陳 香，龔本剛 ，蔣 培

(1.安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，安徽 蕪湖241002； 2. 安徽工程大學(xué) 管理工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

0 引言

近年來，隨著石化行業(yè)快速發(fā)展，?；肺锪鳂I(yè)務(wù)外包增多，安全事故頻繁發(fā)生。如： 2017年張石“5·23”危化品運輸爆炸事故等暴露出我國?；肺锪鬟\作管理存在諸多問題。?；肺锪鞣?wù)供應(yīng)鏈(LSSC)是危化品物流集成化必然產(chǎn)物，?；稬SSC可靠性作為?；饭?yīng)鏈可靠性重要組成部分，是?；饭?yīng)鏈穩(wěn)定運作的前提和基礎(chǔ)，由此引起了人們對危化品LSSC可靠性問題高度關(guān)注[1-2]。?；稬SSC可靠運作需要強調(diào)鏈上成員企業(yè)能力分工協(xié)調(diào)，鏈上任一成員出現(xiàn)問題，都會波及其他成員無法可靠履行客戶需求。因此，研究并構(gòu)建?；稬SSC可靠性失效診斷模型，查找關(guān)鍵事故因素是預(yù)防并減少?；肥鹿拾l(fā)生，提高?；饭?yīng)鏈系統(tǒng)穩(wěn)定運作的重要保障。李建民等[3]研究并預(yù)測海上危化品運輸系統(tǒng)的安全性；Kan等[4]運用混合整數(shù)規(guī)劃模型和啟發(fā)式解決方案對危化品運輸路線和時間安排進(jìn)行研究；Di Fazio等[5]引用歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)對?；愤\輸可靠性進(jìn)行連續(xù)定位、控制和監(jiān)控；王振全[6]對城市?；肺锪髋渌途W(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行研究；宋維花[7]對危化品國際物流運輸動態(tài)風(fēng)險和可靠性進(jìn)行研究；任競舟等[8]提出基于物元分析的?；穬Υ姘踩u價方法；Liu Xuanya等[9]提出基于Bow-Tie模型的危險化學(xué)品儲存區(qū)動態(tài)風(fēng)險評估方法。以上這些研究主要集中在影響危化品供應(yīng)鏈運行的某物流功能環(huán)節(jié)上，如：危化品運輸、倉儲、配送等，但從供應(yīng)鏈集成角度對?；稬SSC系統(tǒng)可靠性優(yōu)化較少涉及。本文在充分考慮影響?；稬SSC系統(tǒng)可靠運行各種事故因素基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)失效原因進(jìn)行全面診斷，快速查找出關(guān)鍵事故因素，給出相應(yīng)改進(jìn)措施。

本文將故障樹分析法(FTA)和改進(jìn)廣義灰色關(guān)聯(lián)相結(jié)合，對?；稬SSC系統(tǒng)進(jìn)行可靠性診斷，特點是改善FTA中系統(tǒng)故障特征與內(nèi)部特征之間的弱相關(guān)性[10]。下文提到的改進(jìn)廣義灰色關(guān)聯(lián)主要是引入文獻(xiàn)[11]離差最大化分配系數(shù)計算法。首先構(gòu)建危化品LSSC系統(tǒng)失效故障樹；然后運用灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)對以最小割集構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)故障模式向量和底事件概率重要度組成的待檢模式向量進(jìn)行相關(guān)性分析，得到所有失效故障模式可能性排序，確定系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵事故因素，起到快速診斷效果，為?；稬SSC風(fēng)險等級控制和分級防范措施制定提供參考和借鑒。

1 ?；稬SSC可靠性診斷的改進(jìn)廣義灰色關(guān)聯(lián)故障樹模型

1.1 ?；稬SSC系統(tǒng)運營模型

?；芬兹家妆?， 是典型的“低概率重后果”，一旦事故發(fā)生將會對生命財產(chǎn)和自然環(huán)境造成極大危害[12]。?；稬SSC作為一類特殊產(chǎn)品服務(wù)供應(yīng)鏈，是以危化品物流服務(wù)集成商為核心，從功能型服務(wù)分包商直至最終客戶的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)模式[9，13]?，F(xiàn)實中LSSC網(wǎng)鏈狀較為常見，節(jié)點運作容易受多個上下游節(jié)點企業(yè)影響，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差。?；稬SSC系統(tǒng)運營過程中，政府的宏觀監(jiān)管、應(yīng)急管理能力，上下游企業(yè)應(yīng)急處理能力、信息反饋及時性，集成商的協(xié)調(diào)處理能力等對?；稬SSC穩(wěn)定運行至關(guān)重要。本文在參照危化品LSSC內(nèi)涵基礎(chǔ)上，構(gòu)建如圖1所示的危化品LSSC運營模型，模型主要參與實體是政府、?；贩?wù)分包商群、集成商以及目標(biāo)客戶群。在政府宏觀監(jiān)管下，依托政府監(jiān)管服務(wù)平臺和?；肪C合信息共享平臺，?；贩?wù)集成商通過對鏈上成員實施有效管理，從接受客戶需求開始，合理組織分包商，形成一個嚴(yán)格的閉環(huán)?；肺锪鬟\作系統(tǒng)。

