第五章系統(tǒng)安全預(yù)則與決策ppt課件

1、平安系統(tǒng)工程第五章 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè)與決策.主要內(nèi)容1.系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 2.系統(tǒng)平安決策.過(guò)去如今未來(lái)5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述知情況難以了解的中間過(guò)程結(jié)果輸入輸出預(yù)測(cè)技術(shù)和方法預(yù)測(cè)過(guò)程方框圖.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 1. 平安預(yù)測(cè)分類(lèi)1按預(yù)測(cè)對(duì)象的范圍分 宏觀預(yù)測(cè)：是指對(duì)整個(gè)行業(yè)、一個(gè)省區(qū)、一個(gè)局企業(yè)的平安情況的預(yù)測(cè)。 微觀預(yù)測(cè)：是指對(duì)一個(gè)廠礦的消費(fèi)系統(tǒng)或?qū)ζ渥酉到y(tǒng)的平安情況的預(yù)測(cè)。 5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 1. 平安預(yù)測(cè)分類(lèi)2按時(shí)間長(zhǎng)短分 長(zhǎng)遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)：是指對(duì)五年以上的平安情況的預(yù)測(cè)。它為平安管理方面的艱苦決

2、策提供科學(xué)根據(jù)。 中期預(yù)測(cè)：是指對(duì)一年以上五年以下的平安消費(fèi)開(kāi)展前景進(jìn)展的預(yù)測(cè)。它是制定五年方案和義務(wù)的根據(jù)。 短期預(yù)測(cè)：是指對(duì)一年以?xún)?nèi)的平安形狀的預(yù)測(cè)。它是年度方案、季度方案以及規(guī)定短期開(kāi)展義務(wù)的根據(jù)。 5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 2平安預(yù)測(cè)的根本原理系統(tǒng)平安預(yù)測(cè)同其他預(yù)測(cè)方法一樣，遵照如下的根本原理：1系統(tǒng)原那么。系統(tǒng)平安預(yù)測(cè)是系統(tǒng)工程，因此，該當(dāng)從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，以全局的觀念、更大的范圍、更長(zhǎng)的時(shí)間、更大的空間、更高的層次來(lái)思索系統(tǒng)平安預(yù)測(cè)問(wèn)題，并把系統(tǒng)中影響平安的要素用集合性、相關(guān)性和階層性協(xié)調(diào)起來(lái)。5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 2平安預(yù)測(cè)的根本原

3、理2類(lèi)推和概率推斷原那么。假設(shè)曾經(jīng)知道兩個(gè)不同事件之間的相互制約關(guān)系或共同的有聯(lián)絡(luò)的規(guī)律，那么可利用先導(dǎo)事件的開(kāi)展規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)遲發(fā)事件的開(kāi)展趨勢(shì)，這就是所謂的類(lèi)推預(yù)測(cè)。根據(jù)小概率事件推斷準(zhǔn)那么，假設(shè)某系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果其發(fā)惹事故的概率為小概率事件，那么推斷該系統(tǒng)是平安的；反之，假設(shè)其概率很大，那么以為系統(tǒng)是不平安的。5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 2平安預(yù)測(cè)的根本原理3慣性原理。對(duì)于同一個(gè)事物，可以根據(jù)事物的開(kāi)展都帶有一定的延續(xù)性，即所謂慣性，來(lái)推斷系統(tǒng)未來(lái)開(kāi)展趨勢(shì)。所以慣性原理也可以稱(chēng)為趨勢(shì)外推原理。應(yīng)該留意的是，運(yùn)用此原理進(jìn)展平安預(yù)測(cè)是有條件的，它是以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為前提，也就是說(shuō)，

4、只需在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，事物之間的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)及其根本特征才有能夠延續(xù)下去。但是絕對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)是不存在的，這就要根據(jù)系統(tǒng)某些要素的偏離程度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)展修正。5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.3、預(yù)測(cè)的程序確定預(yù)測(cè)目的和義務(wù)輸入信息預(yù)測(cè)處置輸出結(jié)果1、確定預(yù)測(cè)目的2、制定預(yù)測(cè)方案3、確定預(yù)測(cè)時(shí)間4、搜集預(yù)測(cè)資料5、檢驗(yàn)現(xiàn)有資料6、選擇預(yù)測(cè)方法7、建立預(yù)測(cè)模型8、進(jìn)展推測(cè)或計(jì)算9、預(yù)測(cè)結(jié)果的鑒定10、修正預(yù)測(cè)結(jié)果階段步驟.5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)方法從大的方面可分為閱歷推斷預(yù)測(cè)法、時(shí)間序列預(yù)測(cè)法及計(jì)量模型預(yù)測(cè)法。本節(jié)就其中的主要常見(jiàn)預(yù)測(cè)方法作一引見(jiàn)。 5.1.1 平安預(yù)測(cè)概述.預(yù)測(cè)方法分類(lèi)閱歷推斷預(yù)測(cè)法時(shí)間序列

