基于AHP-TOPSIS 的港口機械設(shè)備安全風(fēng)險評價研究

付景浩，王浩楠

（煙臺市煙臺港股份有限公司礦石碼頭分公司，山東煙臺 264000）

0 引言

港口機械設(shè)備是港口貨物裝運的重要組成部分，其運行的可靠性決定了港口貨物裝運的穩(wěn)定性和效率[1]。近年來，隨著機械行業(yè)的快速發(fā)展，港口機械設(shè)備運行的可靠性明顯上升，但受貨物噸位、體積等影響，港口機械設(shè)備運行中的穩(wěn)定性問題是一個動態(tài)的復(fù)雜過程，機械設(shè)備發(fā)生故障問題具有不確定性和動態(tài)性[2]。因此，為了提高港口貨物裝卸作業(yè)的安全水平，開展港口機械設(shè)備運行穩(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 的機械設(shè)備運行穩(wěn)定性評價模型，以山東煙臺港機械設(shè)備運行狀況為背景，分析設(shè)備運行穩(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，以期為港口機械設(shè)備運行穩(wěn)定性分析提供理論支撐。

1 港口機械安全風(fēng)險指標(biāo)體系構(gòu)建

港口機械設(shè)備的運行穩(wěn)定性評價，是對機械設(shè)備全生命周期內(nèi)的本質(zhì)安全、資源合理利用和運行質(zhì)量的綜合評價，需要科學(xué)合理的選取評級指標(biāo)。綜合考慮各評價指標(biāo)的實用價值，優(yōu)選了16 個具有代表性的影響港口機械設(shè)備的運行穩(wěn)定性的因素作為評價指標(biāo)，并基于因果交叉理論和事故致因理論，按照人、機、環(huán)和管4 個維度將其分為人為因素、機械設(shè)備因素、環(huán)境因素和管理組織因素4 個方面，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，港口機械設(shè)備的運行穩(wěn)定性評價分為目標(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)重確定過程中主要由人為因素進行定性分析，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，以實現(xiàn)對指標(biāo)權(quán)重的確定。

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

（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空間歐氏距離進行衡量，樣本指標(biāo)與理想解距離計算見式（4）。

2.2 AHP-TOPSIS 模型

AHP-TOPSIS 綜合評判模型中，以AHP 確定安全評價指標(biāo)體系的綜合權(quán)重，進而結(jié)合TOPSIS 模型確定的相對貼近度評判矩陣，以獲得最優(yōu)的安全評價結(jié)果。其數(shù)學(xué)表達可描述為：F=εE。

3 實例分析

煙臺港地處山東半島東端，扼渤海灣入?？?，靠近國際主航道，處東北亞國際經(jīng)濟圈的核心地帶，與日本、韓國隔海相望，是中國大陸沿海主樞紐港之一。煙臺港具有礦石、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，成為東北亞地區(qū)極少數(shù)同時擁有礦石、油品、煤炭、集裝箱4 大貨類深水大型碼頭的港口之一。因此，整個碼頭具有極為復(fù)雜的機械設(shè)備系統(tǒng)，包括裝載機、轉(zhuǎn)載機、吊裝設(shè)備、運輸設(shè)備、門座起重機、裝船機等。大宗貨物到港后由于裝卸時間的限制，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，這增大了各機械設(shè)備事故的發(fā)生率，因此需要對港口機械設(shè)備的運行安全性進行評判。

3.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

在建立得港口機械風(fēng)險評價指標(biāo)體系之上，以1-9 標(biāo)度值分別對4 類一級指標(biāo)以及24 項二級指標(biāo)以進行重要度標(biāo)度，進而對評判矩陣進行特征向量和特征值求解，從而進行一致性檢驗，檢驗通過則進行權(quán)重記錄。將權(quán)值進行均一化處理，作為港口機械安全風(fēng)險評價指標(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)、違反勞動紀(jì)律這三種現(xiàn)象。

表1 機械設(shè)備安全風(fēng)險評價指標(biāo)權(quán)重值

3.2 TOPSIS 指標(biāo)綜合評價

根據(jù)港口機械設(shè)備安全系統(tǒng)的特點，將港口機械設(shè)備風(fēng)險評價體系中的各類指標(biāo)對港口機械設(shè)備安全風(fēng)險的影響劃分為4 個等級，分別記為Ⅰ級（輕微影響）、Ⅱ級（一般影響）、Ⅲ級（較大影響）和Ⅳ級（嚴(yán)重影響）。同時結(jié)合相關(guān)研究成果，對各指標(biāo)因素的量化進行分級。定性指標(biāo)中的部分危險性存在指標(biāo)以0和1 進行劃分，而能夠進行分級的指標(biāo)，分別按照影響等級從小到大以0.2、0.4、0.6、0.8 進行標(biāo)注，則港口機械設(shè)備風(fēng)險評價指標(biāo)對港口機械設(shè)備安全風(fēng)險的影響程度如表2 所示。

表2 機械安全風(fēng)險影響因素等級劃分

同時，基于收集的山東煙臺港2020 年7 月份的相關(guān)指標(biāo)信息建立人員因素初始評判矩陣，對煙臺港的安全狀況進行判定：

由于安全風(fēng)險評價指標(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)險等級的貼近度為Eh={0.215，0.222，0.584，1，0.358}。

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

3.3 機械設(shè)備安全風(fēng)險評價

根據(jù)TOPSIS 模型計算的指標(biāo)綜合評價貼近度，可得出安全風(fēng)險等級綜合評判矩陣：

結(jié)合已計算的機械安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系中的準(zhǔn)則層權(quán)重，則可得綜合評價矩陣的結(jié)果為：

則港口機械設(shè)備安全風(fēng)險等級可按照表3 劃分級別。

表3 港口機械設(shè)備安全風(fēng)險等級量化

綜上分析，結(jié)合表3 的分級結(jié)果可知，山東煙臺港在2020年7 月份的煤港口機械設(shè)備安全風(fēng)險評價的結(jié)果為0.289，表明該階段設(shè)備安全風(fēng)險量化分級屬于Ⅲ級風(fēng)險。由表1 可知，人為因素對機械設(shè)備運行穩(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械設(shè)備運行穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，其中人員的“三違”率、應(yīng)急機制的完善率等因素在權(quán)重總排序中占比較大，因此港口機械作業(yè)時需要加強對這些因素的管理。

4 結(jié)束語

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

（2）構(gòu)建了AHP-TOPSIS 的港口機械設(shè)備安全風(fēng)險評價模型。以2020 年7 月份山東煙臺港機械吊裝設(shè)備的數(shù)據(jù)為例，利用AHP-TOPSIS 模型對山東煙臺港機械吊裝設(shè)備當(dāng)月的安全風(fēng)險等級進行評價，結(jié)果表明安全風(fēng)險等級為Ⅲ級，對設(shè)備的安全管理具有一定指導(dǎo)意義。