基于系统动力学的企业安全投入与安全管理水平分析

2021-05-20杨鑫刚谢至立王起全

中国矿业 2021年5期

杨鑫刚，谢至立，王起全

(中国劳动关系学院安全工程学院，北京 100048)

0 引言

随着社会经济的高速发展，安全生产越来越受到人们的重视。众所周知，提高的企业安全管理水平是预防事故发生的重要手段，而增加安全投入是企业安全管理水平提高的重要保障。因此，深入探讨了解企业安全投入与安全管理水平之间的关系，对于如何用最少的安全投资产生尽可能大的安全效益，具有重要的现实意义。

安全管理作为统筹协调生产的活动，起着保护职工安全与健康，保护国家集体财产不受损失，促进企业改善管理，提高企业效益保证事业顺利发展的作用。安全生产法规定：安全生产工作应当以人为本，坚持安全发展，坚持安全第一、预防为主、综合治理的方针，强化和落实生产经营单位的主体责任，建立生产经营单位负责、职工参与、政府监管、行业自律和社会监督的机制[1]。只有政府、企业、员工、社会以及中介机构等五个主体在实际生产过程中充分发挥自身的作用，才能形成良好并且有序的互动关系，才能真正提高企业的安全管理水平，保障安全生产正常进行。

但在实际生产过程中，企业应付检查、政府监管一刀切、员工安全意识不强、社会监督渠道不充分、中介机构水平和社会责任感缺失等现象还在一定程度上普遍存在[2]。综合影响下，安全管理往往流于形式，不能真正形成良好的安全管理环境。为了更好地应对不足，提高安全管理水平，许多学者进行了有益的尝试：王斌楠等[3]基于绩效管理理论树立安全绩效理念，为实验室安全管理水平的提升提供了策略建议；何雨洋等[4]通过量化员工在安全生产工作中承担的安全风险和安全职责，建立员工个人安全积分制，提升企业安全管理的精细化水平；孙立峰[5]针对在安全管理方面“无人管”“不会管”“不好管”的现象，提出安全管家服务，发挥其安全智库的作用，以有效改变当前的安全管理不良现状，提升安全管理水平，减少生产安全事故的发生；阳富强等[6]运用系统动力学(SD)理论从投入产出角度建立了实验室安全管理SD模型，并以某高校安全工程专业防火材料制备实验室为例对该模型进行了模拟仿真与验证；段先哲等[7]通过对高放废物地质处置安全评价模拟研究，从而提高安全评价的水平，以更好地预防相关安全事故。由于安全管理是一个动态的复杂系统，而系统动力学是研究反馈系统动态行为的一种基于计算机仿真的理论和方法，并且已经在多个领域得到成功应用[8-10]，因此，利用系统动力学研究安全管理契合度很高。

本文以政府的监督与指导、企业的实施与保障、员工自律、社会监督与参与和中介支持与服务等五个主体及其评价指标为中间变量，利用系统动力学的理论和方法，构建了安全投入与安全管理水平系统，得出了两大系统的因果反馈图和系统流量图。

1 模型构建

系统动力学是一门以系统科学理论为基础再和计算机仿真模拟方法能够紧密结合的、通过研究系统反馈模式和行为的一门复杂科学，是一门与系统科学和管理科学紧密联系的交叉综合学科[9]；其基本思想是：系统的行为模式和系统的行为特性乃是取决于内部的结构中的不同功能的影响[10]。系统动力学适用于非线性因素和高阶次复杂的系统，而此时的系统反应出来的往往是反直观的动态情形。建模的基本步骤遵循从简单到复杂、从浅显的表象到深入的本质、需要从部分入手再到整体把握，具体有建模目的确认、确定系统边界、建立流位流率系、建立流图模型、分析反馈环、建立方程、仿真模拟等七大步骤[11]。

1.1 系统边界的确定

企业的安全生产管理水平基本包括管理制度、资金投入、物质保障和管理等四个方面。本文从现代安全管理过程入手，把事故前、事故中、事故后的因素统一起来，将我国现行的安全管理机制分为政府的监督与指导、企业实施与保障、员工自律、社会监督参与、中介支持与服务等五个主体部分，并作出相应细分和归纳(图1)。

