基于ANP模型的煤礦安全生產(chǎn)能力灰色關聯(lián)綜合評價

基于ANP模型的煤礦安全生產(chǎn)能力灰色關聯(lián)綜合評價

陳亞樹蘭國輝劉麗麗摘要：為有效了解煤礦的安全生產(chǎn)能力，基于煤礦安全生產(chǎn)影響因素的復雜性，從人員、設備、環(huán)境和管理四方面構建出評價指標體系。并在此基礎上提出了基于ANP和灰色關聯(lián)分析方法的綜合評價模型。通過ANP建立煤礦安全生產(chǎn)能力的網(wǎng)絡結構模型，并計算影響因素的權重，再利用灰色關聯(lián)法求解4個煤礦的關聯(lián)系數(shù)，最后用關聯(lián)系數(shù)和權重計算各煤礦的關聯(lián)度。實證結果表明，該模型能夠充分顯示出4個煤礦的實際安全生產(chǎn)能力，對煤礦事故安全生產(chǎn)具有一定的指導意義。關鍵詞：煤礦；安全生產(chǎn)；ANP；灰色關聯(lián)分析；綜合評價TD79：A：1672-1101（2018）01-0049-06Abstract：Inordertoeffectivelyunderstandthesafetyproductioncapacityofcoalmines，basedonthecomplexityofinfluencingfactorsofcoalminesafetyproduction，theevaluationindexsystemisconstructedfromtheaspectsofpersonnel，equipment，environmentandmanagement.Onthisbasis，acomprehensiveevaluationmodelbasedonANPandgrayrelationalanalysisisproposed.ThroughANP，thenetworkstructuremodelofcoalminesafetyproductioncapacitywasestablished，andtheweightofinfluencingfactorswascalculated.Then，thegraycorrelationmethodwasusedtosolvethecorrelationcoefficientofthefourcoalmines.Finally，thecorrelationcoefficientandweightwereusedtocalculatethecorrelationdegreeofeachcoalmine.Theempiricalresultsshowthatthemodelcanfullydisplaytheactualsafetyproductioncapacityoffourcoalminesandhascertainguidingsignificanceforthesafetyproductionofcoalmines.Keywords：CoalMines；SafetyProduction；ANP；GrayCorrelationAnalysis；Comprehensiveevaluation煤礦事故預警是以安全生產(chǎn)法規(guī)為基礎，結合各類先進技術和工具，根據(jù)數(shù)據(jù)收集結果對企業(yè)生產(chǎn)狀況進行檢測、整理、分析、評估，并發(fā)出事故預警信號的活動[1]。煤礦事故預警的意義就在于能夠有效預防煤礦事故的發(fā)生，將企業(yè)風險損失降到最小，甚至將事故防止在萌芽狀態(tài)，能夠有效提高煤礦安全生產(chǎn)能力?；诖耍疚牟捎肁NP—灰色關聯(lián)綜合評價方法，構建指標體系的網(wǎng)絡結構模型，并計算出所選煤礦的加權關聯(lián)度，研究結果能實際反映各煤礦的安全生產(chǎn)能力。一、文獻綜述近年來，國內(nèi)學者在煤礦安全管理領域進行安全生產(chǎn)能力的研究越來越多。王爽英等以中小型煤礦為研究對象，建立安全生產(chǎn)指標體系，采用模糊層次評價法（FAHP）進行實證分析，結果表明該模型可實現(xiàn)影響因素的重要性排序[2]。郭建新等基于AHP-模糊綜合評判方法，構建煤礦安全生產(chǎn)預警分級指標體系，并進行實證分析，結果表明該綜合方法可用于預警分級計算[3]。李朋林等認為管理不善是煤礦安全生產(chǎn)事故發(fā)生的一個中間狀態(tài)，基于此提出了一個包括中央政府等4方行為主體的博弈模型，并依據(jù)博弈結果提出對策[4]。孫繼平對近年來我國煤礦事故進行分析，在事故級別起數(shù)上得出1∶5∶30∶405的規(guī)律，并據(jù)此提出“均衡生產(chǎn)”等安全生產(chǎn)理念[5]。胡文國對國外煤礦的安全生產(chǎn)進行了大量的研究，將研究的經(jīng)驗和啟示融合到國內(nèi)的煤礦生產(chǎn)中，并提出了幾點建議[6]。趙代英等采用Hodrick-Prescott濾波法分析煤礦安全生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)，并建立相應預警指數(shù)模型，運行結果表明該預警模型對指導安全生產(chǎn)具有一定意義[7]。