安全系统工程学 课件 第6章 系统安全决策

安全系统工程目录绪论1事故致因理论2系统安全分析3系统安全评价4系统安全预测5系统安全决策67实务-安全评价6.系统综合安全评价技术综合评价法、综合安全评价法Delphi法(专家咨询法)、相对比较法、连环比率注、重要度比较法、熵值挂、AHP(层次分析法)关键知识点重点回顾因素或指标的权重如何确定？

如何进行安全评价？引导语相对于道化法，蒙特法补充的内容主要有哪些？6.系统综合安全评价技术概论综合评价法：以数据统计为基础，建立评估对象的影响因素集，并确定它们的影响程度等级和权重实施计算。通过系统工程的方法，考察各系统组成要素的相互作用，做出对整个系统的安全性能评价。这种方法综合考虑了各种因素的影响以及影响的程度，根据己有的统计资料并结合实际经验判定危险性，全面、方便且实用性强。6.系统综合安全评价技术综合安全评价法：是把多个描述被评价系统不同方面且量纲不同的安全评价指标，转化成无量纲的相对评价值，并综合这些评价值以得出对该系统安全的一个整体评价。包括安全常规评价法和安全模糊评价法。评价步骤：明确评价对象；确定安全评价指标体系；确定评价指标在评价指标体系中的权重系数；安全评价指标的无量纲处理；确定安全评价的合成方法，求综合安全评价值；确定评价集，并据评价集进行系统分析和决策。6.系统综合安全评价技术现有的安全评价指标，大致可分为风险指标、事故指标以及隐患指标三类：风险指标：以事故后果及后果发生概率作为计算风险的依据。事故指标：以一定时期内系统事故发生情况作为评价系统安全状况的依据。分为绝对事故指标和相对事故指标两种。隐患指标：也称作过程指标，它是从系统的整体出发，对系统的人员、设备、环境、管理等进行的综合安全评价。6.系统综合安全评价技术安全评价的核心问题就是如何确定评价指标体系。评价指标体系建立要遵循以下原则：系性性科学性评价指标的特殊性与普遍性评价指标的可量化原则评价指标的时间性6.系统综合安全评价技术综合安全评价中，权数的确定是一项重要内容，权数值确定是否合理，直接影响到综合评价的效果。权确定法对比表如下：确定方法专家直接给出法专家排序确定法评价指标比较法模糊数学法层次分析法特点简单、易行，但对于多指标无法作到客观处理较简单易行，定性排序定量确定，体现了专家对不同指标的主观意见，但对多指标也无法作到客观性指标两两比较，消除了前两种直接确定的缺陷，但无法判断由专家造成的逻辑和认识失误符合人对一些有不确定性、模糊性指标的认识和处理。但指标区间值多为直接给出，存在前两种方法的缺点。两两比较重要性等级，但有时产生循环不满足传递性公理，通过一致性检验进行调整可满足要求适用性适用于指标少，专家对于指标等有把握的评价较少指标较多指标多指标较多指标精确性较精确较精确精确精确精确6.系统综合安全评价技术基础评价指标值评价层次中的最低层指标，即评价体系中不能再分解的指标，通常可分为定性指标和定量指标。定性指标评价值：指标值具有模糊和非定量化的特点，很难精确确定，通常采用模糊数学方法对模糊信息进行量化处理，主要有等级比重法和专家评分法。定量指标值：安全评价的目的是得出状态的危险度值。6.系统综合安全评价技术安全评价的合成方法：加法合成、乘法合成和加乘混合法。合成方法适用范围特点加法合成法适用于指标间相互独立，且相互补偿的情况。简单方便，突出评价值较大且权数较大的指标的作用，比较接近于主因素突出型的评价合成方法。乘法合成法适用于评价指标间强烈相关且指标值大于零的场合。权数的作用不如加法合成明显，其评价结果突出指标评价值中较小数的作用。加乘混合法适用于评价指标较多的情况。使用范围广，兼有加法合成和乘法合成两种方法的特点u—综合评价指标值；wi—指标权值；ui—下一层评价指标的指标值；n—评价指标个数。6.系统综合安全评价技术评价级别集的确定通过安全评价指标之间的层次关系，求出安全评价的安全度值。要进行决策，就必须确定评价级别集，评价级别集可通过集值统计或专家评分法来确定。安全等级ABCDE安全度W≥9090>W≥8080>W≥7070>W≥60W≤60评价意义安全较安全较危险危险很危险安全对策注意防止及时整改立即整改立刻整改停产整改6.系统综合安全评价技术安全评价方法的实施实时评价：利用系统内的监测探头实时收集各评价指标的数值，与计算机内设计的评价模型结合，对系统进行实时安全评价，进行实时监控。周期性安全评价：把基础评价指标设计成检查表，利用评价小分队(监察员、班评估员或专业人员)在一定周期内收集工作区域的评价指标信息，并与监测系统相对应的评价指标信息结合，而进行的评价。6.系统综合安全评价技术指标权重的确定在各种评价当中指标的权重确定问题，都是最困难的问题。目前测权重的方法众多，如：Delphi法(专家咨询法)、相对比较法、连环比率注、重要度比较法、熵值法、AHP(层次分析法)。6.系统综合安全评价技术集中专家的经验和意见，确定各指标的权数，并在不断的反馈和修改中得到比较满意的结果。方式是组织若干对被评价对象比较熟悉的专家-通过一定的方式对指标权重独立地发表见解，用统计方法作适当的处理得到权重。设有n个评价指标f1，f2，……，fn，组织m个专家咨询，每个专家确定一组权重估计值Wi1，Wi2，……，Win，()，求其平均值：Delphi法(专家咨询法)6.系统综合安全评价技术对于第j个指标的权重估计值，若偏差（，）较大，则再请第i个专家重新估计，直到偏差满足要求为止以得到一组指标权重。设有5台设备，15个操作者，其操作感受情况按良好、可以、较差记录在表中，评分结果也列在表中。设良为3分，可为2分，差为1分。样机操作者ⅠⅡⅢⅣⅤ1差可差可良2良差差差可::::::14良可可良良15可可可良良列合计良(a)可(b)差(c)4741104663951861总分S(3a+2b+1c)3027333837平均(F=S/15)2.01.82.22.532.47一种主观赋权法。将所有指标分别按行和列，构成一个正方形的表，根据三级比例标度，指标两两比较进行评分，并记入表中相应位置。再将各指标评分值按行求和，得到各指标评分总和，最后，进行归一化处理，求得各指标的权重。具体做法：设有n个评价指标f1，f2，……，fn

