楊天嬌，米海波，韓慧超，陳皓，王詔宣，王一婷，薛兆鵬

（中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 100071）

引言

國家十分重視企業(yè)的安全生產(chǎn)管理工作，在推動企業(yè)的安全生產(chǎn)隱患排查、規(guī)范企業(yè)安全生產(chǎn)治理體系、強化企業(yè)安全生產(chǎn)管理工作等方面均作出了重要規(guī)定，有限空間作業(yè)風(fēng)險隱患也是國家安全隱患治理的重要內(nèi)容之一。與其他企業(yè)相比，航天企業(yè)的危險程度和所承擔(dān)的風(fēng)險更高，對企業(yè)的安全生產(chǎn)管理工作也提出了更高的要求。相較其他企業(yè)，航天企業(yè)在科研生產(chǎn)過程中使用存儲危險品種類多、數(shù)量大，可能涉及易燃易爆品、推進劑以及高溫、高壓等特殊作業(yè)活動，航天企業(yè)的安全管理難度也愈發(fā)增大。在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中，會使用特種設(shè)備儲存固態(tài)及液態(tài)等各種危險化學(xué)品，如在進行大型液體火箭發(fā)動機試驗等情況時，具有極高的危險性和特殊性，可能會出現(xiàn)高溫、高壓、劇毒、強腐蝕、易燃、易爆等危險情況。在步入式試驗設(shè)備設(shè)施有限空間作業(yè)過程中，在環(huán)境或人為等因素的影響下，可能會出現(xiàn)窒息、燙傷、人身傷害以及微波輻射風(fēng)險等多種安全隱患，容易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。作為一種常用的航天型號產(chǎn)品科研研制試驗驗證手段，全面識別出全流程風(fēng)險因素，確定試驗過程中各類風(fēng)險的等級水平，并針對不同等級的風(fēng)險制定可行的防控策略和預(yù)防措施具有重要意義。

1 步入式試驗設(shè)備風(fēng)險評價研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外專家學(xué)者已針對試驗設(shè)備開展了風(fēng)險評價研究工作，主要集中在試驗設(shè)備風(fēng)險評價方法、試驗設(shè)備風(fēng)險管控技術(shù)與措施等方面。在試驗設(shè)備風(fēng)險評價方法方面，國外學(xué)者提出了層次分析法、LEC評價法、德爾菲法、情景分析法等風(fēng)險分析評價方法，建立了較為完善的風(fēng)險分析方法體系。國內(nèi)研究多在國外基礎(chǔ)上，結(jié)合本行業(yè)特點開展方法的優(yōu)化研究。在試驗設(shè)備安全風(fēng)險管控措施方面，多數(shù)學(xué)者以電力、石油及化工行業(yè)的設(shè)備設(shè)施為例，分析設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險因素；同時采用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)，構(gòu)建試驗設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險防控系統(tǒng)，并基于風(fēng)險理論提出改進方法與措施。總結(jié)來看，現(xiàn)有試驗設(shè)備風(fēng)險評價方法及防范措施的研究主要集中于電力、石油、煤炭開采等行業(yè)，針對航天行業(yè)的步入式試驗設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險水平評價、風(fēng)險防控措施的研究相對較少，同時航天企業(yè)試驗設(shè)備總體安全風(fēng)險水平的評價研究還有待補充完善[1,2]。

因此，本研究以航天產(chǎn)品步入式試驗設(shè)備為研究對象，首先基于風(fēng)險管理理論與風(fēng)險評價方法，分析當(dāng)前步入式試驗設(shè)備風(fēng)險評價研究現(xiàn)狀；其次綜合利用Borda序值、層析分析法和風(fēng)險矩陣法，構(gòu)建步入式試驗設(shè)備的風(fēng)險水平綜合評價模型；最后基于提出的風(fēng)險評價模型，以航天產(chǎn)品步入式試驗設(shè)備實際案例，分析其安全風(fēng)險等級水平，明確試驗設(shè)備的關(guān)鍵風(fēng)險因素，并提出針對可操作的風(fēng)險管控策略和預(yù)防措施，以期為航天企業(yè)的安全評價及管理工作提供理論依據(jù)和評價標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于Borda-RMM的試驗設(shè)備風(fēng)險評價方法

