第4章系統(tǒng)安全預(yù)測技術(shù)

第四章

系統(tǒng)安全預(yù)測技術(shù)

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解系統(tǒng)安全預(yù)測的種類、預(yù)測程序和預(yù)測的基本原理。熟悉系統(tǒng)安全預(yù)測的基本方法。著重掌握回歸分析法、灰色預(yù)測法，并能夠熟練的在安全生產(chǎn)中加以應(yīng)用。預(yù)測概述預(yù)測：由過去和現(xiàn)在推測未來，由已知推測未知。系統(tǒng)安全預(yù)測：預(yù)測造成事故后果的許多前級事件，隨生產(chǎn)的發(fā)展會產(chǎn)生什么樣的新危險和不安全因素。預(yù)測的組成：預(yù)測信息、預(yù)測分析、預(yù)測技術(shù)、預(yù)測結(jié)果。4.1預(yù)測的種類及基本原理4.1.1預(yù)測的種類

1.按預(yù)測對象的范圍分：宏觀預(yù)測：生產(chǎn)行業(yè)、地區(qū)、集團(tuán)公司的安全狀況微觀預(yù)測：生產(chǎn)單位的生產(chǎn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)安全狀況

2.按時間長短分：長（遠(yuǎn)）期預(yù)測－安全管理的重大決策提供依據(jù)中期預(yù)測（1～5年）－制定五年計劃和任務(wù)的依據(jù)短期預(yù)測（一年）－制定年度計劃、季度計劃等4.1.2預(yù)測的基本原理1.系統(tǒng)工程原則從系統(tǒng)的觀點出發(fā)考慮系統(tǒng)安全預(yù)測問題，并把系統(tǒng)中影響安全的因素用集合性、相關(guān)性和階層性協(xié)調(diào)起來。2.類推和概率推斷原則用先導(dǎo)事件的發(fā)展規(guī)律預(yù)測遲發(fā)事件的發(fā)展趨勢。3.慣性原理根據(jù)事物發(fā)展的延續(xù)性，推斷系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢。4.1.3預(yù)測的程序確定預(yù)測目的、計劃、時間收集資料、檢驗現(xiàn)有資料選擇預(yù)測方法、建立預(yù)測模型、進(jìn)行推測或計算預(yù)測結(jié)果的鑒定、修正預(yù)測結(jié)果確定預(yù)測目標(biāo)和任務(wù)輸入信息預(yù)測處理輸出結(jié)果4.2

預(yù)測方法

（forecastingtechnique

）預(yù)測方法可分為三類：

經(jīng)驗推斷預(yù)測法

時間序列預(yù)測法

計量模型預(yù)測法4.2.1經(jīng)驗推斷預(yù)測法利用直觀材料，靠人的經(jīng)驗知識和綜合分析能力，對客觀事物的未來狀態(tài)做出估計和設(shè)想。特爾斐預(yù)測法特爾斐(Delphi)又譯“德爾非”，原是古希臘的一座古城名。在古希臘神話中，人們把德爾菲城看成是能夠預(yù)告未來的神諭之地。特爾斐法是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一種直觀預(yù)測法，是美國蘭德公司于20世紀(jì)40年代發(fā)明并首先用于技術(shù)預(yù)測的。特爾斐預(yù)測法特爾斐法可用于科技預(yù)測、也可用于社會、經(jīng)濟(jì)預(yù)測；即可用于短期、也可用于長期預(yù)測。對大量非技術(shù)性的無法定量分析的因素作出概率估算，并將概率估算結(jié)果告訴專家，充分發(fā)揮信息反饋和信息控制的作用，使分散的評估意見逐次收斂，最后集中在協(xié)調(diào)一致的評估結(jié)果上，可信度較高，在國外得到廣泛應(yīng)用。利用專家的知識、經(jīng)驗、智慧等無法數(shù)量化的模糊性的信息，通過通信的方式進(jìn)行信息交換，逐步取得較一致的意見，達(dá)到預(yù)測的目的。特爾斐預(yù)測法實質(zhì)（1）確定預(yù)測目標(biāo)

目標(biāo)選擇應(yīng)是本系統(tǒng)或?qū)I(yè)中對發(fā)展規(guī)劃有重大影響而且意見分歧較大的課題，預(yù)測期限以中、遠(yuǎn)期為宜。特爾斐預(yù)測法基本程序（2）成立管理小組

