面向化工企業(yè)安全系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性進(jìn)路*

羅通元 辛倩

（1.西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院，西安 710065；2.三峽綠色發(fā)展公司，北京 100043）

0 引言

化工生產(chǎn)物料多為易燃、易爆、腐蝕性強的危險化學(xué)品，危險性比其他行業(yè)要大很多。因此在化工生產(chǎn)過程中，要堅持“安全第一”的原則，以保護(hù)人身安全為第一出發(fā)點，深入研究事故發(fā)生的客觀規(guī)律，完善化工企業(yè)安全系統(tǒng)，健全安全管理法律、法規(guī)體系，為安全保駕護(hù)航。

通過化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量研究，可以根據(jù)化工企業(yè)的實際情況，如生產(chǎn)方式、生產(chǎn)環(huán)境、工藝流程、生產(chǎn)過程等建立化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性的度量模型，對化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性進(jìn)行評價，為化工企業(yè)安全生產(chǎn)提供系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性的相關(guān)要素指標(biāo)，使系統(tǒng)安全性能更為具體、客觀，并可用于指導(dǎo)安全生產(chǎn)，采取強有力的控制措施，降低事故的發(fā)生率以及危害程度。根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)的相關(guān)論述，可以將這種整體才具有，孤立部分及其總和不具有的性質(zhì)稱為整體涌現(xiàn)性［1］，系統(tǒng)這種整體涌現(xiàn)的性質(zhì)是實現(xiàn)系統(tǒng)總體功能基礎(chǔ)，是系統(tǒng)的基本屬性?；て髽I(yè)長期發(fā)展以來，已經(jīng)形成具有其行業(yè)特點的安全系統(tǒng)。化工企業(yè)安全系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)主體的不同劃分為3個子系統(tǒng)：人子系統(tǒng)、物質(zhì)子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)［2］。安全系統(tǒng)中的“人-物質(zhì)-環(huán)境”相互交織，子系統(tǒng)內(nèi)要素間關(guān)系錯綜復(fù)雜，決定了化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性突出，間接影響安全生產(chǎn)。系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性理論引入化工企業(yè)安全系統(tǒng)，能夠從工藝流程、裝置運行、安裝檢修、安全管理等多環(huán)節(jié)入手，預(yù)防事故的發(fā)生，對于化工企業(yè)安全系統(tǒng)具有重要意義。

1 化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性分析

1.1 化工企業(yè)安全系統(tǒng)

化工企業(yè)安全系統(tǒng)是基于化工企業(yè)物質(zhì)種類多、過程復(fù)雜多樣、操作條件苛刻（高溫、高壓、深冷、腐蝕）等特點，將化工企業(yè)安全系統(tǒng)諸多要素分為人、物質(zhì)、環(huán)境3個方面的因素，構(gòu)建“人-物-環(huán)境安全子系統(tǒng)”的有關(guān)化工生產(chǎn)安全的系統(tǒng)。人子系統(tǒng)，即從事化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的操作人員以及管理工作人員，也包括企業(yè)組織架構(gòu)，人員安全管理的手段、方法，人的安全意識，生理和心理因素和規(guī)章制度、規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的制定等方面。物質(zhì)子系統(tǒng)，即化工生產(chǎn)所需的機器設(shè)備、廠房等物質(zhì)條件，包含設(shè)備的安全性與可靠性，設(shè)備的人機適應(yīng)性能、機器設(shè)備的自動控制和物料的儲存等。環(huán)境子系統(tǒng)，即化工生產(chǎn)活動所處的自然環(huán)境以及社會環(huán)境，包括溫度、濕度、雷電等自然環(huán)境以及安全教育、安全培訓(xùn)、職業(yè)衛(wèi)生等社會環(huán)境［2］。