2.1 試驗設(shè)備風(fēng)險因素等級的確定

風(fēng)險矩陣法（Risk Matrix Method，RMM）源于“風(fēng)險概率=事故發(fā)生的可能性大小×事故后果的嚴(yán)重程度”的模型。風(fēng)險矩陣法既有優(yōu)點，但也存在主觀性較強的缺點。通過文獻調(diào)研分析可知，通過將Borad序值法與風(fēng)險矩陣法結(jié)合能夠大大減少主觀判斷的影響，能夠快速識別關(guān)鍵因素風(fēng)險，具有客觀性、全面性、簡便性和科學(xué)性等優(yōu)點[3-5]。

使用改進的風(fēng)險矩陣法進行風(fēng)險評估時，應(yīng)逐步確定計算出風(fēng)險因子、風(fēng)險影響程度、風(fēng)險發(fā)生概率、風(fēng)險等級水平、Borda值、Borda序值和風(fēng)險權(quán)重。首先，根據(jù)事故發(fā)生后人員傷亡、設(shè)備損害程度和后果的影響程度，可將事件的后果嚴(yán)重度分為4個等級。其次，根據(jù)事故發(fā)生的概率，可將事件的發(fā)生概率分為5個等級。之后，可根據(jù)事故后果的后果嚴(yán)重度和發(fā)生概率確定風(fēng)險的等級水平，并建立事件的風(fēng)險矩陣，具體如表1所示。

表1 危險事件的風(fēng)險等級對照表

2.2 試驗設(shè)備風(fēng)險因素的重要性排序

采用原始風(fēng)險矩陣法進行風(fēng)險評價時，不同的風(fēng)險因素可能會出現(xiàn)相同的風(fēng)險等級，即出現(xiàn)風(fēng)險結(jié)。為解決風(fēng)險結(jié)的問題，提出一種將Borda序值法與風(fēng)險矩陣法相結(jié)合的風(fēng)險評價方法[4]，并在風(fēng)險矩陣中增加四類序值計算，即“后果的嚴(yán)重度序值”、“發(fā)生的可能性序值”、“Borda數(shù)”、“Borda序值”。計算方法如下：

1）后果的嚴(yán)重度序值Ij：是對風(fēng)險因素的后果嚴(yán)重度的排序。設(shè)Qj代表第j（j≤4）種后果嚴(yán)重度，其中Q1為Ⅰ級災(zāi)難，Q2為Ⅱ級嚴(yán)重，Q3為Ⅲ級輕度，Q4為Ⅳ級輕微。若某種危險因素的嚴(yán)重度為Qj級，則其后果嚴(yán)重度序值Ij的計算方法如下：

2）發(fā)生的可能性序值Pj：是對風(fēng)險因素的發(fā)生概率的排序。設(shè)Hj代表第j（j≤5）種可能性大小，其中H1為A級頻繁，H2為B級很可能，H3為C級有時，H4為D級極少，H5為E級不可能。若某種危險因素的可能性為Hj級，則其發(fā)生的可能性序值Pj的計算方法如下：

3）危險因素的Borda數(shù)Bi與Borda序值：是對風(fēng)險因素的風(fēng)險重要程度的度量。若危險因素的Borda數(shù)Bi最大，則該危險因素為最重要的風(fēng)險。將所有風(fēng)險因素的Borda數(shù)由大到小進行排列，得出相對應(yīng)的Borda序值分別為0，1，2，…，N。Borda數(shù)Bi的表達式如下：

按照如上計算方法，首先確定危險因素后果的嚴(yán)重度序值Ij和可能性大小序值Pj，然后計算得出該危險因素的Borda數(shù)Bi，最后對Borda數(shù)進行排序得出Borda序值，即為應(yīng)用Borda序值法改進的風(fēng)險矩陣法。

2.3 試驗設(shè)備風(fēng)險因素權(quán)重的確定

本文利用AHP層次分析法確定各風(fēng)險因素的權(quán)重，并由專家對不同層次中指標(biāo)的權(quán)重進行評定，并引入1-9標(biāo)度法進行兩兩比較，從而確定指標(biāo)的重要性[6,7]。此外，在對目標(biāo)問題進行拆分分層后，需要對每個層級中的組成成分都進行具體分析，并用權(quán)重衡量該層級對上一層級的重要程度。權(quán)重的計算可采用方根法，通過對判斷矩陣A按行元素求積，再求1/n次冪，經(jīng)歸一化處理后可得到權(quán)重系數(shù)wi。之后，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，其判斷準(zhǔn)則為：當(dāng)CR＜0.1時，可認為判斷矩陣通過一致性檢驗，否則需要對判斷矩陣進行調(diào)整。

