基于AHP-TOPSIS 的港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

付景浩，王浩楠

（煙臺(tái)市煙臺(tái)港股份有限公司礦石碼頭分公司，山東煙臺(tái) 264000）

0 引言

港口機(jī)械設(shè)備是港口貨物裝運(yùn)的重要組成部分，其運(yùn)行的可靠性決定了港口貨物裝運(yùn)的穩(wěn)定性和效率[1]。近年來(lái)，隨著機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性明顯上升，但受貨物噸位、體積等影響，港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的穩(wěn)定性問(wèn)題是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜過(guò)程，機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障問(wèn)題具有不確定性和動(dòng)態(tài)性[2]。因此，為了提高港口貨物裝卸作業(yè)的安全水平，開展港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性研究具有重要意義。

基于模糊數(shù)學(xué)理論，構(gòu)建一種基于AHP-TOPSIS 的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型，以山東煙臺(tái)港機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況為背景，分析設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，并結(jié)合分析結(jié)果查明設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，降低設(shè)備故障率，以期為港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性分析提供理論支撐。

1 港口機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系構(gòu)建

港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，是對(duì)機(jī)械設(shè)備全生命周期內(nèi)的本質(zhì)安全、資源合理利用和運(yùn)行質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)，需要科學(xué)合理的選取評(píng)級(jí)指標(biāo)。綜合考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)用價(jià)值，優(yōu)選了16 個(gè)具有代表性的影響港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性的因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并基于因果交叉理論和事故致因理論，按照人、機(jī)、環(huán)和管4 個(gè)維度將其分為人為因素、機(jī)械設(shè)備因素、環(huán)境因素和管理組織因素4 個(gè)方面，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和單因素指標(biāo)（圖1）。

圖1 層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

2 AHP-TOPSIS 綜合評(píng)判模型構(gòu)建

2.1 基于AHP 指標(biāo)綜合權(quán)重分析

AHP（Analytic Hierarchy Process，層次分析法）在指標(biāo)權(quán)重確定過(guò)程中主要由人為因素進(jìn)行定性分析，以大數(shù)定理為基礎(chǔ)，構(gòu)建期望回歸的數(shù)值模擬方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)指標(biāo)權(quán)重的確定。

（1）決策矩陣同一化。針對(duì)指標(biāo)體系中指標(biāo)類型不同及量綱不同，對(duì)指標(biāo)按照不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行同一化處理和無(wú)量綱化處理。

（2）加權(quán)決策矩陣的建立。加權(quán)決策矩陣是決策矩陣與指標(biāo)體系權(quán)重矩陣的對(duì)應(yīng)性乘積。其中，Wj為第j 指標(biāo)的權(quán)重。

（3）樣本貼近度計(jì)算：正理想解和負(fù)理想解求取見式（3）；樣本指標(biāo)與理想解的距離可以通過(guò)空間歐氏距離進(jìn)行衡量，樣本指標(biāo)與理想解距離計(jì)算見式（4）。

2.2 AHP-TOPSIS 模型

AHP-TOPSIS 綜合評(píng)判模型中，以AHP 確定安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的綜合權(quán)重，進(jìn)而結(jié)合TOPSIS 模型確定的相對(duì)貼近度評(píng)判矩陣，以獲得最優(yōu)的安全評(píng)價(jià)結(jié)果。其數(shù)學(xué)表達(dá)可描述為：F=εE。

3 實(shí)例分析

煙臺(tái)港地處山東半島東端，扼渤海灣入海口，靠近國(guó)際主航道，處東北亞國(guó)際經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶，與日本、韓國(guó)隔海相望，是中國(guó)大陸沿海主樞紐港之一。煙臺(tái)港具有礦石、油品、液化、LNG、化肥等穩(wěn)定大宗貨源現(xiàn)代綜合物流體系平臺(tái)，成為東北亞地區(qū)極少數(shù)同時(shí)擁有礦石、油品、煤炭、集裝箱4 大貨類深水大型碼頭的港口之一。因此，整個(gè)碼頭具有極為復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)，包括裝載機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、吊裝設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、門座起重機(jī)、裝船機(jī)等。大宗貨物到港后由于裝卸時(shí)間的限制，常需要多種設(shè)備聯(lián)合使用，存在較多的交叉作業(yè)現(xiàn)象，這增大了各機(jī)械設(shè)備事故的發(fā)生率，因此需要對(duì)港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行安全性進(jìn)行評(píng)判。