管理小組人數(shù)從兩人至十幾人不等，隨工作量大小而定。其主要任務(wù)是：負(fù)責(zé)對利用特爾斐法進(jìn)行預(yù)測的工作過程進(jìn)行設(shè)計；提出可供選擇的專家名單；搞好專家征詢和輪間信息反饋工作；整理預(yù)測結(jié)果和寫出預(yù)測報告書。特爾斐預(yù)測法基本程序（3）選擇專家專家總體的權(quán)威程度較高；專家的代表面應(yīng)盡量廣泛；嚴(yán)格專家的推薦和審定程序；專家人數(shù)要適當(dāng)（一般以20~50人為宜，大型預(yù)測可達(dá)100人左右）。特爾斐預(yù)測法基本程序（4）設(shè)計評估意見征詢表表格每一欄目要緊扣預(yù)測目標(biāo)，力求達(dá)到預(yù)測事件和專家所關(guān)心的問題的一致性；表格簡明扼要，填表時間一般以2~4h為宜；填表方式簡單，盡可能用數(shù)字和英文字母表示專家的評估結(jié)果。特爾斐預(yù)測法基本程序（5）專家征詢和輪間信息反饋經(jīng)典特爾斐法一般分為3~4輪征詢；管理小組盡量把背景資料提供給專家，同時，專家對不夠完善、準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)提出補充和評價；最常見的問題是要求專家對某項技術(shù)實現(xiàn)的日期做出預(yù)言：不大可能實現(xiàn)——成功概率10%；實現(xiàn)與否可能性相等——成功概率50%；基本上可能實現(xiàn)——成功概率90%。特爾斐預(yù)測法基本程序（1）數(shù)量和時間答案的處理

當(dāng)預(yù)測結(jié)果需要用數(shù)據(jù)或時間表示時，專家們的回答將是一系列可比較大小的數(shù)據(jù)或有前后順序排列的時間，常用中位數(shù)和上、下四分位點的方法處理答案，求出預(yù)測的期望值和時間。專家意見的統(tǒng)計處理把專家們的回答按從小到大的順序排列。如：當(dāng)有n個專家時，共有n個（包括重復(fù)的）答數(shù)排列：x1≤x2≤x3≤...≤xn-1≤xn中位數(shù)按下式計算：專家意見的統(tǒng)計處理四分位點？（2）等級比較答案的處理

當(dāng)對某些項目的重要性進(jìn)行排序的要求時，一般采用評分法對答案進(jìn)行處理。專家意見的統(tǒng)計處理

當(dāng)要求對n項排序時，首先請各位專家對項目按其重要性排序，被評為第一位的給n分，第二位的給n-1分，最后一位即第n位者給1分，然后按下列公式計算各目標(biāo)的重要程度：專家意見的統(tǒng)計處理確定研究課題，成立管理小組設(shè)計預(yù)測程序向?qū)＜壹某鲅埿牛赫f明特爾斐程序題說明預(yù)測的課題邀請參加預(yù)測第一輪征詢表：說明對應(yīng)答者的要求提供背景資料第一輪征詢問題對第一輪答復(fù)進(jìn)行匯總整理考慮是否同意參加預(yù)測，若同意則答復(fù)并提出建議同意了解背景資料，答復(fù)第一輪問題同意對第三輪答復(fù)作出匯總考察答復(fù)的變化與收斂整理預(yù)測結(jié)果寫出預(yù)測報告書第二輪征詢表第一輪答復(fù)的分布第二輪征詢問題請求陳述理由的問題第三輪征詢表：第二輪答復(fù)的分布和變化補充材料和專家提供的理由第三輪征詢的問題考察對第二輪答復(fù)的變化與收斂了解反饋信息和問題，答復(fù)第二輪征詢表反饋了解反饋信息和問題，答復(fù)第三輪征詢表反饋輸出了解預(yù)測結(jié)果4.2.2時間序列預(yù)測法

利用觀察、記錄到的一組按時間順序排列的數(shù)字序列，分析他們的變化方向和程度，從而對下一時期或以后若干時期的水平進(jìn)行推測。

時間序列預(yù)測法包括滑動平均法,周期變動分析法,線性趨勢分析法等。

4.2.3計量模型預(yù)測法計量模型指預(yù)測對象與其主要影響因素之間數(shù)量關(guān)系的方程式。計量模型預(yù)測法：利用這一方程式的計算，根據(jù)主要影響因素的變化趨勢，對預(yù)測對象的未來狀況進(jìn)行推測。4.2.3.1回歸分析法

