基于模糊综合法的弹药技术检查风险评估

胡利青，宣兆龙，李天鹏，徐国星

（陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050000）

0 引言

弹药是国家重要的军事战略物资，是毁伤敌方目标的一次性使用的特殊装备，平时长期处于储存状态[1]。弹药在长期存储过程中，存在翻堆倒垛和储存技术检查两个动态作业环节，相较于存放保管静止状态的风险高，因此研究弹药技术检查作业的风险评估具有很大的必要性。目前我军弹药技术检查安全风险评估，主要是采用传统的安全检查表法，该方法一定程度上能定性反映弹药技术检查过程中存在的问题，但这种方法很大程度上受检查人员的知识水平、工作经验、思维惯性等主观因素影响，并且不能对技术检查的风险因素指标进行定量分析，使得评价结果的可靠性和可信度大大降低[2]。AHP 通过分析复杂系统所包含的因素及相关关系，将问题条理化、层次化，构造一个层次分析结构模型[3]，通过构造判断矩阵对弹药技术检查风险因素进行相对重要性比较，能够有效降低人员主观因素的影响；由于风险因素具有不同程度的模糊性，各风险因素难以用数字进行定量表示，建立基于模糊综合法的弹药技术检查风险评估模型，对风险因素进行定量分析，可使得评估结果更加客观、合理、准确。

1 指标体系构建

1.1 影响因素分析

弹药或其元件在缺乏必要的防护下受到过大的外界能量作用，会意外着火甚至发生燃爆事故。围绕外界能量的产生和防护措施的失效来分析，寻找弹药技术检查作业过程中潜在风险因素。根据弹药燃爆发生机理，外界能量的来源主要有人体静电放电、设施设备静电放电、设备静电积聚、雷电、电气设备过载产生电热、电路短路、人员违规使用明火、静电火花、弹药跌落、底火受到撞击等。防护措施失效包括设施设备未有效接地、人员未穿防静电服装、电发火弹药裸漏、避雷装置失效、接地电阻过大、电气设备老化、电路未装过载保护装置、线路接触不良、技术检查场所防爆装置失效、存有配备非保险型引信弹药、弹药未水平放置等[4-5]。下面基于SHEL 模型[6]从人员、环境、软件、硬件4 个方面对引发弹药技术检查事故的因素进行分析。

（1）人员因素。人是预防弹药技术检查作业事故发生的决定性因素，也是最活跃、最复杂的因素。在弹药技术检查作业中，人员从类别上可以划分为管理人员、技术人员、警戒人员、外来人员。影响事故发生的因素有：管理人员的工作态度、安全意识、业务管理能力、安全检查落实等综合素质；技术人员的学历、专业知识、操作技能、培训情况等业务素质水平；警戒人员履职尽责、应急处置等安全防范能力以及外来人员管控水平[7-8]。

（2）环境因素。在弹药技术检查作业中，环境因素包括技术检查场所总体环境、自然环境、气候环境和社会环境。影响事故发生的因素有：技术检查场所距离库房间距、周围落石滑坡、场地设置等总体布局；雷电、暴雨、高温等自然环境状况；技术检查场所所处地区的气候环境及周围社会环境。

（3）软件因素。软件因素包括各类规章制度、管理因素及操作技术程序。安全法规的建立健全，安全训练的开展，安全教育、规章制度的落实，安全检查、评估、分析是否经常，问题隐患的有效解决，操作规程、方案计划是否符合规定等都可能影响到事故的发生。

（4）硬件因素。硬件因素包括弹药及其元部件、各类设施设备、防护装置。弹药技术检查事故的发生，除了需要受到外界过大的能量外，弹药的引信、底火、装药、弹体安全性，设施设备损坏、不符合规定、维护检修不及时，防护措施设置不符合要求、防护能力不足、装置损坏等都是引发弹药技术检查作业的重要因素。

