劉　健，解立峰，何中其，李　斌，桑勝軍

(南京理工大學 化工學院，南京　210094)

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基于改進可拓學-AHP含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險分析

劉健，解立峰，何中其，李斌，桑勝軍

(南京理工大學 化工學院，南京210094)

摘要:為評價典型含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險等級，通過改進可拓學方法對生產(chǎn)過程系統(tǒng)進行分析，建立含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全可拓學物元評判模型。結(jié)合《兵器行業(yè)火藥、炸藥生產(chǎn)安全評價標準》和生產(chǎn)實際狀況確定4個1級指標和29個2級指標組成的評價體系，體系中各級指標權(quán)重由AHP確定，并依據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度和風險度確定風險等級。運用該模型對典型含鋁炸藥生產(chǎn)過程進行安全評價，得到綜合關(guān)聯(lián)度為(-0.036 2，0.014 0，-0.000 6，-0.035 5)，風險度為76.9725，風險等級為達標級，生產(chǎn)過程安全狀況總體可控。該模型為典型含鋁炸藥生產(chǎn)安全風險評價提供方法，有效確定危險等級較高的危險因素，采取有效措施保證生產(chǎn)過程安全。

關(guān)鍵詞：安全工程；可拓學；物元模型；AHP；含鋁炸藥

本文引用格式：劉健，解立峰，何中其，等.基于改進可拓學-AHP含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險分析[J].兵器裝備工程學報，2016(6):140-144.

Citation format:LIU Jian, XIE Li-feng, HE Zhong-qi, et al.Risk Analysis of Aluminized Explosive Production Process Security Based on Improved Extenics-AHP[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(6):140-144.

含鋁炸藥作為一類高密度、高爆熱的高威力炸藥[1]，越來越廣泛的被應(yīng)用于軍事工業(yè)和一般工業(yè)軍用，特別是在水中兵器和對空武器彈藥等方面。與一般含能材料的生產(chǎn)過程一樣，含鋁炸藥的生產(chǎn)過程具有很大的危險性，意外燃燒爆炸事故多發(fā)、風險較高，如不進行規(guī)范合理指導，任何生產(chǎn)工序都可能發(fā)生分解、燃燒、爆炸等事故。國內(nèi)外不少學者、研究機構(gòu)及企事業(yè)單位等都對相關(guān)生產(chǎn)過程風險方面進行了研究。美國國防部頒發(fā)的《彈藥與爆炸物安全標準》提出了一系列的彈藥生產(chǎn)、承包商等安全規(guī)范；我國《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品生產(chǎn)安全技術(shù)管理規(guī)程》《軍用炸藥通用規(guī)范》等對炸藥生產(chǎn)安全進行嚴格規(guī)范，近期相關(guān)研究主要集中在兵器工業(yè)安全技術(shù)研究所、北京理工大學、南京理工大學等，如劉榮海[2]利用加權(quán)平均法改進火炸藥及其制品危險源評估的BZA-1法，通過計算炸藥綜合感度特征值和工藝過程危險系數(shù)進行安全評價，許海歐[3]進一步完善并形成新的BZA-2法。后來眾學者[4]多利用炸藥綜合感度對其安全性進行評估。隨著數(shù)學方法和計算機的引入，胡毅亭等[5]利用模糊數(shù)學對炸藥生產(chǎn)安全評價，定量給出系統(tǒng)安全與否。鄭靜怡[6]通過建立了定性的SDG-HAZOP模型對乳化炸藥生產(chǎn)線完成自動推理和分析危險因素的功能。而針對含鋁炸藥生產(chǎn)安全危險評價研究還很少,其生產(chǎn)具有復雜的加工條件和諸多風險因素，眾多因素具有不確定性、隱蔽性和模糊性[7]。介于此引進可拓物元分析和層次分析法。傳統(tǒng)方式通過關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)度最大值確定風險等級，但對于關(guān)聯(lián)度值相差很小時，其結(jié)果可信度有待商榷，本文將結(jié)合含鋁炸藥生產(chǎn)對可拓學方法進行改造進行定量安全度風險分析。