郭良杰等以地勘單位為研究對象，構建出安全運行的指標體系，采用CMM和盲數(shù)理論，實證分析了該評價模型，研究結果對企業(yè)了解其安全生產(chǎn)具有重大意義[8]。綜上，國內(nèi)學者關于煤礦安全生產(chǎn)的研究眾多，對煤礦安全管理具有一定意義。但由于煤礦安全生產(chǎn)具有很多未知因素，研究者采用的方法都有其優(yōu)缺點，因此難以得到可靠的評價結果。本文試圖從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，依據(jù)煤礦的實際生產(chǎn)狀況并結合專家經(jīng)驗，確定評價指標體系，構建出基于ANP模型的綜合評價方法，該綜合方法將主觀和客觀研究結合起來，力求評價過程可操作性強，評價結果能夠更加符合煤礦的實際生產(chǎn)狀況，從而為煤礦管理者提供決策依據(jù)。二、研究方法（一）ANP法T.L.Saaty教授于1996年提出了ANP方法，該方法構建的網(wǎng)絡結構模型，不僅具有AHP的優(yōu)點，而且能夠充分考慮到因素集內(nèi)部之間和因素集間的相互影響[9]，因此該方法適用于無法用精確模型描述的社會、經(jīng)濟、行為等問題。典型的ANP結構具有控制層和網(wǎng)絡層兩個部分，兩者形成一個相互影響的網(wǎng)絡結構。近年來，ANP法廣泛應用于各安全領域，但在煤礦事故預警方面很少使用。ANP模型的廣泛應用得益于SD（超級決策）軟件的開發(fā)，SD軟件能夠將ANP的計算程序化[10]，因此極大簡便了ANP的計算。（二）灰色關聯(lián)法在研究當中我們并不能獲悉全部的信息，通常情況下都是有一部分信息是已知的，一部分信息是未知的，這就需要我們利用一系列的研究方法在對已知信息開發(fā)的基礎上，進一步實現(xiàn)對未知部分的描述。鄧聚龍教授于1982年提出的灰色系統(tǒng)理論能夠有效解決該問題，在樣本量和樣本分布沒有嚴格要求的情況下也可確定系統(tǒng)的未知信息。灰色關聯(lián)分析方法是灰色理論應用當中最廣泛的研究方法，其核心思路是依據(jù)關聯(lián)度對評價對象進行排序，以此為手段對復雜問題進行決策。運用灰色關聯(lián)法，主要步驟[11]包括：最優(yōu)指標集A*的構建；建立相應的評價矩陣B；原始數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理；根據(jù)相關公式計算關聯(lián)系數(shù)。三、構建煤礦安全生產(chǎn)指標體系和網(wǎng)絡模型（一）構建煤礦安全生產(chǎn)能力指標體系通過研究煤礦安全生產(chǎn)影響因素，構建出更加符合煤礦安全生產(chǎn)的評價模型，幫助煤礦企業(yè)減少甚至杜絕各類事故的發(fā)生，及時發(fā)現(xiàn)和處理安全生產(chǎn)能力的不足，保障企業(yè)安全。在閱讀相關文獻的基礎上[12-16]，提取煤礦安全生產(chǎn)影響因素，包括人員因素、設備因素、環(huán)境因素和管理因素，建立的指標體系如圖1所示。（二）ANP網(wǎng)絡模型構建根據(jù)圖1指標體系，利用ANP原理構建出煤礦安全生產(chǎn)能力網(wǎng)絡結構模型，如圖2所示。四、煤礦安全生產(chǎn)能力實證研究（一）求解ANP網(wǎng)絡模型根據(jù)圖2網(wǎng)絡結構模型，通過SD（超級決策）軟件，在界面中創(chuàng)建出煤礦安全生產(chǎn)能力網(wǎng)絡結構圖，并根據(jù)各因素之間的影響關系建立關聯(lián)，如圖3所示。其中雙向箭頭表示元素集間相互影響，單向箭頭為單向影響，環(huán)形箭頭為元素集內(nèi)部元素之間具有影響關系。計算ANP模型的核心在于判斷矩陣和超矩陣，當建立的判斷矩陣通過了一致性檢驗后，根據(jù)SD軟件中的相關操作，計算出超矩陣（包括未加權超矩陣、加權超矩陣和極限超矩陣）。再點擊計算權重的Priorities命令，得到各因素的權重，結果如表1所示。（二）計算關聯(lián)系數(shù)利用上述的煤礦安全生產(chǎn)評價模型，以義馬煤業(yè)集團及平頂山煤業(yè)集團下屬的4個煤礦實際數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，開展實證研究，煤礦名稱命名為M1、M2、M3和M4，原始數(shù)據(jù)如表2所示。指標的計算方法為：諸如員工月均培訓時間的指標，數(shù)據(jù)可以直接獲?。恢T如設備的可靠性，是以設備正常運轉時間/總運轉時間得出；諸如管理制度的完善率，是以實用安全管理制度數(shù)/安全管理制度總數(shù)來表示。在綜合分析上述影響因素體系的基礎上，可表示出各評價指標的最優(yōu)參考數(shù)列（2.5%，7.5，2.8，6.1，89%，89%，80%，93%，89%，0.011，5，82%，81%，94%），并對各項數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理，再根據(jù)公式計算出絕對差Δi（k）。結果見表3。（三）計算加權關聯(lián)度根據(jù)表1的煤礦安全生產(chǎn)能力因素權重和表4的關聯(lián)系數(shù)，計算出4個煤礦的加權關聯(lián)度，見表5所示。