多因素耦合的加工車間關鍵風險因素定量分析
作者: 汪偉忠，張國寶，盧明銀
(1．安徽科技學院管理學院，安徽滁州233100；2．中國礦業(yè)大學礦業(yè)學院，江蘇徐州221100)
摘要：為了準確分析加工車間關鍵風險因素，考慮多風險因子交互影響的情境，提出了一種基于模糊決策實驗室分析法的加工車間關鍵風險因素定量分析方法。首先，從人員、設備、環(huán)境、物料和管理因素等5個維度辨識加工車間風險因素并建立風險因素集；基于此，采用三角模糊數(shù)對專家判斷語義進行表征，然后運用DEMATEL法計算多因素耦合下的風險重要度，從而確定加工車間的關鍵風險因素。最后，以安徽省某機械加工車間為例，說明所提出方法的應用過程。結果表明，加強對安全制度和安全文化建設等關鍵風險因素的控制，有助于加工車間的風險控制，改善車間生產安全。
關鍵詞：耦合風險；加工車間；模糊理論；DEMATEL；安全
中圖分類號：X913.4；TU714 文獻標志碼：A doi: 10. 11731/j. issn. 1673-193x. 2015. 09. 025
Quantitative analysis on critical risk factors of processing
workshop based on multiple-factor coupling
WANG Wei-zhong, ZHANG Guo-bao, LU Ming-yin
(1. School of Management, Anhui Science and Technology University, Chuzhou Anhui 233100, China;
2. School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221116, China)
Abstract: In order to analyze the critical risk factors of processing workshop accurately, considering the scenario ofinteraction between multiple risk factors,a quantitative analysis method on critical risk factors of processing work-shop based on fuzzy DEMATEL method was put forward. Firstly, the risk factors of processing workshop were iden-tified from five dimensions including human, equipment, environment, material and management factors, and therisk factors set was constructed. On this basis, the expert judgment semantics were represented by triangular fuzzynumber, and the DEMATEL method was applied to calculate the risk import.ance under multiple factors coupling,thus the key risk factors of processing workshop were determined. Finally, an example of a certain mechanical pro-cessing workshop in Anhui was given to illustrate the application process of the method. The result showed thatstrengthening the control on safety regulations, safety culture construction and other key risk factors is helpful tocontrol risk and improve the work safety of processing workshop.
Key words:coupling risk; processing workshop; fuzzy theory; DEMATEL; safety
0 引言
生產加工車間不僅是生產企業(yè)安全管理工作的基本單元，也是安全生產事故的主要發(fā)生場所，同時，生產車間安全事故發(fā)生頻率很高。如，2013年5月，山東某乳化震源藥柱生產車間發(fā)生爆炸事故；2013年12月，衡水某塑料公司軋膠車間發(fā)生機械擠壓事故；2014年1月，中遠集裝箱物流公司裝箱作業(yè)車間發(fā)生掛鉤擠壓事故；2014年8月，江蘇昆山中榮金屬制品有限公司汽車輪轂拋光車間發(fā)生爆炸事故；等等。據相關調查，這些事故的發(fā)生不僅與作業(yè)人員違章作業(yè)、環(huán)境不安全狀態(tài)、安全制度不健全等單一風險因素相關，還與各個風險因素相互影響有關，因此，準確辨識多因素耦合作用條件下的車間關鍵風險因素，為生產加工車間制定風險控制措施提供參考，具有其理論意義和實際意義。