圖1 ?；稬SSC運營模型Fig.1 Operation model of hazardous chemicals LSSC

1.2 危化品LSSC可靠性診斷模型構(gòu)建

?；稬SSC可靠性是指在規(guī)定約束條件下，?；肺锪鞣?wù)集成商能夠準(zhǔn)確履行所承諾客戶服務(wù)能力的一種相對評估[1，5]。本文將FTA與改進(jìn)廣義灰色關(guān)聯(lián)模型融合構(gòu)建?；稬SSC可靠性診斷模型，具體步驟如下。

1.2.1 確定待檢驗?zāi)Ｊ较蛄亢吞卣骶仃?/p>

在FTA中，最小割集代表系統(tǒng)失效故障模式，假設(shè)最小割集之間相互獨立，則系統(tǒng)最小割集結(jié)構(gòu)函數(shù)和頂事件失效概率[14]分別見式(1)和式(2)。實際工作中，最小割集對頂事件發(fā)生貢獻(xiàn)程度不一樣，本文選擇概率重要度作為待檢驗?zāi)Ｊ较蛄縖11，14]，見式(3)。

(1)

(2)

(3)

式中：pUk代表第K個最小割集Uk發(fā)生的概率。根據(jù)式(3)所求m個最小割集概率重要度組成1組待檢驗?zāi)Ｊ较蛄?，如?4)所示：

(4)

設(shè)特征矩陣為X，其中第i行向量Xi代表每個割集中基本事件組合，且X中元素取值規(guī)定只有0和非0這2種[11]，n為故障樹基本事件個數(shù)，m為最小割集數(shù)。即：

(5)

1.2.2 絕對和相對灰色關(guān)聯(lián)度計算

1)絕對灰色關(guān)聯(lián)度計算

絕對灰色關(guān)聯(lián)度反映特征矩陣和待檢驗?zāi)Ｊ较蛄恐g縱向差異，引入FTA后可理解為故障模式表征的特征矩陣與底事件概率重要度組成的待檢驗?zāi)Ｊ较蛄恐g縱向差異。假設(shè)Xi=(xi(1),xi(2),…xi(n))為系統(tǒng)內(nèi)部因素特征序列，Ii為系統(tǒng)總特征待檢測序列，則絕對灰色關(guān)聯(lián)度αoi[11，15]計算如式(6)所示：

(6)

式中：|so|為待檢測序列波動幅值和；|si|為特征矩陣內(nèi)部因素所組成的波動幅值和；|si-so|為待檢測序列與特征序列對應(yīng)各因素波動幅值的差值和；i=1,2,…,m。

2)相對灰色關(guān)聯(lián)度計算

相對灰色關(guān)聯(lián)度可反映總特征序列與各分序列之間的縱向變化差異，引入FTA后可綜合反映特征矩陣內(nèi)每行值變化對待檢驗?zāi)Ｊ较蛄績?nèi)各因素值變化的影響程度。設(shè)相對灰色關(guān)聯(lián)度初始值待檢測序列和特征矩陣分別為Ii′和Xi′，Xi′為Xi零像化處理[11]，如式(7)所示。

(7)

式中：i=1,2,…,m;j=1,2,…,n，則相對灰色關(guān)聯(lián)度βoi[11，15]計算如式(8)所示。

(8)

1.2.3 計算廣義灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

廣義灰色關(guān)聯(lián)度ρoi實質(zhì)是2序列曲線之間所夾面積的絕對值，從整體上去度量2序列曲線相似性，采用離差最大化分配系數(shù)法定義，如式(9)所示[11，15]。

(9)

式中：Bαi和Bβi分別表示絕對和相對灰色關(guān)聯(lián)度的總離差；θ為離差最大化分配系數(shù)。

2 應(yīng)用分析

本文以集成商主導(dǎo)的?；稬SSC為研究對象，運用改進(jìn)廣義灰色關(guān)聯(lián)故障樹對?；稬SSC進(jìn)行失效診斷，結(jié)果驗證該算法在實際應(yīng)用中具有切實可行性。

