安全系统工程安全决策讲义

安全系统工程第五章安全决策

本章的基本要求：1.掌握系统安全评价的各种方法及其基本特点2.能够依据系统安全评价原理和评价方法，对具体系统进行评价，提出改进系统安全性能的意见或意向安全系统工程5.1概述决策指人们在求生存与发展过程中,以对事物发展规律及主客观条件的认识为依据,寻求并实现某种最佳(满意)准则和行动方案而进行的活动。决策通常有广义、一般和狭义的三种解释。决策的广义解释包括抉择准备、方案优选和方案实施等全过程。一般含义的决策解释是人们按照某个(些)准则在若干备选方案中的选择,它只包括准备和选择两个阶段的活动。狭义的决策就是作决定,就指抉择。决策是人们行动的先导。决策学是为决策提供科学的理论和方法,以支持和方便人们做决策的科学;是自然科学与社会科学并涉及人类思维的新兴交叉学科。安全系统工程5.1概述(续1)决策的分类方法很多。根据决策系统的约束性与随机性原理,可分为确定型决策和非确定型决策。确定型决策:在一种已知的完全确定的自然状态下,选择满足目标要求的最优方案。确定型决策问题一般应具备四个条件:①存在着决策者希望达到的一个明确目标(收益大或损失小);②只存在一个确定的自然状态;③存在着决策者可选择的两个或两个以上的抉择方案;④不同的决策方案在确定的状态下的益损值可以计算。非确定型决策:当决策问题有两种以上自然状态,哪种可能发生是不确定的,在此情况下的决策称为非确定型决策。安全系统工程5.1概述(续2)非确定型决策又可分为两类:当决策问题自然状态的概率能确定,即是在概率基础上做决策,但要冒一定的风险,这种决策称为风险型决策;如果自然状态的概率不能确定,即没有任何有关每一自然状态可能发生的信息,在此情况下的决策就称为完全不确定型决策。风险型决策问题通常要具备如下五个条件:①存在着决策者希望达到的一个明确目标;②存在着决策者无法控制的两种或两种以上的自然状态;③存在着可供决策者选择的两个或两个以上的抉择方案;④不同的抉择方案在不同的自然状态下的益损值可以计算出来;⑤每种自然状态出现的概率可以估算出来。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素1.决策过程

决策是人们为实现某个(些)准则而制定、分析、评价、选择行动方案,并组织实施的全部活动;也是提出、分析和解决问题的全部过程。主要包括5个阶段,如图5-1所示。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续1)安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续2)2.决策要素

·决策单元

所谓决策单元常常包括决策者及共同完成决策分析研究的决策分析者,以及用以进行信息处理的设备。它们的工作是接受任务、输入信息、生成信息和加工成智能信息,从而产生决策。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续3)·准则体系

对一个有待决策的问题,必须首先定义它的准则。在现实决策问题中,准则常具有层次结构,包含有目标和属性两类,形成多层次的准则体系,如图5-2所示。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续4)安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续5)·准则体系准则体系最上层的总准则只有一个,一般比较宏观、笼统、抽象,不便于量化、测算、比较、判断。为此要将总准则分解为各级子准则,直到相当具体、直观,并可以直接或间接地用备选方案本身的属性(性能、参数)来表征的层次为止。在层次结构中,下层的准则比上层的准则更加明确具体并便于比较、判断和测算,它们可作为达到上层准则的某种手段。下层子准则集合一定要保证上层准则的实现,子准则之间可能一致,亦可能相互矛盾,但要与总准则相协调,并尽量减少冗余。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续6)·决策结构和环境

决策的结构和环境属于决策的客观态势(情况)。为阐明决策态势,必须尽量清楚地识别决策问题(系统)的组成、结构和边界,以及所处的环境条件。它需要标明决策问题的输入类型和数量,决策变量(备选方案)集和属性集以及测量它们的标度类型,决策变量(方案)和属性间以及属性与准则间的关系。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续7)·决策结构和环境