目前，國內外學者針對多因素耦合條件下的風險機理分析和風險評價問題進行了一些有價值的探索。國外學者J．H．James針對航空運輸中風險因子眾多且作用關系復雜的問題，提出了一種層次結構化的航空安全評估方法：Ayhan Mentes等針對貨船運輸過程安全綜合評價中涉及的多因素問題，結合模糊數(shù)學理論和有序加權算子建立了風險評估模型；國內學者針對航空運輸、煤礦生產、水路運輸和公路交通等領域中存在的多風險因素交互耦合作用的現(xiàn)象，采用圖模型和耦合協(xié)調理論等定性和定量化分析方法建立多因素耦合機理模型，探究多因素耦合風險形成的過程。雖然這些研究成果揭示了多因素耦合風險機理問題，但對生產加工車間涉及較少，尤其是多因素耦合作用條件下的關鍵風險因素辨識問題。為此，本文以生產加工車間為研究對象，從人、機、料、環(huán)和管理等5個維度辨識風險因素，并針對風險因素的模糊性和不確定性，采用模糊DEMATEL方法建立生產加工車間關鍵風險因素辨識模型，以期為生產加工車間制定有效的風險控制措施提供理論參考。
1 加工車間風險因素辨識
全面分析和辨識加工車間風險影響因素是確定加工車間風險關鍵因素的前提和基礎。加工車間風險影響因素是指那些潛在或者已經存在的可能導致加工車間生產事故的因素，因此，辨識加工車間風險因素可以以事故致因理論作為理論基礎，分析加工車間中存在的可能導致生產事故的因素，從而建立風險影響因素集。筆者在借鑒國內外主要事故致因理論的基礎上，認為導致車間生產事故的本質因素是管理制度或者管理體系中存在缺陷，而引發(fā)事故的直接因素是車間中存在的4個“不安全”，分別是指人員的不安全行為、環(huán)境的不安全狀態(tài)以及機械設備和生產物料的不安全狀態(tài),具體如圖1所示。
由圖1可知，實際生產過程中，車間生產事故不僅是生產管理因素、人員因素、環(huán)境因素以及物料和機械設備因素等風險因素單獨作用的結果，也是這5個維度風險因素間交互耦合作用的結果。為此，在全面辨識加工車間風險影響因素和構建風險影響因素集的過程中，不僅需要考慮單個風險因素，還需要考慮多個風險因素間的交互影響作用。如，生產工藝流程中存在不合理操作，作業(yè)人員按照程序操作，可能導致操作人員的不安全動作，并可能對生產設備形成破壞，則由此形成了“管理一人員一設備”3個要素的耦合；同理，機械設備的防護可靠性和安全狀態(tài)下降，可能影響作業(yè)人員與操作設備間的原有匹配度，增加作業(yè)人員的不安全行為，形成“人員一設備”間的耦合風險；其他耦合風險還包括“管理一人員”風險因素耦合、“管理一設備”風險因素耦合、“管理一環(huán)境”風險因素耦合、“管理一物料”
風險因素耦合、“物料一人員”風險因素耦合、“環(huán)境一物料”風險因素耦合、“環(huán)境一設備”風險因素耦合、和“環(huán)境一人員”風險因素耦合等情形。
結合上述分析，并綜合文獻、和文相關車間風險因素辨識研究成果，建立如圖2所示的加工車間風險因素集。
2 多因素耦合的關鍵風險因素定量分析
2.1 三角模糊數(shù)
生產加工車間由人員、物料、機械設備、作業(yè)環(huán)境和管理制度等要素構成，這些要素中的不安全因素也構成了加工車間的風險系統(tǒng)要素，從而使加工車間風險呈現(xiàn)系統(tǒng)復雜特性。這種系統(tǒng)復雜性導致在車間風險關鍵因素辨識和風險評估過程中無法采用精確化的數(shù)值描述風險因素間的復雜作用關系，這就需要采用一種能表征模糊信息的方法。為此，筆者引入Chen提出的語言變量與三角模糊數(shù)變化量表（見表1）對風險因素間作用關系進行描述。
三角模糊數(shù)描述了專家判斷的模糊語義信息，為了計算有效性和簡便性還需要對三角模糊數(shù)進行去模糊化處理，具體步驟如下。
1)專家判斷語義信息的三角模糊數(shù)標準化計算標準化值的左右限值
2)計算標準化值的總值
4)計算k專家判斷的風險因素i對風險因素j影響的精確值
5)計算K位專家判斷的風險因素i對風險因素j影響的精確值
2.2 關鍵風險因素的模糊DEMATEL法
DEMATEL方法是一種綜合運用直接影響關系圖和矩陣運算分析復雜系統(tǒng)中多個影響因素之間交互作用程度的常用方法。模糊DEMATEL方法是一種針對無法以精確數(shù)值表征風險因素間作用關系的情形，綜合運用模糊數(shù)學理論和DEMATEL方法的風險因素相互影響程度定量化分析方法。該方法首先采用三角模糊數(shù)對專家判斷語義信息進行描述，建立模糊直接影響矩陣，然后運用模糊DEMA-TEL法確定各個風險因素的中心度和原因度。模糊DEMATEL方法的具體計算過程如下。
1)建立風險因素直接影響關系圖。風險直接影響關系圖是對各個風險因素間直接影響關系的圖形描述，同時也是建立風險直接影響矩陣的基礎。該圖由圓圈和箭線構成，圓圈內為風險因素，兩圓圈間的箭線上方填寫影響程度值，具體如圖3所示。