5、預(yù)測(cè)法計(jì)量模型預(yù)測(cè)法頭腦風(fēng)暴法、特爾斐法、客觀概率法等滑動(dòng)平均法、指數(shù)滑動(dòng)平均法、周期變動(dòng)分析法回歸分析法、馬爾柯夫鏈預(yù)測(cè)法、灰色預(yù)測(cè).5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 1.一元線性回歸法5.1.2 回歸預(yù)測(cè)分析法 比較典型的回歸法是一元線性回歸法，它是根據(jù)自變量x與因變量y的相互關(guān)系， 用自變量的變動(dòng)來(lái)推測(cè)因變量變動(dòng)的方向和程度，其根本方程式為.【例5-1】表5-1是某礦務(wù)局19932002年頂板事故死亡人數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，試用一元線性回歸方法建立其預(yù)測(cè)方程。 年度時(shí)間順序x死亡人數(shù)yx2xyy219931301309001994224448576199531895432419964416161619975

6、1225601441998683648641999722491544842000810648010020019138111716920021051005025合計(jì).【解】將表中數(shù)據(jù)代入方程組5-2中，便可求出a和b的值，即故回歸直線的方程為. 在回歸分析中，為了了解回歸直線對(duì)實(shí)踐數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的符合程度的大小，還應(yīng)求出相關(guān)系數(shù)。其計(jì)算公式如下： 式中， 留意：相關(guān)系數(shù) 時(shí)，闡明回歸直線與實(shí)踐數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)完全相符； 時(shí)，闡明x與y之間完全沒(méi)有線性關(guān)系。 .將表5-1中的有關(guān)數(shù)據(jù)代入 ，闡明回歸直線與實(shí)踐數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)相符合。所以，可根據(jù)所建立的回歸直線預(yù)測(cè)方程對(duì)以后的死亡人數(shù)趨勢(shì)進(jìn)展預(yù)測(cè)。.5.

7、1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 2.一元非線性回歸方法5.1.2 回歸預(yù)測(cè)分析法 在回歸分析法中，除了一元線性回歸法外，還有一元非線性回歸分析法、多元線性回歸分析法、多元非線性回歸分析法等。 例如：指數(shù)函數(shù)回歸分析 根本公式：令：那么：.【例5-2】某礦2004年的工傷人數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-2，用指數(shù)函數(shù)進(jìn)展回歸分析。月份時(shí)間序號(hào)xi工傷人數(shù)yi11152.70812.7087.33322122.48544.9706.1753371.94695.8383.7874461.792167.1683.2115541.386256.9301.9316651.609369.6542.5897761.7924912.5

8、443.2118871.9466415.5683.789941.3868112.4747.000101041.38610013.861.921111120.6961217.6230.480121210.00014400合計(jì).【解】對(duì)兩邊取自然對(duì)數(shù)得： 令 那么：用一元線性回歸方程計(jì)算公式得：因 ，所以 .故指數(shù)回歸方程為 求相關(guān)系數(shù)： ，闡明用指效曲線進(jìn)展回歸分析，在一定程度上反映了該礦工傷人數(shù)的趨勢(shì)。所以，可根據(jù)建立的回歸方程對(duì)以后工傷人數(shù)開(kāi)展趨勢(shì)進(jìn)展預(yù)測(cè)。 .5.1 系統(tǒng)平安預(yù)測(cè) 5.1.3 灰色預(yù)測(cè)法白色系統(tǒng)信息完全明確的系統(tǒng)黑色系統(tǒng)信息完全不明確的系統(tǒng)灰色系統(tǒng)信息部分明確、部分不明確的