3.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

在建立得港口機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之上，以1-9 標(biāo)度值分別對(duì)4 類一級(jí)指標(biāo)以及24 項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)以進(jìn)行重要度標(biāo)度，進(jìn)而對(duì)評(píng)判矩陣進(jìn)行特征向量和特征值求解，從而進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過(guò)則進(jìn)行權(quán)重記錄。將權(quán)值進(jìn)行均一化處理，作為港口機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最終權(quán)重（表1）。其中，“三違”是指生產(chǎn)作業(yè)中違章指揮、違章作業(yè)、違反勞動(dòng)紀(jì)律這三種現(xiàn)象。

表1 機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

3.2 TOPSIS 指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)港口機(jī)械設(shè)備安全系統(tǒng)的特點(diǎn)，將港口機(jī)械設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中的各類指標(biāo)對(duì)港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)的影響劃分為4 個(gè)等級(jí)，分別記為Ⅰ級(jí)（輕微影響）、Ⅱ級(jí)（一般影響）、Ⅲ級(jí)（較大影響）和Ⅳ級(jí)（嚴(yán)重影響）。同時(shí)結(jié)合相關(guān)研究成果，對(duì)各指標(biāo)因素的量化進(jìn)行分級(jí)。定性指標(biāo)中的部分危險(xiǎn)性存在指標(biāo)以0和1 進(jìn)行劃分，而能夠進(jìn)行分級(jí)的指標(biāo)，分別按照影響等級(jí)從小到大以0.2、0.4、0.6、0.8 進(jìn)行標(biāo)注，則港口機(jī)械設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度如表2 所示。

表2 機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素等級(jí)劃分

同時(shí)，基于收集的山東煙臺(tái)港2020 年7 月份的相關(guān)指標(biāo)信息建立人員因素初始評(píng)判矩陣，對(duì)煙臺(tái)港的安全狀況進(jìn)行判定：

由于安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的人員因素中，“三違”次數(shù)屬于損耗性指標(biāo)，值越小越好；而其他的4 個(gè)指標(biāo)，均屬于效益性指標(biāo)，值越大越好，因此結(jié)合式（2）、式（3）構(gòu)建加權(quán)決策矩陣：

根據(jù)式（4）計(jì)算人員因素正理想解為A+={0.125，0.158，0，0.132，0.164}，負(fù)理想解為A-={0，0，0.281，0，0}，則基于人員因素的各安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的貼近度為Eh={0.215，0.222，0.584，1，0.358}。

同理，計(jì)算可得基于設(shè)備因素的各安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的貼近度為Ed={0.235，0.362，0.423，1，0.268}，基于環(huán)境因素的各安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的貼近度為Ee={0.264，0.285，0.379，1，0.306}，基于管理因素的各安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的貼近度為Em={0.284，0.265，0.408，1，0.322}。

3.3 機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)TOPSIS 模型計(jì)算的指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)貼近度，可得出安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)綜合評(píng)判矩陣：

結(jié)合已計(jì)算的機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的準(zhǔn)則層權(quán)重，則可得綜合評(píng)價(jià)矩陣的結(jié)果為：

則港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可按照表3 劃分級(jí)別。

表3 港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)量化

綜上分析，結(jié)合表3 的分級(jí)結(jié)果可知，山東煙臺(tái)港在2020年7 月份的煤港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果為0.289，表明該階段設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)量化分級(jí)屬于Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。由表1 可知，人為因素對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性影響最大，其權(quán)重為0.286。由此可見，人為因素是影響港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，其中人員的“三違”率、應(yīng)急機(jī)制的完善率等因素在權(quán)重總排序中占比較大，因此港口機(jī)械作業(yè)時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)這些因素的管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）挖掘了港口機(jī)械安全事故致因，結(jié)合指標(biāo)體系構(gòu)建原則，從人為因素、機(jī)械設(shè)備因素、環(huán)境因素和管理組織因素4 個(gè)方面，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系。

（2）構(gòu)建了AHP-TOPSIS 的港口機(jī)械設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。以2020 年7 月份山東煙臺(tái)港機(jī)械吊裝設(shè)備的數(shù)據(jù)為例，利用AHP-TOPSIS 模型對(duì)山東煙臺(tái)港機(jī)械吊裝設(shè)備當(dāng)月的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，對(duì)設(shè)備的安全管理具有一定指導(dǎo)意義。