，按三级比例标度两两相对比较评分，其分值设为aij评分值构成矩阵6.系统综合安全评价技术相对比较法aij1fi比fj重要时0.5fi比fj同样重要时0fi比fj不重要时显然aii=0.5，aij+aji=1。指标fi的权重系数：6.系统综合安全评价技术

(i=1，2，……，n)。使用相对比较法，任意两个指标之间相对重要度要有可比性，这种可比性在主观判断评分时，应满足比较的传递性。6.系统综合安全评价技术将方案两两比较而打分，然后对每一方案的得分求和，并进行百分化等处理，得分较高的方案就是最优方案。打分时可以采用0分～1分打分法、0分～4分打分法或多比例打分法等，原理基本相同。仅以0分～1分打分法介绍其具体使用，设有m种方案，排成一个m×m方阵，其元素：6.系统综合安全评价技术方案j方案i12345得分Fi1－1101320－1012300－0114111－1450000－0

10通常有一个方案的得分为零，为了避免这种情况，可以规定aii=0.5，可以得到下表，进一步进行各种归一化处理。6.系统综合安全评价技术方案j方案i12345得分Fi10.511013.5200.51012.53000.5011.541110.514.5500000.50.5

12.5最后，进行归一化处理，求得各指标的权重系数。6.系统综合安全评价技术将N个评价指标以任意顺序排列；按此顺序从前到后，比较相邻两指标的相对重要性，依次赋以比率值ri；赋以最后一个指标的得分值为1，从后到前，按此比率依次求得各指标的修正评分值，ki=ri×ki，kn=1；将各指标的修正评分值ki进行归一化得指标权重。连环比率法6.系统综合安全评价技术设有n个指标C1,C2,…,Cn，将Ci与Ci+1比较，赋予Ci以比率值ri，ri按三级比例标度：

