机械制造企业安全现状模糊综合评价*

2020-04-03刘诚李树清晏钰童谷亚军

工业安全与环保 2020年2期

刘诚李树清晏钰童谷亚军

(1.湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭 411201；2.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭 411201；3.湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭 411201；4.湖南省交通科学研究院有限公司长沙 410015)

0 引言

机械制造行业在我国经济发展中占据极为重要的地位，但同时又具备高事故发生率的特点，因此，通过改进安全技术条件，提高安全管理水平，对于机械制造企业的安全生产非常重要。安全评价是一种促进企业提高安全管理水平的重要手段。国内外学者针对机械制造企业安全现状评价开展了广泛的研究，提出了一系列实用的安全评价方法。WU Lei等[1]考虑汽车企业安全因素复杂和信息量大的特点，采用模糊综合评价方法对汽车企业进行了安全评价。Erika Sujová等[2]采用问卷调查和“三维点图”相结合的方法，选用10个关键因素对斯洛伐克制造业企业的安全文化现状进行评价。王雪栋等[3]结合系统动力学理论、层次分析法、模糊综合评价等多种方法研究了机械制造行业综合危险性，运用仿真技术，构建了机械制造业风险的总体框架。司鹄等[4]运用安全工程的基本理论，基于MORT和SMORT方法，开发了一套机械行业的安全管理评价模式。孙晓梅[5]釆用熵权值法和层次分析法，通过灰色预测理论分析，建立了机械制造企业安全生产现状预警指数评价模型。

上述关于机械制造企业安全现状评价研究工作对于机械制造企业的安全生产取得了较好的指导作用，然而，已有的指标体系还存在普遍适应性不足和指标之间相互独立性不够的问题，同时对于指标因素的等级划分都依赖于专家的主观判断打分，没有全面考虑因素构成的复杂性。鉴于此，本文考虑评价对象模糊性的特点以及各因素在企业内部分布情况，建立了机械制造企业安全现状综合评价指标体系，提出适合机械制造企业特点的安全现状综合评价方法。

1 机械制造企业安全现状综合评价指标体系

参考AQ/T 7009—2013《机械制造企业安全生产标准化规范》和《机械工厂安全性评价标准(修订版)》，将机械制造企业安全现状综合评价指标体系分为四层指标结构，如图1所示。

图1 机械制造企业安全现状综合评价指标体系

2 机械制造企业安全现状模糊综合评价方法

按照模糊数学综合评判方法[6-7]进行机械制造企业安全现状模糊综合评价，主要包括如下5个步骤。

2.1 建立评语集

根据机械制造企业安全现状综合评价的目的，请专家对各指标可能结果进行评价定级，建立评语集为V={V1，V2，V3，V4，V5}={好，较好，中等，较差，差}。

2.2 确定权重集

各指标的重要性一般是通过权重来体现的，因此，需要对前述机械制造企业安全现状综合评价指标体系各指标赋权。

一级指标的权重集可表示为：

W={W1，W2，W3，W4}

(1)

式中，W1，W2，W3，W4分别为安全管理、人员素质、作业环境、生产工艺与设备对应的权重。

二级指标的权重集可表示为：

Wi={Wi1，Wi2，…，Wij}

(2)

式中，Wi1，Wi2，…，Wij为一级指标Wi中二级指标对应的权重。

三级指标的权重集可表示为：

Wij={Wij1，Wij2，…，Wijr}

(3)

式中，Wij1，Wij2，…，Wijr为二级指标Wij中三级指标对应的权重。

常见的赋权方法有统计调查法、德尔菲法、层次分析法等。本文采用层次分析法来确定各级指标的相对权重值。层次分析法确定权重的主要步骤[8-9]如下：

(1)通过相互比较确定各准则对于目标的权重，运用成对比较法构造判断矩阵，通过判断矩阵求各指标权重。具体的计算方法参考文献[9]。

(2)为了评价层次排序的有效性，需对判断矩阵的评定结果进行一致性检验。判断矩阵的一致性指标为CI，CI值越大，表明判断矩阵偏离完全一致性的程度越大，反之，则越小。CI的计算公式为

(4)

对于多阶判断矩阵，需引入平均随机一致性指标RI。CR为随机一致性比率，CR=CI/RI。当CR<0.10 时，认为判断矩阵具有可接受的一致性。

2.3 单因素模糊评判

单因素模糊评判的结果可以写成式(5)的形式。

(5)