可拓物元比較擅長處理不相容問題，通過分析影響事物的各種不相容因素，將復雜問題構(gòu)造為形象化模型[8]。AHP是系統(tǒng)工程中對非定量事件作定量分析的簡便方法，是對人們主觀判斷做客觀描述的一種有效方法[9]。本研究將物元分析和AHP適當結(jié)合，從生產(chǎn)過程出發(fā)，針對含鋁炸藥生產(chǎn)過程存在的風險因素建立風險評價多級物元模型，綜合原料、環(huán)境、管理、工藝及設(shè)備在生產(chǎn)過程中存在的問題量化生產(chǎn)過程安全風險等級，進而指導日常安全生產(chǎn)，對含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全管理提供重要依據(jù)。

1　含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險分析指標體系構(gòu)建

1.1評價指標建立

隨著含鋁炸藥生產(chǎn)過程自動化普及使更多的人力從繁重的勞動中解放出來。為了全面、合理、科學地選取指標體系，綜合《兵器安全評價標準匯編》WJ2655.3—2005和含鋁炸藥生產(chǎn)實際狀況，本文選取原料因素、工藝及設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素4個1級指標，把人員因素也歸納到管理層面。對應(yīng)29個評價因子組成，而建立的含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險評價體系分為2個級別3個層次，如表1所示。

表1　含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險分析二級指標體系

1.2用AHP方法確定含鋁炸藥生產(chǎn)過程中評價指標權(quán)重

AHP法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法[10]。AHP確定權(quán)重就是把研究系統(tǒng)分解成不同層次的組成因素，按照層次間的隸屬關(guān)系及各層次間的優(yōu)劣關(guān)系形成多層分析結(jié)構(gòu)模型，最后建立關(guān)系矩陣計算各指標權(quán)重。

1) 以含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險評價多級指標體系為基礎(chǔ)，專家組根據(jù)各類因素發(fā)生的可能性及其危險程度對同一層次的評價因素，通過兩兩比較按照1～9標度法確定相對重要值，統(tǒng)一為縱坐標數(shù)值逐個比較橫坐標，然后以此來構(gòu)造判斷矩陣。一級評價指標判斷矩陣如表2所示。

2) 對矩陣每一行進行求積和求冪計算，得出權(quán)重系數(shù)。

表2　A-C的計算

根據(jù)一致性比率判斷結(jié)果，其權(quán)重計算滿足一致性是可以接受的，矩陣A權(quán)重為(0.19，0.41，0.13，0.27)。根據(jù)上述方法可求出二級指標權(quán)重，自上而下分配權(quán)重為C1為(0.021，0.045，0.093，0.031)；C2為(0.029，0.047，0.081，0.062，0.105，0.057，0.017，0.012)；C3為(0.012，0.021，0.014，0.017，0.015，0.039，0.012)；C4為(0.077，0.023，0.093，0.025，0.012，0.009，0.002，0.004，0.064，0.007)。

2　含鋁炸藥生產(chǎn)過程多級物元模型的建立

可拓物元是由事物M、特征C和量值X構(gòu)成的有序三元組R=(M，C，X)作為描述事物的基本元[11]，R即是物元表示X是事物M關(guān)于特征C的值。如果事物M有n個特征，則用下面的n維物元R=(M，C，X)表示

(1)

對應(yīng)于含鋁炸藥生產(chǎn)過程多維風險結(jié)構(gòu)預測，M代表風險，C1，C2，…，Cn為風險的多維測度指標即各級評價指標，X1，X2，…，Xn為多維測度指標值?？赏匚镌J為利用物元的可拓行可以對研究對象進行定性分析，再利用可拓集合論算出經(jīng)典域和節(jié)域，通過關(guān)聯(lián)函數(shù)定量算出各事物及其對應(yīng)區(qū)間加權(quán)后的關(guān)聯(lián)度[12-14]。

2.1含鋁炸藥生產(chǎn)過程可拓物元模型的建立

1) 確定單個指標待評物元

請若干專家根據(jù)含鋁炸藥生產(chǎn)車間實際情況對待評物元Mo(分別為原料因素、工藝及設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素)各個特征值進行打分得到待評物元

