基于熵技术的石化企业安全模糊综合评价方法研究
郑贤斌 陈国明
教授
[石油大学(华东)机电工程学院]
学科分类与代码:62015020
=摘 要> 鉴于石化企业安全评价所存在的模糊性和随机性，基于熵技术和模糊数学理论，将定性分析和
定量分析相结合，提出了一种新的基于熵技术的石化企业安全模糊综合评价模型。借用信息论中熵的概念计算客观权重的方法，避免了人为的主观性。简要地介绍了该模型的步骤，并给出应用实例。研究表明，笔者所提出的模型实用性强，易于推广。因此，该方法用于石化企业安全评价是一种新的尝试，对此进行全面的介绍有着一定的工程实际应用价值。
=关键词> 石化企业；安全；模糊综合评价；熵技术
Study on Safety Fuzzy Comprehensive Evaluation Method for
Petrochemical Plants Bad on Entropy Technology
ZHENG Xian -bin CHEN Guo -ming ,Prof.
(College of Mechanical &Electrical Engineeri ng ,University of Petroleum (East China))
Abstract: In view of the existing fuzziness and randomness in safety comprehensive evaluation for petrochemical plants,a new
method of safety comprehensive evaluation bad on entropy technology and fuzzy theory was suggested,in which qualitative analy -sis was combined with quanti tative analysis.The calculation method of objective index weight through the concept of entropy in in -formation theory avoided man -made subjectivism.Fuzzy comprehensive evaluatiing steps bad on entropy weight were exemplified by a practical ca.It is shown that the model developed is practicable and easy to apply.Therefore,it i s worthy of study and practicality in safety engineering applicati on though the method introduced is a new attemp t.
Key words: Petrochemical plant Safety Fuzzy comprehensive evaluation Entropy technology
1 前 言
石油化学工业是易燃、易爆、有毒的行业。多年来，我国石化企业借鉴国外先进经验，利用安全评价技术和方法进行安全管理，已取得了显著的成效，并积累了不少有益的经验，使安全生产总体水平有了较大的提高。总体上来说，石化企业的安全评价还存在很多不足，仍然是以经验为主，缺乏科学的和系统的指导[1,2]。因此，开展石化企业安全综合评价，将有助于提高石化企业的安全水平，有助于消除事故隐患，并为石化企业的安全施工、审核和监督检查提供技术手段。因此，对石化企业安全评价具有十分重要的现实意义。
由于石化企业安全评价本身是模糊的，因此，运用经典数学进行安全评价存在很大的局限性。而模糊数学很好地将定性分析和定量分析相结合，为石化企业安全评价工作提
供了一条很好的解决途径。因此，笔者提出了基于Shannon
熵权的模糊综合评价法是对石化企业安全的量化所作的有
图1 石化企业安全综合评价指标体系
益尝试，旨在使其评价更加公正、客观而又接近实际情况。
2 石化企业安全综合评价指标体系
关于石化企业安全的因素，人们确定了一级指标：安全技术和安全管理(见图1)。但目标层因素过于笼统，增加了安全