式中，Ri为对第i个因素的评价结果；rij为i个指标对于第j个等级的隶属度；n为评语集中评级等级的数目；m为被评价因素的数目。

本文将待评判的单因素指标分为客观性指标和主观性指标，对于容易量化的客观性指标采用隶属函数法，对于不容易量化的主观性指标采用专家评分的方法。

生产工艺危害特性是制约机械制造企业安全现状的关键因素，通过统计企业生产设备的数据能够掌握生产工艺危害方面的状况，而专家主观评价还难以合理确定一个企业生产工艺危害特性的整体等级。参考《机械工厂安全性评价标准(修订版)》中“机械工厂危险等级划分表”来确定企业生产工艺危害特性等级，通过专家咨询，提出了相应的隶属函数。

生产工艺危害特性评语等级为“好”时的隶属函数如式(6)：

(6)

式中，T为根据机械工厂危险等级划分表所得出的固有危险指数。

评语等级为“较好”时的隶属函数如式(7)：

(7)

评语等级为“中等”时的隶属函数如式(8)：

(8)

评语等级为“较差”时的隶属函数如式(9)：

(9)

评语等级为“差”时的隶属函数如式(10)：

(10)

参照《工业企业噪声卫生标准》对机械制造企业噪声危害进行分段分等级，根据各等级工种个数占总数比例来确定其评语等级隶属度。其隶属函数可表示为式(11)：

(11)

式中，Ni为噪声等级处于i等级的工种个数；n为噪声等级个数。

机械制造企业安全现状综合评价指标体系中其他单因素指标都采用专家评分的方法进行模糊评判。

2.4 多级模糊综合评判

多级模糊综合评价模型可先对低层指标进行综合评价，然后将评价结果再进行高层次的综合评价。首先，进行一级模糊综合评判，根据得出的指标权重W和已经建立的评判隶属矩阵R，运用模糊运算法则，进行综合运算，并作归一化处理，得到因素Ui对评语集V的隶属向量Si：

Si=Wi×Ri

然后，进行二级模糊综合评判，得到总的评价向量A：

A=W×S

(13)

式中，S=(S1，S2，…，Sn)T。

可根据实际情况多次循环该步骤，进行多级模糊综合评价，直到得到合适的综合评价结果为止。

2.5 等级参数评判

在企业安全现状综合评价过程中，将企业安全现状综合评价分为5个评分等级。

第1等级，安全现状综合评价好，评分区间:[90，100]。

第2等级，安全现状综合评价较好，评分区间:[70，90)。

第3等级，安全现状综合评价中等，评分区间:[60，70)。

第4等级，安全现状综合评价较差，评分区间:[40，60)。

第5等级，安全现状综合评价差，评分区间:[0，40)。

取相应的等级参数向量为V=(95，80，65，50，20)T。设由二级模糊综合评判分析模型得到的评判结果A通过归一化处理后为模糊子集B=(b1，b2，…，bn)，则等级参数评判结果为：

(14)

式中，F为实数。

3 应用实例

湖南某汽车制造公司集冲压、焊接、涂装、总装配汽车整车制造的四大工艺和整车检测线等必要设施，它的远景生产线和汽车制造工艺在国内汽车生产行业已处于领先地位，整车年生产能力超过20万辆/年。

3.1 指标权重计算

通过专家评议，按照前文所述的层次分析法进行权重计算，得到了如表1所示的指标体系权重。

表1 安全现状综合评价指标权重及模糊隶属度

3.2 单因素模糊评判

对机械制造企业的生产工艺危害特性进行单独分析，待评价企业的生产工艺危害特性统计如表2所示。

对企业噪声危害因素进行分段分等级统计，并根据式(11)来确定其评语等级隶属度，可得如表3所示的噪声等级隶属度表。

组织机械制造和安全工程方面的专家对除生产工艺危害特性和噪声危害情况外各指标进行评定，得到了各指标的模糊隶属度向量集，如表1所示。

表2 生产工艺危害特性统计

表3 噪声等级隶属度

3.3 模糊综合评价

根据前述式(12)算法及表1数据可算得：

再利用式(13)对一级指标进行模糊综合评价，得到最终的评价结果：

将其归一化，可得：

3.4 安全现状综合评价等级的确定

应用前述式(14)，可得该汽车制造公司安全现状综合评价结果的分值F=B×V=80.06，人员素质、生产工艺与设备、作业环境及安全管理各一级指标的评价分值分别为77.15、82.25、72.80、81.65。对照前述安全现状等级划分标准，得到该汽车制造公司安全现状综合等级为“较好”。进一步分析4个一级指标，可知人员素质、生产工艺与设备、作业环境、安全管理所属等级均为“较好”。其中人员素质与作业环境指标得分较低，需重点进行改善。