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基于ANP模型的煤礦安全生產(chǎn)能力灰色關(guān)聯(lián)綜合評價
陳亞樹蘭國輝劉麗麗摘要:為有效了解煤礦的安全生產(chǎn)能力,基于煤礦安全生產(chǎn)影響因素的復(fù)雜性,從人員、設(shè)備、環(huán)境和管理四方面構(gòu)建出評價指標體系。并在此基礎(chǔ)上提出了基于ANP和灰色關(guān)聯(lián)分析方法的綜合評價模型。通過ANP建立煤礦安全生產(chǎn)能力的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,并計算影響因素的權(quán)重,再利用灰色關(guān)聯(lián)法求解4個煤礦的關(guān)聯(lián)系數(shù),最后用關(guān)聯(lián)系數(shù)和權(quán)重計算各煤礦的關(guān)聯(lián)度。實證結(jié)果表明,該模型能夠充分顯示出4個煤礦的實際安全生產(chǎn)能力,對煤礦事故安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:煤礦;安全生產(chǎn);ANP;灰色關(guān)聯(lián)分析;綜合評價TD79:A:1672-1101(2018)01-0049-06Abstract:Inordertoeffectivelyunderstandthesafetyproductioncapacityofcoalmines,basedonthecomplexityofinfluencingfactorsofcoalminesafetyproduction,theevaluationindexsystemisconstructedfromtheaspectsofpersonnel,equipment,environmentandmanagement.Onthisbasis,acomprehensiveevaluationmodelbasedonANPandgrayrelationalanalysisisproposed.ThroughANP,thenetworkstructuremodelofcoalminesafetyproductioncapacitywasestablished,andtheweightofinfluencingfactorswascalculated.Then,thegraycorrelationmethodwasusedtosolvethecorrelationcoefficientofthefourcoalmines.Finally,thecorrelationcoefficientandweightwereusedtocalculatethecorrelationdegreeofeachcoalmine.Theempiricalresultsshowthatthemodelcanfullydisplaytheactualsafetyproductioncapacityoffourcoalminesandhascertainguidingsignificanceforthesafetyproductionofcoalmines.Keywords:CoalMines;SafetyProduction;ANP;GrayCorrelationAnalysis;Comprehensiveevaluation煤礦事故預(yù)警是以安全生產(chǎn)法規(guī)為基礎(chǔ),結(jié)合各類先進技術(shù)和工具,根據(jù)數(shù)據(jù)收集結(jié)果對企業(yè)生產(chǎn)狀況進行檢測、整理、分析、評估,并發(fā)出事故預(yù)警信號的活動[1]。煤礦事故預(yù)警的意義就在于能夠有效預(yù)防煤礦事故的發(fā)生,將企業(yè)風(fēng)險損失降到最小,甚至將事故防止在萌芽狀態(tài),能夠有效提高煤礦安全生產(chǎn)能力?;诖耍疚牟捎肁NP—灰色關(guān)聯(lián)綜合評價方法,構(gòu)建指標體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,并計算出所選煤礦的加權(quán)關(guān)聯(lián)度,研究結(jié)果能實際反映各煤礦的安全生產(chǎn)能力。一、文獻綜述近年來,國內(nèi)學(xué)者在煤礦安全管理領(lǐng)域進行安全生產(chǎn)能力的研究越來越多。王爽英等以中小型煤礦為研究對象,建立安全生產(chǎn)指標體系,采用模糊層次評價法(FAHP)進行實證分析,結(jié)果表明該模型可實現(xiàn)影響因素的重要性排序[2]。郭建新等基于AHP-模糊綜合評判方法,構(gòu)建煤礦安全生產(chǎn)預(yù)警分級指標體系,并進行實證分析,結(jié)果表明該綜合方法可用于預(yù)警分級計算[3]。李朋林等認為管理不善是煤礦安全生產(chǎn)事故發(fā)生的一個中間狀態(tài),基于此提出了一個包括中央政府等4方行為主體的博弈模型,并依據(jù)博弈結(jié)果提出對策[4]。孫繼平對近年來我國煤礦事故進行分析,在事故級別起數(shù)上得出1∶5∶30∶405的規(guī)律,并據(jù)此提出“均衡生產(chǎn)”等安全生產(chǎn)理念[5]。胡文國對國外煤礦的安全生產(chǎn)進行了大量的研究,將研究的經(jīng)驗和啟示融合到國內(nèi)的煤礦生產(chǎn)中,并提出了幾點建議[6]。趙代英等采用Hodrick-Prescott濾波法分析煤礦安全生產(chǎn)指標數(shù)據(jù),并建立相應(yīng)預(yù)警指數(shù)模型,運行結(jié)果表明該預(yù)警模型對指導(dǎo)安全生產(chǎn)具有一定意義[7]。郭良杰等以地勘單位為研究對象,構(gòu)建出安全運行的指標體系,采用CMM和盲數(shù)理論,實證分析了該評價模型,研究結(jié)果對企業(yè)了解其安全生產(chǎn)具有重大意義[8]。綜上,國內(nèi)學(xué)者關(guān)于煤礦安全生產(chǎn)的研究眾多,對煤礦安全管理具有一定意義。但由于煤礦安全生產(chǎn)具有很多未知因素,研究者采用的方法都有其優(yōu)缺點,因此難以得到可靠的評價結(jié)果。