劉　健，解立峰，何中其，李　斌，桑勝軍

(南京理工大學(xué) 化工學(xué)院，南京　210094)

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基于改進(jìn)可拓學(xué)-AHP含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析

劉健，解立峰，何中其，李斌，桑勝軍

(南京理工大學(xué) 化工學(xué)院，南京210094)

摘要:為評(píng)價(jià)典型含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，通過(guò)改進(jìn)可拓學(xué)方法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行分析，建立含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全可拓學(xué)物元評(píng)判模型。結(jié)合《兵器行業(yè)火藥、炸藥生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》和生產(chǎn)實(shí)際狀況確定4個(gè)1級(jí)指標(biāo)和29個(gè)2級(jí)指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)體系，體系中各級(jí)指標(biāo)權(quán)重由AHP確定，并依據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度和風(fēng)險(xiǎn)度確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。運(yùn)用該模型對(duì)典型含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，得到綜合關(guān)聯(lián)度為(-0.036 2，0.014 0，-0.000 6，-0.035 5)，風(fēng)險(xiǎn)度為76.9725，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為達(dá)標(biāo)級(jí)，生產(chǎn)過(guò)程安全狀況總體可控。該模型為典型含鋁炸藥生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供方法，有效確定危險(xiǎn)等級(jí)較高的危險(xiǎn)因素，采取有效措施保證生產(chǎn)過(guò)程安全。

關(guān)鍵詞：安全工程；可拓學(xué)；物元模型；AHP；含鋁炸藥

本文引用格式：劉健，解立峰，何中其，等.基于改進(jìn)可拓學(xué)-AHP含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(6):140-144.

Citation format:LIU Jian, XIE Li-feng, HE Zhong-qi, et al.Risk Analysis of Aluminized Explosive Production Process Security Based on Improved Extenics-AHP[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(6):140-144.

含鋁炸藥作為一類高密度、高爆熱的高威力炸藥[1]，越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用于軍事工業(yè)和一般工業(yè)軍用，特別是在水中兵器和對(duì)空武器彈藥等方面。與一般含能材料的生產(chǎn)過(guò)程一樣，含鋁炸藥的生產(chǎn)過(guò)程具有很大的危險(xiǎn)性，意外燃燒爆炸事故多發(fā)、風(fēng)險(xiǎn)較高，如不進(jìn)行規(guī)范合理指導(dǎo)，任何生產(chǎn)工序都可能發(fā)生分解、燃燒、爆炸等事故。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者、研究機(jī)構(gòu)及企事業(yè)單位等都對(duì)相關(guān)生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)方面進(jìn)行了研究。美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)的《彈藥與爆炸物安全標(biāo)準(zhǔn)》提出了一系列的彈藥生產(chǎn)、承包商等安全規(guī)范；我國(guó)《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品生產(chǎn)安全技術(shù)管理規(guī)程》《軍用炸藥通用規(guī)范》等對(duì)炸藥生產(chǎn)安全進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，近期相關(guān)研究主要集中在兵器工業(yè)安全技術(shù)研究所、北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)等，如劉榮海[2]利用加權(quán)平均法改進(jìn)火炸藥及其制品危險(xiǎn)源評(píng)估的BZA-1法，通過(guò)計(jì)算炸藥綜合感度特征值和工藝過(guò)程危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，許海歐[3]進(jìn)一步完善并形成新的BZA-2法。后來(lái)眾學(xué)者[4]多利用炸藥綜合感度對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)估。隨著數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)的引入，胡毅亭等[5]利用模糊數(shù)學(xué)對(duì)炸藥生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)，定量給出系統(tǒng)安全與否。鄭靜怡[6]通過(guò)建立了定性的SDG-HAZOP模型對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)線完成自動(dòng)推理和分析危險(xiǎn)因素的功能。而針對(duì)含鋁炸藥生產(chǎn)安全危險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究還很少,其生產(chǎn)具有復(fù)雜的加工條件和諸多風(fēng)險(xiǎn)因素，眾多因素具有不確定性、隱蔽性和模糊性[7]。介于此引進(jìn)可拓物元分析和層次分析法。傳統(tǒng)方式通過(guò)關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)度最大值確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，但對(duì)于關(guān)聯(lián)度值相差很小時(shí)，其結(jié)果可信度有待商榷，本文將結(jié)合含鋁炸藥生產(chǎn)對(duì)可拓學(xué)方法進(jìn)行改造進(jìn)行定量安全度風(fēng)險(xiǎn)分析。