(2)

式中：Ro為含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險；Mo為待評估的相應(yīng)指標；Con為特征值；Yon為專家組對各個特征值的評分。

2) 確定含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險評價的經(jīng)典域物元和節(jié)域物元

含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險等級為j(j=1，2，…，y)，則經(jīng)典域物元為Roj；取出各個指標特征的取值范圍的最大值和最小值便構(gòu)成含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險評價的節(jié)域物元為Rop：

(3)

(4)

式中：Roj表示含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險水平等級為j時的物元模型；Mop表示物元系統(tǒng)中含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險等級的全體；Moj表示風險等級為j；Con表示評價含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險的第n個指標；〈aojn，bojn〉對應(yīng)于Xojn即第Con指標的取值范圍；〈aopn，bopn〉即Con的值域，即Mop的節(jié)域。

3) 計算含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險評價指標的關(guān)聯(lián)度

計算各個二級指標的關(guān)聯(lián)度，其關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

(5)

其中

(6)

(7)

式中：j=1，2，3，4；i=1，2，…，n。

通過層次分析法的計算得到了各二級指標Coi的權(quán)重為αi，一級指標Po的權(quán)重為α。一級指標Po加權(quán)后關(guān)于風險等級j的關(guān)聯(lián)度為Kj(Po)，含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全A關(guān)于不同風險等級的綜合關(guān)聯(lián)度為Kj(P)，計算如下：

(8)

2.2可拓學方法改進

在含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險指標中，對于同一指標關(guān)于風險等級j(1≤j≤y)的關(guān)聯(lián)度，通過比較各關(guān)聯(lián)度找出最大值，若滿足：

(9)

則在含鋁炸藥生產(chǎn)過程中分析對象Po其安全風險等級為j。

對于關(guān)聯(lián)度Kj(Po)值相差較小時，其計算結(jié)果便不可靠，若要比較其危險性需對可拓學方法進行改造求出風險度Ri。取一級指標i(1≤i≤n)加權(quán)后關(guān)聯(lián)度Ki(Po)>0項進行計算一級指標分險度Ri和綜合關(guān)聯(lián)度R。計算如下：

其中

(10)

(11)

兵器行業(yè)火藥、炸藥生產(chǎn)安全評價WJ2655.3—2005規(guī)定炸藥生產(chǎn)風險分為4個等級：安全級、達標級、臨界級和危險級。以100為滿分，其分值與等級如表3所示。

表3　炸藥生產(chǎn)安全風險等級

3　實證分析

針對含鋁炸藥生產(chǎn)過程的復雜性及其原料、環(huán)境、管理、工藝及設(shè)備因素的存在狀態(tài)，以典型含鋁炸藥生產(chǎn)線為例。該工序采用壓裝含鋁炸藥制備工藝，將主體炸藥和鋁粉按配比預混，將一系列添加劑進行溶解，經(jīng)過捏合、造粒、拋光、烘干、篩選、包裝編批、壓藥入庫等一系列操作。根據(jù)含鋁炸藥安全風險評價體系及實際情況對該車間進行風險分析。由于事先請專家組對該含鋁炸藥生產(chǎn)線各個評價因子進行了現(xiàn)狀評分，評分結(jié)果見表1所示?；旌险ㄋ幇踩L險評價等級及其量值范圍如表4所示，限于篇幅以含鋁炸藥生產(chǎn)過程中原料因素為例，依次待評物元為

確定經(jīng)典域物元為

式中j為各個級別對應(yīng)的等級。

確定節(jié)域物元為

根據(jù)AHP計算得出的權(quán)重，根據(jù)式(5)、式(8)、式(10)計算加權(quán)后原料因素各個指標因子對4個風險等級的關(guān)聯(lián)度，計算結(jié)果見表4所示。

根據(jù)此方法可計算含鋁炸藥生產(chǎn)過程中所有一級指標對應(yīng)的評價因子關(guān)于4個風險等級的關(guān)聯(lián)度，結(jié)合式(9)、式(10)、式(11)、式(12)計算含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險的綜合關(guān)聯(lián)度和分險度，計算結(jié)果見表5所示。