第14卷第2期2004年2月
中国
安全
科学学报China Safety Science Journal Vol .14No .2
Feb .2004
评价的难度和不确定性，因此，有必要对石化企业安全的二级因素进行分析。由于石化企业的具体情况不同，在评价过程中会有不同的二层评价因素，因此，应根据具体情况加以确定。石化企业安全综合评价指标体系，如图1所示[3]
。
3 石化企业安全多层次模糊综合评价
3.1 多层次模糊综合评价法及流程图
所谓模糊综合评价是在模糊环境下，考虑了多种因素的影响，为了某种目的对一事物作出综合决策的方法。对于一些复杂的系统，例如，石化企业安全系统，需要考虑的因素很多，这时会出现两个方面的问题:
¹因素过多，对它们的权重很难确定;
º即使确定了权重，由于需要满足归一化条件，每个因素的权值都很小。对此类系统，可以采用多层次模糊综合评价方法。多层次模糊综合评价法的步骤如下[4]:
第一步：将因素集U ={x 1,x 2,,,x n }按某种属性分成s 个子因素集U 1,U 2,,,U s ，其中U 1={x i 1,x i 2,,,x in },i =1,2,,,s 且满足:
¹n 1+n 2+,+n s =n;ºU 1,U 2,,,U s =U;»对任意的i X j ,U i IU j =5。
第二步：对每一个因素集U i ，分别作出综合评价。设V ={v 1,v 2,,,v m }为评语集,U i 中各因素相对于V 的权重为A i :A i =(a i 1,a i 2,,,a in )。若R i 为单因素评价矩阵，则一级评价向量B i :B i =A i oR i =(b 1i ,b i 2,,,b in ),i =1,2,,,s 。
运用信息论中的Shannon 熵技术对一级指标的权重进行修正，熵值法的原理见后所述。
第三步：将每个U i 看作一个因素，记R ={U 1,U 2,,,U s }。这样,R 的单因素评价矩阵为
R =
B 1
B 2s B s
=职业技能提升补贴
b 11
b 12,b 1m b 21b 22,b 2m s s s b s 1
b s 2
,
b sm
U i 反映了U 的某种属性，可以按它们的重要性给出权
重A :A =(a 1,a 2,,,a s )。
于是得到二级评价向量B:B =AoR =(b 1,b 2,,,b m )。第四步：对该模型所得的二级评价向量再进行量化，以便于比较和排序。对各等级都按照百分制给分C 见(表1[5]
)。
设C 为转化矩阵，则D t =BoC T
为第t 受评企业的综合评价值。由所得的评分对照安全等级(见表2[5]
)，可知所评
企业所属的安全等级。
表1 安全级别评价表
表2 安全等级评价表
系统分数>8070~7960~6950~5940~49<40安全等级
很好
好
良好
中等
较差
差
以上所述的多层次模糊综合评价方法可用流程图表示，如图2所示。
图2 石化企业多层次模糊综合评价方法流程图
3.2 石化企业安全评价参数的设置
对于系统危险性程度或状态的描述，可以借助于AHP 中的1~9级标度法，将系统危险性等级分为奇数个，如5个或7个。根据心理学的研究，一般情况下系统危险性分为5级为好。笔者认为，对石化企业进行安全评价，评为好和差的企业毕竟是很少的一部分。因此,/好0的前面和/差0的后面不必再细分，而在/好0和/差0之间拉距太大，加评/较好0、/中0、/较差0比较适合。因此，评语集设置为：好，较好，中，较差，差。
一级指标:U ={U 1,U 2}={安全技术，安全管理}。二级指标:U 1={U 11,U 12,U 13,U 14,U 15,U 16}={生产环境，消防技术，建筑消防，危险品的使用，电气设备，劳动卫生};U 2={U 21,U 22,U 23,U 24,U 25,U 26}={设备设施，动火制度，安全教育制度，安全责任制，安全法规，特种作业操作}。
底层指标:
U 11={U 111,U 112,U 113,U 114,U 115}={振动噪声的控制，明火的控制，有毒有害气体的管理，采光照明，厂容厂貌以及工作环境};U 12={U 121,U 122,U 123,U 124,U 125}={消防材料的配备、维修、管理，防爆装置配备，设备的耐火性完善，消防专职人员的配备};U 13={U 131，防火通道、防火间距的设置，建筑物的耐火
