云滴個數(shù)和隸屬度可知，云滴除了大部分落在“二級”外，其余的主要落在“三級”，而落在“一級”的較少，由此可知，更為準確的結(jié)果是該企業(yè)達標結(jié)果為“二級偏下”。

同時，結(jié)合表5 的一級要素云模型參數(shù)可以看出，A2 的均值Ex 最大，說明該企業(yè)制定的HSE 方針比較科學合理，符合國家法律法規(guī)要求，并且與單位的實際情況相匹配，而對應的En 也不大，說明專家在打分時對該項的意見較為一致，沒有太大分歧。A7 的均值Ex最小，說明該企業(yè)在管理評審方面做的較差，但En最大，說明專家在打分時對該項的意見分歧較大，He 也較大，說明專家在對該項打分時心理偏差較大。

4 結(jié)論

1）將采油企業(yè)安全生產(chǎn)標準化的評分結(jié)果用云模型進行處理，能夠較好地體現(xiàn)出各要素評分的模糊性和隨機性，更準確地反映達標結(jié)果。

2）采用云圖的形式展示達標結(jié)果，直觀明了，同時能夠看出結(jié)果對不同等級的隸屬度，這樣的結(jié)果更加客觀準確（見圖1）。

3）通過計算各要素的熵和超熵，能夠挖掘更深層次的信息，比如專家在打分時的意見分歧等，企業(yè)可根據(jù)評分結(jié)果有針對性的采取改進措施。