决策变量亦称可控(受控)变量，它是决策(评价)的客观对象。在自然系统中，决策变量集常以表征系统主要特征的一组性能、参数形式出现，由它们可以组合出无限多个备选方案，方案是连续型，其范围由一组约束条件所限制。而在实际(社会)系统中，例如安全系统,因变量之间，变量与属性之间的结构过于复杂，有许多是半结构化甚至非结构化形式,尚难以给予形式化的表述,所以决策变量常以有限个离散的备选方案的形式出现。决策变量的这两种类型(连续、离散),导致了两类不同的决策方法,有人称前者为多目标决策，称后者为多属性决策，二者又统称为多准则决策。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续8)·决策结构和环境

决策的环境条件可区分为确定性和非确定性两大类。由于决策是面向未来发生事件所作的抉择,所以决策的环境条件都带有不确定性,只是在很多情况下,正常环境出现的概率很大,非正常条件发生的可能性很小(即近似认为是小概率事件),而认为环境条件是确定的。在非确定性中,又分因果关系不确定的随机型和排中律不确定的模糊型。发展初期的经典决策,就是在随机环境下进行的单准则优选,称之为统计决策。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续9)·决策规则

决策就是要从众多的备选方案中选择一个用以付诸实施的方案,作为最终的抉择。在作出最终抉择的过程中,要按照多准则问题方案的全部属性值的大小进行排序,从而依序择优。这种促使方案完全序列化的规则,便称为决策规则。决策规则一般粗分为两大类:最优规则和满意规则。最优规则是使方案完全序列化的规则,只有在单准则决策问题中,方案集才是完全有序的,因此,总能够从中选中最优方案。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续10)·决策规则然而在多准则决策问题中,方案集是不完全有序的,准则之间往往存在矛盾性,不可公度性(各准则的量纲不同),所以,各个准则均最优的方案一般是不存在的。因而,只能在满意规则下寻求决策者满意的方案。在系统优化中,用“满意解”替“最优解”,就会使复杂问题大大简化。决策者的满意性一般通过所谓“倾向性结构（信息）”来表述,它是多准则决策不可缺少的重要组成部分。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续11)3.安全决策

安全决策与通常的决策过程一样,应按照一定的程序和步骤进行。不同的是,在进行安全决策时,应根据安全问题的特点,确定各个步骤的具体内容。

(1)确定目标

决策过程首先需要明确目标,也就是要明确需要解决的问题。对安全而言,从大安全观出发,安全决策所涉及的主要问题就是保证人们的生产安全,生活安全和生存安全。但是这样的目标所涉及的范围和内容太大了,以至于无法操作,应进一步界定、分解和量化。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续12)(2)确定决策方案

在目标确定之后,决定人员应依据科学的决策理论,对要求达到的目标进行调查研究,进行详细的技术设计、预测分析,拟出几个可供选择的方案。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续13)(3)潜在问题或后果分析

对安全问题,考虑其决策方案后果,应特别注意如下一些潜在问题:

①人身安全方面:应特别注意有无生命危险,有无造成工伤的危险,有无职业病和后遗症的危险。

②人的精神和思想方面:是否会造成人的道德、思想观念的变化,是否会造成人的兴趣爱好和娱乐方式的变化,是否会造成人的情绪和感情方面的变化,是否会加重人的疲劳,带来精神紧张,影响个人导致不安全感或束缚感的产生等。

