灰色系统分析方法在冶金安全生产中的应用

刘运桥

（河钢股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

在当前信息环境中，为了保证数据安全，往往存在数量较多的未知信息。但是在综合评价时，未知信息会导致最终评价结果的误差较大。灰色系统分析方法对于包含不确定信息的研究对象深入研究，加强信息的可信度[1]。与常规的数据统计方法差别较大，灰色系统分析方法以小样本数据为基础，结合多种客观条件，生成可靠度较高的聚类信息。

基于冶金行业工作特殊性，将安全生产作为该领域的主要研究问题[2]。尤其是针对不断发展的冶金行业，如何保证安全生产成为企业面临的难题。文中将灰色系统分析方法应用于冶金安全生产中的应用，寻找安全生产规律，并获得冶金生产安全评价结果，为企业安全发展提供理论支撑。

1 基于灰色系统分析的冶金安全生产评价方法设计

1.1 选取安全评价指标

通过分析冶金生产流程可知，绝大部分伤亡事故由人员操作不规范、管理检查不到位和设备失效引起的[3]。所以，安全评价指标选取，需要以上述三种事故引发条件的研究为基础。其中，冶金生产工作人员的操作错误一方面是由于自身精力不集中，另一方面则是由于冶金生产具有危险源点多的特点，操作错误极易引发机械伤害、中毒多种类型的事故。钢铁冶炼时，为了保证冶炼效果符合要求，需要将炉温度设置为1500℃左右，经由炉外水冷的方式逐渐降低高炉温度，使得炉子的温度满足安全稳定需求，所以冷却水的管理检查不到位，是引起安全事故的主要原因之一。针对钢铁冶金行业现状分析，钢铁冶金在每一步工艺过程中都会造成主体设备的腐蚀和磨损，在较为恶劣的生产环境中，对冶炼设备的损害程度成倍增加，导致设备的失效，从而造成生产安全事故。

在进行冶金安全管理过程中，均会存在一个相关的安全管理流程，并将生产人员的安全规范作为安全管理的指标。通过提升生产人员的安全管理意识，可以保证冶金的生产安全。因此，在冶金企业汇总，领导阶层需要将冶金的危害性告知于员工，保证员工加强生产的约束条件，从而在根本上提升冶金生产安全效果。除此之外，领导阶层需要将冶金管理作为核心管理理念，将自身对冶金安全生产的知识广而告之，并只有加强领导阶层的冶金生产安全知识，才能从真正意义上提升企业的冶金管理水平。冶金生产过程中会产生较多的污染物质，如果不能做好防护，将会影响生产人员的身体健康，得不偿失。企业需要将冶金存在的危害性进行张贴，在每一个员工房生产的区域贴上小广告，从而保证员工可以提高对生产安全的警惕。冶金作为工业的关键流程，其生产与加工起到至关重要的作用。

在冶金生产过程中，生产中的安全问题较多，生产超标或较少，均会导致生产难题。由于我国工业生产水平较落后，企业中对冶金生产中的安全问题了解不够透彻，从而影响冶金生产安全指标。因此，选取安全评价指标时，结合科学性原则和适应性原则。按照冶金生产全面过程，选择能够体现安全状况的评价指标。为了加强指标的适应性，针对每一个冶金生产环节的工艺，选择对应的安全评价指标。综上所述，多个评价指标保持互通性和特异性两个特点，符合安全生产要求。从整体来看，将评价单元划分为人、机、管理和环境四个一级要素，并将其细分为多个二级要素，获取多个安全评价指标。将多个安全评价指标作为安全管理的关键要素，充分提高员工冶金安全管理意识，并利用先进的科技技术，将冶金设备作出进一步完善，从而保证冶金生产技术的安全模式。

1.2 构建灰色聚类赋权模型

为了提升冶金生产安全评价的准确性，文中基于灰色系统分析方法构建灰色聚类赋权模型，对上述评价指标的权重进行计算。在灰色系统分析过程中，考虑到系统很多的构成因素都存在较强的关联性。所以，灰色系统分析的要点是将对系统影响大的主导因素提取出来，文中利用灰色关联分析明确冶金安全生产中的主要影响因素，ijd表示随机选取的评价指标的白化值，则有以下约束条件：

公式中，d表示白化值，i表示评价次序，j表示评价指标，n表示评价指标总数。在冶金安全生产评价时，将安全水平划分为3个层次的灰类，分别是“十分安全”、“比较安全”以及“不安全”。以此为依据，生成白化值矩阵：

标定聚类权矩阵为：

公式中，D表示白化值矩阵，H表示标定聚类权矩阵，η表示标定聚类权值。基于灰色系统分析方法构建的灰色聚类赋权模型在应用中，结合白化值和标定聚类权矩阵生成的聚类列向量，明确冶金安全生产评价指标所属灰类。

