王雪棟 張明廣 王紀洋 錢城江

(南京工業(yè)大學安全科學與工程學院，江蘇省城市與工業(yè)安全重點實驗室 南京 210009)

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基于系統(tǒng)動力學的機械制造行業(yè)事故危險性綜合評價方法研究及應用*

王雪棟 張明廣 王紀洋 錢城江

(南京工業(yè)大學安全科學與工程學院，江蘇省城市與工業(yè)安全重點實驗室 南京 210009)

為了研究機械制造行業(yè)綜合危險性，應用系統(tǒng)動力學理論和方法，結合層次分析法(AHP)、預先危險性分析-作業(yè)條件危險性評價法(PHA-LEC)、模糊綜合評價法以及安全檢查表法(SCL)等評價技術，利用仿真技術構造機械行業(yè)危險性整體框架，研究機械制造行業(yè)突發(fā)事故的危險程度，并以“8·2昆山粉塵爆炸事故”作為具體實例，綜合評價突發(fā)事故的危險性。

機械制造行業(yè) 系統(tǒng)動力學 綜合評價方法 危險程度

0 引言

系統(tǒng)動力學(System Dynamic,簡寫SD)是由美國麻省理工學院的Forrester教授創(chuàng)造，用于研究系統(tǒng)動態(tài)行為的系統(tǒng)仿真方法。系統(tǒng)動力學是結構、功能和歷史方法的統(tǒng)一，運用“凡系統(tǒng)必有結構，系統(tǒng)結構決定系統(tǒng)功能”的系統(tǒng)科學思想，根據(jù)系統(tǒng)內部組成要素互為因果的反饋特點，從系統(tǒng)的內部結構來尋找問題發(fā)生的根源，應用非常廣泛[1]。

應用系統(tǒng)動力學理論和方法進行機械制造行業(yè)突發(fā)事故綜合危險性系統(tǒng)動力學模擬，能夠將機械制造行業(yè)各危險因素有效地、有層次地按照因果循環(huán)結構組合起來，再結合層次分析法(AHP)、預先危險性分析-作業(yè)條件危險性評價法(PHA-LEC)、模糊綜合評價法以及安全檢查表法(SCL)，對復雜的危險因素進行系統(tǒng)模擬、動態(tài)預測，分析這些因素的危險程度和安全水平的演變趨勢，有效預防事故發(fā)生。

1 危險性分析及評價方法的確定

機械制造行業(yè)危險因素主要為車間布局危險性、作業(yè)環(huán)境及人員操作危險性、機械設備危險性及安全管理水平。

1.1 車間布局危險性

車間布局在最大限度利用廠房空間的同時，需要注意兩大原則：①便于工作人員操作，避免生產(chǎn)設備和通道的過度擁擠；②注意車間通風效率和防火防爆設備的配備情況。

1.1.1 層次分析法分析車間布局

構建車間布局遞接層次模型[2-4]，如圖1所示。

圖1 車間布局危險性層次分析結構圖

1.1.2 構建判斷矩陣

采用1～9標度法，經(jīng)多位專家評分和作者查閱相關資料，評分情況見表1。

表1 準則層屬性測度

(1)

通常β=1或2，本文取值2?？傻脺蕜t層屬性權重WN為：(0.23，0.07，0.05，0.14，0.14，0.23，0.14)。

經(jīng)層次分析法計算得到各項目的權重，結合現(xiàn)場各項目實際得分Mi(滿分為100)，分別得到7個項目的現(xiàn)場得分，按照下列公式(2)計算得出最終的分數(shù)，對照表2進行等級評定。

(2)

表2 車間布局評分等級表

1.2 作業(yè)環(huán)境及人員操作危險性

工作人員在作業(yè)環(huán)境中的危險性主要為周圍作業(yè)環(huán)境和作業(yè)人員在操作過程中的危險性。

1.2.1 車間作業(yè)環(huán)境危險因素分析

車間作業(yè)環(huán)境中主要有通道、照明、消防及作業(yè)環(huán)境濕度、粉塵濃度、溫度和吸風量等危險因素。因此，將這些重要危險因素結合工作人員在作業(yè)過程中的危險性進行綜合分析。

1.2.2 危險性定量分析

預先危險性分析法(PHA)對事故危害級別的確定是定性的，但提出的針對性措施比較模糊。作業(yè)條件危險性評價法(LEC)能夠比較全面的識別作業(yè)過程的危險因素，計算事故發(fā)生的可能性和造成的后果，卻很少對具體的危害因素進行分析。因此，本文將這兩種方法結合使用，即PHA-LEC法定性與定量分析車間作業(yè)環(huán)境中的人員的危險性[5-6]。將PHA中的“后果嚴重程度”替換成LEC法中的“危險等級”。