結(jié)合化工生產(chǎn)的實際情況對化工企業(yè)安全系統(tǒng)運行機制及功能進(jìn)行研究。首先，化工企業(yè)安全系統(tǒng)子系統(tǒng)：人子系統(tǒng)、物質(zhì)子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)之間的關(guān)系為相互合作?；て髽I(yè)工作人員（人子系統(tǒng)中要素）掌握各種機器設(shè)備（物質(zhì)子系統(tǒng)）的操作流程、工藝流程，操作各種工藝裝置設(shè)備，正確的操作方法對機器設(shè)備的損傷較小，而自然環(huán)境（環(huán)境子系統(tǒng)）對機器設(shè)備都有影響，舒適的環(huán)境溫度能讓人工作效率提高，在特定的溫度、濕度范圍內(nèi)，機器設(shè)備的耐腐蝕性最佳，能夠增加機器設(shè)備的使用年限。其次，子系統(tǒng)要素間關(guān)系：相互合作、相互競爭。安全系統(tǒng)要素之間相互競爭的關(guān)系的原因是資源的占有情況，例如企業(yè)安全投入按一定比例分配，各要素之間對于安全投入就是競爭關(guān)系。安全系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜，縱橫交錯的最后體現(xiàn)、也是最重要的體現(xiàn)是安全系統(tǒng)各子系統(tǒng)間要素關(guān)系。根據(jù)安全學(xué)相關(guān)原理，人的不安全行為（誤操作、違規(guī)操作等）、物的不安全狀態(tài)（設(shè)備故障、局部零件失效等）加上環(huán)境的影響，會造成事故的發(fā)生。系統(tǒng)安全性能是人、物、環(huán)境共同的安全狀態(tài)的綜合表征。

1.2 系統(tǒng)整體涌現(xiàn)的產(chǎn)生機理

化工企業(yè)安全系統(tǒng)的涌現(xiàn)現(xiàn)象是一個循環(huán)往復(fù)、不斷變化的過程，其結(jié)果雖有正反兩方面，但開放系統(tǒng)的發(fā)展方向的大趨勢不會發(fā)生變化，即在人為干預(yù)的條件下，系統(tǒng)向有序性發(fā)展，系統(tǒng)熵變?yōu)樨?fù)熵流，變得更加有序，實現(xiàn)自組織。那對于安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)而言，必然是安全性能正向提升的結(jié)果，對人、物、環(huán)境起到更佳的保護(hù)作用?；谝陨戏治觯傻贸龌て髽I(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)的模型，如圖1所示。

2 化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量模型構(gòu)建

2.1 度量方法比較

根據(jù)對化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性的分析可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)性進(jìn)行度量有如下特點［3］：①指標(biāo)體系大、要素多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜；②定性指標(biāo)較多；③度量應(yīng)體現(xiàn)指標(biāo)綜合的結(jié)果。

基于化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量的特點，現(xiàn)采用模糊綜合評價以及層次分析相結(jié)合的方法建立化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量模型［4-5］。采用模糊綜合評價法與層次分析法相結(jié)合，能夠解決以下幾個問題：

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建立系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)便于梳理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系，進(jìn)行層次分析，逐層判斷，能夠確定各層次因素重要度次序，根據(jù)各因素重要程度合理分配有用資源，采取不同控制預(yù)防措施。

2）由于在指標(biāo)體系建立過程中缺乏參考文獻(xiàn)以及化工企業(yè)大數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致指標(biāo)體系要素間關(guān)系有不明朗、清晰現(xiàn)象。采取模糊綜合評價的方法，建立兩者之間模糊關(guān)系，使得量化程序簡化、使用方便。

綜合兩種方法度量系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性，總的來說有數(shù)據(jù)量化程序簡單方便，能夠反映系統(tǒng)間層次關(guān)系，使整體涌現(xiàn)性度量更加準(zhǔn)確的優(yōu)勢。

2.2 度量模型

建立度量模型的步驟如下所示：

1）收集化工企業(yè)相關(guān)信息。

2）根據(jù)化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量指標(biāo)表，結(jié)合化工企業(yè)的實際情況，建立化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性的指標(biāo)體系。

3）建立指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)。

4）根據(jù)指標(biāo)的相關(guān)重要程度，構(gòu)造判斷矩陣。采用1—9尺度對兩兩因素之間進(jìn)行比較。設(shè)某層有n個因素：X={x1，x2，…，xn}，用aij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié)果。為消除主觀因素帶來的誤差，可采取3～5位專家評分，取其平均值。