图1 安全管理机制及其影响因子Fig.1 Safety management mechanism and its influencing factors

1.2 建立因素因果回路图

本文从安全资金投入-安全管理水平分析了系统中各因子之间内在的因果关系，构建了安全管理系统因果回路图(图2)。随着各因子资金投入，各子系统安全管理水平得以提高，安全管理的整体水平也逐步提高，当到安全目标水平后，将通过系统反馈减少对安全管理程度的费用。其中，事故预防、应急救援、事故调查的程度和有效程度将会对整个安全管理系统有一定的影响。

由图2可知，该系统主要可以概括为：资金投入↑→政府的监督与指导↑→安全管理水平↑；资金投入↑→企业实施与保障↑→安全管理水平↑；资金投入↑→员工自律↑→安全管理水平↑；资金投入↑→社会监督与参与↑→安全管理水平↑；资金投入↑→中介支持与服务↑→安全管理水平↑。

图2 因果分析图Fig.2 Causal analysis diagram

在实际的生产过程中当安全的总投入与安全水平相适应或者安全水平已经较好的情况下，安全管理的总投入会慢慢减少，因此，安全管理的总投入和安全管理水平的关系应该是安全管理水平↑→资金投入↓。

1.3 定义安全管理机制SD变量级

根据SD理论和构建的因果分析图定义了安全管理SD变量集(表1)。

表1 SD变量级及其变量级含义Table 1 SD variable level and its meaning

1.3.1 SD流图构建

根据已经设定好的SD变量级和因果分析图，运用Vensimple软件可确定安全投入-安全管理水平的系统流图(图3)。

图3 系统流量图Fig.3 System flow chart

1.3.2 系统动力学方程

根据上述系统变量之间的关系建立SD方程，具体如下所述。

安全管理水平辅助方程见式(1)。

ZSP.K=QZL1×L1(t).K+QZL2×L2(t).K+

QZL3×L3(t).K+QZL4×L4(t).K+

QZL5×L5(t).K

(1)

子系统流位方程见式(2)和式(3)。

Li(t).K=

(Li(t).J+Ri(t).JK×DT)×M1×M3

(2)

Li(t).K=(Li(t).J+Ri(t).JK×DT)×M3

(i=1，2，3，4,5)

(3)

速率方程见式(4)～式(6)。

Ri(t).JK=Ai1×QZLi1+Ai2×QZLi2+

Ai3×QZLi3+Ai4×QZLi4(i=1,3,5)

(4)

Ri(t).JK=

Ai1×QZLi1+Ai2×QZLi2+Ai3×QZLi3

(i=4)

(5)

Ri(t).JK=Ai1×QZLi1+Ai2×QZLi2+

在姜黄切片、粉末的颜色值测定中发现，同一样品任取的切片，10个颜色值之间差异较大，RSD值均大于15%；同一样品粉末（混匀过4号筛），颜色值之间差异较小，RSD值均小于5%。表明采用姜黄粉末得到的颜色值精密度较高；进而选取粉末颜色值与姜黄素类各成分含量的相关关系作为本研究的实验结果。因此，通过颜色值预测药材品质的快速鉴别方法，应采用粉末的颜色值进行判定较为适宜。

Ai3×QZLi3+Ai4×QZLi4+

Ai5×QZLi5+Ai6×QZLi6(i=2)

(6)

影响因素辅助方程见式(7)～式(9)。

Aij=TRi(t)×QZLij

(7)

Aij=TRi(t)×QZLij×M11(i=1)

(8)

Aij=TRi(t)×QZLij×M2(i=2)

(9)

子系统实际投入辅助方程见式(10)。

TRi=ZTR×BLi×TRitoAi(i=2,3,5)

(10)

式中：K、J、JK分别为当期、过去时间、当期与过去的间隔时间；DT为仿真时间的长短，要求各个子系统的QZLi和BLi的和为1[12-17]。

2 模型参数确定

常州西源污水处理有限公司是常州市西夏墅镇常州高新区纺织工业集中区配套的主要基础设施之一。一期工程设计处理能力为1万m3/d，项目总投资约4 928.26万元；二期设计处理能力3万m3/d，总投资6 203万元。目前一期工程已停用，对应水池作为应急水池处理。

企业在2017年、2018年和2019年这三年内无重伤、死亡或其他重大生产安全事故，也没有急性中毒、职业病的发生情况。为了进一步规范企业安全生产，企业申请创建三级标准化企业修订的各类安全管理制度40项，编制了企业事故应急救援预案，对员工组织了安全生产责任制、安全管理制度和操作规程的培训教育，完善了生产车间防雷防静电、消防等安全措施，规范了危险化学品储存，完善了日常安全检查、专业检查、综合检查、节假日检查和季节性安全检查制度。