1.3 機械設備危險性

機械設備，由于其系統(tǒng)和內部結構復雜，種類繁多，影響因素也較多。在進行綜合狀態(tài)評價時，可以根據(jù)其系統(tǒng)的結構進行分析評價。一般機械設備可以劃分為：動力、傳動、操作及控制、支持和其他系統(tǒng)[7]。因此，選用AHP-模糊綜合評價法對機械設備的綜合狀態(tài)進行危險性定量評價，通過AHP可以確定子準則層的各項指標權重，模糊綜合評價法對設備進行綜合安全評價，確定其狀態(tài)等級。

1.4 安全管理水平

機械制造行業(yè)基本采用的是傳統(tǒng)的安全管理模式，側重于以檢查、監(jiān)督及行政等手段來保證安全，現(xiàn)代企業(yè)安全管理要體現(xiàn)人的主動性，促進和提高企業(yè)安全管理的效率。針對機械制造行業(yè)安全管理，可以將其分為：領導及機構執(zhí)行力、企業(yè)安全文化水平、管理制度、常態(tài)管理水平、安監(jiān)部門管理水平、員工安全培訓體系、工藝設備更新程度以及人力資源水平[8]。這些方面基本涵蓋企業(yè)安全管理的要點，編制安全檢查表，經(jīng)專家打分得出安全管理得分，按比例算出百分比即為安全管理水平。

2 機械制造行業(yè)危險性SD仿真

2.1 機械制造行業(yè)危險性SD仿真

依據(jù)上述機械制造行業(yè)車間布局、作業(yè)環(huán)境及人工操作、機械設備和安全管理方面的危險性分析，應用系統(tǒng)動力學的理論和方法構建機械制造行業(yè)危險性SD仿真系統(tǒng)，如圖2。

2.2 機械制造行業(yè)SD各狀態(tài)變量相關性解釋

機械制造行業(yè)SD各狀態(tài)變量影響因素相關性為(“+”為正相關；“-”為負相關)：

(1)車間布局危險性=基本工段危險性+輔助工段危險性+生產(chǎn)服務部門危險性+生產(chǎn)設備危險性-安全設施安全性+倉庫危險性+通道危險性。

(2)作業(yè)環(huán)境及人工作業(yè)危險性=過道堵塞+電氣設備設施故障+消防設備失效性+溫度±濕度±風量±粉塵濃度。

(3)機械設備危險性=動力系統(tǒng)危險性+傳動系統(tǒng)危險性+操作及控制系統(tǒng)危險性+支持系統(tǒng)危險性±其他系統(tǒng)。

(4)安全管理水平=±企業(yè)人力資源管理水平±安全培訓體系±安全文化±安全管理制度±常態(tài)管理水平±安監(jiān)部門管理水平±工藝設備更新程度±管理機構執(zhí)行力。

圖2 機械制造行業(yè)危險性SD仿真系統(tǒng)圖

3 案例應用

2014年8月2日，江蘇省昆山市中榮金屬制品有限公司拋光車間發(fā)生粉塵爆炸特別重大事故，為多方面因素共同作用的結果，依據(jù)上述綜合評價方法對“8·2昆山粉塵爆炸事故”進行分析。

3.1 車間布局

經(jīng)多位相關專家評價打分(取平均值)和查閱相關考評報告，根據(jù)1.1計算，評分見表3。

車間布局的實際得分是62.81分，處于第4等級，合格，但需要暫時性的停工進行短期的檢修整改，直至符合行業(yè)法律法規(guī)標準和要求，方可繼續(xù)作業(yè)。

3.2 作業(yè)環(huán)境及人工操作危險性

按照“8·2昆山粉塵爆炸事故”車間安全評價報告和事故現(xiàn)場情況，對環(huán)境濕度、環(huán)境溫度、吸風量、粉塵濃度以及通道、照明、消防進行逐個分析，形成PHA-LEC分析(表4)。

表3 車間布局評分表

表4 拋光車間作業(yè)環(huán)境人員危險性PHA-LEC分析表

3.3 設備危險性

3.3.1 自動噴砂拋光機床危險性層次分析

圖3 自動噴砂拋光機床危險性層次分析結構圖

3.3.2 構建準則層判斷矩陣

構建自動噴砂拋光機床危險性準則層判斷矩陣為：

權重WV=(0.131，0.131，0.369,0.369)。

3.3.3 構建子準則層判斷矩陣

(1)進給運動執(zhí)行部件危險性準則層判斷矩陣為：

權重WU1=(0.131，0.131，0.369，0.369)。

(2)支承部件危險性準則層判斷矩陣為：

權重WU2=(0.091，0.909)。

(3)主運動部件危險性準則層判斷矩陣為：

單純地依靠技術進行網(wǎng)絡安全防護是很難解決實際問題的，廣大用戶一定要對不安全的網(wǎng)頁進行及時舉報，有效地避免安全隱患，提高風險防范的有效性。另外，可以利用報紙、媒體等手段加大網(wǎng)絡安全宣傳力度，推動計算機網(wǎng)絡健康運行。