通过标定聚类权值实时调整评价指标权重，当决策指标的灰数较大时，该指标的重要程度亦有所提升。基于上述思想，在聚类指标权重无法确定的情况下，表现评价指标与安全生产评价结果之间的联系。文中将聚类系数计算公式改进为：

公式中，σ表示聚类系数，k表示聚类指标排序，a表示指标权重，f表示临界值。再构造聚类列向量iσ：

利用灰色关联分析法为选取的安全评价指标进行赋权，用指标权重取代标定聚类权的作用，更好地呈现评价指标的重要程度。最后，按照最大隶属度原则，明确聚类对象对应的灰类，将贡献较小的评价指标去除，构建合理的安全评价体系。由于灰色系统可以将已知信息进行统计，保证数据的真实性，但是还有一部分信息是未知的，无法进行有效的统一，因此，与常规方法不同，灰色系统分析方法是以未知信息作为分析核心，突出未知信息的重要性特点，再将未知信息与与之信息的冲突进行评定，即可找出分析物质之间存在的规律，从而提供最佳的分析判定标准。因此，本文使用灰色系统分析方法，对冶金安全生产的问题进行研究。

冶金行业作为工业发展的关键，行业内存在的风险不言而喻。由于冶金生产过程中，会将原材料进行打磨，运输，极易造成金属粉尘，经过除尘站时，会将金属分析进行一次性消除。在消除粉尘的过程中，会经过一段时间的吸附等操作，使粉尘粘在工作人员的衣服、鞋、帽上，经过长时间的工作，粉尘会随着人员的运动进入人体，对人体造成危害。冶金粉尘的直径一般仅有10μm，吸入人体后，会造成过敏性鼻炎、咽喉炎等难以治愈的炎症，严重者甚至会引发肺癌，成为冶金最难以防护的问题。本文通过构建灰色聚类赋权模型，将冶金的危害进一步评价，在此环境下，本文认为，冶金行业的安全生产首先需要改善生产环境，将密闭的空间改成通风的环境，并对岗位内的员工进行每周一次的培训，设置员工每天生产均需要开窗通风，冬天可以开一小时，关一小时，只要保证室内的环境是流通的，冶金存在的粉尘就可以充分消除，进一步保证冶金生产员工的安全。

1.3 评定冶金生产安全等级

因为安全评价体系中包含多种评价指标，每个指标所代表的单位和物理意义有所差异，造成数据的量纲具有较大差异。并且，数量级相差悬殊难以计算关联度。文中针对冶金生产原始数据进行无量纲化处理，便于得到综合安全评价结果。根据安全评价体系获取冶金生产安全性状态，并进行安全评级评定。冶金生产安全等级的评定，需要以冶金企业的总体事故状况为基础，明确生产安全等级评价范围。

文中将灰色系统分析方法应用于冶金安全生产过程中，通过聚类分析计算冶金企业的实际因工伤亡事故数据。将原始数据按照安全评价体系中的指标转化为百分比数据，表明每项评价指标所占据的比例。根据每项指标的占比，生成三个灰类的白化权函数，每一个灰类的范围如图1所示。

图1 三个灰类的白化权函数

根据图1所示，a类白化权函数显示的事故发生率较低，生产安全情况较好，b类白化权函数中事故发生频率处于中等水平，冶金企业生产安全情况处于中等水平。最后，c类白化权函数表明事故的危害程度和发生频率均维持较高水平，需要加强安全管理水平。将安全评价结果按照聚类系数明确生产安全性所属类别。

在冶金过程中，金属材料会经过教较长时间的加工，为了减少金属材料的成本支出，部分企业会回收其他金属材料或化学药品作为冶金的原材料。因此，在冶金生产过程中，会产生有毒有害物质或气体，以CO、HS、SO2、C6H6、NH4等有害气体为主要污染源，极易造成生产人员出现癌症的职业病。由于冶金是一个长期的过程，少量的有害物质并不会形成较大的危害，但是长期冶金过程中，有害气体会一直侵害人体，从而形成致癌物质在人体中留存，危害生产人员的性命。此外，冶金过程中需要进行高温炼金，在冶炼设备中存在高温散热较强的部位，在此部位的员工将会受到高温辐射，容易影响人体的代谢，造成中枢神经的永久性伤害。冶金过程中，各种机械设备的噪音会对员工的听力造成伤害，使员工心情烦躁，听力下降，严重者将会影响员工的心脑血管问题，造成永久的后遗症。在此种冶金危害中，均属于c类白化权函数，危害较大，安全等级较高，亟待加强安全管理水平。

