基于系统动力学的安全管理思考

第16卷第2期中国矿业Vol. 16, No. 22007年2月CHIINA MINING MAGAZINEFebruary 2007基于系统动力学的安全管理思考唐谷修周科平高峰李杰林中南大学资源与安全工程学院·长沙410083)摘要:阐述了安全系统是复杂系统,从复杂科学的视角分析了安全系统的复杂性,用复杂科学的方法论来解决安全复杂系统问题是行之有效的。文章在剖析安全系统问题的研究现状的基础上,提出了基于系统动力学( System dynamics,SD)的安全管理思考,充分发挥SD在分析解决复杂系统问题方面的优势,构筑了安全管理的Sυ架构,将有助于提高安全管理的有效性。最后对系统动力学在安全问题研究方面的应用前景作了一些展望。关键词:复杂系统系统动力学安全系统安全管中图分类号:X92文献标识码:B文章编号:1004-4051(2007)02-0021-03STUDY OF SAFETY MANAGEMENT BASED ON SYSTEM DYNAMICSTang Guxiu Zhou Keping Gao Feng Li JielinSchool of Resources and Safety Engineering, CSU. Changsha 410083)Abstract: This paper analyzed the complexity of safety system from the complex science angle expoundedthat safety system was complicated system then pointed out that one of the effective ways to resolve safety problemdology of complex science. After analyzed the latest research of safety system problems the writer puttedforward the study of safety management based on the system dynamics( SD), plenary took advantage of SD predominance about analyzing and resolving complex system problem made the framework of Sd about safety management, and the validity of the safety management will be improved. At last, the prospect of system dynamics inKey words: Complex system System dynamics Safety system Safety management安全系统是人机环境相互交融的复杂系统,到一个在因素数及其相关性如此复杂的能与之相比其结构、功能与行为之间,系统与环境之间是动拟的系统,安全系统是一个十分复杂的、开放态、辩证对立的统一关系,是一个十分复杂的、开的、动态的巨系统。放的、动态的巨系统。安全管理是为了认识安全系第一,安全系统具有很强的层次结构和功能结统中的各种元素及其之间复杂的关系和系统动态变构,安全系统耦合度高,系统中各组分之间的联系化的规律,并作出正确决策的组织管理行为,因而广泛而紧密,使得系统成为一个有机的整体23安全管理问题是一个复杂的系统工程问题,其本身第二,安全系统是一个开放的系统。与环境有也是一个复杂系统。运用复杂科学的方法论来思考密切的联系,有持续不断的物质、能量、信息的交安全管理问题,引入系统动力学来解决复杂安全问换。通过这种交换的非线性变化趋势,可以确认安题是十分有用的探索。全和事故发生的可能性。开放性不仅是安全系统在1安全系统动态中保持稳定存在的前提,也是安全系统复杂性1.1安全系统复杂特性及安全一事故转换发生的重要机制1A5)安全系统与一般系统不同,包含了人-机、人V中国煤化工有动态均衡性的耗散人、机机、人环、机环之间的关系,安全系统的结构CNMHG织作用可以达到局部元素及其之间的关系纷繁交错、不断变化,很难找的、时以相对时标灶,但这种稳定很容易为微小的扰动所破坏。