9、系統(tǒng)平安系統(tǒng)典型的灰色系統(tǒng)各種要素和系統(tǒng)平安主行為的關(guān)系是灰的要素與要素之間的關(guān)系是灰的系統(tǒng)中人機(jī)環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)系是灰的系統(tǒng)與系統(tǒng)所處環(huán)境之間的關(guān)系是灰的.灰色系統(tǒng)實(shí)際預(yù)測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)生成方法直接累加法、挪動(dòng)平均法、加權(quán)累加法、遺傳因子累加法、自順應(yīng)累加法等，將根本沒(méi)規(guī)律的、雜亂無(wú)章的或規(guī)律性不強(qiáng)的一組原始數(shù)據(jù)序列變得具有明顯的規(guī)律性，處理了數(shù)學(xué)界不斷以為不能處理的微積分方程建模問(wèn)題?；疑到y(tǒng)預(yù)測(cè)是從灰色系統(tǒng)的建模、關(guān)聯(lián)度和殘差辨識(shí)的思想出發(fā)，所獲得的關(guān)于預(yù)測(cè)的新概念、觀念和方法。.1.灰色預(yù)測(cè)建模方法設(shè)原始離散數(shù)據(jù)序列 按式5-7對(duì)其進(jìn)展一次累加生成處置，得到序列 以序列

10、為根底建立灰色的生成模型。 k=1,2,N (5-7) 式5-8稱(chēng)為一階灰色微分方程，記為GM1，1，式中和為待辨識(shí)參數(shù)。 (5-8)一階一個(gè)變量 其中：稱(chēng)為開(kāi)展灰數(shù)；稱(chēng)為內(nèi)生控制灰數(shù)。.構(gòu)造矩陣B與向量Y.設(shè)為待估參數(shù)向量，利用最小二乘法可得： 求解微分方程，即可得預(yù)測(cè)模型： ，那么微分方程可表示為.灰色預(yù)測(cè)檢驗(yàn)普通有殘差檢驗(yàn)、關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)。2、模型檢驗(yàn)1殘差檢驗(yàn)按預(yù)測(cè)模型計(jì)算并將累減生成然后計(jì)算原始序列與的絕對(duì)誤差序列及相對(duì)誤差序列。.2關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)根據(jù)前面所述關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法算出與原始序列的關(guān)聯(lián)絡(luò)數(shù)，然后計(jì)算出關(guān)聯(lián)度，根據(jù)閱歷，當(dāng)=0.5時(shí)，關(guān)聯(lián)度大于0.6便稱(chēng)心了。.3后驗(yàn)差檢

11、驗(yàn)a.計(jì)算原始序列規(guī)范差:b. 計(jì)算絕對(duì)誤差序列的規(guī)范差：c. 計(jì)算方差比：.d. 計(jì)算小誤差概率：令:，那么： P0.950.800.700.70 C0.350.500.65。當(dāng) Wt、Ww 兩項(xiàng)中有一項(xiàng)數(shù)值較小時(shí)，用雙曲線法能使 W 值明顯變小，更便于對(duì)方案的抉擇。.2優(yōu)度圖法 優(yōu)度圖如下圖。圖中橫坐標(biāo)為技術(shù)價(jià)Wt, 縱坐標(biāo)為經(jīng)濟(jì)價(jià)Ww。每個(gè)方案的Wti、Wwi值構(gòu)成點(diǎn)Si， 而Si的位置就反映了此方案的優(yōu)度。 當(dāng)Wt 、Ww值均等于 1 時(shí)的交點(diǎn)SI是理想優(yōu)度, 表示技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合目的的理想值。0-SI連線稱(chēng)為 “開(kāi)發(fā)線, 線上各點(diǎn) Wt= Ww。Si點(diǎn)離SI點(diǎn)越近，表示技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合目的越

12、高；分開(kāi)發(fā)線越近，闡明技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能越好。 .5.2.6 稀少事件評(píng)價(jià)法稀少事件 (Rare Events)是指那些發(fā)生的概率非常小的事件, 對(duì)它們很難用直接觀測(cè)的方法進(jìn)展研討, 由于它們不但“百年不遇, 而且 “不反復(fù)。 在稀少事件中有 2 種不同的風(fēng)險(xiǎn)估計(jì): 一類(lèi)是稱(chēng)外圍 “零無(wú)窮大的風(fēng)險(xiǎn), 指的是那些發(fā)生的能夠性很小(幾乎為零)而后果卻非常嚴(yán)重(幾乎是無(wú)窮大)的事故, 例如核電站走漏事故；另一類(lèi)是發(fā)生概率很小, 后果不像前一類(lèi)那么嚴(yán)重, 但涉及的面或人數(shù)卻很多, 并且易被一些偶爾要素、另外的風(fēng)險(xiǎn)、與它們的作用一樣或相反的其他要素所掩蓋的事故, 如水質(zhì)污染不是特別嚴(yán)重的情況下, 很難確定