2.1 危化品LSSC可靠性診斷故障樹編制

假設(shè)某地區(qū)高危行業(yè)?；稬SSC由1個物流集成商，1個化工制造商以及2個?；贩职?運輸與配送、倉儲)所組成。政府負(fù)責(zé)政策監(jiān)管、應(yīng)急救援等服務(wù)；集成商負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)；分包商負(fù)責(zé)功能業(yè)務(wù)運作。本文將面向終端客戶為化工制造商的?；稬SSC服務(wù)能力失效作為頂事件，結(jié)合該地區(qū)?；穼＜抑R, 在調(diào)查危化品物流服務(wù)系統(tǒng)日常運作發(fā)生風(fēng)險概率較高事件等基礎(chǔ)上得出系統(tǒng)失效風(fēng)險的主要事故因素。政治、自然、社會、經(jīng)濟(jì)等外因發(fā)生概率小，故不予考慮，由圖1可知，?；肺锪骷缮獭⒎职碳罢腥魏我环绞Ф伎蓪?dǎo)致頂事件發(fā)生，故采用邏輯或連接，并根據(jù)邏輯關(guān)系從中間事件分析至基本事件，構(gòu)建?；稬SSC系統(tǒng)失效故障樹(見圖2)，其中T為頂事件，E為中間事件，u為未開展事件，x為基本事件。

圖2 ?；稬SSC系統(tǒng)失效故障樹Fig.2 Fault tree of hazardous chemicals LSSC system failure

圖2中基本事件涵義分別為：集成信息共享不充分(x1)；監(jiān)控人員失誤(x2)；監(jiān)控設(shè)備故障(x3)；危化品分包商選擇不當(dāng)(x4)；任務(wù)分配不合理(x5)；配送不準(zhǔn)確(x6)；配送質(zhì)量問題(x7)；駕駛員技術(shù)操作有誤(x8)；駕駛員應(yīng)急響應(yīng)不及時(x9)；運輸車輛資質(zhì)選擇不當(dāng)(x10)；交通布局不合理(x11)；儲存環(huán)境控制不當(dāng)(x12)；危化品儲存施設(shè)備老化(x13)；倉儲管理人員違規(guī)操作(x14)；倉儲內(nèi)部信息監(jiān)控有誤(x15)；職能部門分工不明確(x16)；企業(yè)教育與培訓(xùn)引導(dǎo)不當(dāng)(x17)；應(yīng)急響應(yīng)不及時(x18)；政府違規(guī)審查危化品企業(yè)(x19)；督促檢查不及時(x20)。

2.2 改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)故障樹的危化品LSSC可靠性診斷模型

2.2.1 故障樹基本信息與待檢驗?zāi)Ｊ较蛄看_定

?；稬SSC運行環(huán)境復(fù)雜，涉及眾多利益實體，基本事件發(fā)生具有隨機性、不確定性。因此本文在沒有充分統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料情況下，采用專家經(jīng)驗、事故調(diào)查法，并結(jié)合模糊數(shù)學(xué)等相關(guān)理論對基本事件進(jìn)行概率估算，分別為：P1=0.016；P2=0.025；P3=0.026；P4=0.012；P5=0.015；P6=0.018；P7=0.014；P8=0.048；P9=0.045；P10=0.040；P11=0.046；P12=0.043；P13=0.038；P14=0.042；P15=0.047；P16=0.034；P17=0.028；P18=0.030；P19=0.036；P20=0.020。

假設(shè)FTA最小割集分別為U1,U2,…,Uk，采用下行法求解最小割集[14]，經(jīng)簡化吸收后有14個： {x1}，{x2,x3}，{x4}，{x5}，{x6,x7}，{x8}，{x9}，{x10,x11}，{x12}，{x13}，{x14,x15}，{x16,x17}，{x18}，{x19,x20}，根據(jù)式(1)和式(2)計算頂事件概率，如式(10)所示。

P(T)=x1+x2x3+x4+x5+x6x7+x8+x9+x10x11+
x12+x13+x14x15+x16x17+x18+x19x20

(10)

將基本事件概率代入式(10)可得：算例中?；稬SSC系統(tǒng)失效概率P(T)=22.7% ，需立即進(jìn)行可靠性診斷，其中政府、集成商、運輸與配送商、倉儲商失效概率分別為：