可得到判斷矩陣：

5）逐層進(jìn)行層次單排序與一致性檢驗，層次單排序是指，對于上一層某因素而言，本層各因素的重要性排序，具體計算步驟如下［6］：對于判斷矩陣，計算滿足：BW=maxW。求取矩陣B的特征值和特征向量，式中max為A的最大特征向量，W為對應(yīng)于max正規(guī)化的特征向量，W的分量就是相應(yīng)元素單排序權(quán)值。一致性檢驗的方法，定義一致性指標(biāo)，定義公式形式如下：

其中n為矩陣A的對角線元素之和，也為矩陣A的特征根之和。CI越大，不一致越嚴(yán)重。

一般，當(dāng)一致性比率：CR=CI/RI<0.1時，認(rèn)為A的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，可用其歸一化特征向量作為權(quán)向量，否則要重新構(gòu)造判斷矩陣，對A加以調(diào)整。

6）利用熵理論中的正熵、負(fù)熵的概念，判斷指標(biāo)對整體涌現(xiàn)性改變方向，正向權(quán)重系數(shù)為正，負(fù)向權(quán)重系數(shù)為負(fù)。熵可表征體系的狀態(tài)，有正熵和負(fù)熵兩類。正熵的增加表示系統(tǒng)向無序的方向發(fā)展，是退化的表現(xiàn)；而負(fù)熵的增加表示事物向有序的方向發(fā)展，是進(jìn)化的表現(xiàn)。

7）對于定性評價涉及模糊綜合評價的指標(biāo)，選擇適合的隸屬函數(shù)，建立從評價指標(biāo)集u到評判集v的模糊關(guān)系矩陣其中 0≤rij≤1，1≤i≤m，1≤j≤n，rij表示集合A中第i個元素和集合B中第j個元素之間的關(guān)聯(lián)程度。

對模糊關(guān)系矩陣P各元素做歸一化處理得到最終模糊關(guān)系評價矩陣。選用適合的合成因子，或?qū)⑵錂?quán)重系數(shù)直接作為合成因子對其進(jìn)行合成，并對最終結(jié)果向量進(jìn)行說明。針對不同的隸屬函數(shù)，選用不同的合成因子必須根據(jù)實際情況所建立模糊關(guān)系的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行選取，論文中采取簡單的權(quán)重分配作為其合成因子，快捷、方便、實用性強。

8）對化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行總排序并進(jìn)行一致性檢驗，得出最底層因素對頂層的權(quán)重。

9）度量結(jié)果處理，可用S表示系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量得度量結(jié)果值。采取各因素對頂層即整體涌現(xiàn)性的影響疊加的方法表示系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性，計算步驟為：各因素的影響可用因素指標(biāo)權(quán)重與其實際情況的乘積表示，將各指標(biāo)實際情況乘以權(quán)重，最后將全部因素影響進(jìn)行相加，得到結(jié)果值。計算公式如式（2）所示：

10）根據(jù)層次分析的最終結(jié)果，對安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性進(jìn)行評價。計算系統(tǒng)整體S結(jié)果為正，可表明系統(tǒng)相關(guān)性能的整體表現(xiàn)向整體涌現(xiàn)性的正向結(jié)果發(fā)展；結(jié)果為負(fù)，則情況相反。系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量值S與系統(tǒng)安全性能關(guān)系如圖2所示。

3 安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量模型的實證研究

M化工公司成立于1998年，是一家小型集體化工廠公司，公司主要從事磷酸和磷酸鹽的生產(chǎn)，現(xiàn)有化工工人17人，其中技術(shù)負(fù)責(zé)人1人，公司成立了一支由5人組成的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組，配備專職安全管理人員。

1）建立某化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，圖3為某化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性要素指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖［7］。

2）指標(biāo)預(yù)處理。結(jié)合系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量的層次結(jié)構(gòu)圖以及該企業(yè)安全評價的結(jié)果，對評價指標(biāo)進(jìn)行一致化、量化處理，可得到指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果總表，如表2所示。