可拓物元比較擅長(zhǎng)處理不相容問(wèn)題，通過(guò)分析影響事物的各種不相容因素，將復(fù)雜問(wèn)題構(gòu)造為形象化模型[8]。AHP是系統(tǒng)工程中對(duì)非定量事件作定量分析的簡(jiǎn)便方法，是對(duì)人們主觀判斷做客觀描述的一種有效方法[9]。本研究將物元分析和AHP適當(dāng)結(jié)合，從生產(chǎn)過(guò)程出發(fā)，針對(duì)含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程存在的風(fēng)險(xiǎn)因素建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多級(jí)物元模型，綜合原料、環(huán)境、管理、工藝及設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題量化生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而指導(dǎo)日常安全生產(chǎn)，對(duì)含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全管理提供重要依據(jù)。

1　含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)建立

隨著含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化普及使更多的人力從繁重的勞動(dòng)中解放出來(lái)。為了全面、合理、科學(xué)地選取指標(biāo)體系，綜合《兵器安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)匯編》WJ2655.3—2005和含鋁炸藥生產(chǎn)實(shí)際狀況，本文選取原料因素、工藝及設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素4個(gè)1級(jí)指標(biāo)，把人員因素也歸納到管理層面。對(duì)應(yīng)29個(gè)評(píng)價(jià)因子組成，而建立的含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系分為2個(gè)級(jí)別3個(gè)層次，如表1所示。

表1　含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析二級(jí)指標(biāo)體系

1.2用AHP方法確定含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程中評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

AHP法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法[10]。AHP確定權(quán)重就是把研究系統(tǒng)分解成不同層次的組成因素，按照層次間的隸屬關(guān)系及各層次間的優(yōu)劣關(guān)系形成多層分析結(jié)構(gòu)模型，最后建立關(guān)系矩陣計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。

1) 以含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多級(jí)指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，專家組根據(jù)各類因素發(fā)生的可能性及其危險(xiǎn)程度對(duì)同一層次的評(píng)價(jià)因素，通過(guò)兩兩比較按照1～9標(biāo)度法確定相對(duì)重要值，統(tǒng)一為縱坐標(biāo)數(shù)值逐個(gè)比較橫坐標(biāo)，然后以此來(lái)構(gòu)造判斷矩陣。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣如表2所示。

2) 對(duì)矩陣每一行進(jìn)行求積和求冪計(jì)算，得出權(quán)重系數(shù)。

表2　A-C的計(jì)算

根據(jù)一致性比率判斷結(jié)果，其權(quán)重計(jì)算滿足一致性是可以接受的，矩陣A權(quán)重為(0.19，0.41，0.13，0.27)。根據(jù)上述方法可求出二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，自上而下分配權(quán)重為C1為(0.021，0.045，0.093，0.031)；C2為(0.029，0.047，0.081，0.062，0.105，0.057，0.017，0.012)；C3為(0.012，0.021，0.014，0.017，0.015，0.039，0.012)；C4為(0.077，0.023，0.093，0.025，0.012，0.009，0.002，0.004，0.064，0.007)。

2　含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程多級(jí)物元模型的建立

可拓物元是由事物M、特征C和量值X構(gòu)成的有序三元組R=(M，C，X)作為描述事物的基本元[11]，R即是物元表示X是事物M關(guān)于特征C的值。如果事物M有n個(gè)特征，則用下面的n維物元R=(M，C，X)表示

(1)

對(duì)應(yīng)于含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程多維風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，M代表風(fēng)險(xiǎn)，C1，C2，…，Cn為風(fēng)險(xiǎn)的多維測(cè)度指標(biāo)即各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，X1，X2，…，Xn為多維測(cè)度指標(biāo)值。可拓物元認(rèn)為利用物元的可拓行可以對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行定性分析，再利用可拓集合論算出經(jīng)典域和節(jié)域，通過(guò)關(guān)聯(lián)函數(shù)定量算出各事物及其對(duì)應(yīng)區(qū)間加權(quán)后的關(guān)聯(lián)度[12-14]。