2.4 試驗設(shè)備風(fēng)險水平綜合評價模型

試驗設(shè)備綜合風(fēng)險水平是對設(shè)備總體風(fēng)險程度的衡量，通過評價模型將高、較高、中、低四類風(fēng)險等級進行量化，并與其對應(yīng)的風(fēng)險權(quán)重系數(shù)相乘，求和后可得出試驗設(shè)備的綜合風(fēng)險水平，計算方式如下：

上文列出的資金使用率的計算方法，考慮了考核期間內(nèi)發(fā)生的所有貸款業(yè)務(wù)的金額及時間，較只考慮貸款余額來計算資金使用率的方法而言，更為真實和全面，數(shù)值也更為精確。同時，該方法也考慮了小額貸款公司出現(xiàn)增資和外部融資的情況，筆者認為是較為科學(xué)的計算方法。

3 應(yīng)用案例

步入式試驗設(shè)備設(shè)施由一臺高低溫試驗箱、振動臺及一套微波暗室組合而成。試驗臺通過透波窗與暗室銜接，在進行環(huán)境試驗的同時，可與暗室另一側(cè)的射頻微波設(shè)備互動，形成電磁測試環(huán)境。該試驗設(shè)備系統(tǒng)主要功能包括：提供微波產(chǎn)品在全狀態(tài)下的綜合試驗環(huán)境條件；適用產(chǎn)品可靠性鑒定試驗/驗收試驗、環(huán)境鑒定試驗、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗等試驗項目；滿足在全狀態(tài)接收或發(fā)射工作時，完成電性能綜合測試的任務(wù)要求。采用該步入式試驗設(shè)備設(shè)施開展航天型號產(chǎn)品科研研制試驗時，試驗期間設(shè)備設(shè)施內(nèi)的環(huán)境條件具有高溫差、快溫變、高濕度等特點，其中最高溫度可達150 ℃，最低溫度可達-70 ℃，試驗濕度范圍在（20～98）%。

3.1 步入式試驗設(shè)備的風(fēng)險識別

按照步入式試驗設(shè)備設(shè)施的試驗流程，以試驗準(zhǔn)備階段、試驗實施階段、試驗結(jié)束階段，分析試驗過程中三個階段的試驗風(fēng)險事件。在試驗準(zhǔn)備階段，試驗開始前，如試驗人員開展吊車或叉車作業(yè)時，可能會因人員違規(guī)操作、設(shè)備損壞等因素而出現(xiàn)人身傷害等危害事件；同時，當(dāng)試驗人員需進入試驗箱內(nèi)檢查工裝時，可能會出現(xiàn)試驗人員違規(guī)操作等風(fēng)險事件，造成人身傷害等危害事件。同時，試驗箱側(cè)滑門應(yīng)具備開啟后人員可進入的環(huán)境條件，避免出現(xiàn)人員窒息等危害事件。檢查工作完成后，待試驗人員確認試驗箱內(nèi)產(chǎn)品及試驗設(shè)備狀態(tài)無故障后，才可關(guān)閉試驗箱側(cè)滑門。在試驗實施階段，一般情況下不開啟試驗箱側(cè)滑門及暗室側(cè)滑門。如試驗過程中出現(xiàn)需開啟箱門等緊急情況，需在確認試驗箱內(nèi)無風(fēng)險后，才可開啟試驗箱門，人員方可進入。在試驗結(jié)束階段，試驗箱內(nèi)可能仍處于低溫或缺氧環(huán)境，若此時試驗人員進入可能會發(fā)生窒息或人身傷害等風(fēng)險事件。

根據(jù)試驗流程，按照不同的作業(yè)類型，采用檢查表法對不同試驗環(huán)境下的風(fēng)險進行識別后可知：設(shè)備試驗環(huán)境安全風(fēng)險類型包括三種：外部環(huán)境因素、質(zhì)量因素、人為因素。共形成風(fēng)險指標(biāo)共12個，包括：液氮爆炸、火災(zāi)、微波輻射、液氮泄露、危險吊裝、設(shè)備損壞、貨物墜落、損害健康、觸電傷害、高溫燙傷、人員窒息、人身傷害，具體如表2所示。

