第五章安全决策(新)

安全系统工程第五章安全决策本章的基本要求：1.掌握系统安全评价的各种方法及其基本特点2.能够依据系统安全评价原理和评价方法，对具体系统进行评价，提出改进系统安全性能的意见或意向安全系统工程5.1概述决策指人们在求生存与发展过程中,以对事物发展规律及主客观条件的认识为依据,寻求并实现某种最佳(满意)准则和行动方案而进行的活动。决策通常有广义、一般和狭义的三种解释。决策的广义解释包括抉择准备、方案优选和方案实施等全过程。一般含义的决策解释是人们按照某个(些)准则在若干备选方案中的选择,它只包括准备和选择两个阶段的活动。狭义的决策就是作决定,就指抉择。决策是人们行动的先导。决策学是为决策提供科学的理论和方法,以支持和方便人们做决策的科学;是自然科学与社会科学并涉及人类思维的新兴交叉学科。安全系统工程5.1概述(续1)决策的分类方法很多。根据决策系统的约束性与随机性原理,可分为确定型决策和非确定型决策。确定型决策:在一种已知的完全确定的自然状态下,选择满足目标要求的最优方案。确定型决策问题一般应具备四个条件:①存在着决策者希望达到的一个明确目标(收益大或损失小);②只存在一个确定的自然状态;③存在着决策者可选择的两个或两个以上的抉择方案;④不同的决策方案在确定的状态下的益损值可以计算。非确定型决策:当决策问题有两种以上自然状态,哪种可能发生是不确定的,在此情况下的决策称为非确定型决策。安全系统工程5.1概述(续2)非确定型决策又可分为两类:当决策问题自然状态的概率能确定,即是在概率基础上做决策,但要冒一定的风险,这种决策称为风险型决策;如果自然状态的概率不能确定,即没有任何有关每一自然状态可能发生的信息,在此情况下的决策就称为完全不确定型决策。风险型决策问题通常要具备如下五个条件:①存在着决策者希望达到的一个明确目标;②存在着决策者无法控制的两种或两种以上的自然状态;③存在着可供决策者选择的两个或两个以上的抉择方案;④不同的抉择方案在不同的自然状态下的益损值可以计算出来;⑤每种自然状态出现的概率可以估算出来。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素1.决策过程决策是人们为实现某个(些)准则而制定、分析、评价、选择行动方案,并组织实施的全部活动;也是提出、分析和解决问题的全部过程。主要包括5个阶段,如图5-1所示。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续1)安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续2)2.决策要素·决策单元所谓决策单元常常包括决策者及共同完成决策分析研究的决策分析者,以及用以进行信息处理的设备。它们的工作是接受任务、输入信息、生成信息和加工成智能信息,从而产生决策。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续3)·准则体系对一个有待决策的问题,必须首先定义它的准则。在现实决策问题中,准则常具有层次结构,包含有目标和属性两类,形成多层次的准则体系,如图5-2所示。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续4)安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续5)·准则体系准则体系最上层的总准则只有一个,一般比较宏观、笼统、抽象,不便于量化、测算、比较、判断。为此要将总准则分解为各级子准则,直到相当具体、直观,并可以直接或间接地用备选方案本身的属性(性能、参数)来表征的层次为止。在层次结构中,下层的准则比上层的准则更加明确具体并便于比较、判断和测算,它们可作为达到上层准则的某种手段。下层子准则集合一定要保证上层准则的实现,子准则之间可能一致,亦可能相互矛盾,但要与总准则相协调,并尽量减少冗余。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续6)·决策结构和环境决策的结构和环境属于决策的客观态势(情况)。为阐明决策态势,必须尽量清楚地识别决策问题(系统)的组成、结构和边界,以及所处的环境条件。