③人的行为方面:能否造成人的生活规律、生活方式变化,以及生活时间的划分等。

安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续14)(4)实施与反馈

决策方案在实施过程中应注意制定实施规划,落实实施机构、人员职责,并及时检查与反馈实施情况,使决策方案在实施过程中趋于完善并达到预期效果。

安全系统工程5.3绪定性该属性的贡量化1.量烧化等级还与范围在某个属戚性上对若踪蝶干个不同蒜物体进行侨辨别时,乳普通人能够正虚确区别架属性等栗级在吨5级园至9毯级之悠间。所蝴以,我们推荐定驱性属性量屡化等级取氏5级至9境级,可忌能时尽量叔用9个等级。茫量化等蒸级见下磨表安全系统糖工程5.3毕定性苗属性的放量化(融续1)2.量冤化方法通过决介策者(浊专家)高定性分绳析,拐分等级定量化的锅结果,由于客观屈事物的复骗杂性、多沉样性和主撑观认识的振局限性,所以往往碍具有不确兵定性、模金糊性和随常机性,觉可以采狮用集值统计枣原理广涂集专家砖意见却,改粉善定性事属性量羽化的有兽效性。安全系仙统工程5.3纽奉定性女属性的接量化(举续2)3.属疤性函数掏F(X雨)规范指化(1)庭多属性秤决策在多属性慌决策问题须(MAD涨PMP)血的各属性绘函数ƒj朝(x)(j=束1,2慎,….甩,m)洒之间，径普遍存挪在下述猴3个方泉面的问宿题。站①莲无公其度性。限即各ƒ饲j(x到)的量到刚不同笑，不便唇于相互智比较和击综合运们算。这②乏变化重范围不丑同。不泽便于比撞较综合以运算。忽③对众抗性。伴凡得益赔性属性卷，通常竞希望愈剩大愈优这；凡损耗性春属性，一灵般希望愈万小愈优先溪。安全系赴统工程5.3比定性哪属性的桐量化(馒续3)(2)规锋范化处理刻算法常用的抢规范化梅处理算铜法较多链，在选育用时需锈注意量态化标度（序万、区间后和饿比纽奉列标度挡），允眉许进行负变换的咏形式，以免规范草化后影响赤决策的质晨量。安全系统递工程5.3同定性属性缺的量化(滤续4)4.权诸重及其叙量化方肺法权重是表夏征子准则条或因素对花总准则或茧总目标影票响或作用大小的帐量化值。(1)重要性戚权对于子雾准则(巩因素)填的相咏对地位汇、作用致,以亮及政策导向,杂激励委等决策造者的期限望性因魄素,常非用定性筝定量相株结合的方法喉,根据污专家或毅决策者梁的相对贯重要性盖信息进叼行量化源。安全系犁统工程5.3插定性属性悦的量化(沫续5)(2)信息量矩权重ω2由于各扯准则值蜻所包含陶的信息雷量不同法,历它们对大被评价方案(决邻策方案)斜的作用也齐就不同。臣考虑信息鱼量不同产急生的影响填的量化蓬值称为鬼信息量德权重。另外,获当某些严准则值在孩各被评价合方案之间俊差异较大时,其拘分辨能力搬较强,包龄含的信息释量就多,添它们在综茧合评价、最终庸决策中的篮作用就大踪蝶,其信息彻权重系数向也较大。安全系谢统工程5.3趁定性甜属性的冻量化(晓续6)(3)独立性敢权重系霜数ω3虽然在酬理想准伶则体系争中,邻要求准认则具有斑无冗余诞性,在多属性僚决策方案谁中,希悠望属性之材间具有独你立性,诊但由于安全辱系统的钢高度复毕杂性,拿准则起体系中蛋各准则远之间难家免有部分重谊复信息存穿在,使仁它们在综啄合评价或恒决策过程圆中过多地症发挥了泽作用,判为此逢,输提出用深独立性锄权重来梢抵前障“过多”欲的影炊响。安全系统哲工程5.3欢定性护属性的鹿量化(司续7)(4)组合名(综疗合)渗权重ω根据M骨ADM事P的赏实际需荒要和可琴能,气可以从碰上述3黑个方面的权叛重中选惑用,楚当用两磨种以上雄的权重贷时,惰就存在负一个如何组霜合的问妙题,牢常用的返有两种叶算法求摊取组合姥(综合跨)权重ω。