13、其與癌癥發(fā)病率之間的關(guān)系。前一類(lèi)情況主要涉及明顯事故的估計(jì)與價(jià)錢(qián), 后一類(lèi)情況那么主要是對(duì)潛在危險(xiǎn)進(jìn)展丈量和估計(jì)。 . 對(duì)稀少事件很難給出一個(gè)嚴(yán)厲定義，就第一類(lèi)事故情況來(lái)說(shuō)，普通采用如下的定義：即100年才能夠發(fā)生一次事故稱(chēng)為稀少事件。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： nP 0.01 式中n 實(shí)驗(yàn)次數(shù)次/年； P 事故發(fā)生的概率。 .稀少事件的風(fēng)險(xiǎn)度 稀少事件普通服從二項(xiàng)分布，它們相互獨(dú)立，發(fā)生的概率為P，在n次實(shí)驗(yàn)中，有m次勝利發(fā)生的概率P(m)為： 其均值( 期望值 )：E(x)=nP 方差： D(x)=nP(1-P) 風(fēng)險(xiǎn)度： 對(duì)于稀少事件，P1，故有：.2絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)比風(fēng)險(xiǎn) 概率估計(jì)只需當(dāng)概率不太大

14、和不太小時(shí)才比較準(zhǔn)確, 因此以期望值(均值)為根底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)稀少事件的分析不是很確切，為此有人提出對(duì)比風(fēng)險(xiǎn)的概念。絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)：是對(duì)某一能夠發(fā)惹事件的概率及其后果的估計(jì)，也就是我們通常所討論的風(fēng)險(xiǎn)概念。對(duì)比風(fēng)險(xiǎn)：可分為兩種情況，一種是對(duì)于發(fā)生概率類(lèi)似的事件，比較其發(fā)生的后果；另一種是對(duì)于兩種后果及大小類(lèi)似的事件，比較其發(fā)生的概率。.2絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)比風(fēng)險(xiǎn) 絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)比風(fēng)險(xiǎn)的適用區(qū)域表示圖：期望數(shù)值和絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)適用區(qū).3稀少事件風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的運(yùn)用 例如某企業(yè)需存放一種有毒有害物質(zhì), 擬有2種存放方案: 一種是簡(jiǎn)單的淺埋, 另一種是放在專(zhuān)門(mén)建造的地窖中。 淺埋比較經(jīng)濟(jì), 但在發(fā)生水災(zāi)時(shí)會(huì)大量溢散。水災(zāi)

15、的發(fā)生是稀少事件。如今需求決議的是能否需求思索淺埋溢散的影響? 設(shè)有害物質(zhì)的維護(hù)期為100年。當(dāng)發(fā)生水災(zāi)時(shí), 淺埋會(huì)呵斥100% 的有害物質(zhì)溢散, 而專(zhuān)建地窖方案有10%的溢散。因?qū)＝ǖ牡亟咽前匆蠼ㄔ斓? 溢散10%是符合有關(guān)規(guī)定的。.3稀少事件風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的運(yùn)用 假定決策者是一個(gè)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)持中性態(tài)度的人，等價(jià)程度 P= /年( 即100年中發(fā)生溢散的概率為0.01與埋在專(zhuān)建地窖中等價(jià)) 。 決策者為更保險(xiǎn), 將此又降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)即以為等價(jià)程度是 P= /年, 然后就要對(duì)水災(zāi)發(fā)生的概率進(jìn)展估計(jì)。假設(shè)水災(zāi)概率小于 /年, 那么可以采用淺埋方案; 否那么, 那么運(yùn)用專(zhuān)建地窖方案。 .5.2.7 模糊決策

16、法利用模糊數(shù)學(xué)的方法將模糊的平安信息定量化, 從而對(duì)多要素進(jìn)展定量評(píng)價(jià)與決策, 就是模糊決策(評(píng)價(jià)) 。這里所說(shuō)的模糊的平安信息, 其實(shí)就是我們常說(shuō)的描畫(huà)與平安有關(guān)的定性術(shù)語(yǔ)。例如預(yù)測(cè)事故發(fā)生，常用能夠性很大、能夠性不大或很?。活A(yù)測(cè)事故后果時(shí)，常用災(zāi)難性的、非常嚴(yán)重的、嚴(yán)重的、普通的等術(shù)語(yǔ)進(jìn)展區(qū)別。如何用這些在平安領(lǐng)域中常用的定性術(shù)語(yǔ)進(jìn)展評(píng)價(jià)和決策，采用模糊數(shù)學(xué)的方法是行之有效的途徑之一。 .5.2.7 模糊決策法模糊決策主要分為兩步進(jìn)展: 首先按每個(gè)要素單獨(dú)評(píng)判然后再按一切要素綜合評(píng)判。 .1建立要素集 要素集是指以所決策 (評(píng)價(jià)) 系統(tǒng)中影響評(píng)判的各種要素為元素所組成的集合,通常用U表示,