本文試圖從系統(tǒng)工程的角度出發(fā),依據(jù)煤礦的實際生產(chǎn)狀況并結(jié)合專家經(jīng)驗,確定評價指標體系,構(gòu)建出基于ANP模型的綜合評價方法,該綜合方法將主觀和客觀研究結(jié)合起來,力求評價過程可操作性強,評價結(jié)果能夠更加符合煤礦的實際生產(chǎn)狀況,從而為煤礦管理者提供決策依據(jù)。二、研究方法(一)ANP法T.L.Saaty教授于1996年提出了ANP方法,該方法構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,不僅具有AHP的優(yōu)點,而且能夠充分考慮到因素集內(nèi)部之間和因素集間的相互影響[9],因此該方法適用于無法用精確模型描述的社會、經(jīng)濟、行為等問題。典型的ANP結(jié)構(gòu)具有控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩個部分,兩者形成一個相互影響的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。近年來,ANP法廣泛應(yīng)用于各安全領(lǐng)域,但在煤礦事故預(yù)警方面很少使用。ANP模型的廣泛應(yīng)用得益于SD(超級決策)軟件的開發(fā),SD軟件能夠?qū)NP的計算程序化[10],因此極大簡便了ANP的計算。(二)灰色關(guān)聯(lián)法在研究當中我們并不能獲悉全部的信息,通常情況下都是有一部分信息是已知的,一部分信息是未知的,這就需要我們利用一系列的研究方法在對已知信息開發(fā)的基礎(chǔ)上,進一步實現(xiàn)對未知部分的描述。鄧聚龍教授于1982年提出的灰色系統(tǒng)理論能夠有效解決該問題,在樣本量和樣本分布沒有嚴格要求的情況下也可確定系統(tǒng)的未知信息?;疑P(guān)聯(lián)分析方法是灰色理論應(yīng)用當中最廣泛的研究方法,其核心思路是依據(jù)關(guān)聯(lián)度對評價對象進行排序,以此為手段對復(fù)雜問題進行決策。運用灰色關(guān)聯(lián)法,主要步驟[11]包括:最優(yōu)指標集A*的構(gòu)建;建立相應(yīng)的評價矩陣B;原始數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理;根據(jù)相關(guān)公式計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。三、構(gòu)建煤礦安全生產(chǎn)指標體系和網(wǎng)絡(luò)模型(一)構(gòu)建煤礦安全生產(chǎn)能力指標體系通過研究煤礦安全生產(chǎn)影響因素,構(gòu)建出更加符合煤礦安全生產(chǎn)的評價模型,幫助煤礦企業(yè)減少甚至杜絕各類事故的發(fā)生,及時發(fā)現(xiàn)和處理安全生產(chǎn)能力的不足,保障企業(yè)安全。在閱讀相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上[12-16],提取煤礦安全生產(chǎn)影響因素,包括人員因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素和管理因素,建立的指標體系如圖1所示。(二)ANP網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建根據(jù)圖1指標體系,利用ANP原理構(gòu)建出煤礦安全生產(chǎn)能力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,如圖2所示。四、煤礦安全生產(chǎn)能力實證研究(一)求解ANP網(wǎng)絡(luò)模型根據(jù)圖2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,通過SD(超級決策)軟件,在界面中創(chuàng)建出煤礦安全生產(chǎn)能力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,并根據(jù)各因素之間的影響關(guān)系建立關(guān)聯(lián),如圖3所示。其中雙向箭頭表示元素集間相互影響,單向箭頭為單向影響,環(huán)形箭頭為元素集內(nèi)部元素之間具有影響關(guān)系。計算ANP模型的核心在于判斷矩陣和超矩陣,當建立的判斷矩陣通過了一致性檢驗后,根據(jù)SD軟件中的相關(guān)操作,計算出超矩陣(包括未加權(quán)超矩陣、加權(quán)超矩陣和極限超矩陣)。再點擊計算權(quán)重的Priorities命令,得到各因素的權(quán)重,結(jié)果如表1所示。(二)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)利用上述的煤礦安全生產(chǎn)評價模型,以義馬煤業(yè)集團及平頂山煤業(yè)集團下屬的4個煤礦實際數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù),開展實證研究,煤礦名稱命名為M1、M2、M3和M4,原始數(shù)據(jù)如表2所示。指標的計算方法為:諸如員工月均培訓(xùn)時間的指標,數(shù)據(jù)可以直接獲??;諸如設(shè)備的可靠性,是以設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時間/總運轉(zhuǎn)時間得出;諸如管理制度的完善率,是以實用安全管理制度數(shù)/安全管理制度總數(shù)來表示。在綜合分析上述影響因素體系的基礎(chǔ)上,可表示出各評價指標的最優(yōu)參考數(shù)列(2.5%,7.5,2.8,6.1,89%,89%,80%,93%,89%,0.011,5,82%,81%,94%),并對各項數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理,再根據(jù)公式計算出絕對差Δi(k)。結(jié)果見表3。(三)計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度根據(jù)表1的煤礦安全生產(chǎn)能力因素權(quán)重和表4的關(guān)聯(lián)系數(shù),計算出4個煤礦的加權(quán)關(guān)聯(lián)度,見表5所示。