#
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2004年
性，厂房的抗震防汛};U14={U141,U142,U143}={易燃易爆物品的使用，有毒气体的回收和综合利用，腐蚀性物品的输送};U15={U151,U152,U153}={违章用电，电气设备的维修保养，电气操作人员的教育培训};U16={U161,U162,U163}={劳动用品发放及正确使用，夏季防暑冬季防冻，按防尘人员健康档案};
U21={U211,U212,U213,U214,U215,U216,U217}={操作是否符合规范，安全设备设施的配备，运输设施的使用，工具的质量设备的检修维护，介质对人员的伤害，领导意识及人员培训，特种作业人员的配备};U22={U221,U222}={动火证的管理制度，动火的监督};U23={U231,U232,U233, U234}={安全三级教育，安全培训，安全宣传，安全活动}; U24={U241,U242,U243,U244,U245}={厂级领导安全职责，作业长安全职责，生产调度安全职责，班长安全职责}; U25={U251,U252,U253,U254}={制定情况，实施情况，监督情况，整改措施};U26={U261,U262,U263}={司机，焊工，高处作业人员}。
4熵值法的原理[6,7]
设多指标决策的方案集A={A1,A2,,,A m}，评价指标集B={B1,B2,,,B n}所构成的决策矩阵X=(x ij)m@n，
其中x ij为第i个方案在第j个指标下的属性值。对于某项指标x j，指标值x ij的差距越大，则该指标在综合评价中所起的作用越大；如果某项指标的指标值全部相等，则该指标在综合评价中不起作用。
在信息论中，信息熵是系统无序程度的度量，信息是系统有序程度的度量，二者绝对值相等，符号相反。信息熵定
义为:H(x)=-6m i=1p(x i)ln p(x i)。
一般地，决策中某项指标的指标值变异程度越大，信息熵H(x)越小，该指标提供的信息量越大，该指标的权重也应越大；反之若某项指标的指标值变异程度越小，信息熵H (x)越大，该指标提供的信息量越小，该指标的权重也应越小。因此，可以根据各项指标值的变异程度，利用信息熵这个工具，计算出各指标的权重，为多指标综合评价提供依据。
利用熵技术确定各评价指标权重的步骤如下:
(1)计算第j项指标下第i方案指标值比重p ij，即
p ij=x ij/6m i=1x ij;
(2)计算第j项指标的输出熵E j，即E j
-(ln m)-16m i=1p(x
i
)ln p(x i),(j=1,2,,,n)，若p ij=0,
p ij ln p ij=0;
(3)计算第j项指标的差异度G j，即G j=1-E j,(1[j[
(4)计算客观权重Q，即Q j=G j/6n j=1G j。5应用举例
以某公司的炼油厂为例。设对甲、乙、丙3个炼油厂进行安全综合评价，以确定它们的安全实际状况。根据它们具体的状况，由专家对各级评价指标进行了设置，并对各因素的权重进行了分配。
概率论知识点总结
关于评价的具体操作过程，以对/企业甲0的考核为例来加以说明。其中参与评价的专家总共有10人，例如，对底层指标中的/振动噪声的控制0,10个专家中有1个认为/好0, 2个认为/较好0,6个认为/中0,1个认为/较差0,0个认为/差0。其余依此类推。
请专家进行了权重设置，可以得初级指标的优先权重: A=(0.4,0.6)；运用熵技术，人们得出修正后的权重分配为:
A=(0.4652,0.5348)；一级指标的熵权分别为:
A1=(0.250, 0.250,0.125,0.125,0.125,0.125); A2=(0.333,0.167,0.167, 0.083,0.167,0.083)。
该级因素的权重值的准确性也决定了最后的评价结果，故该层宜采用熵权较为客观。(由于篇幅有限，笔者只给出熵权的计算结果)。
二级指标的权重分别为:A11=(0.25,0.25,0.35,0.05, 0.10);A12=(0.20,0.30,0.10,0.25,0.15);A13=(0.35, 0.