安全系躁统工程5.4布安全卸决策方侨法1.确定性多烂属性决策半方法(1)优势法该方法的稻操作过程下是,腐从备选方串案集R墙中:R=｛x1臣,x2偏,x3衰,x4壳｝任取两测个方案东,(杀记为X盏′1知和X用′2)膝,若解决策者酷(或决醒策分析鼠者)唉认为(娇或决策旷矩阵A支已知)刺X′佣1劣爬于X′罚2,标则剔卸去X′艳1,扒保留兄X′2稿;若鸣无法区忍分两者燥的优劣拘时,元皆保留现。将留剑下的非药劣方案古与R阳中的氏第三个膀方案X傻′3作端比较,脂如果偏它劣于浸X′3划,则刻剔去前租者,殿如此每进行下理去,顽经昏n-1疯步后怠便确定幕了非劣志解集R务*pa剩。安全系荐统工程5.4坝安全那决策方探法(续饲1)(2)连接法杰(满意虚法)该方法卧要求决宝策者对感表征方蹲案的每暑个属性野提供一俊个可接受炮的最低纱值,称骄为切除暴值(c钳ut-父of眯f灿val刷ues蓝)。俩只有当一个系方案的每剖个属性值护均不低于竖对应的切牙除值时,该方案档才能保波留。即引方案x被接受,即:式中ƒ肾j0——肚j个属幕性的切除嚼值。安全系统符工程5.4搏安全丸决策方纳法(续师2)(3)分离法该方法用呆来筛选方蹄案时仍要皂对每个属厌性设定切争除值,秧但和连抖接法不同注的是,卵并不要烦求每个慎属性值都齐超过这个撇值,熔只要求方君案中至少捕有一个属屠性值超过励切除值就株被保留。泉按此原胶则方案段z,即男满足:安全系统麻工程5.4黑安全轻决策方麦法(续仿3)2.评分法法评分法就劈燕是根据预芦先规定的满评分标准各对各方案视所能达到的指标风进行定量状计算比较制,从租而达到对日各个方案竞排序的目的。容它包括5吼个方面:(1)评分标准(2)评分方占法(3)评价指兵标体系(4)加权系数(5)计算总分安全系统丙工程5.4愚安全决策呀方法(续惹4)3.决偏策树法决策树捕法是风渐险决策壮的基本角方法之定一。决鹅策树离分析方法又菠称概率迈分析决盘策方法保。决策败树法与傍事故艇树分析害一样是一覆种演绎扭性方法好,税即是一兽种有序泛的概率挺图解法敲。(1)决策树形安全系禁统工程5.4代安全决策卧方法(续卵5)(2)决策步骤决策步骤奶:根永据决策问梦题绘制决档策树;屯计算概率劈燕分支的概征率值和改相应的怠结果节谈点的收塘益值;挖计算求各概率屑点的收益核期望值昌;确亩定最优视方案。安全系统丽工程5.4脊安全扒决策方锻法(续镇6)(3)应用举陷例某厂因生兆产需要燃,考虑猜是否自行酱研制一个妻新的安全装置。岩首先铜,决赤定这个由研制项杰目是否粮需要评己审。如促果评审,衣则需要评顷审费5素000暗元,粮不评审株,则可科省去这笔评审骂费用。醋是否进虑行评葵审,辣这一皂事件的屿决策者导完全可以决定案,这岗是一个主另观抉择环那节。如果温决定评审底,评审通排过概率为裳0.8多,不通载过的概率银为0.腔2,这夸种不能由决策梯者自身抉族择的环节末称为客观座随机抉橡择环节。症接下来是采断取“衬本厂独立裳完成”途形式还违是由吵卡担厂协作完成押“形头式来研滥制这一熊安全灯装置告,这重也是主点观环节锤。每种研繁制形式泄都有失程败的可状能,云如果羡研制成打功(膝无论那一种形揉式)洒,能有蛮6万泼元收益应;若采圆用“珠本厂独立完成遗“灰形式边,则皆研制费涉为2猾.5欧万元勤,成的功概率漆为0.7甚,失败概遗率为企0.3绝;若香采用参"外恶厂协作貌"坡形式千(包括先阅评审还),思则支付奴研制费粗用为构4万漫元,拢成功礼概率为0.成99,庆失败概率剂为0.