基于灰靶决策的某大型试验系统风险评价研究

余 志，孙联昌，张 蕾，张 奕，陈宏达

中国石油集团石油管工程技术研究院（陕西西安710077）

基于灰靶决策的某大型试验系统风险评价研究

余 志，孙联昌，张 蕾，张 奕，陈宏达

中国石油集团石油管工程技术研究院（陕西西安710077）

运用灰靶决策理论,构建了某科研院所大型试验系统的风险评价指标体系与模型，对其风险重要度进行了风险评价与分析。研究结果表明：灰靶决策理论对于高风险大型试验系统风险度评价具有较好的适用性；风险评价结果为大型试验系统的风险分级管理与控制，提供了理论依据；为科研院所大型试验系统的风险评价与管理，制定相应有效的重大风险控制对策提供了理论参考。

灰靶决策；试验系统；风险评价

试验研究是科学研究的一种重要方法，对于不同的研究问题，一些试验研究系统或装置可能存在着较大的安全风险。正确评价这些试验系统风险度，是预防风险与安全管理的重要保障，如何有效地对大型试验系统进行风险评价是值得探讨的[1]。目前国内外针对大型试验系统进行风险评价有很多种方法，如类比法、故障树法、层次分析法等。灰靶决策模型是一种解决多指标、多属性的决策方法，近年来众多学者对传统灰靶模型进行理论创新，使得灰靶决策理论更加适应于各类风险评价体系。由于现实决策中，决策者的主观风险偏好往往对决策结果有决定性影响。采用灰靶决策理论，选取客观的风险指标，建立了风险评价模型，针对科研院所对大型试验系统风险指标不同的敏感程度，对模型进行了调整，弱化了决策者的主观偏好对风险评价体系的影响，建立了适应于本单位的风险评价模型[2]。这为该科研院所重大风险分级、提出大型试验系统的重大风险控制对策和措施，构建大型试验系统的风险管理体系提供理论基础。

1 试验系统风险评价模型

1.1 试验系统构成及运行特点

该科研院所重大风险点试验系统中，其中A系统为水压爆破试验系统，是对高压大管径钢管进行水压和爆破试验，测试钢管的屈服压力、最高压力和爆破极限压力，从而保证钢管在高压和强扭矩环境下的使用性能；其特点是系统体积大、设备价值高、运行压力大。B系统为高温高压实物拉伸应力腐蚀系统，是在一定的压力、温度、腐蚀介质以及承受轴向拉伸载荷条件下测定材料特性的试验系统；其特点是系统体积大、设备价值高、运行压力大、运行温度高、腐蚀介质。C系统为高温高压冲刷腐蚀系统，是通过模拟工业环境中高温高流速条件，测试设备材料在腐蚀环境中的耐冲蚀性能；其特点是系统体积较大、设备价值较高、运行压力大、运行温度高、腐蚀介质。

1.2 试验系统风险评价指标

大型试验系统的风险评价指标有很多，结合3个试验系统的特点，针对大型试验系统的价值（对应维修价值，在此统称为价值）、运行压力、运行温度3个指标进行评价。其中，A系统价值为1 000万元、运行压力为40MPa、运行温度为20℃；B系统价值为500万元、运行压力为80MPa、运行温度为40℃；C系统价值为200万元、运行压力为100MPa、运行温度为80℃。

1.3 灰靶决策理论

灰靶决策理论是一种多目标决策方法，通过各向量距目标向量的距离来判断指标的优劣性[2]。因此，风险评价的指标也可利用灰靶决策理论进行研究，将各风险指标与最优向量即“企业可承受的最低风险指标”做对比，与最优向量距离最远的即为风险最高的系统，与最优向量距离最近的即为风险最低的系统。

1.3.1 定义1

R={[r(1),r(2),…,r(s)]靶心，以R为半径的S维球形灰靶，称为最优效果向量。

1.3.2 定义2

对于效果向量r1=[r(1),r(2),…,r(s)]∈Rs，称

为效果向量r1的靶心距，靶心距的数值反映了效果向量的优劣。

1.3.3 定义3

设s,s为决策方案，ijhl分别为sij,shl的决策向量。若

则称决策方案shl优于sij，记作shl＞sij。

2 试验系统风险评价与分析

2.1 试验系统风险评价

以价值最低，压力最小，温度最低为判断大型试验系统风险重要度的基准，结合灰靶理论得出3个试验系统的效果向量定义[3]为：

取球心为r0=[1,1,1],计算靶心距：

2.2 风险评价模型改进与结果分析

以上风险评价采用3个指标权重一致的情况下，价值最大的试验系统风险重要度最高，而运行压力高和运行温度高的试验系统风险重要度低，显然不符合实际要求。结合科研院所对风险指标敏感程度的特点，对3个指标的权重进行调整[3]，以体现高温、高压2个指标对试验系统风险重要度的影响。

设3个指标权重为1:4.5:4.5,3个试验系统的效果向量定义为：

加入3个指标权重ω1=1，ω2=4.5，ω3=4.5，

那么取球心为r0=[1,4.5,4.5],计算靶心距：模型改进前后的风险重要度对比见表1。在模型未改进之前，A系统价值最高，风险重要度最高。B系统和C系统的运行压力、运行温度均高于A系统，而风险重要度低于A系统。改进后运行压力、运行温度最高的C系统风险重要度最高，运行压力、运行温度次之的B系统风险重要度度次之，运行压力、运行温度最低的A系统风险重要度最低。因此可将改进后的模型作为此科研院所的风险评价模型，对科研院所的其他大型试验系统进行风险重要度计算并进行分类，从而有针对性地对各试验系统进行风险控制[4-5]。

表1 模型改进前后的风险重要度对比

3 结论

利用灰靶决策理论，通过选取风险评价指标、构建风险评价模型以及调整关键评价指标权重，对某科研院所大型试验系统进行了风险重要度计算与分析，通过研究可以得出：

1）灰靶决策理论对于高风险大型试验系统风险度评价具有较好的适用性。

2）风险评价结果为该科研院所高风险大型试验系统的风险分级管理与控制，提供了理论依据。

3）研究为科研院所实现大型试验系统的风险评价与安全管理，为制定相应的有效的试验系统重大风险控制对策和措施进行了理论探索。

[1]董玉亮，顾煜炯，杨昆.基于灰色理论和RCM分析的发电设备风险分析[J].动力工程，2004，24(6):798-801.

[2]刘思峰，谢乃明.灰色系统理论及其应用[M].4版.北京:科学出版社，2008.

[3]刘思峰，袁文峰，盛克勤.一种新型多目标智能加权灰靶决策模型[J].控制与决策，2010，25(8):1159-1163.

[4]吕东,梁成浩.石化设备风险评估系统研究进展[J].石油化工腐蚀与防护，2006，23(4):1-4.

[5]陈登丰.在役承压设备风险管理技术的发展[J].化工设备与管道，2006，43(4)：17-24.

The risk evaluation index system and the risk evaluation model of a large scale test system of a scientific research institute are constructed by using the grey target decision theory,and the risk of a large scale test system is evaluated and analyzed.The research result shows that:grey target decision theory has a good applicability for the risk assessment of high risk large scale test system;the risk assessment results can provide a theoretical basis for the risk management and control of the large-scale test system,and provide a theoretical reference for the risk assessment and management of large scale test systems of scientific research institutes and the formulation of corresponding risk control measures.

grey target decision making;test system;risk assessment

梅

2015-09-21

余志(1979-),男,工程师,现主要从事油套管质量评价及油井管全尺寸试验方向的研究。