回歸分析法是一種從事物變化的因果關(guān)系出發(fā)的預(yù)測方法。它利用數(shù)理統(tǒng)計原理，在大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過尋求數(shù)據(jù)變化規(guī)律來推斷、判斷和描述事物未來的發(fā)展趨勢。事物變化的因果關(guān)系可用一組變量描述，即自變量與因變量之間的關(guān)系：確定關(guān)系和相關(guān)關(guān)系。（1）一元線性回歸法根據(jù)自變量與因變量的相互關(guān)系，用自變量的變動來推測因變量變動的方向和程度，其基本方程式為：求解可得a、b值由最小二乘法，可得到方程組：在回歸分析中，為了解回歸直線與實際數(shù)據(jù)變化趨勢的符合程度，求出相關(guān)系數(shù)。利用以上所建立的回歸直線預(yù)測方程對以后的安全趨勢進(jìn)行預(yù)測。例1：某工廠前6月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)帶入計算公式可得：由此可得到回歸方程為：代入x=7，可預(yù)測7月份的工傷事故數(shù)：例2：某礦前10月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)非線性回歸的分析方法是通過變換，將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題，再利用線性回歸的方法進(jìn)行回歸分析。非線性回歸曲線：指數(shù)、對數(shù)函數(shù)等。根據(jù)實際數(shù)據(jù)的變化分布形狀，或根據(jù)專業(yè)知識，確定何種曲線做為回歸曲線。（2）一元非線性回歸方法指數(shù)函數(shù)回歸法例3：某工廠前6月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)例4：某礦前10月發(fā)生的工傷事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)根據(jù)實際數(shù)據(jù)的變化分布形狀，或根據(jù)專業(yè)知識，確定何種曲線做為回歸曲線。

4.2.3.2灰色預(yù)測法（1）“灰”含義和”灰”現(xiàn)象

控制論學(xué)者艾什比將內(nèi)部信息缺乏的客體稱為“黑箱”，據(jù)此，人們常用顏色的深淺表示信息的多少?！昂凇敝感畔⑷狈Α鞍住敝感畔⑼耆盎摇敝感畔⒉糠忠阎⒉糠治粗?，即信息不完全?；疑碚撌且环N新的系統(tǒng)理論。其主要優(yōu)點是它通過一系列數(shù)據(jù)生成方法（直接累加法、移動平均法、加權(quán)累加法、遺傳因子累加法、自適性累加法等）將根本沒規(guī)律的、雜亂無章的或規(guī)律性不強(qiáng)的一組原始數(shù)據(jù)序列變得具有明顯的規(guī)律性，解決了數(shù)學(xué)界一直認(rèn)為不能解決的微積分方程建模問題。灰色系統(tǒng)預(yù)測是從灰色系統(tǒng)的建模、關(guān)聯(lián)度及殘差辨識的思想出發(fā)，所獲得的關(guān)于預(yù)測的新概念、觀點和方法?；疑到y(tǒng)理論模型有多種，一般選用一階一個變量的微分方程模型，即GM（1，1）模型。（2）灰色預(yù)測建模方法設(shè)原始離散數(shù)據(jù)序列，，其中N為序列長度，對其進(jìn)行一次累加處理：k=1,2,……N則以生成序列為基礎(chǔ)建立灰色的生成模型稱為一階灰色微分方程，記為G（1,1），式中α、μ為待辯識參數(shù)。設(shè)參數(shù)向量和則由下式得的最小二乘解：時間響應(yīng)方程：離散響應(yīng)方程：式中將計算值作累減還原，即得到原始數(shù)據(jù)的估計值G(1,1)模型的擬合殘差中往往還有一部分動態(tài)有效信息，可以通過建立殘差G(1,1)模型對原模型進(jìn)行修正。（3）預(yù)測模型的后驗差檢驗可以用關(guān)聯(lián)度及后驗差對預(yù)測模型進(jìn)行檢驗；根據(jù)得到的后驗差比值及小誤差概率確定預(yù)測精度等級（好、合格、勉強(qiáng)、不和格）。3馬爾柯夫鏈預(yù)測法馬爾柯夫性質(zhì)：事物未來的發(fā)展及演變僅受當(dāng)前狀況的影響。換句話說，在給定現(xiàn)在狀態(tài)時，事物的發(fā)展與過去狀態(tài)是無關(guān)的。當(dāng)事物滿足馬爾柯夫性質(zhì)，且一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的規(guī)律又可知時，可應(yīng)用馬爾柯夫鏈預(yù)測法。系統(tǒng)從某種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其他狀態(tài)的可能性大小，用轉(zhuǎn)移概率描述。

初始狀