1) 根據(jù)表4和表5評判結(jié)果，對于典型含鋁炸藥生產(chǎn)過程其現(xiàn)狀的風險等級為II，即該生產(chǎn)線的綜合安全管理、生產(chǎn)過程(設(shè)備、工藝、作業(yè)場所)安全狀況，以及總體安全條件基本處于受控狀態(tài)。管理因素風險等級為III，其安全現(xiàn)狀較差，基本達不到受控狀態(tài)需要限期整頓改造。

2) 對于同等級的原料因素和工藝設(shè)備因素比較，改進可拓學方法計算風險度分別為75.684 5和78.133 3，日常中原料因素要多關(guān)注。綜合二級指標風險等級發(fā)現(xiàn)溶解過程、造粒過程、防靜電防雷擊、電氣設(shè)備管理方面日常也加強關(guān)注。

3) 基于改進可拓學-AHP含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險分析與《兵器行業(yè)火藥、炸藥生產(chǎn)安全評價》相比，各風險因素重要次序一目了然，對于促進炸藥生產(chǎn)安全水平是可行的，改進有一定合理性。

表4　原料因素各個指標因子對4個風險等級的關(guān)聯(lián)度

表5　含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險的綜合關(guān)聯(lián)度

4　結(jié)論

1) 典型改進可拓學和AHP方法可以對含鋁炸藥生產(chǎn)過程安全風險分析，量化各個評價指標的風險狀況，風險分析結(jié)果可作為指導含鋁炸藥生產(chǎn)單位安全生產(chǎn)工作的依據(jù)。

2) 含鋁炸藥生產(chǎn)過程加工條件復雜、風險因素諸多。改進可拓學和AHP方法相結(jié)合，所建立的評判物元模型，能夠解決風險評價中的不相容問題并準確判斷風險等級，進而針對性地提出改進措施，為日常安全管理提供依據(jù)。

3)AHP進行權(quán)重計算可警惕易忽略的因素，減少評價工作的隨意性?？赏匚镌碚搹亩ㄐ院投?個方面分析含鋁炸藥生產(chǎn)過程風險水平，為火炸藥生產(chǎn)風險分析提供思路。

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(責任編輯唐定國)

doi:10.11809/scbgxb2016.06.033

收稿日期：2016-01-12；修回日期：2016-02-10

基金項目：國家國際科技合作專項項目(2013DFR0080)；江蘇省科技支撐計劃項目(BE2014735)

作者簡介：劉健，碩士研究生，主要從事含能材料及其安全技術(shù)研究。

中圖分類號：TQ560.6；X92

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)06-0140-05

Risk Analysis of Aluminized Explosive Production Process Security Based on Improved Extenics-AHP

LIU Jian, XIE Li-feng, HE Zhong-qi, LI Bin, SANG Sheng-jun

(School of Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

Abstract:In order to evaluate the typical aluminized explosive production process risk level, we made a systematic analysis of the production process by improving extension method, and then the aluminized explosive production process security extenics evaluation model was built. Combining with “ The Weapons Industry of Gunpowder, Explosives Production Safety Evaluation Standards” and production actual situation, the evaluation system of 4 first grade indexes and 29 second grade indexes were obtained, and the weight of evaluation index was determined by the Analytical Hierarchy Process (AHP). And then, on the basis of the comprehensive correlative degree and risk degree, the level of risk was determined. This model was used to assess the typical aluminized explosive production process safety, and its comprehensive correlation degrees were calculated as (-0.036 2, 0.014 0, -0.000 6, -0.035 5), and degree of risk were calculated as 76.972 5. So it belongs to risk grade of standard level, and the process of production and safety conditions can be controlled as a whole. Therefore, the present improved extenics-AHP model is in a position to provide a reference for the risk anaiysis for the aluminized explosive production based on the extenics and AHP. Thus, we should pay more attention to the risk factors of high risk grate and take appropriate measures to ensure the safety of the production process.

Key words:safety engineering; extenics; matter-element model; AHP; aluminized explosive