特别是由于系统的突变或畸变收稿日期:2006-10-14或过程由连续到非连续变化,往往是孕育事故后,作者简介据81-)男瑶族湖南永州人硕土研对应的是灾害事故的启动,是致灾物质,或能量的究生主屴系统动力学、系统安全管理与安全经济学22中国矿业第16卷突然释放16)程中,获得外部动力;在系统内部的各组成都分相第四,安全系统具有自组织特性。非组织的向互藕合、作用,产生内部动力。在内外动力的共同组织的有序发展过程,是组织程度从相对较低到相作用下,推动系统内各部分朝共同目标发展对较高演化;维持相同组织层次,是复杂性相对增3)安全系统在远离平衡态的非线性域阶段长的演化。不仅反映了安全系统组织层次跃升过系统与外界的能流交换规模显著增大且变化迅猛。程,且标志着安全系统组织结构与功能,从简单到交换结果在补偿系统的耗散之余,能促使系统结构复杂的组织水平的提高。安全系统的开放性、自组的更新,并对外部环境产生更强的反作用力织性,使系统从原有的混沌无序状态,转变为在时2基于系统动力学的安全管理思考间、空间或功能上的有序状态,一旦安全过程出现系统动力学( System Dynamics,SD)是一门被组织,安全事故就会发生(356)。交叉、综合性的探索如何认识和解决系统问题的学第五,安全系统中最鲜眀的一个特点——具有科,是一门分析研究社会、经济等复杂大系统的学高度智能的人在安全活动中起决定性的作用。安全科。SD认为,系统的行为模式与特性,主要地取系统中生产者和管理者,在相互依靠和相互制约下决于其内部的动态结构与反馈机制。SD研究处理从事安全活动,是微观安全系统的决策者。政府以复杂系统问题的方法,是定性与定量结合,系统分特殊旳身份和地位參与安全活动,政府利用安全政析、综合推理的方法,其模型模拟是一种结构策工具,以及金融政策工具甚至行政手段对宏观安功能的模拟。SD模型被誉为实际系统的实验室。全进行调控,实现其宏观安全的目标;同时,通过对于以良结构为主的SD模型,其解决问题的过对安全生产进行监管,使之得以健康发展。影响安程,实质上是寻优过程,可用来寻求系统的较优结全系统的主要因素,不仅有生产者和管理者的行构与参数,以获取较优的系统功能8。引入系统为,而且还有政府的行为。无论是生产者、管理动力学的理论分析安全复杂系统,将有助于弥补当者,还是政府,都是有自己主观意志的决策者。这前安全管理的漏洞,将大大提高安全管理的有效些为数众多的决策者,有着不同的风险偏好,所获性。得的信息具有不对称性。他们主动去了解其所处的2.1安全管理的SD思考环境,预测安全形势的变化,在各个层次上随机地以系统动力学的视角剖析安全系统,构筑安全进行着目标不同的独立决策,使得整个系统的运动管理的动力学架构。SD以反馈回路来描述复杂系变得十分复杂4。统的结构,把一阶反馈回路作为系统的基本结构或综上所述,作为安全管理的对象,安全系统是称基本单元。一个复杂系统由基本结构,按子系复杂的巨系统。安全系统虽与一般系统、非线统、层次组织,进而组成总的反馈系统结构。这些性系统等有若干共同点,但安全系统的个性仍非常反馈回路的交叉、相互作用,形成了系统的总功能明显,这是决定它客观存在并区别于其他系统的根和行为,并对环境的变化作出反应8本原因,解决安全问题要用复杂科学的理论和方(1)SD对安全系统的描述。首先,根据分解法2)原理把系统S按其內部特点与性质,划分成若干个1.2当前研究状况及存在的不足相互关联的子系统(子结构)P当前国内外研究安全问题,特别是通过管理手S=(PR)P={P|j∈I}R={klj∈段来解决安全问题,主要采用的是一般的系统工程k∈K且J+K=l}理论、事故致因理论等理论与现代管理理论相结式中:S-代表整个系统;-代表子系统;Rμ合,通过降低生产劳动过程中的伤亡事故和职业病关系矩阵。在这些子系统中,往往只有部分是相对为目标,通过一定的组织管理方法来实现。由于没重要的。各于系统之间的相互关系,可通过关系矩有充分认识到安全系统的复杂性,特别是对于安全阵的非主导元反映出来。但在安全复杂系统中,因系统的动态变化过程控制不足,导致一系列的安全其机中国煤化工比明显的数学描述。用事故屡禁不止。对于安全复杂系统,安全管理没有SD4CNMH④对地”良化”,用定真正的触及到安全系统的如下几个特征7性或定量的的方式区分处理问题。(1)安全复杂系统是在非平衡状态下运动(2)用系统动力学分析研究安全系统时,通发展、进化的。过反复交叉地考察系统的结构与功能,建立起结构2)馁箜系统在不断与外界能流交换过与功能两方面都能较好地反映实际系统的模型。