Ci比Ci+1重要（或相反）Ci比Ci+1较重要（或相反）

Ci与Ci+1同等重要计算各指标修正评分值6.系统综合安全评价技术归一化处理，

比率值ri修正评分值ki权重wi最大速度C13最大范围C21最大负载C31费用

C41/3可靠性

C51/2灵敏度

C61和11/21/61/61/61/22.50.200.070.070.070.200.401.01

已知：防雷电设备和防静电设备同等重要，防静电设备比报警装置较重要。

请根据上述方法计算因素5的的权重A5=。ri3或1/3fi比fi+1重要（或相反）3.5/3或3/3.5fi比fi+1较为重要（或相反）1fi比fi+1同样重要rn1（i=1，2，……，n-1）6.系统综合安全评价技术评价指标比率值ri修正评分值ki权重wi防雷设备13.5/30.35防静电设备3.5/33.5/30.35报警装置110.3小结问题

基于相对比较法、连环比率法，指标权重如何确定？6.系统综合安全评价技术基本概念：综合评价法、综合安全评价法。

Delphi法(专家咨询法)、相对比较法、连环比率法。安全系统工程目录绪论1事故致因理论2系统安全分析3系统安全评价4系统安全预测5系统安全决策67实务-安全评价6.系统综合安全评价技术层次分析法的分析步骤、优缺点和局限性层次分析方法改进方法关键知识点引导语安全评价中如何模拟人的决策思维？如何考虑多因素的综合作用？重点回顾Delphi法(专家咨询法)、相对比较法、连环比率法。6.系统综合安全评价技术(AnalyticHierarchyProcess，AHP)是美国匹兹堡大学教授萨蒂(T.L.Saaty)于20世纪70年代提出的一种系统分析方法。创造和发展了一种综合定性和定量分析、模拟人的决策思维过程、解决多因素复杂系统特别是难以用定量描述的系统的分析方法。层次分析法(AHP)假定我们已知n只西瓜的重量总和为1，每只西瓜的重量分别为W1，W2，…，Wn。把这些西瓜两两比较(相除)，很容易得到表示n只西瓜相对重量关系的比较矩阵(以后称之为判断矩阵)：层次分析法的基本原理6.系统综合安全评价技术显然aii=1，aij=1/aji，aij=aik/ajk；i,j,k=1,2,…,n,故称A为互反矩阵，且:即n是A的一个特征根，每只西瓜的重量是A对应于特征根n的特征向量的各个分量。6.系统综合安全评价技术提出一个相反的问题，如果事先不知道每只西瓜的重量，也没有衡器去称量，我们如能设法得到判断矩阵(比较每两只西瓜的重量是最容易的)，能否导出西瓜的相对重量呢?显然是可以的，在判断矩阵具有完全一致性的条件下，可以通过解特征值问题:

AW=λmaxW求出正规化特征向量(即假设西瓜总重量为1)，从而得到n只西瓜的相对重量。同样，对于复杂的社会公共管理问题，通过建立层次分析结构模型，构造出判断矩阵，利用特征值方法即可确定各种方案和措施的重要性排序权值，以供决策者参考。6.系统综合安全评价技术6.系统综合安全评价技术把要解决的问题分层系列化。即根据问题的性质和要达到的目标，将问题分解为不同的组成因素，按照因素之间的相互影响和隶属关系将其分层聚类组合，形成一个递阶的、有序的层次结构模型。对模型中每一层次因素的相对重要性，依据人们对客观现实的判断给予定量表示，再利用数学方法确定每一层次全部因素相对重要性次序的权值。通过综合计算各层因素相对重要性的权值，得到最低层(指标层)相对于最高层(总目标)的相对重要性次序的组合权值，以此作为评价的依据。应用AHP的思路：目标A准则C1准则C2准则C3方案P1方案P2方案P3方案P4目标层A准则层C方案层P最高层表示解决问题的目的，即应用AHP所要达到的目标；中间层表示采用某种措施和政策来实现预定目标所涉及的中间环节，一般又分为策略层、约束层、准则层等；最低层表示解决问题的措施或政策(即方案)。递阶的层次结构模型图运用AHP进行系统分析，首先要将所包含的因素分组，每一组作为一个层次，按照最高层、若干有关的中间层和最低层的形式排列起来。建立层次结构模型6.系统综合安全评价技术AHP的分析步骤：6.系统综合安全评价技术构造判断矩阵表示针对上一层次与之有关的指标，本层次各有关指标相对重要性的判断。本层次的各有关指标进行两两比较后，来建立判断矩阵，判断矩阵具有下述性质：分析步骤：aij—指标Ai与Aj相对于其上一层指标重要性的比例标度，一般采用1~9比例标度对重要性程度赋值。6.系统综合安全评价技术标度含义1表示两个指标相比，具有同等重要性3表示两个指标相比，前者比后者稍微重要5表示两个指标相比，前者比后者明显重要7表示两个指标相比，前者比后者强烈重要9表示两个指标相比，前者比后者极端重要2，4，6，8表示相邻判断的中间值倒数是上述判断的相反情况6.系统综合安全评价技术计算单一准则下指标的相对权重并进行一致性检验设判断矩阵A的最大特征根为λmax，其相应的特征向量为W，解判断矩阵A的特征根问题；所得的W经归一化后即为同一层次相应指标对于上一层相关指标相对重要性的权重向量。(其中，