2)風險因素直接影響矩陣歸一化。采用式(9)和式(10)將由專家語義判斷形成的風險因素直接影響矩陣A進行歸一化處理，形成直接影響矩陣的標準化矩陣X。
3)形成風險因素綜合影響矩陣T。綜合影響矩陣T可以通過風險因素的標準化矩陣X的幾何級數(shù)實現(xiàn)，也即采用式(11)進行變化。
4)計算第i個風險因素的影響度(ri)和第j個風險因素的被影響度( ci)。通過對步驟③所得的綜合影響矩陣采用式(12)計算行和，即得第i個風險因素的影響度；同理，采用式(13)計算列和，即得第J個風險因素的被影響度。
5)計算第i個風險因素的中心度(mi)和原因度( ni)。
式中，mi是第i個風險因素的中心度，表示該因素在加工車間風險因素中的重要程度。
式中，ni是第i個風險因素的原因度，當ni>0時，稱該風險因素為原因風險因素，可對其他風險因素產生影響；當ni <0時，則稱該風險因素為結果風險因素，表明該因素會被其他因素影響。
3實例分析
為了說明提出的加工車間關鍵風險因素量化模型的有效性，以某機械生產加工車間為例。首先，為了使所建立的風險因素直接影響矩陣能較客觀反映車間風險因素的相互作用機理，建立以車間安全管理人員、車間作業(yè)人員、安全管理和系統(tǒng)決策研究領域的專家等10人構成的評估小組。邀請評估小組專家按表1模糊語言變量判定加工車間風險因素間的相互影響關系，并依據表1三角模糊數(shù)對專家的模糊判斷結果轉化為風險因素模糊直接影響矩陣A，并通過式(1)~(8)對模糊直接影響矩陣A’精確化處理，獲得風險因素直接影響矩陣A，結果如表2所示。
首先，采用式(9)將表2中的風險直接影響矩陣A轉化為標準化矩陣X，并利用式(11)將標準化矩陣X轉化為風險因素綜合影響矩陣T；然后，依據式(12)和式(13)，結合風險因素綜合影響矩陣T，計算各個風險因素的影響度(ri)和被影響度(ci)；最后，運用式(14)和式(15)獲得各個風險因素的中心度( mi)和原因度（ni）。由此，采用MATLAB編程計算各個風險因素的影響度(ri)、被影響度(ci)、以及各個風險因素的中心度(mi)和原因度(ni)，結果如表3所示。
4結果分析
4.1 風險因素間作用關系分析
風險因素因果關系圖可以分析風險因素間作用關系。風險因素因果關系圖是以各個風險因素的中心度(ri+ cj)和原因度（ri-cj）作為橫坐標和縱坐標，并以0值和中心度均值為分界線的一個包含4個象限的坐標體系圖，如圖4所示。
結合表3和圖4可知，分布在圖4第I和第Ⅱ象限的風險因素為原因因素，這些因素可能單獨作用或影響其他風險因素導致加工車間風險；分布在圖4第Ⅲ和第Ⅳ象限的風險因素為結果因素，這些因素易受其他因素影響，從而引發(fā)加工車間風險。
同時分布在第1象限和第Ⅳ象限的風險因素為表3中風險因素中心度(ri+cj)大于平均值(2.545)，這些因素的中心度排序均在前10位，屬于加工車間風險形成的重要因素，是進行車間關鍵風險因素辨識的基礎。
4.2 關鍵風險因素辨識
關鍵風險因素的辨識不僅需要考慮風險因素的中心度，還需要結合風險因素的影響度和被影響度，辨識出原因風險因素和結果風險因素的關鍵因素。
1)原因風險因素的關鍵因素
由圖4可知，加工車間的20個風險因素中心度分布于第1和第Ⅱ象限的風險因素為r51、r52、r53、r54、r55、r11、r12、r14和r21。其中，r51、r52、r53、r54和r55為原因風險因素，原因風險因素r51和r54的中心度排序為第3和第6，且影響度(ri)排序為第1和第3，相較于其他重要原因風險因素而言，具有較強的影響度和較弱的被影響度，由此，因素r51和r54是導致加工車間風險的主動性關鍵風險因素，可以通過加強制度建設和安全文化建設降低風險，改善加工車間安全狀況。
2)結果風險因素的關鍵因素
因素rii、r12、r14和r21為結果風險因素，這些因素中rii和r21的中心度排序為第2和第4，且被影響度排序為第2和第3，且對其他風險因素影響程度較低。而因素r12雖然中心度和被影響度排序第1，但其影響度排序第2，具有很強的主動性。因此，風險因素r11和r21是導致加工車間風險的被動性關鍵風險因素，需要通過調節(jié)操作技能和設備安全狀況兩個風險因素對應的主動性風險因素來控制風險，提升加工車間安全水平。
5結論
1)所建立的模糊DEMATEL方法不僅能有效挖掘專家評價信息的價值，同時還能對多風險交互耦合作用條件下的加工車間關鍵風險進行辨識，使得風險結果更符合生產實際情況，為生產加工車間改善安全狀況提供有效和準確的理論指導，因此，所建立的方法對不確定環(huán)境下的多因素耦合下加工車間關鍵風險辨識而言具有較強的實用性和針對性。
2)通過對加工車間風險因素辨識的基礎上，結合風險因素相互作用關系分析和風險因素關鍵因素辨識，認為多因素交互耦合下的加工車間風險主要由安全制度和安全文化建設產生，并作用于其他風險因素，是車間風險形成的根本原因因素。因此，在制定車間風險控制措施時，需要設計一套完善的安全制度建設細則，并注重安全文化建設；同時，作業(yè)人員的操作技能和設備安全狀況是直接影響車間風險狀況的因素，需要通過專業(yè)技能培訓和科學的設備維護制度來降低這兩項風險因素的風險水平。