呢01。安全系统观工程5.4浩安全驼决策方近法(续箱7)解:①首先画出怒决策树业,如图挤5-4纯所示。②根据上芳述数据浓计算各把结点的该收益(凶收益兰=效铲益-费锋用)按照期望圆值公式计次算期望值独立研易制成功逗的期望化值:逃E(V棍0)=温0.7晃×30原+纳0.3限×(-绩30)吨=12协作研制肯成功的期拨望值:酷E(V傅7)=归0.9拢9×1程5+糖0.却01×缺(-4胆5)=蝴14.册4③根据期望乘值决策准科则,纳若决策目钩标是收益西最大,垂则采用期望洽值最大的侮行为方案鲁;如果盟决策目标油是使损失丑最小,则数选定期片望值最默小的方菜案。本禾例选用牌期望值放最大者哀,即选用哥协作完配成式。安全系统且工程5.4馅安全决策盐方法(续或8)4.技纱术经济浅评价法(1)技术评价技术评价朽步骤如下纠。①确定评障价的技垄术项目坟和评价拼指标集附。②明确各栗技术指先标的重洪要程度际.③分别对各乓个技术指目标评分。堤④进县行技术指坝标总评价肢。安全系洽统工程5.4蜓安全转决策方酬法(续烟9)(2)经济评价经济评价杀的步骤如完下:①按成本画分析的方魂法,牙求出各方斜案的制造摄费用Ci值。②确定该藏方案的详理想制均造费用描。③确定经伴济价。安全系统移工程5.4欢安全决策恼方法(续羽10)(3)技术经珍济综合洽评价可以用势计算法元和图法菜进行技攀术、经碑济综合者评价。①相对价施W法。■均值法恰W=0不.5讽(Wt+Ww苗)尤(5滑-25)■双曲线法相对价鲜W值越曲大,方数案的技术统经济综合坑性能越好歌,一般应取初W>0醉.65。厌当Wt顶,Ww版两项中珠有一项数给值较小时,用斜双曲线法烛能使W棋值明显架变小,色更便于对煌方案的抉择。②优度图法芦。安全系桃统工程5.4烂安全决策揭方法(续维１１)5.稀究有事件怪的风险旱估计当决策者龙要在多种状抉择方案煌中做决策饼时,可能醉会遇到某狸种稀少事田件是否值拖得考虑,子或者在用尽智力激励伤法进行风党险辨别时卵,稀少事蛮件如何估万计的问题著。在稀少事跨件中有资2种不弹同的风险逼估计:澡一类是称梯外围“以零-元扭穷大”的瓦风险,指酱的是那些昆发生的可欧能性很小蛇(几乎为轨零)而后秘果却十分壁严重(几会乎是无穷跟大)的事纲故，另一犹类是发生凳概率很小庸,后果不豆像前一类两那么严重栗,但涉蜜及的面或痒人数却很勤多,并号且易被一疼些偶然因顶素、另外诉的风险、均与它们的咬作用相同小或相反的伸其他因素爽所掩盖的热事。前一类朱情况主饮要涉及冰明显事妨故的估橡计与价鲁格,救后一类席情况则冰主要是驶对潜在训危险进庆行测量风和估计粮。安全系著统工程5.5债模糊决策素--评价1.建立因汁素集因素集事是指以渗所决策俱(评价)乘系统中影核响评判的背各种因素为匹元素所碰组成的微集合,编通常日用U表鉴示,字即:返U=蕉｛u1,u丧2,…,慌um｝各元素妻ui(密i=1孟,2,…,晕m)即代表歌各影响教因素。摔这些因素通常徐都具有不君同程度的驻模糊性。安全系统昏工程5.5签模糊决策多--评价谎(续１)2.建立犬权重集一般说来老,因素纱集U中的吉各因素对非安全系统社的影响程度是不一旨样的。为气了反映各学因素的重面要程度,昌对各个山因素应赋衡予一相交应的权悬数Qi摸。由各射权数所枝组成的防集合麦:A={α1,α地2,…亚,αm溪}扮(5-算32)采A称为因躺素权重汤集,简耗称权重略集。各权数比策应满足归屯一性和非像负性条件帮:它们可钱视为各励因素对逢“重要爬”的隶婶属度。罚因此,笼权重集是因研素集上腊的模糊肿子集。安全系贤统工程5.5滤模糊决策魔-