P(E2)=3.2%；P(E11)=4.3%；P(E12)=9.3%；P(E13)=8.1% 。根據(jù)式(2)和式(3)可得最小割集的底事件組合概率重要度，即系統(tǒng)待檢驗?zāi)Ｊ较蛄?，如?所示。

表1 各底事件組合概率重要度IiTable 1 Combination probability importance Ii of each bottom event

2.2.2 絕對和相對灰色關(guān)聯(lián)度計算

1)絕對灰色關(guān)聯(lián)度計算

以待檢驗?zāi)Ｊ较蛄勘硎鞠到y(tǒng)總特征矩陣，首先根據(jù)式 (5)可得出分序列特征矩陣X(見式 (11))，然后根據(jù)式 (6) 計算得出絕對關(guān)聯(lián)系數(shù)，如表2所示。

2)相對灰色關(guān)聯(lián)度計算

2.2.3 廣義灰色關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)式(9)計算廣義灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)ρoi見表5所示。

0.016000000000000000000000.0250.026000000000000000000000.012000000000000000000000.015000000000000000000000.0180.014000000000000000000000.048000000000000000000000.045000000000000000000000.040.046000000000000000000000.043000000000000000000000.038000000000000000000000.0420.047000000000000000000000.0340.028000000000000000000000.030000000000000000000000.0360.02

(11)

表2 絕對灰色關(guān)聯(lián)度αoiTable 2 Absolute grey correlation αoi

表3 待檢驗?zāi)Ｊ较蛄縏able 3 Pattern vector to be tested

表4 相對關(guān)聯(lián)度βoiTable 4 Relative correlation βoi

(12)

表5 廣義灰色關(guān)聯(lián)度ρoi計算表Table 5 Calculation table of generalized grey correlation ρoi

通過上述計算方法得到算例中導(dǎo)致?；稬SSC系統(tǒng)失效14種故障模式的廣義關(guān)聯(lián)度系數(shù)ρoi排序為：r2>r11>r12>r5>r8>r14>r7=r9>r10>r6>r1>r4>r3>r13。參考20/80原則，可選取{r2,r11,r12}3個作為危化品LSSC系統(tǒng)執(zhí)行失效關(guān)鍵故障模式，對應(yīng)基本事件組合為：{x2,x3}{x14,x15}{x16,x17}，決策者應(yīng)重點關(guān)注該組合對應(yīng)的關(guān)鍵故障因素，其余故障模式關(guān)聯(lián)值域在[0,0.5]內(nèi)變化不大，均應(yīng)時刻保持關(guān)注。根據(jù)上述計算危化品LSSC系統(tǒng)及鏈上成員失效概率，參考文獻(xiàn)[16]可知算例中危化品LSSC系統(tǒng)執(zhí)行失效等級概率為5，處于高風(fēng)險區(qū)，需要立即檢查。而集成商、分包商失效概率等級為4，處于中高風(fēng)險區(qū)，因此可確定為系統(tǒng)關(guān)鍵薄弱環(huán)節(jié)。

綜上所述，為了預(yù)防并減少?；稬SSC系統(tǒng)運作事故發(fā)生，集成商應(yīng)該高度重視監(jiān)控人員和設(shè)備問題；倉儲商應(yīng)多關(guān)注倉管人員違規(guī)操作、內(nèi)部信息監(jiān)控誤差等；政府應(yīng)加強監(jiān)督，明確職能部門職責(zé)分工，加強危化品企業(yè)相關(guān)安全教育與培訓(xùn)引導(dǎo)，提高?；菲髽I(yè)和相關(guān)從業(yè)人員的安全意識。

3 結(jié)論

1) 將基于離差最大化分配系數(shù)的改進(jìn)廣義灰色關(guān)聯(lián)法與FTA結(jié)合運用到集成商主導(dǎo)的?；稬SSC系統(tǒng)可靠性診斷中，該方法可綜合反映出標(biāo)準(zhǔn)故障模式與待檢驗?zāi)Ｊ较蛄慷叩南嚓P(guān)性，使得診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2)診斷結(jié)果有助于集成商快速識別?；稬SSC系統(tǒng)關(guān)鍵事故因素，起到快速診斷作用；有助于政府及時進(jìn)行職能評估，根據(jù)診斷結(jié)果加強監(jiān)管。

3)本文研究重點是?；稬SSC系統(tǒng)可靠性診斷與驗證，未來可對?；肥鹿蕬?yīng)急處理能力、應(yīng)急響應(yīng)時間等動態(tài)因素對危化品LSSC系統(tǒng)可靠性影響進(jìn)行探討，為危化品物流動態(tài)化、科學(xué)化監(jiān)管進(jìn)一步提供參考。