30,0.35);A14=(0.50,0.20,0.30);A15=(0.25,0.40, 0.35);A16=(0.50,0.30,0.20);A21=(0.25,0.20,0.10, 0.10,0.10,0.15,0.10);A22=(0.50,0.50);A23=(0.30, 0.30,0.20,0.20);A24=(0.30,0.30,0.20,0.20); A25=(0.25,0.35,0.25,0.15);A26=(0.40,0.30,0.30)。
通过B ij=A ij(i=1,2;j=1,2,,,6)，对各底层指标集分别进行二级综合评价得:B11=(0.167,0.167,0.250, 0.250,0.167),B12=(0.333,0.333,0.222,0.111,0), B13=(0.269,0.231,0.269,0.154,0.077),B14=(0.385, 0.231,0.231,0.077,0.077),B15=(0.333,0.444,0.111, 0.111,0),B16=(0.454,0.273,0.182,0.091,0); B21=(0.118,0.235,0.294,0.235,0.118),B22=(0.417, 0.167,0.333,0.083,0),B23=(0.250,0.250,0.250, 0.083,0.167),B24=(0.250,0.250,0.250,0.167,0.083), B25=(0.300,0.200,0.200,0.200,0.100),B26=(0.231, 0.231,0.308,0.077,0.154)。
以上/o0模糊算子采用的是M(#,©)模型算子，既突出主要因素，又统筹兼顾其他因素。
二级评价向量对一级指标而言又构成一级指标评价矩阵:
0.1670.
0.3330.
0.2310.
笑话小故事0.2310.
0.4440.
0.2730.
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第二期郑贤斌等：基于熵技术的石化企业安全模糊综合评价方法研究
R 2=
B
21B 22
B 23B 24B 25B 26
=
0.1180.2350.2940.2350.1180.4170.1670.3330.083
0.2500.2500.2500.0830.1670.2500.2500.2500.1670.0830.3000.2000.2000.2000.1000.2310.2310.3080.0770.154
于是，得到一级评价向量:
R 1=A 1oR 1=[0.3051 0.2724 0.2171 0.1444 0.061]R 2=A 2oR 2=[0.2407 0.2212 0.2750 0.1596 0.1036]
二级评价向量对一级指标而言，可得到一级评价向量:R 1=A 1oR 1=[0.3051 0.2724 0.2171 0.1444 0.061]R 2=A 2oR 2=[0.2407 0.2212 0.2750 0.1596 0.1036]
所评价的企业甲的目标层评价向量:B 甲= A oR =(0.2707,0.2450,0.2484,0.1525,0.0838);
将一级评价向量转化为百分值可得:D 甲=B 甲oC T =70.8161I (70,79)，属于/好0的等级。
评价结果分析：由于企业甲制定的安全规章制度，动火制度，安全管理责任到位，安全的监督以及措施的落实的加强，劳动卫生的重视，危险品的使用和保管等方面都使整个企业的安全状况处于好的等级，风险水平能够接受。但由于企业甲的工作环境和作业条件不是很好，设备设施的老化落
后等导致该企业的存在隐患。
同理，可得乙和丙的综合评价值是81.35和76.56。乙、丙、甲的排序和客观实际是相符合的。
6 结束语
(1)通常确定指标权重的AHP 法或Deilph 法属于主观赋权法，主要凭借主观经验确定权重，而熵值法属于客观赋权法，依据评价对象各指标实际数值，按照某种数学上的计算准则得出各指标的权重与客观实际状况较吻合。
(2)利用熵技术求取指标的权值，应该满足评价体系数据的完整性，对于评价数据不够完整或难以收集完全时，熵值法也存在着缺点，但可以利用组合赋权的思想，运用熵技术，在AHP 法的基础上对权重值进行修正，从而可得到指标的最终权重值。
(3)由于石化企业安全评价本身所具有模糊性，因此，用经典数学很难对其进行准确的描述。而模糊综合评价法将定性分析和定量分析结合起来，可以很好地解决这一问题。
