基于灰靶決策的某大型試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究

余 志，孫聯(lián)昌，張 蕾，張 奕，陳宏達(dá)

中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（陜西西安710077）

基于灰靶決策的某大型試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究

余 志，孫聯(lián)昌，張 蕾，張 奕，陳宏達(dá)

中國石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院（陜西西安710077）

運(yùn)用灰靶決策理論,構(gòu)建了某科研院所大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系與模型，對其風(fēng)險(xiǎn)重要度進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與分析。研究結(jié)果表明：灰靶決策理論對于高風(fēng)險(xiǎn)大型試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)度評價(jià)具有較好的適用性；風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果為大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分級管理與控制，提供了理論依據(jù)；為科研院所大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與管理，制定相應(yīng)有效的重大風(fēng)險(xiǎn)控制對策提供了理論參考。

灰靶決策；試驗(yàn)系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

試驗(yàn)研究是科學(xué)研究的一種重要方法，對于不同的研究問題，一些試驗(yàn)研究系統(tǒng)或裝置可能存在著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。正確評價(jià)這些試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)度，是預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)與安全管理的重要保障，如何有效地對大型試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是值得探討的[1]。目前國內(nèi)外針對大型試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)有很多種方法，如類比法、故障樹法、層次分析法等。灰靶決策模型是一種解決多指標(biāo)、多屬性的決策方法，近年來眾多學(xué)者對傳統(tǒng)灰靶模型進(jìn)行理論創(chuàng)新，使得灰靶決策理論更加適應(yīng)于各類風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。由于現(xiàn)實(shí)決策中，決策者的主觀風(fēng)險(xiǎn)偏好往往對決策結(jié)果有決定性影響。采用灰靶決策理論，選取客觀的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，建立了風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，針對科研院所對大型試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)不同的敏感程度，對模型進(jìn)行了調(diào)整，弱化了決策者的主觀偏好對風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系的影響，建立了適應(yīng)于本單位的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型[2]。這為該科研院所重大風(fēng)險(xiǎn)分級、提出大型試驗(yàn)系統(tǒng)的重大風(fēng)險(xiǎn)控制對策和措施，構(gòu)建大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成及運(yùn)行特點(diǎn)

該科研院所重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)中，其中A系統(tǒng)為水壓爆破試驗(yàn)系統(tǒng)，是對高壓大管徑鋼管進(jìn)行水壓和爆破試驗(yàn)，測試鋼管的屈服壓力、最高壓力和爆破極限壓力，從而保證鋼管在高壓和強(qiáng)扭矩環(huán)境下的使用性能；其特點(diǎn)是系統(tǒng)體積大、設(shè)備價(jià)值高、運(yùn)行壓力大。B系統(tǒng)為高溫高壓實(shí)物拉伸應(yīng)力腐蝕系統(tǒng)，是在一定的壓力、溫度、腐蝕介質(zhì)以及承受軸向拉伸載荷條件下測定材料特性的試驗(yàn)系統(tǒng)；其特點(diǎn)是系統(tǒng)體積大、設(shè)備價(jià)值高、運(yùn)行壓力大、運(yùn)行溫度高、腐蝕介質(zhì)。C系統(tǒng)為高溫高壓沖刷腐蝕系統(tǒng)，是通過模擬工業(yè)環(huán)境中高溫高流速條件，測試設(shè)備材料在腐蝕環(huán)境中的耐沖蝕性能；其特點(diǎn)是系統(tǒng)體積較大、設(shè)備價(jià)值較高、運(yùn)行壓力大、運(yùn)行溫度高、腐蝕介質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)

大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)有很多，結(jié)合3個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對大型試驗(yàn)系統(tǒng)的價(jià)值（對應(yīng)維修價(jià)值，在此統(tǒng)稱為價(jià)值）、運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。其中，A系統(tǒng)價(jià)值為1 000萬元、運(yùn)行壓力為40MPa、運(yùn)行溫度為20℃；B系統(tǒng)價(jià)值為500萬元、運(yùn)行壓力為80MPa、運(yùn)行溫度為40℃；C系統(tǒng)價(jià)值為200萬元、運(yùn)行壓力為100MPa、運(yùn)行溫度為80℃。

1.3 灰靶決策理論

灰靶決策理論是一種多目標(biāo)決策方法，通過各向量距目標(biāo)向量的距離來判斷指標(biāo)的優(yōu)劣性[2]。因此，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的指標(biāo)也可利用灰靶決策理論進(jìn)行研究，將各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與最優(yōu)向量即“企業(yè)可承受的最低風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)”做對比，與最優(yōu)向量距離最遠(yuǎn)的即為風(fēng)險(xiǎn)最高的系統(tǒng)，與最優(yōu)向量距離最近的即為風(fēng)險(xiǎn)最低的系統(tǒng)。