它需要标明决策问题的输入类型和数量,决策变量(备选方案)集和属性集以及测量它们的标度类型,决策变量(方案)和属性间以及属性与准则间的关系。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续7)·决策结构和环境决策变量亦称可控(受控)变量，它是决策(评价)的客观对象。在自然系统中，决策变量集常以表征系统主要特征的一组性能、参数形式出现，由它们可以组合出无限多个备选方案，方案是连续型，其范围由一组约束条件所限制。而在实际(社会)系统中，例如安全系统,因变量之间，变量与属性之间的结构过于复杂，有许多是半结构化甚至非结构化形式,尚难以给予形式化的表述,所以决策变量常以有限个离散的备选方案的形式出现。决策变量的这两种类型(连续、离散),导致了两类不同的决策方法,有人称前者为多目标决策，称后者为多属性决策，二者又统称为多准则决策。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续8)·决策结构和环境决策的环境条件可区分为确定性和非确定性两大类。由于决策是面向未来发生事件所作的抉择,所以决策的环境条件都带有不确定性,只是在很多情况下,正常环境出现的概率很大,非正常条件发生的可能性很小(即近似认为是小概率事件),而认为环境条件是确定的。在非确定性中,又分因果关系不确定的随机型和排中律不确定的模糊型。发展初期的经典决策,就是在随机环境下进行的单准则优选,称之为统计决策。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续9)·决策规则决策就是要从众多的备选方案中选择一个用以付诸实施的方案,作为最终的抉择。在作出最终抉择的过程中,要按照多准则问题方案的全部属性值的大小进行排序,从而依序择优。这种促使方案完全序列化的规则,便称为决策规则。决策规则一般粗分为两大类:最优规则和满意规则。最优规则是使方案完全序列化的规则,只有在单准则决策问题中,方案集才是完全有序的,因此,总能够从中选中最优方案。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续10)·决策规则然而在多准则决策问题中,方案集是不完全有序的,准则之间往往存在矛盾性,不可公度性(各准则的量纲不同),所以,各个准则均最优的方案一般是不存在的。因而,只能在满意规则下寻求决策者满意的方案。在系统优化中,用“满意解”替“最优解”,就会使复杂问题大大简化。决策者的满意性一般通过所谓“倾向性结构（信息）”来表述,它是多准则决策不可缺少的重要组成部分。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续11)3.安全决策安全决策与通常的决策过程一样,应按照一定的程序和步骤进行。不同的是,在进行安全决策时,应根据安全问题的特点,确定各个步骤的具体内容。(1)确定目标决策过程首先需要明确目标,也就是要明确需要解决的问题。对安全而言,从大安全观出发,安全决策所涉及的主要问题就是保证人们的生产安全,生活安全和生存安全。但是这样的目标所涉及的范围和内容太大了,以至于无法操作,应进一步界定、分解和量化。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续12)(2)确定决策方案在目标确定之后,决定人员应依据科学的决策理论,对要求达到的目标进行调查研究,进行详细的技术设计、预测分析,拟出几个可供选择的方案。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续13)(3)潜在问题或后果分析对安全问题,考虑其决策方案后果,应特别注意如下一些潜在问题:①人身安全方面:应特别注意有无生命危险,有无造成工伤的危险,有无职业病和后遗症的危险。②人的精神和思想方面:是否会造成人的道德、思想观念的变化,是否会造成人的兴趣爱好和娱乐方式的变化,是否会造成人的情绪和感情方面的变化,是否会加重人的疲劳,带来精神紧张,影响个人导致不安全感或束缚感的产生等。③人的行为方面:能否造成人的生活规律、生活方式变化,以及生活时间的划分等。