權重WU3=(0.143，0.857)。

(4)防護裝置危險性準則層判斷矩陣為：

權重WU4=(0.114，0.114，0.386，0.386)。

3.3.4 確定模糊關系矩陣

機械設備綜合狀態(tài)評價[12-13]，首先定義評判結果與狀態(tài)等級對照表，如表5所示。

表5 評判結果與狀態(tài)等級對照表

等級參數(shù)數(shù)列向量(各等級平均數(shù))為：Q=(0.95,0.80，0.55,0.30,0.10)T。

經(jīng)多位經(jīng)驗豐富的學院老師和專家的評價，通過打分的形式對各指標和因素進行評判，得到子準則層模糊關系矩陣。

3.3.5 多級模糊綜合評價

(1)一級模糊綜合評價

一級模糊綜合評價判結果：AU1=(0.775,0.151,0.074,0，0)；AU2=(0.61,0.29,0.1,0,0)；AU3=(0.7,0.3,0,0,0,)；AU4=(0.18,0.061,0.14,0.31,0.31)。

(2)二級模糊綜合評價

二級評判結果：A=Wv×R=Wv×(AU1，AU2，AU3，AU4)T=(0.506,0.18,0.074,0.114,0.114)。

V=A×Q=(0.506,0.18,0.074,0.114,0.114)×(0.95,0.8，0.55,0.3,0.1)T=0.7114

因此，自動噴砂拋光機床運行狀態(tài)處于輕度亞健康狀態(tài)末端，應注意異?，F(xiàn)象，必要時進行仔細檢修。

3.4 安全管理水平

依據(jù)“8·2昆山粉塵爆炸事故”事故報告，進行各項條款的打分[14-15]。如表6所示。

表6 安全管理水平檢查打分表

顯然昆山中榮金屬制品有限公司的安全管理是不合格的。因此，在事故發(fā)生前，昆山中榮金屬制品有限公司就應該意識到安全管理上的問題和缺陷，避免事故的發(fā)生。

4 結論

(1)機械制造行業(yè)危險因素主要分為車間布局危險性、作業(yè)環(huán)境及人員操作危險性、機械設備危險性、安全管理水平。

(2)應用系統(tǒng)動力學理論和方法進行系統(tǒng)分析，車間布局影響因素可以分為：基本工段危險性、輔助工段危險性等7個方面；作業(yè)環(huán)境及人員操作影響因素可以分為：過道、電氣設備設施等7個方面；機械設備影響因素可以分為：動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等5個方面；安全管理水平影響因素可以分為：領導及機構執(zhí)行力、企業(yè)安全文化水平等8個方面。

(3)運用層次分析法(AHP)、預先危險性分析-作業(yè)條件危險性評價法(PHA-LEC)、模糊綜合評價方法以及安全檢查表法(SCL)分別對車間布局、作業(yè)環(huán)境及人員操作、機械設備危險性和安全管理水平進行定性與定量相結合分析。

(4)本文在應用系統(tǒng)動力學理論和方法對機械制造行業(yè)進行動態(tài)分析時，先對其影響因素進行系統(tǒng)分析，同時也對這些因素之間的Equations關系進行了初步設定。但是這些因素之間的動態(tài)模擬、圖形演變、趨勢變化以及數(shù)據(jù)分析還有待進一步研究。

(5)以“8·2昆山粉塵爆炸事故”作為具體實例，運用系統(tǒng)動力學理論和綜合評價方法評價突發(fā)事故的危險性。

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Study and Application of Comprehensive Evaluation Method for Dangerous Level in Machinery Manufacturing Industry Based on System Dynamics

WANG Xuedong ZHANG Mingguang WANG Jiyang QIAN Chengjiang

(JiangsuKeyLaboratoryofUrbanandIndustrialSafety，CollegeofSafetyScienceandEngineering，NanjingUniversityofTechnologyNanjing210009)

In order to study the dangerous level of machinery manufacturing industry, the theory and methods of system dynamics are applied, and the simulation technology is used to structure the overall framework of machinery manufacturing industry risks combined with safety evaluation methods, such as AHP, PHA-LEC, SCL and the fuzzy comprehensive evaluation. Regarding “8·2 Kunshan Dust Explosion” as the case, the dangerous levels of accidents are comprehensively assessed.

machinery manufacturing industry system dynamics comprehensive evaluation method dangerous level

國家自然科學基金(71001051)，江蘇省自然科學基金(BK2012824)。

王雪棟，男，1990年生，碩士研究生，主要研究方向為化工園區(qū)風險感知及應急決策。

2015-10-11)

張明廣，男，1981年生，副教授，主要研究方向為化工園區(qū)突發(fā)事件風險感知研究、風險化工過程本質安全理論及技術、安全生產(chǎn)信息管理及輔助決策系統(tǒng)開發(fā)。