1.4 实现冶金安全监管

为了加强冶金安全生产水平，文中针对上述冶金生产安全等级评价结果生成安全监管方案。冶金生产过程中发生的所有伤亡事故，均可以在生产过程中得到控制。当危险危害因素无法在安全评价结果中体现出来，极有可能在后期生产中形成安全隐患，引发较大的生产事故。基于灰色系统分析的冶金安全生产评价方法的设计，使得生产安全状态直观呈现出来，便于人们依据评价结果对生产不安全行为进行良好控制，达到降低事故发生频率的目的。冶金安全监管作为一个复杂的过程，涉及装备管理、技术水平、生产技术以及员工培训等多方面因素，形成合适的安全管理模式。冶金安全生产实现的另一个要素则是实时监督操作人员的不安全行为，通过工作人员安全思想意识的培训，将冶金安全监管落实到实际冶金生产工作中。

冶金生产安全是现如今亟待解决的问题，其管理过程较为复杂，隐藏的安全风险更加危险，只有减少冶金企业的冶金风险与危害性，才能提供冶金员工的生产质量，提升冶金品质，为工业的发展提供先决条件。因此，本文使用灰色系统分析方法，对冶金中存在的问题进行分析，通过选取安全评价指标，得出多个安全评价模式；并在此基础上通过构建灰色聚类赋权模型，保证员工的安全冶金；随即评定冶金生产安全等级，加强冶金安全管理水平。通过以上方法，可以提升冶金过程中的预防效果，从而减少员工伤亡的现象。为了更进一步地实现冶金安全监管，本文认为，冶金企业需要实时关注科技的发展，将最新的科技技术融合至冶金工业中，保证冶金设备保持在先进水平上，从而加快冶金行业的发展。除此之外，企业需要更加完善的冶金安全管理体系，改变传统安全管理的表面化现象，真实地为员工做实事。在冶金安全监管的过程中，可以设置不同岗位的管理人员，提高管理人员的安全意识，认真落实企业对员工安全的政策。并设置奖罚机制，对于监管能力强的人员予以奖励，对监管能力较差的人员予以处罚。监管人员可以使员工轮班制，每一个监管人员均需要考察其对冶金安全的意识，保证每一位员工均可以得到冶金安全的良好教育。通过奖罚机制提升员工的监管积极性，最大限度地保证员工的冶金安全。

2 实验

2.1 获取实验数据

冶金行业发展过程中，安全生产是无法避免的问题。文中在冶金安全生产中融入灰色系统分析方法，明确企业生产安全性。冶金生产安全的主要衡量指标是因工伤亡人数，所以文中设计的实验选取某一家冶金企业，采集该企业2016年至2020年的工伤事故，以此作为实验数据。根据采集数据，形成表1所示的统计结果。

表1 冶金企业2016年至2020年各类工伤事故统计

将实验数据按照表1的形式进行统计，根据每一事故类别的伤亡人数，结合灰色系统分析方法计算灰色关联度，获取冶金生产安全的规律。并以此为基础评价当前企业生产安全性。

2.2 计算灰色关联度

为了提升灰色关联度计算结果的准确性，针对该冶金企业因公伤亡事故每个月份发生数量进行统计，结合事故类型和事故发生月份，将分辨系数设置为0.5，获取灰砂纹关联度计算结果，并绘制图2所示的关联树。

图2 关联树

根据图2所示的关联树可知，冶金企业的五类事故中，灰色关联度最大的是现场违章事故。这种结果表明员工安全意识不足、操作不规范以及违章操作等多种问题是引发冶金伤亡事故的主要因素。从事故发生时间分析可知，灰色关联度最高的是2月、1月和12月，该时间段年节较为集中，员工思想较为散乱，造成生产事故高发。

根据灰色关联度计算结果，选取与事故伤害关联度较高的因素作为冶金生产安全评价的指标，应用文中设计的灰色聚类模型对企业生产安全性进行准确评价，加强企业对生产安全事故的预防。

2.3 实验结果分析

为了验证文中设计生产安全评价方法的应用效果，基于上述选取指标评价2016年～2020年冶金企业的生产安全性，将其与实际事故发生情况进行对比。此外文中应用基于层次分析法的生产安全评价方法，和基于熵权值的生产安全评价方法进行同样的实验，采用MAD值作为评价指标对比三种评价结果，计算公式为：

公式中，m表示评价次数， 表示安全评价值，x表示冶金事故实际调查值，实验结果如表2所示。

表2 实验结果对比

根据上述对比结果可知，文中设计方法在实际应用中，相比其他两种方法，使得MAD值降低了0.23、0.32，提升了冶金生产安全评价结果的准确性。

3 结语

冶金生产安全问题近年来备受关注，文中将灰色系统分析方法融入到其中，设计了一种安全评价方法。针对引起冶金事故的主要因素，构建评价指标体系，结合灰色聚类模型获取冶金生产安全性评价结果。根据实验结果可知，该方法得到的评价结果与实际情况极为接近，将该方法应用于冶金行业，对企业安全生产工作起到极大的指导作用。