依據(jù)表1權重結果可知，在眾多影響因素中，員工三違率（0.128）、管理有效性（0.94）、機電系統(tǒng)可靠性（0.093）、頂?shù)装蹇煽啃裕?.089）等是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重點關注因素。由表5結果可知，4個煤礦加權關聯(lián)度的排序為M1>M3>M2>M4，那么煤礦1的安全生產(chǎn)能力最大。從指標角度分析結果產(chǎn)生的原因，員工三違率是影響煤礦安全生產(chǎn)能力的首要因素，在研究時段內(nèi)，M1、M2、M3和M4煤礦的員工三違率排序為M1（2.5）M3（79）>M2（74）>M4（69），同樣管理有效性越高的煤礦安全生產(chǎn)能力越好；綜合考慮其余12個指標可知，最終對四家煤礦安全生產(chǎn)能力進行由高到低的排列依次是M1、M3、M2和M4。五、結論針對煤礦安全生產(chǎn)多因素影響的特點，本文引入網(wǎng)絡層次分析法（ANP），在充分考慮因素之間影響關系的基礎上，借助SD軟件計算出每個指標的權重，再結合灰[本文來自于wWW.zz-news.COM]色關聯(lián)分析方法，對篩選出的14個一級指標進行綜合評價。評價結果能為煤礦區(qū)管理者提高煤礦安全生產(chǎn)能力提供依據(jù)，同時對其他礦區(qū)具有較好的借鑒意義。具體結論如下：1.基于煤礦安全生產(chǎn)的復雜性，根據(jù)當前煤礦安全生產(chǎn)的研究并結合專家經(jīng)驗，從人員、設備、環(huán)境、管理四個方面構建評價指標體系，由于指標之間存在復雜的相互影響關系，本文采用ANP模型求解指標權重，得出的各指標權重大小基本符合當前煤礦安全生產(chǎn)的實際狀況。2.由表1指標權重結果可知，人員、設備、環(huán)境和管理因素的權重分別為18.4%、33.1%、23.1%和25.4%，總體上說明4大類因素對煤礦安全生產(chǎn)能力均具有較大影響，其中設備和管理因素影響更為明顯；從單個指標看，員工三違率（12.8%）是影響煤礦安全生產(chǎn)的最大因素，企業(yè)必須從根源上減少人為失誤造成的煤礦事故。3.為綜合評價案例煤礦的安全生產(chǎn)能力，文中引入灰色關聯(lián)分析方法，使主觀分析與客觀分析相結合，為有效解決復雜的決策問題提供了便利。實證分析可知，四個煤礦的安全生產(chǎn)能力從大到小排序結果為M1>M3>M2>M4，研究結果對實際的煤礦安全生產(chǎn)具有一定的指導意義。參考文獻：[1]丁寶成，王彥偉.煤礦企業(yè)安全預警管理體系[J].遼寧工程技術大學學報（社會科學版），2010（2）：121-123.[2]王爽英，吳超，左紅艷.中小型煤礦生產(chǎn)安全模糊層次分析評價模型及其應用[J].中南大學學報（自然科學版），2010（5）：1918-1922.[3]郭建新，李江.基于AHP-模糊綜合評判的煤礦事故預警分級模型及應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012（3）：96-99.[4]李朋林，段潔.煤礦安全生產(chǎn)的博弈模型[J].西安科技大學學報，2013（1）：72-77.[5]孫繼平.煤礦安全生產(chǎn)理念研究[J].煤炭學報，2011（2）：313-316.[6]胡文國.國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)安全管理經(jīng)驗及啟示[J].煤礦安全，2011（5）：180-183.[7]趙代英，何學秋，江田漢.我國煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)預警指數(shù)模型研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2014（1）：81-86.[8]郭良杰，盧穎，高圣，等.基于盲數(shù)和成熟度理論的地勘單位安全標準化運行評價模型[J].科學技術與工程，2014（17）：311-316.[9]周豐，周俊，何月雯，等.基于KJ法和ANP法的人機交互界面可用性研究[J].科學技術與工程，2015（6）：241-245.[10]劉睿，余建星，孫宏才，等.基于ANP的超級決策軟件介紹及其應用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2003（8）：141-143.[11]杜棟，龐慶華，吳炎.現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選[M].北京：清華大學出版社，2008：111-115.[12]荊全忠，姜秀慧，楊鑒淞，等.基于層次分析法（AHP）的煤礦安全生產(chǎn)能力指標體系研究[J].中國安全科學學報，2006（9）：74-79.[13]ZhouY，PedryczW，QianX.Applicationofextensionneuralnetworktosafetystatuspatternrecognitionofcoalmines[J].JournalofCentralSouthUniversityofTechnology（EnglishEdition），2011（3）：63