对照《冶金等工贸企业安全生产标准化基本规范评分细则》，企业于2019年5月24—25日进行了自评，自评结果：标准分1 000分，空项130分，实得分613分，总扣分257分，百分制自评得分70.5分(大于60分)，且申请之日一年内无生产死亡事故，已达到工贸企业安全生产标准化三级企业达标要求。公司的目标是在2021年完成二级标准化。

2.1 参数确定

为了进一步进行仿真模拟需要对五大子系统需要确定其权重来表示其对安全水平的贡献程度，对于每个评价因子在系统周期中的地位，通过层次分析法计算出子系统QZLi的值和各个因子的对子系统贡献大小QZLij[12-14]。

对于五大子系统参与度的不同，可以看到政府、企业、员工、公众、中介服务在安全管理过程中参与度最高的为企业和员工，在企业-员工的安全管理系统中员工参与安全工作是企业安全工作中的一环，如果从整体性来看企业的安全工作包括员工的安全工作。社会监督、中介和政府不直接参与企业的日常管理工作。

利用层次分析法并根据实际情况可计算得出各个子系统的指标权重(表2～表7)，并对SD变量值及其数据进行了处理[15-17](表8)。

表2 子系统对系统安全总水平的贡献率Table 2 Contribution rate of subsystems to the overall level of system safety

表3 政府子系统中各个因子对政府子系统安全水平的贡献率Table 3 Contribution rate of each factor in the government subsystem to the security level of the government subsystem

表4 企业子系统中各个因子对企业子系统安全水平的贡献率Table 4 Contribution rate of each factor in the enterprise subsystem to the safety level of the enterprise subsystem

表5 员工子系统中各个因子对员工子系统安全水平的贡献率Table 5 Contribution rate of each factor in the employee subsystem to the safety level of the employee subsystem

表6 社会子系统中各个因子对社会子系统安全水平的贡献率Table 6 Contribution rate of each factor in the social subsystem to the safety level of the social subsystem

表7 中介子系统中各个因子对中介子系统安全水平的贡献率Table 7 Contribution rate of each factor in the mediation subsystem to the security level of the mediation subsystem

表8 SD变量级数值及其数据处理Table 8 SD variable-level value and its data processing

续表8

2.2 模型模拟仿真

2.2.1 模型模拟仿真实验

根据现有资料，常州西源污水处理有限公司2020年计划将31.20万元用于安全投入，实际每月平均投入2.60万元。由政府主导的工业园区投入8万元对园区宣传、监督、执法人员进行培训，平均每月投入0.66万元。共投入6万元用于员工培训，平均每月0.5万元。花费10.2万元聘请常州安平安全技术服务有限公司开展二级安全标准化咨询和编写工作，平均每月0.85万元。工业园区、街道办和办事处对企业违规排放、事故进行监督，投入5.4万元，平均每月0.45万元。

将上述参数代入建立的SD模型中，仿真时间暂定为18个月，时间间隔为1个月，目标值设置为(二级标准化值)80，仿真结果见图4～图6。

图6 模拟各个子系统的投入曲线Fig.6 Simulate the investment curve of each subsystem

2.2.2 模型模拟仿真结果分析

由图4可知，基本的模拟过程是随着资金总投入ZTR从一开始的快速增加再趋于稳定，符合负反馈模式的情况。当ZTR的不断增加的同时安全管理水平值ZSP也会在增加，符合正反馈模式的图形。在第17个月的时候管理水平达到了预期的情况，安全投入的量不再增加，水平值在第18个月开始稳定。最后月投入资金总数为20.37万元，此时系统基本达到了二级安全生产标准化的水平。

图4 模拟后资金-管理水平的关系曲线Fig.4 Relationship curve between funds and management level after simulation

由图5可知，各个子系统第10个月安全管理水平从高到低的分别是企业、中介机构、政府、员工、社会监督。企业子系统的水平值虽然在初始过程中处于比较低的水准，但是提升速度很快，同样较快的还有员工子系统和中介子系统。由此可以得出：企业实施与保障是安全管理水平提高的最重要环节，员工自律和中介机构支持与服务对企业安全管理的改善具有重要作用。但与设想不同的是，政府的子系统安全管理水平从结果上来看并没有得到快速提升。