1.2 安全风险评估指标体系构建

根据弹药技术检查事故产生机理，从人员、环境、软件、硬件4 个方面影响因素构建安全风险评估指标体系，其中一级指标4 个，二级指标18 个，技术检查安全风险评估指标体系如图1 所示。

图1 弹药技术检查安全风险评估体系结构图

2 风险因素权重确定

2.1 引入标度法构造判断矩阵

建立风险评估指标体系，采用专家打分法对本层次相关因素的相对重要性进行两两比较，构造判断矩阵P，其元素的值反映了对各风险因素相对重要性的认识。一般采用“1-9”比较标度法，比较标度及其含义见表1。

表1 比较标度及其含义

2.2 判断矩阵的一致性检验

判断矩阵是根据个人知识和经验建立起来的，难免会存在误差。为了使判断结果更加符合实际，需要对判断矩阵U 进行一致性检验。其步骤如下：

计算一致性指标CI：

式中，n为判断矩阵的阶数，λmax为判断矩阵P最大特征值。

根据表2 确定平均一致性指标RI，计算随机一致性比例CR = CI/RI，当CR≤0.1，认为判断矩阵有满意的一致性；当CR＞0.1 时，认为判断矩阵的一致性偏差较大，需要对判断矩阵进行调整。

表2 平均一致性指标

2.3 权重计算

通过对判断矩阵P对应的分量值进行归一化处理，得到本层风险因素针对上一层评价对象的相对重要度。综合利用层次单排序结果，可以计算指标体系中各层因素对指标体系顶层事件相对重要性的排序权值[9-11]。

3 模糊综合评估模型构建

3.1 因素集建立

因素集是指影响上一层评价对象的下一层所有风险因素的集合。在一个复杂系统中，设U为指标评价体系中最顶层评价对象，由m类影响因素的因素子集Ui（i= 1，2，…，m）组成，每个影响因素Ui包含k（k= 1，2，…）个因素。

式中：Ui（i= 1，2，…，m）表示影响顶层评价对象的第i类影响因素；Uik（k= 1，2，…）表示第i类影响因素中第k个因素。

3.2 评判集建立

因素集中因素所处的状态可以用高低、大小、长短及优劣等语言来模糊描述[12]，评判集是对风险因素状态可能做出各种判断结果所组成的集合[13-14]，通常用大写字母V表示：

式中：vj（j= 1，2，…，n）表示因素状态处于第j种评判等级。

3.3 模糊综合评价

（1）初级模糊评价。以本层风险因素为基础，确定本层各风险因素对上一层评价对象的隶属度[15-16]。对第i类影响因素中第k个因素Uik（k= 1，2，…）做单因素评价，专家根据评判集评判可以得到因素Uik对评判集中评判等级vj（j= 1，2，…，n）的隶属度为rikj：

式中：wikj表示第i类影响因素中第k个因素在评判等级vj上的个数，Σwikj表示参与评价的总人数。

第i类影响因素中第k个因素Uik的评判集可表示为：

Rik称为Uik的单因素评价集，它是隶属于评判集V上的模糊子集。将第i类影响因素Ui的下一层k个因素的评价集构造成一个矩阵Ri：

式中：Ri表示评价对象Ui隶属于评判集V 的评价矩阵。

根据上述层次分析法可以得到第i类影响因素Ui对下一层k个因素的权重向量Ai=（ai1，ai2，…，aik）。第i类影响因素Ui的模糊评价集可表示为：

（2）综合模糊评价。初级模糊评价是综合最底层各因素，对其上一层评价对象进行评价，按照初级评价方法，把初级模糊综合评价的评价集Bi（i=1，2，…，m）作为综合模糊评价的单因素评判集对指标体系U 进行评价，由此可得指标体系顶层评价对象U的评价矩阵R为：

指标体系顶层评价对象U相对于m类影响因素权重向量A=（a1，a2，…，am）。指标体系U的模糊综合评价集可表示为：

（3）参数评价。为了使风险评价体系的评估值更加直观，采用百分制评判等级，设模糊评判集V中各评判等级vj的参数向量为C=（c1，c2，…，cn），则最终评价对象的参数模糊综合评估结果为：