表2 指標(biāo)預(yù)處理結(jié)果

續(xù)表2

4）物料危險性、建筑耐火等級、裝備設(shè)置危險性、操作危險性進(jìn)行模糊分析。建筑耐火等級評價結(jié)果：車間為二級、四級；鍋爐房為四級；配電室為四級；庫房為四級；更衣室為四級；門衛(wèi)室為四級［8］。

同理可構(gòu)建矩陣D7、D11、D12、D9。根據(jù)該化工廠的實際情況，權(quán)重向量可分別取d7=（0.1，0.3，0.5，0.9）、d11=（0.4，0.3，0.3）、d12=（0.15，0.6，0.85）、c9=（0.15，0.6，0.85），將權(quán)重向量分配，選取權(quán)重系數(shù)進(jìn)行合成，進(jìn)行綜合評價。建筑耐火等級：D7=0.8，物料危險性D11=0.35，裝備設(shè)置危險性D13=0.58，操作危險性C9=0.55。

5）根據(jù)熵理論中正熵和負(fù)熵的定義，判斷指標(biāo)對系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行進(jìn)一步處理，得出化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量指標(biāo)權(quán)重。

a0=（0.289 8，0.655 3，0.054 9）；

b1=（0.437 1，0.078 6，0.047 3，0.437 1）、b2=（0.027 5，0.045 4，0.132 0，0.296 6，-0.834 6），b3=（0.7，0.3）；

c3=（0.55，0.45），c5=（0.5，0.5），c6=（0.65，0.35），c7=（0.559 5，0.095 5，0.249 5，0.095 5），c8=（-0.348 4，0.069 5，-0.582 1），c11=（0.066 7，0.466 7，0.466 7）。

將系統(tǒng)安全評價結(jié)果處理后的數(shù)值與其對應(yīng)權(quán)重向量進(jìn)行相關(guān)運算，S=-0.058 5<0（負(fù)值）。

計算分析可得該化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量最終值為負(fù)值，該企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性結(jié)果為負(fù)向的發(fā)展。根據(jù)該企業(yè)實際情況以及安全評價報告建議，該企業(yè)應(yīng)對企業(yè)安全系統(tǒng)進(jìn)行整改、完善，可驗證度量的正負(fù)性與實際情況相符，確實需要采取控制措施提高系統(tǒng)安全性［9］。但是考慮到初次建立指標(biāo)，合理性及系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性判斷標(biāo)準(zhǔn)性有待考慮，計算結(jié)果僅僅只能作為參考，而不能作為該安全系統(tǒng)的安全性能的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性S與系統(tǒng)安全性能的關(guān)系圖可知，該企業(yè)安全系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展的趨勢為：不安全的狀態(tài)，需要及時做出整改，優(yōu)化資源配置，實現(xiàn)整體涌現(xiàn)性正向涌現(xiàn)，系統(tǒng)狀態(tài)向安全的趨勢發(fā)展。

4 結(jié)論

化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量是一個探索性、前瞻性的研究，目前還未有研究成果直接顯示系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性量化結(jié)果，將系統(tǒng)科學(xué)的思想融入化工安全中，并對系統(tǒng)涌現(xiàn)性進(jìn)行度量，也是首次應(yīng)用相關(guān)理論進(jìn)行研究。將系統(tǒng)科學(xué)的思想運用于化工企業(yè)安全系統(tǒng)的涌現(xiàn)性度量，是一個從無到有、逐漸發(fā)展的過程，涌現(xiàn)性度量理論不斷發(fā)展，構(gòu)建更為準(zhǔn)確反映整體涌現(xiàn)性的度量模型。隨著安全生產(chǎn)觀念的逐步滲入，化工企業(yè)安全系統(tǒng)不斷得到完善和發(fā)展，這是一個動態(tài)變化過程。在未來化工企業(yè)安全系統(tǒng)勢必將會出現(xiàn)新的涌現(xiàn)。那么，化工企業(yè)安全系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性度量需要更深層的發(fā)展，完善指標(biāo)體系，改進(jìn)度量的思路與方法，理論與實際結(jié)合，尋找新出路。