17、 即： U =u1,u2,um 各元素ui(i=1,2, ,m) 即代表各影響要素。這些要素通常都具有不同程度的模糊性。 例如, 評(píng)判作業(yè)人員的平安消費(fèi)素質(zhì)時(shí), 為了經(jīng)過(guò)綜合評(píng)判得出合理的值, 可列出影響作業(yè)人員的平安消費(fèi)素質(zhì)取值的要素, 普通包括 : u1平安責(zé)任心 ;u2 所受平安教育程度 ; u3文化程度 ;u4作業(yè)糾錯(cuò)技藝;u5監(jiān)測(cè)缺點(diǎn)技藝 ; u6 普通缺點(diǎn)排除技藝 ;u7事故臨界形狀的辨識(shí)及應(yīng)急操作技藝。 上述要素 u1u7 都是模糊的, 由它們組成的集合, 便是評(píng)判操作人員的平安消費(fèi)技藝的要素集。.2建立權(quán)重集 普通說(shuō)來(lái), 要素集U中的各要素對(duì)平安系統(tǒng)的影響程度是不一樣的。為了反

18、映各要素的重要程度, 對(duì)各個(gè)要素應(yīng)賦予一相應(yīng)的權(quán)數(shù)Qi。由各權(quán)數(shù)所組成的集合： A=1,2, ,m A 稱(chēng)為要素權(quán)重集，簡(jiǎn)稱(chēng)權(quán)重集。 各權(quán)數(shù)比應(yīng)滿足歸一性和非負(fù)性條件 ： 它們可視為各要素對(duì)“重要的隸屬度。因此, 權(quán)重集是要素集上的模糊子集。.3建立評(píng)判集 評(píng)判集是評(píng)判者對(duì)評(píng)判對(duì)象能夠作出的各種總的評(píng)判結(jié)果所組成的集合。通常用 V 表示，即： V =( 1,2, , n)各元素i即代表各種能夠的總評(píng)判結(jié)果。 模糊綜合評(píng)判的目的，就是在綜合思索一切影響要素根底上, 從評(píng)判集中得出一最正確的評(píng)判結(jié)果。.4單要素模糊評(píng)判 單獨(dú)從一個(gè)要素進(jìn)展評(píng)判, 以確定評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)判集元素的隸屬度, 稱(chēng)為單要素模糊

19、評(píng)判。 設(shè)對(duì)要素集U中第 i 個(gè)要素 ui 進(jìn)展評(píng)判, 對(duì)評(píng)判集 V 中第 j 個(gè)元素j的隸屬度為rij,那么按第 i 個(gè)要素ui的評(píng)判結(jié)果 , 可得模糊集合: Ri=ri1，ri2，rin同理 , 可得到相應(yīng)于每個(gè)要素的單要素評(píng)判集如下 : R1=r11，r12，r1n R2=r21，r22，r2n Rm=rm1，rm2，rmn .4單要素模糊評(píng)判 將各單要素評(píng)判集的隸屬度行組成矩陣，又稱(chēng)為評(píng)判 (決策) 矩陣： .5模糊綜合決策 單要素模糊評(píng)判，僅反映了一個(gè)要素對(duì)評(píng)判對(duì)象的影響。要綜合思索一切要素的影響，得出正確的評(píng)判結(jié)果，這就是模糊綜合決策。假設(shè)已給出決策矩陣R，再思索各要素的重要程，即給定隸屬函數(shù)或權(quán)重集 A，那么模糊綜合決策模型為： B =AR 評(píng)判集 V 上的模糊子集 , 表示系統(tǒng)評(píng)判集諸要素的相對(duì)重要程度。.實(shí)例分析設(shè)評(píng)判某類(lèi)事故的危險(xiǎn)性，普通可思索事故發(fā)生的能夠性、事故后的嚴(yán)重度、對(duì)社會(huì)呵斥的影響以及防止事故的難易程度。這 4 個(gè)要素就可構(gòu)成危險(xiǎn)性的要素集，即： U=事故發(fā)生的能夠性(u1),事故后的嚴(yán)重程度 (u2), 對(duì)社會(huì)呵斥的影響程度 (u3),防止事故的難易程度 (u4)。 由于要素集中各