安全系统工程5.2安全决策过程与决策要素(续14)(4)实施与反馈决策方案在实施过程中应注意制定实施规划,落实实施机构、人员职责,并及时检查与反馈实施情况,使决策方案在实施过程中趋于完善并达到预期效果。安全系统工程5.3定性属性的量化1.量化等级与范围在某个属性上对若干个不同物体进行辨别时,普通人能够正确区别属性等级在5级至9级之间。所以,我们推荐定性属性量化等级取5级至9级,可能时尽量用9个等级。量化等级见下表安全系统工程5.3定性属性的量化(续1)2.量化方法通过决策者(专家)定性分析,分等级量化的结果,由于客观事物的复杂性、多样性和主观认识的局限性,所以往往具有不确定性、模糊性和随机性,可以采用集值统计原理广集专家意见,改善定性属性量化的有效性。安全系统工程5.3定性属性的量化(续2)3.属性函数F(X)规范化(1)多属性决策在多属性决策问题(MADPMP)的各属性函数ƒj(x)(j=1,2,….,m)之间，普遍存在下述3个方面的问题。①无公度性。即各ƒj(x)的量刚不同，不便于相互比较和综合运算。②变化范围不同。不便于比较综合运算。③对抗性。凡得益性属性，通常希望愈大愈优；凡损耗性属性，一般希望愈小愈优先。安全系统工程5.3定性属性的量化(续3)(2)规范化处理算法常用的规范化处理算法较多，在选用时需注意量化标度（序、区间和饿比列标度），允许进行变换的形式，以免规范化后影响决策的质量。安全系统工程5.3定性属性的量化(续4)4.权重及其量化方法权重是表征子准则或因素对总准则或总目标影响或作用大小的量化值。(1)重要性权对于子准则(因素)的相对地位、作用,以及政策导向,激励等决策者的期望性因素,常用定性定量相结合的方法,根据专家或决策者的相对重要性信息进行量化。安全系统工程5.3定性属性的量化(续5)(2)信息量权重ω2由于各准则值所包含的信息量不同,它们对被评价方案(决策方案)的作用也就不同。考虑信息量不同产生的影响的量化值称为信息量权重。另外,当某些准则值在各被评价方案之间差异较大时,其分辨能力较强,包含的信息量就多,它们在综合评价、最终决策中的作用就大,其信息权重系数也较大。安全系统工程5.3定性属性的量化(续6)(3)独立性权重系数ω3虽然在理想准则体系中,要求准则具有无冗余性,在多属性决策方案中,希望属性之间具有独立性,但由于安全系统的高度复杂性,准则体系中各准则之间难免有部分重复信息存在,使它们在综合评价或决策过程中过多地发挥了作用,为此,提出用独立性权重来抵前“过多”的影响。安全系统工程5.3定性属性的量化(续7)(4)组合(综合)权重ω根据MADMP的实际需要和可能,可以从上述3个方面的权重中选用,当用两种以上的权重时,就存在一个如何组合的问题,常用的有两种算法求取组合(综合)权重ω。安全系统工程5.4安全决策方法1.确定性多属性决策方法(1)优势法该方法的操作过程是,从备选方案集R中:R=｛x1,x2,x3,x4｝任取两个方案,(记为X′1和X′2),若决策者(或决策分析者)认为(或决策矩阵A已知)X′1劣于X′2,则剔去X′1,保留X′2;若无法区分两者的优劣时,皆保留。将留下的非劣方案与R中的第三个方案X′3作比较,如果它劣于X′3,则剔去前者,如此进行下去,经n-1步后便确定了非劣解集R*pa。安全系统工程5.4安全决策方法(续1)(2)连接法(满意法)该方法要求决策者对表征方案的每个属性提供一个可接受的最低值,称为切除值(cut-offvalues)。只有当一个方案的每个属性值均不低于对应的切除值时,该方案才能保留。即方案x被接受,即:式中ƒj0——j个属性的切除值。安全系统工程5.4安全决策方法(续2)(3)分离法该方法用来筛选方案时仍要对每个属性设定切除值,但和连接法不同的是,并不要求每个属性值都超过这个值,只要求方案中至少有一个属性值超过切除值就被保留。按此原则方案z,即满足:安全系统工程5.4安全决策方法(续3)2.评分法评分法就是根据预先规定的评分标准对各方案所能达到的指标进行定量计算比较,从而达到对各个方案排序的目的。它包括5个方面:(1)评分标准(2)评分方法(3)评价指标体系(4)加权系数(5)计算总分安全系统工程5.4安全决策方法(续4)3.决策树法决策树法是风险决策的基本方法之一。决策树分析方法又称概率分析决策方法。决策树法与事故树分析一样是一种演绎性方法,即是一种有序的概率图解法。(1)决策树形安全系统工程5