2.1含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程可拓物元模型的建立

1) 確定單個(gè)指標(biāo)待評(píng)物元

請(qǐng)若干專家根據(jù)含鋁炸藥生產(chǎn)車間實(shí)際情況對(duì)待評(píng)物元Mo(分別為原料因素、工藝及設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素)各個(gè)特征值進(jìn)行打分得到待評(píng)物元

(2)

式中：Ro為含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)；Mo為待評(píng)估的相應(yīng)指標(biāo)；Con為特征值；Yon為專家組對(duì)各個(gè)特征值的評(píng)分。

2) 確定含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的經(jīng)典域物元和節(jié)域物元

含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為j(j=1，2，…，y)，則經(jīng)典域物元為Roj；取出各個(gè)指標(biāo)特征的取值范圍的最大值和最小值便構(gòu)成含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的節(jié)域物元為Rop：

(3)

(4)

式中：Roj表示含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)水平等級(jí)為j時(shí)的物元模型；Mop表示物元系統(tǒng)中含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的全體；Moj表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為j；Con表示評(píng)價(jià)含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的第n個(gè)指標(biāo)；〈aojn，bojn〉對(duì)應(yīng)于Xojn即第Con指標(biāo)的取值范圍；〈aopn，bopn〉即Con的值域，即Mop的節(jié)域。

3) 計(jì)算含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

計(jì)算各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，其關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

(5)

其中

(6)

(7)

式中：j=1，2，3，4；i=1，2，…，n。

通過(guò)層次分析法的計(jì)算得到了各二級(jí)指標(biāo)Coi的權(quán)重為αi，一級(jí)指標(biāo)Po的權(quán)重為α。一級(jí)指標(biāo)Po加權(quán)后關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度為Kj(Po)，含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全A關(guān)于不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度為Kj(P)，計(jì)算如下：

(8)

2.2可拓學(xué)方法改進(jìn)

在含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中，對(duì)于同一指標(biāo)關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)j(1≤j≤y)的關(guān)聯(lián)度，通過(guò)比較各關(guān)聯(lián)度找出最大值，若滿足：

(9)

則在含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程中分析對(duì)象Po其安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為j。

對(duì)于關(guān)聯(lián)度Kj(Po)值相差較小時(shí)，其計(jì)算結(jié)果便不可靠，若要比較其危險(xiǎn)性需對(duì)可拓學(xué)方法進(jìn)行改造求出風(fēng)險(xiǎn)度Ri。取一級(jí)指標(biāo)i(1≤i≤n)加權(quán)后關(guān)聯(lián)度Ki(Po)>0項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算一級(jí)指標(biāo)分險(xiǎn)度Ri和綜合關(guān)聯(lián)度R。計(jì)算如下：

其中

(10)

(11)

兵器行業(yè)火藥、炸藥生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)WJ2655.3—2005規(guī)定炸藥生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)分為4個(gè)等級(jí)：安全級(jí)、達(dá)標(biāo)級(jí)、臨界級(jí)和危險(xiǎn)級(jí)。以100為滿分，其分值與等級(jí)如表3所示。

表3　炸藥生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3　實(shí)證分析

針對(duì)含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性及其原料、環(huán)境、管理、工藝及設(shè)備因素的存在狀態(tài)，以典型含鋁炸藥生產(chǎn)線為例。該工序采用壓裝含鋁炸藥制備工藝，將主體炸藥和鋁粉按配比預(yù)混，將一系列添加劑進(jìn)行溶解，經(jīng)過(guò)捏合、造粒、拋光、烘干、篩選、包裝編批、壓藥入庫(kù)等一系列操作。根據(jù)含鋁炸藥安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系及實(shí)際情況對(duì)該車間進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。由于事先請(qǐng)專家組對(duì)該含鋁炸藥生產(chǎn)線各個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行了現(xiàn)狀評(píng)分，評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表1所示?；旌险ㄋ幇踩L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)及其量值范圍如表4所示，限于篇幅以含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程中原料因素為例，依次待評(píng)物元為

確定經(jīng)典域物元為

式中j為各個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的等級(jí)。

確定節(jié)域物元為

根據(jù)AHP計(jì)算得出的權(quán)重，根據(jù)式(5)、式(8)、式(10)計(jì)算加權(quán)后原料因素各個(gè)指標(biāo)因子對(duì)4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4所示。