依據(jù)表1權(quán)重結(jié)果可知,在眾多影響因素中,員工三違率(0.128)、管理有效性(0.94)、機電系統(tǒng)可靠性(0.093)、頂?shù)装蹇煽啃裕?.089)等是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重點關(guān)注因素。由表5結(jié)果可知,4個煤礦加權(quán)關(guān)聯(lián)度的排序為M1>M3>M2>M4,那么煤礦1的安全生產(chǎn)能力最大。從指標角度分析結(jié)果產(chǎn)生的原因,員工三違率是影響煤礦安全生產(chǎn)能力的首要因素,在研究時段內(nèi),M1、M2、M3和M4煤礦的員工三違率排序為M1(2.5)M3(79)>M2(74)>M4(69),同樣管理有效性越高的煤礦安全生產(chǎn)能力越好;綜合考慮其余12個指標可知,最終對四家煤礦安全生產(chǎn)能力進行由高到低的排列依次是M1、M3、M2和M4。五、結(jié)論針對煤礦安全生產(chǎn)多因素影響的特點,本文引入網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP),在充分考慮因素之間影響關(guān)系的基礎(chǔ)上,借助SD軟件計算出每個指標的權(quán)重,再結(jié)合灰[本文來自于wWW.zz-news.COM]色關(guān)聯(lián)分析方法,對篩選出的14個一級指標進行綜合評價。評價結(jié)果能為煤礦區(qū)管理者提高煤礦安全生產(chǎn)能力提供依據(jù),同時對其他礦區(qū)具有較好的借鑒意義。具體結(jié)論如下:1.基于煤礦安全生產(chǎn)的復(fù)雜性,根據(jù)當前煤礦安全生產(chǎn)的研究并結(jié)合專家經(jīng)驗,從人員、設(shè)備、環(huán)境、管理四個方面構(gòu)建評價指標體系,由于指標之間存在復(fù)雜的相互影響關(guān)系,本文采用ANP模型求解指標權(quán)重,得出的各指標權(quán)重大小基本符合當前煤礦安全生產(chǎn)的實際狀況。2.由表1指標權(quán)重結(jié)果可知,人員、設(shè)備、環(huán)境和管理因素的權(quán)重分別為18.4%、33.1%、23.1%和25.4%,總體上說明4大類因素對煤礦安全生產(chǎn)能力均具有較大影響,其中設(shè)備和管理因素影響更為明顯;從單個指標看,員工三違率(12.8%)是影響煤礦安全生產(chǎn)的最大因素,企業(yè)必須從根源上減少人為失誤造成的煤礦事故。3.為綜合評價案例煤礦的安全生產(chǎn)能力,文中引入灰色關(guān)聯(lián)分析方法,使主觀分析與客觀分析相結(jié)合,為有效解決復(fù)雜的決策問題提供了便利。實證分析可知,四個煤礦的安全生產(chǎn)能力從大到小排序結(jié)果為M1>M3>M2>M4,研究結(jié)果對實際的煤礦安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。參考文獻:[1]丁寶成,王彥偉.煤礦企業(yè)安全預(yù)警管理體系[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2010(2):121-123.[2]王爽英,吳超,左紅艷.中小型煤礦生產(chǎn)安全模糊層次分析評價模型及其應(yīng)用[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(5):1918-1922.[3]郭建新,李江.基于AHP-模糊綜合評判的煤礦事故預(yù)警分級模型及應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2012(3):96-99.[4]李朋林,段潔.煤礦安全生產(chǎn)的博弈模型[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2013(1):72-77.[5]孫繼平.煤礦安全生產(chǎn)理念研究[J].煤炭學(xué)報,2011(2):313-316.[6]胡文國.國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)安全管理經(jīng)驗及啟示[J].煤礦安全,2011(5):180-183.[7]趙代英,何學(xué)秋,江田漢.我國煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)預(yù)警指數(shù)模型研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2014(1):81-86.[8]郭良杰,盧穎,高圣,等.基于盲數(shù)和成熟度理論的地勘單位安全標準化運行評價模型[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014(17):311-316.[9]周豐,周俊,何月雯,等.基于KJ法和ANP法的人機交互界面可用性研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2015(6):241-245.[10]劉睿,余建星,孫宏才,等.基于ANP的超級決策軟件介紹及其應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2003(8):141-143.[11]杜棟,龐慶華,吳炎.現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008:111-115.[12]荊全忠,姜秀慧,楊鑒淞,等.基于層次分析法(AHP)的煤礦安全生產(chǎn)能力指標體系研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2006(9):74-79.[13]ZhouY,PedryczW,QianX.Applicationofextensionneuralnetworktosafetystatuspatternrecognitionofcoalmines[J].JournalofCentralSouthUniversityofTechnology(EnglishEdition),2011(3):63
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