1.3.1 定義1

R={[r(1),r(2),…,r(s)]靶心，以R為半徑的S維球形灰靶，稱為最優(yōu)效果向量。

1.3.2 定義2

對于效果向量r1=[r(1),r(2),…,r(s)]∈Rs，稱

為效果向量r1的靶心距，靶心距的數(shù)值反映了效果向量的優(yōu)劣。

1.3.3 定義3

設(shè)s,s為決策方案，ijhl分別為sij,shl的決策向量。若

則稱決策方案shl優(yōu)于sij，記作shl＞sij。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與分析

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

以價(jià)值最低，壓力最小，溫度最低為判斷大型試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度的基準(zhǔn)，結(jié)合灰靶理論得出3個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的效果向量定義[3]為：

取球心為r0=[1,1,1],計(jì)算靶心距：

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型改進(jìn)與結(jié)果分析

以上風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)采用3個(gè)指標(biāo)權(quán)重一致的情況下，價(jià)值最大的試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度最高，而運(yùn)行壓力高和運(yùn)行溫度高的試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度低，顯然不符合實(shí)際要求。結(jié)合科研院所對風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)敏感程度的特點(diǎn)，對3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行調(diào)整[3]，以體現(xiàn)高溫、高壓2個(gè)指標(biāo)對試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度的影響。

設(shè)3個(gè)指標(biāo)權(quán)重為1:4.5:4.5,3個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的效果向量定義為：

加入3個(gè)指標(biāo)權(quán)重ω1=1，ω2=4.5，ω3=4.5，

那么取球心為r0=[1,4.5,4.5],計(jì)算靶心距：模型改進(jìn)前后的風(fēng)險(xiǎn)重要度對比見表1。在模型未改進(jìn)之前，A系統(tǒng)價(jià)值最高，風(fēng)險(xiǎn)重要度最高。B系統(tǒng)和C系統(tǒng)的運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度均高于A系統(tǒng)，而風(fēng)險(xiǎn)重要度低于A系統(tǒng)。改進(jìn)后運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度最高的C系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度最高，運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度次之的B系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度度次之，運(yùn)行壓力、運(yùn)行溫度最低的A系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)重要度最低。因此可將改進(jìn)后的模型作為此科研院所的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，對科研院所的其他大型試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)重要度計(jì)算并進(jìn)行分類，從而有針對性地對各試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制[4-5]。

表1 模型改進(jìn)前后的風(fēng)險(xiǎn)重要度對比

3 結(jié)論

利用灰靶決策理論，通過選取風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)、構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型以及調(diào)整關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，對某科研院所大型試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)重要度計(jì)算與分析，通過研究可以得出：

1）灰靶決策理論對于高風(fēng)險(xiǎn)大型試驗(yàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)度評價(jià)具有較好的適用性。

2）風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果為該科研院所高風(fēng)險(xiǎn)大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分級管理與控制，提供了理論依據(jù)。

3）研究為科研院所實(shí)現(xiàn)大型試驗(yàn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與安全管理，為制定相應(yīng)的有效的試驗(yàn)系統(tǒng)重大風(fēng)險(xiǎn)控制對策和措施進(jìn)行了理論探索。

[1]董玉亮，顧煜炯，楊昆.基于灰色理論和RCM分析的發(fā)電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)分析[J].動(dòng)力工程，2004，24(6):798-801.

[2]劉思峰，謝乃明.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].4版.北京:科學(xué)出版社，2008.

[3]劉思峰，袁文峰，盛克勤.一種新型多目標(biāo)智能加權(quán)灰靶決策模型[J].控制與決策，2010，25(8):1159-1163.

[4]呂東,梁成浩.石化設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2006，23(4):1-4.

[5]陳登豐.在役承壓設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)的發(fā)展[J].化工設(shè)備與管道，2006，43(4)：17-24.

The risk evaluation index system and the risk evaluation model of a large scale test system of a scientific research institute are constructed by using the grey target decision theory,and the risk of a large scale test system is evaluated and analyzed.The research result shows that:grey target decision theory has a good applicability for the risk assessment of high risk large scale test system;the risk assessment results can provide a theoretical basis for the risk management and control of the large-scale test system,and provide a theoretical reference for the risk assessment and management of large scale test systems of scientific research institutes and the formulation of corresponding risk control measures.

grey target decision making;test system;risk assessment

梅

2015-09-21

余志(1979-),男,工程師,現(xiàn)主要從事油套管質(zhì)量評價(jià)及油井管全尺寸試驗(yàn)方向的研究。