根據(jù)此方法可計(jì)算含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程中所有一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)因子關(guān)于4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，結(jié)合式(9)、式(10)、式(11)、式(12)計(jì)算含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)的綜合關(guān)聯(lián)度和分險(xiǎn)度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5所示。

1) 根據(jù)表4和表5評(píng)判結(jié)果，對(duì)于典型含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程其現(xiàn)狀的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II，即該生產(chǎn)線的綜合安全管理、生產(chǎn)過(guò)程(設(shè)備、工藝、作業(yè)場(chǎng)所)安全狀況，以及總體安全條件基本處于受控狀態(tài)。管理因素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III，其安全現(xiàn)狀較差，基本達(dá)不到受控狀態(tài)需要限期整頓改造。

2) 對(duì)于同等級(jí)的原料因素和工藝設(shè)備因素比較，改進(jìn)可拓學(xué)方法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)度分別為75.684 5和78.133 3，日常中原料因素要多關(guān)注。綜合二級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)發(fā)現(xiàn)溶解過(guò)程、造粒過(guò)程、防靜電防雷擊、電氣設(shè)備管理方面日常也加強(qiáng)關(guān)注。

3) 基于改進(jìn)可拓學(xué)-AHP含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析與《兵器行業(yè)火藥、炸藥生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)》相比，各風(fēng)險(xiǎn)因素重要次序一目了然，對(duì)于促進(jìn)炸藥生產(chǎn)安全水平是可行的，改進(jìn)有一定合理性。

表4　原料因素各個(gè)指標(biāo)因子對(duì)4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

表5　含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)的綜合關(guān)聯(lián)度

4　結(jié)論

1) 典型改進(jìn)可拓學(xué)和AHP方法可以對(duì)含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)分析，量化各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)狀況，風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果可作為指導(dǎo)含鋁炸藥生產(chǎn)單位安全生產(chǎn)工作的依據(jù)。

2) 含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程加工條件復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)因素諸多。改進(jìn)可拓學(xué)和AHP方法相結(jié)合，所建立的評(píng)判物元模型，能夠解決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的不相容問(wèn)題并準(zhǔn)確判斷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而針對(duì)性地提出改進(jìn)措施，為日常安全管理提供依據(jù)。

3)AHP進(jìn)行權(quán)重計(jì)算可警惕易忽略的因素，減少評(píng)價(jià)工作的隨意性?？赏匚镌碚搹亩ㄐ院投?個(gè)方面分析含鋁炸藥生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)水平，為火炸藥生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)分析提供思路。

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(責(zé)任編輯唐定國(guó))

doi:10.11809/scbgxb2016.06.033

收稿日期：2016-01-12；修回日期：2016-02-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2013DFR0080)；江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(BE2014735)

作者簡(jiǎn)介：劉健，碩士研究生，主要從事含能材料及其安全技術(shù)研究。

中圖分類號(hào)：TQ560.6；X92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-2304(2016)06-0140-05

Risk Analysis of Aluminized Explosive Production Process Security Based on Improved Extenics-AHP

LIU Jian, XIE Li-feng, HE Zhong-qi, LI Bin, SANG Sheng-jun

(School of Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

Abstract:In order to evaluate the typical aluminized explosive production process risk level, we made a systematic analysis of the production process by improving extension method, and then the aluminized explosive production process security extenics evaluation model was built. Combining with “ The Weapons Industry of Gunpowder, Explosives Production Safety Evaluation Standards” and production actual situation, the evaluation system of 4 first grade indexes and 29 second grade indexes were obtained, and the weight of evaluation index was determined by the Analytical Hierarchy Process (AHP). And then, on the basis of the comprehensive correlative degree and risk degree, the level of risk was determined. This model was used to assess the typical aluminized explosive production process safety, and its comprehensive correlation degrees were calculated as (-0.036 2, 0.014 0, -0.000 6, -0.035 5), and degree of risk were calculated as 76.972 5. So it belongs to risk grade of standard level, and the process of production and safety conditions can be controlled as a whole. Therefore, the present improved extenics-AHP model is in a position to provide a reference for the risk anaiysis for the aluminized explosive production based on the extenics and AHP. Thus, we should pay more attention to the risk factors of high risk grate and take appropriate measures to ensure the safety of the production process.

Key words:safety engineering; extenics; matter-element model; AHP; aluminized explosive