表2 試驗設(shè)備風(fēng)險因素清單

表3 準(zhǔn)則層對指標(biāo)層判斷矩陣（A）

表4 外部環(huán)境因素判斷矩陣（A1）

表5 質(zhì)量因素判斷矩陣（A2）

表6 人為因素判斷矩陣（A3）

表7 步入式試驗設(shè)備設(shè)施安全風(fēng)險矩陣

3.2 步入式試驗設(shè)備的風(fēng)險評價指標(biāo)

按照科學(xué)性、系統(tǒng)性和實用性原則，將最終得出的步入式試驗設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險因素、作業(yè)類型進行歸類分析，利用AHP層析分析法構(gòu)建步入式試驗設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險因素評價的三級指標(biāo)體系，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層。其中，準(zhǔn)則層包括3類二級指標(biāo)：外部環(huán)境因素、質(zhì)量因素、人為因素；指標(biāo)層包括12類三級指標(biāo)：液氮爆炸、火災(zāi)、微波輻射、液氮泄露、危險吊裝、設(shè)備損壞、貨物墜落、健康損害、觸電、高溫燙傷、窒息、人身傷害。

3.3 步入式試驗設(shè)備的風(fēng)險評價結(jié)果

依據(jù)上述提出的風(fēng)險評價方法，針對12類風(fēng)險因素指標(biāo)進行綜合評價，包括步入式試驗設(shè)備風(fēng)險等級的確定、步入式試驗設(shè)備風(fēng)險的重要性排序、步入式試驗設(shè)備風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重的確定以及步入式試驗設(shè)備風(fēng)險綜合水平的評估四個步驟，評價結(jié)果如下：

1）步入式試驗設(shè)備風(fēng)險等級的確定

圖1 步入式試驗設(shè)備設(shè)施安全風(fēng)險因素評價指標(biāo)體系

根據(jù)對影響步入式試驗設(shè)備安全風(fēng)險的損失程度和發(fā)生的概率進行評估，通過文獻調(diào)研和專家咨詢確定步入式試驗設(shè)備各風(fēng)險評價指標(biāo)的后果的嚴(yán)重程度和發(fā)生的可能性。而后，通過參照危險事件的風(fēng)險等級，判斷得出各風(fēng)險評價指標(biāo)的風(fēng)險等級。利用原始的風(fēng)險矩陣法將12類安全風(fēng)險因素進行排序的結(jié)果為：A33窒息＞A11液氮爆炸=A12火災(zāi)=A32高溫燙傷=A34人身傷害＞A13微波輻射＞A21液氮泄露=A22危險吊裝=A23設(shè)備損壞=A24貨物墜落=A25健康損害=A31觸電。

應(yīng)用Borda序值法計算步入式試驗設(shè)備各風(fēng)險因素指標(biāo)的“后果的嚴(yán)重度序值Ij”、“發(fā)生的可能性序值Pj”、“Borda數(shù)Bj”和“Borda序值”。從計算結(jié)果可知，利用Borda序值法將12類安全風(fēng)險因素進行排序分級的結(jié)果為：A33窒息＞A11液氮爆炸=A12火災(zāi)=A34人身傷害＞A32高溫燙傷＞A22危險吊裝=A23設(shè)備損壞=A24貨物墜落＞A21液氮泄露=A31觸電＞A13微波輻射=A25健康損害。對比原始的風(fēng)險矩陣法的風(fēng)險等級排序結(jié)果，采用改進的風(fēng)險矩陣法減少了風(fēng)險結(jié)的數(shù)量，使得危險因素的排序效果明顯好于原始的風(fēng)險矩陣法。

3）步入式試驗設(shè)備風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重的確定

在分析現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)和資料等的基礎(chǔ)上，通過分析比較步入式試驗設(shè)備設(shè)施安全風(fēng)險因素評價指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，采用層次分析法構(gòu)建判斷矩陣，利用1～9標(biāo)度法進行兩兩比較來確定指標(biāo)間的相對重要性，利用MATLAB對準(zhǔn)則層與指標(biāo)層判斷矩陣進行權(quán)重計算及一致性檢驗，從而確定風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。準(zhǔn)則層及指標(biāo)層判斷矩陣的指標(biāo)權(quán)重計算步驟及結(jié)果如下：

判斷矩陣A權(quán)重系數(shù)的計算結(jié)果為：最大特征根為3.024 6；隨機一致性指標(biāo)CI為0.012 3，相對一致性比例CR為0.023 6（CR＜0.1），一致性在可接受范圍內(nèi)；權(quán)重系數(shù)。