是最大不相容程度标量)W反映了带有偏差的相对重要性，度量由于与A不相容所造成的

与A的误差。若矩阵是完全相容的，则有=n;当稍有不相容时，则有>n。这样就可以用(-n)作为度量相容偏离性的指标。6.系统综合安全评价技术定义判断矩阵A的一致性比率CR(ConsistencyRatio)：为最大特征值即最大不相容程度；n为判断矩阵A的维数。RI(RandomIndex)为随机构造的正互反矩阵的平均一致性指标。其中，CI(ConsistencyIndex)为矩阵的相容指标，其计算公式为：n12345678910RI0.000.000.580.901.121.241.321.411.451.49若，认为判断矩阵A有相容性、具有满意的一致性，而据此计算的权重集W也可以接受，否则调整判断矩阵。6.系统综合安全评价技术层次总排序计算同一层次所有因素对于最高层(总目标)相对重要性的排序权值，称为层次总排序。由最高层到最低层逐层进行的，若上一层次A包含m个因素A1，A2，…，Am，其层次总排序的权值分别为a1，a2，…，am；A层次的下一层次包含n个因素Cl，C2，…，Cn，对于A层次的评价因素A，的单排序的权值分别为c1，c2，…，cn,(若元素Cj与Ai没有联系，则取cij=0)，此时C层次的元素总排序的权值集M为：式中：6.系统综合安全评价技术层次分析法存在的问题层次分析法存在的问题和改进层次结构的构造问题比较尺度的设定问题两两比较的必要性问题结果的合理性问题6.系统综合安全评价技术层次结构的构造问题层次分析法所讨论的所有层次结构模型有两个基本假设条件：层次内部因素之间不存在相互影响或支配作用，或者可以忽略;层次之间存在自上而下、逐层传递的支配关系，没有反馈作用或层间的循环影响。在实际工作中，是具有较复杂结构关系的层次结构：层次内部因素之间存在相互影响；下层反过来对上层有支配作用，形成循环，从而无法区分上下层；既在层次内部之间存在相互影响，又在层次之间存在反馈作用。用层次分析法研究这些更复杂的层次结构，需要引入超矩量、极限绝对权向量等概念，并建立相应的算法。6.系统综合安全评价技术Saaty提出用1~9的比较尺度，即：因素两两相比的取值范围是1~9及其互反数1，1/2，1/3，…，1/9。比较尺度的设定问题按照层次分析法的要求，必须给出判断矩阵，每个判断矩阵需要做n(n-1)/2次比较，若为了得到n个元素的排序，只要按一定的规则，就可以了。那么进行n(n-1)/2次两两比较是否必要呢？此外，也有学者从简略层次分析法的运算量出发，主张只构造(或下三角)判断矩阵即可，那么这样做是否合理呢？两两比较的必要性问题6.系统综合安全评价技术在实际工作中，认为：判断矩阵的一致性不好肯定是无法得到合理的结果矩阵质量的前提，但是判断矩阵一致性好并不意味着结果就致性检验标准仅能说明标度者(通常为专家)逻辑思路清晰结果的合理性不仅要考虑逻辑思路是否清晰，还要注意就是不必请有关问题的专家，只要能够保证判断矩阵一致性的，这显然是不合理的，甚至是荒谬的。结果的合理性问题6.系统综合安全评价技术层次分析法的优点系统性：层次分析把研究对象作为一个系统，按照断、综合思维方式进行决策，是成为继机理分析、起来的系统分析的一种重要工具。实用性：层次分析把定性和定量方法结合起来，能处理优化技术无从着手的实际问题，应用范围很广。简洁性：具有中等文化程度的人即可了解层次分析的它的基本步骤，计算也非常简便，所得结果简单明确了解和掌握。6.系统综合安全评价技术层次分析法的缺点和局限性：与一般的评价方法相比，评价因素过多(超过9个)，标度的工作量太大，容易引起评价专家的反感和判断混乱；层次分析法的比较、判断直到结果的运算都相对简单，因此其不适于精度要求很高的问题；人的主观因素的作用很大，这就使得决策结果可能难以为众人(包括有关专家)所接受。对于既有定性指标也有定量指标的问题(这类问题更加普遍)讨论和研究的不够，具有局限性。对于己有备选方案的决策来说，层次分析法只能从现有的方案中选择优秀的方案，但是不能生成新的方案。6.系统综合安全评价技术一致性的基本概念：在层次分析法中通过同一准则下进行两两比较判断而建立的判断矩阵的一致性是很重要的概念。这个概念包括两个方面的内容：次序一致性和绝对一致性。次序一致性是指：若因素A比因素B重要，而因素B比因素C重要，则因素A应比因素C重要。绝对一致性是指：若因素A比因素B重要3倍，因素B比因素C重要3倍，则因素A应比因素C重要9倍。6.系统综合安全评价技术针对不一致性判断矩阵的改进方法步骤：以原各行数据为基础，分别构造出一组新的一致性判断矩阵，即扩展矩阵。对每个构造出来的扩展矩阵，采用层次分析法的方式，用特征向量基于层次分析法求出相应的指标权重向量。对每个构造出来的扩展矩阵，采用层次分析法的方式，用特征向量基于层次分析法求出相应的指标权重向量。小结问题层次分析法存在的问题？层次分析方法如何改进？6.系统综合安全评价技术层次分析法的原理、一致性检验的必要性层次分析法的步骤安全系统工程目录绪论1事故致因理论2系统安全分析3系统安全评价4系统安全预测5系统安全决策67实务-安全评价6.系统综合安全评价技术模糊综合安全评价的步骤与实际应用。关键知识点引导语模糊变量在安全评价中如何处理？重点回顾层次分析法的步骤6.系统综合安全评价技术在客观世界中存在着许多不确定的现象，主要表现在两个方面：随机性：事物是否发生的不确定性。它造成的不确定性是对事物的因果够，但事物的本身却有明确的定义。模糊性：事物本身状态的不确定性。它是指某些事物或者概念的边界不清楚，这种边界不清楚，不是由于人的主观认识达不到客观实际而造成的，而是事物的一种客观属性，是事物之间存在着中间过渡过程的结果。一般说来，随机性是一种外在因果的不确定性，而模糊性是一种内在结构的不确定性。从信息观点看，随机性只涉及信息的量，模糊性则关系到信息的质。6.系统综合安全评价技术模糊综合评价：是模糊数学在安全评价中的具体应用，它从安全的角度出发，用模糊数学的知识对系统中多个相互影响的因素进行综合评价。它体现了系统安全是一个多因素、多变量、多层次的极其复杂的系统。6.系统综合安全评价技术模糊概念和模糊现象：一个概念和其对立的概念无法划出一条明确的分界，它们是随着量变到质变的。例如“年轻”和“年老”就是如此，人们无法划出一条严格的年龄界限来区分“年轻”和“年老”。这种概念即为模糊概念。凡涉及模糊概念的现象被称为模糊现象。6.系统综合安全评价技术模糊数学：试图利用数学工具解决模糊事物方面的问题。模糊数学的产生把数学的应用范围，从精确现象扩大到模糊现象的领域，去处理复杂的系统问题。用精确的数学方法来处理过去无法用数学描述的模糊事物。从某种意义上说，模糊数学是架在形式化思维和复杂系统之间的一座桥梁，通过它可以把多年积累起来的形式化思维，应用到复杂系统中去。6.系统综合安全评价技术综合评判：在实际工作中，对一个事物的评价，常常涉及到多个因素或多个指标，这时就要求根据这多个因素对事物做出一个综合评价，而不能只从某一个因素的情况去评价事物，这就事综合评判。在这里，评判的意思是指按造给定的条件对事物的优劣，好坏进行评比。判别；综合的意思是指评判条件包含多个因素或多个指标。6.系统综合安全评价技术模糊综合评判：借助模糊数学的概念，对实际的综合评价问题提供一些评价的方法。模糊综合评价就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成原理，将一些边界不清.不易定量的因素定量化，从多个因素对被评价事物隶属等级状况进行综合性评价的一种方法。综合评判对被评判对象的全体，根据所给的条件，给每个对象一个非负实数―评判指标，再据此排序择以优。6.系统综合安全评价技术模糊评价也称为模糊评判，是利用模糊数学方法对具有随机性评价矩阵的多目标问题进行综合评价的一种方法。基本要素：因素集：X={x1,x2,…..xm},评判集：Y={y1,y1,…..yn},单因素判断