3.4 风险等级评定

依据《军队安全管理条例》，结合弹药安全管理的特点，将风险评估结果划分为一般风险、较大风险、重大风险、特大风险4 个等级。通过组织安全风险评估，将评估结果作为改进安全工作的依据，及时对安全工作进行改进和加强，有效规避安全风险，从而达到防患于未然的目的。具体评分方法见表3。

表3 安全风险等级评定表

4 实例应用

4.1 实例计算

以某仓库为例，该仓库需要组织对18 个弹种（含有电发火弹药2 种，非保险型引信弹药1 种）720 发库存弹药进行年度技术检查工作，为科学、准确、有效地对此次弹药技术检查作业进行安全风险评估，现组织5 名专家根据前文弹药技术检查安全风险评估模型、步骤，通过现场调研、资料收集、调查问卷、现场考核、现地检查等方式进行检查评估。本例中评判等级采用6 级制，即{优秀、良好、一般、较差、很差、极差}，评判等级参数向量设为C=（95，85，75，60，40，20）。具体评价指标层次、权重及各项取值见表4。

表4 安全风险评估指标体系数据统计表

由表4 可知，弹药技术检查安全风险评估指标各因素权重集为：

A=（a1，a2，a3，a4）=（0.426，0.125，0.146，0.303）A1=（a11，a12，a13，a14）=（0.326，0.425，0.140，0.109）A2=（a21，a22，a23，a24）=（0.380，0.202，0.260，0.158）A3=（a31，a32，a33，a34，a35，a36）=（0.065，0.114，0.233，0.210，0.252，0.126）

A4=（a41，a42，a43，a44）=（0.240，0.385，0.226，0.149）

人员、环境、软件、硬件因素隶属于评判集V的评价矩阵分别为：

人员、环境、软件、硬件因素的初级模糊评价集分别为：

B1=A1× R1=（0.744，0.228，0.028，0，0，0）

B2=A2× R2=（0.6144，0.354，0.0316，0，0，0）

B3=A3× R3=（0.5758，0.3534，0.0708，0，0，0）

B4=A4× R4=（0.5926，0.2634，0.144，0，0，0）

把以上初级模糊评价集综合起来，得到弹药技术检查指标体系U隶属于评价集V的评价矩阵为：

弹药技术检查安全风险评估体系参数模糊综合评价结果为：

4.2 结果分析

（1）该弹药技术检查安全风险评估体系中，一级指标中人员因素所占指标权重为0.426，居于核心地位，说明人的因素是导致弹药技术检查事故的主要因素；其次硬件因素所占指标为0.303，相对于人员因素的重要度次之，但同样对弹药技术检查作业事故有着很大的影响。综合二级指标权重值，技术人员业务素质权重占比0.181 最大，其次是管理人员综合素质权重0.1389、硬件防护措施水平0.1167，因此提高技术人员业务素质、管理人员的综合素质及硬件设施防护措施水平对于降低弹药技术检查作业事故具有重要作用。

（2）该仓库基于模糊综合法的弹药技术检查安全风险评估的最终结果为90.8752，根据所制定的安全风险等级评定可知，评估结果Z≥90 时，为一般风险，可以接受，该仓库的弹药技术检查作业可以组织实施。

5 结论

在构建弹药技术检查指标体系的基础上，利用层次分析法构造判断矩阵计算指标权重，然后采用模糊综合法进行定量分析，相对于传统的风险评估方法，可以在一定程度上降低检查人员主观因素的影响，能够较好地解决模糊风险因素的不确定性，使得评估结果更加直观。通过对某仓库弹药技术检查作业进行综合评估，评估结果与实际相符，说明模糊综合法用于弹药技术检查安全风险评估的可行性，可为弹药寿命周期内其他阶段的安全评价提供参考。