判斷矩陣A1權(quán)重系數(shù)的計算結(jié)果為：最大特征根為3.0735；隨機一致性指標(biāo)CI為0.036 8，相對一致性比例CR為0.070 7（CR＜0.1），一致性在可接受范圍內(nèi)；權(quán)重系數(shù)。

判斷矩陣A2權(quán)重系數(shù)的計算結(jié)果為：最大特征根為5.272 7；隨機一致性指標(biāo)CI為0.068 2，相對一致性比例CR為0.060 9（CR＜0.1），一致性在可接受范圍內(nèi)；權(quán)重系數(shù)為。

判斷矩陣A3權(quán)重系數(shù)的計算結(jié)果為：最大特征根為4.176 9；隨機一致性指標(biāo)CI為0.059 0，相對一致性比例CR為0.066 2（CR＜0.1），一致性在可接受范圍內(nèi)；權(quán)重系數(shù)為。

4）步入式試驗設(shè)備風(fēng)險綜合水平的評估

根據(jù)上述計算結(jié)果可知，步入式試驗設(shè)備設(shè)施安全風(fēng)險根據(jù)Borda序值按重要性從大到小順序排列的結(jié)果為：①外部環(huán)境因素：液氮爆炸/火災(zāi)、微波輻射；②質(zhì)量因素：危險吊裝/設(shè)備損壞/貨物墜落、液氮泄露、健康損害；③人為因素：窒息、人身傷害、高溫燙傷、觸電。由表中可知A33窒息風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)最高，說明窒息風(fēng)險為試驗設(shè)備設(shè)施風(fēng)險的最關(guān)鍵的因素，風(fēng)險的重要程度其次為A12火災(zāi)風(fēng)險、A21液氮泄露風(fēng)險。因此，應(yīng)重點針對窒息風(fēng)險、火災(zāi)風(fēng)險、液氮泄露風(fēng)險制定專項的安全防范措施。

根據(jù)式10描述的試驗設(shè)備設(shè)施安全風(fēng)險水平的綜合評估模型，計算得出步入式試驗設(shè)備設(shè)施的外部環(huán)境因素指標(biāo)的風(fēng)險綜合水平為0.576 56，質(zhì)量因素指標(biāo)的風(fēng)險綜合水平為0.4，人為因素指標(biāo)的風(fēng)險綜合水平為0.713 52，據(jù)此得出試驗設(shè)備設(shè)施的總體安全風(fēng)險水平值為0.563 36。對照風(fēng)險等級表，步入式試驗設(shè)備設(shè)施外部環(huán)境因素指標(biāo)的風(fēng)險等級為中級偏上，質(zhì)量因素指標(biāo)的風(fēng)險等級為中級，人為因素指標(biāo)的風(fēng)險等級為較高，總體風(fēng)險水平等級為中等偏上。

4 結(jié)論

研究采用基于Borda序值的改進風(fēng)險矩陣法，識別評價步入式試驗設(shè)備的安全風(fēng)險水平等級，得出以下結(jié)論：

1）本文基于Borda序值、層析分析法和風(fēng)險矩陣法，構(gòu)建了步入式試驗設(shè)備設(shè)施的安全風(fēng)險綜合評估模型，并在分析總結(jié)現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，基于檢查表法和層次分析法，構(gòu)建了航天產(chǎn)品步入式試驗設(shè)備的安全風(fēng)險指標(biāo)體系，并對其進行了風(fēng)險等級綜合評價。

2）基于研究提出的步入式試驗設(shè)備安全風(fēng)險評估模型，對選取的航天產(chǎn)品步入式試驗設(shè)備進行了風(fēng)險評估，風(fēng)險評估等級為中等偏上，且發(fā)現(xiàn)窒息風(fēng)險為最高等級的風(fēng)險，與實際調(diào)研情況相符，進一步驗證了該評價方法的可行性。

3）將構(gòu)建的試驗設(shè)備風(fēng)險評估指標(biāo)體系和風(fēng)險評估模型應(yīng)用于步入式試驗設(shè)備設(shè)施的安全管理中，能夠預(yù)知窒息、火災(zāi)、液氮泄露、微波輻射、危險吊裝以及設(shè)備損壞等風(fēng)險因素發(fā)生的可能性和等級水平，從而能夠有針對性的指導(dǎo)企業(yè)的試驗設(shè)備風(fēng)險管理工作。