(4)该方法没有高深的理论，可操作性强，只要具备一定的生产实践经验，掌握该方法的人员都能进行有效的评价。因此，基于熵技术的模糊综合评价方法在石化企业安全评价方面应用价值大，推广性强。
(收稿:2003年9月；作者地址：山东省东营市；石油大学(华东)机电工程学院；邮编:257061)
参考文献
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爱莲说仿写
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112#中国安全科学学报China Safety Science
Journal 第14卷
2004年
马念杰教授，博士生导师。
1959年2月生,1978年2月本科毕业
于辽宁工程技术大学采矿系,
1988年获中国矿业大学工学博士学
位。1991年获/做出突出贡献的中
国博士学位获得者0称号,1992年获
国务院/政府特殊津贴0,1994年获/中国青年科学基金会孙越崎青年科技奖0,1998年被评为江苏省普通高校/青蓝工程0跨世纪学术培养人选,2002年列入教育部/跨世纪优秀人才培养计划0, 2002年12月，获北京市/产、学、研0先进个人。现从事采矿工程专业的科研与教学工作，主攻方向为煤巷锚杆支护。负责完成国家、省部级和横向项目20多项，获奖10多项，其中包括国家发明奖一项，省部级科技进步特等奖一项，一等奖一项，二等奖两项，三等奖两项。发表专著5部，论文60多篇，取得专利6项。
胡明辉广西壮族自治区特种监
督检验所所长兼广西计量仪器厂
诸葛烤鱼
厂长。1956年8月生,1978年8月
毕业于河南焦作工学院机电专业,
所有人英文2002年10月完成东南大学广西在
职科技经济与决策专业研究生班
的学习。1985年7月获机电工程师资格。长期从事企事单位的技术与安全管理工作，曾任煤矿副矿长、矿长、机电处长、生产科长、副厂长、厂长及所长等职务。参加、主持过机电产品、仪器仪表产品设计制造，企事业单位机电项目的设计与安装，负责或组织了多起大型机电设备事故和各类型安全事故的技术分析。
丁勇博士研究生,1974年出
生。1995年毕业于长沙铁道学院
铁道运输专业,1995~1998年在乌
鲁木齐铁路局工作,1998年考入中
南大学交通运输工程学院，攻读硕
士学位,2001年6月获工学硕士学
位,2001年9月至今，在北京交通大学交通运输学院交通运输规划与管理专业攻读博士学位，主要研究方向为交通运输系统模拟、仿真技术在安全管理中的应用。近几年来，参加了多项国家级、省部级科研项目，在全国性学术刊物上发表论文10余篇。
孙强教授，博士。1963年生,
1988年毕业于合肥工业大学建工
系工业与民用建筑专业，获工学学体积的公式
士学位;1995年毕业于该校土木系
结构力学专业，获工学硕士学位;
2002年毕业于同济大学建工系结
构工程专业，获工学博士学位；现在中国科技大学火灾科学国家重点实验室做博士后研究。自1995年
以来，主要从事结构振动、桩基础动荷性能及钢结构防火方面的研究工作，承担了国家级、省部级科研项目多项，其中6项已通过省级鉴定,/高效预应力超静定结构若干性能的研究0获安徽省科技进步三等奖。在国内学术刊物上发表论文40余篇。安徽省中青年骨干教师。
龟贝竹冯震讲师，北京交通大学博
士研究生。1972年12月出生,
1999年毕业于现东华理工学院，获
工学硕士学位。同年在防灾技术
高等专科学校任教。主要从事交
通环境以及岩土工程方面的教学
与研究工作。读博期间参与多项国家自然科学基金和部级科研课题的研究工作，在全国性学术刊物上发表多篇论文。
杨家忠讲师，博士研究生。中
国民航飞行学院航空心理学教研
室教师，从事航空中人的因素教学
及科研工作。1972年10月出生,
1998年毕业于西南师范大学心理
学系，获硕士学位。2002年9月,
开始在中科院心理研究所工程心理学与人因实验室攻读博士学位，主要从事航空中的认知因素、人为差错方面的研究。
郑贤斌博士研究生，四川遂宁
人,1978年生,2001年本科毕业于中
国矿业大学安全技术及工程专业,
2001年考入石油大学(华东)储建
学院，攻读硕士学位。2003年提前
攻读机械设计及理论博士学位，师
从陈国明教授，主要研究方向为油气管道安全运行技术保障。已在5中国安全科学学报6、5人类工效学6等期刊上发表论文数篇。