从第16卷第2期中国矿业Vol. 16, No. 22007年2月CHIINA MINING MAGAZINEFebruary 2007系统的微观结构入手进行建模的过程,也就是剖析1)建立基于系统动力学的企业安全政策模系统的结构与功能的对立统一关系的过程。Sυ之拟分析模型。模拟和试验多种政策、分析确定政策的建模不同于过去常用的玏能模拟法,其模型模拟具最优性,或是模拟多种政策下单一政策作用,认识政有结构——功能模拟的突出特点8)。策的有效性,为最后的行动决策提供分析工具。(3)系统动力学认为,安全系统行为的性质2)建立基于系统动力学的安全生产管理优主要地取决于系统內部的结构,即其內部的反馈结化模式。描写企业生产过程中各工艺环节安全保障构与机制。即安全系统行为的发生与发展,主要地措施相互联系的系统动力学模型,通过计算机仿真根植于系统內部。在一定祭件下,外部环境的变实验,研究既定管理模式下,各环节安全措施调节动、外部的干扰会起着重要作用;但归根结底,外的最优策略。因只有通过系统的内因才能起作用。3)建立基于系统动力学的安全决策模型。4)系统动力学认为,安全系统中存在主导运用系统动力学的理论和方法,系统地分析主客观与非主导动态结构。在系统内部的诸反馈回路中,因素,围绕既定目标拟定各种实施预选方案,并从在其发展运动的各阶段,总是存在一个或一个以上若干个有价值的目标方案中,选择和实施一个最佳的主要回路(简称主回路)。这些主回路的性质及的执行方案它们相互间的作用包括竞争与协作,主要地决定了(4)建设基于系统思考的安全管理学习型组系统行为的性质及其变化与发展。主导回路存在于织。系统思考是一种分析综合系统內外反馈信息、系统运动、变化、发展和由旧系统结构过渡到新结非线性特性和时滞影响的整体动态思考方法。学习构的全部过程之中。系统行为的性质与模式,是由型组织是一种高柔性、扁平化、学习型的组织,是主导结构与非主导结构共同作用的结果68种充分发挥人的主观能动性的组织与管理模(5)系统动力学认为,安全系统中存在关键式1。系统思考能帮助决策者与决策群体全面了变量。系统中的关键变量,对系统的结构与行为的解安全系统与生产环境的关系,安全系统整体动态性质、特征的影响比较大,而且总被包含于主回路结构及其主要行为模式,并帮助其制定正确的战之中。同时存在一些灵敏变量与子结构,它们对干略、方针和政策,达到安全目标管理的目的。扰与涨落的反应十分敏感和强烈,一旦系统处于临参考文献界状态,涨落对这些灵敏变量的作用,可能导致新1)孙东川,林福永系统工程引论[M]北京:清华大学出旧结构的更迭。若这类灵敏变量处于主回路中或两版社,2004种极性的回路的联结处,由于灵敏变量(往往是2〕王成红,王飞跃,宋苏,贺建军.复杂系统研究中几个值得关注的问题[J]控制理论与应用,2005,22(4):604非线性的)本身的微小变化,将使主回路转移或改变主回路极性,甚至导致整个系统的结构与行〔3)于景元,周晓纪.系统科学与系统工程的发展[J]复杂为产生巨大的变化,这时事故往往就会发生8。系统与复杂性科学,2004,1(3):4-9(6)系统动力学可以归纳出安全系统的历时(4成思危复杂科学与系统工程[J管理科学学报,19性与系统的进化规律。安全系统的结构、参数与功2(2):1-7〔5〕张景林,王桂吉.安全的自然属性和社会属性[J]中国能、行为是随时间的推移而变化的。在系统运动全安全科学学报,2001,11(5):6-10过程的始末,其主回路与反馈极性都在不断变动,〔6〕杨晓光,马超群.金融系统的复杂性[J]系统工程主回路与非主导回路也相互转化,导致了新旧结构2003,21(5):I-4的更迭,这是一个由量变到质变,由低级系统向高7)彭纳揆,邹素文.论系统的复杂性和复杂系统[J1系统级系统发展、进化的不可逆的过程。〔8〕彭新武.论复杂系统探究方式[J]系统辩证学3展望与设想2003,1l(1):13-18系统动力学是一门新兴的系统科学与管理科学(9动学论六法的新进展[J]系统工程交叉的学科,在处理复杂社会经济系统问题上,将中国煤化工有着良好应用前景。特别是在安全领域,通过引入(10CNMHG分析与模型体系[J]管理系统动力学的研究,将为安全管理注入新活力。以科学学报,1999,2(2):15-19下设想在理论上将是可行的,有待进一步深入研〔I1〕王其藩.”学习型组织”理论——管理科学的新秀[J]科技导报,2000(10):52-55究