f～:UF(V),ui

f(uI)=(rI1,r

I2,…..rIn)∈F(V)。还有一类表现因素集U上的模糊权重向量A=(a1,a2,…am)。6.系统综合安全评价技术其中f～表示从U到V模糊变换，及对每一因素ui单独做一个判断：

f(uI)=(rI1,rI2,…..rIn)∈F(V),i=1,2,…..m，据此构造模糊矩阵R=[rij]m*n∈F(U*V)，其中rij表示因素ui具有评语vj的程度，就是在模糊评价里面常说的隶属度。进而求出模糊综合评价B=(b1,b2,….bn)∈F(V),其中bj表示被评价对象具有评语vj的程度，即vj对模糊集B的隶属度。6.系统综合安全评价技术假定对每一个因素xi都有一个模糊评价Ri＝{ri1,ri2,…,rin},于是对m个因素有m个模糊评价R1,R2,…,Rm，可以用矩阵来表示：R1r11r12…r1nR2r21r22…r2nR=…=…………Rmrm1rm2…rmn称其为单因素评价矩阵，若已知模糊关系矩阵R和因素的权重分配为A=(a1,a2,…,am),其中ai>=0,且Σai=1,则可由A和R求模糊综合评价B。可写成如下形式：B=A○R,这里“○”代表合成运算。6.系统综合安全评价技术模糊数学安全评价模型确定因素集设影响安全评价的因素有n个，从而得到评判的因素集U(U1,U2,…Un)。每个因素依据对评价体系的影响程度，可分为严重、较严重、中等、较弱和无影响等五个水平，为以后的权重取值的获取做好准备。确定评价集根据所评价对象的性质，将其安全状态分为N级。将中间级作为临界点，向两端方向延伸：安全状态关系图安全级别Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级安全状况说明优良好临界状态较差危险6.系统综合安全评价技术确定评价因素的权重在各个因素模糊评价中，权重的确定是评价的关键。各因素权重的取值确定后，代入A=(a1,a2,…an)中，各因素的子因素权重分配Ai，令Ai=(ai1,ai2,…ain)，其中n的取值依据具体的情况而定。任一评价因素Ui，其中某子因素Uij

，其权重的确定方法为：假设有M位专家检查小组对子因素Uij进行考评，其考评结果中分别有m1，m2，m3，