ZASTOSOWANIE METODY AHP DO OCENY I …wst/arty/z4.pdf · Choice) lub arkusza kalkulacyjnego...

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42

Politechnika Gdańska Wydział Zarządzania i Ekonomii

Zakład Ergonomii i Eksploatacji Systemów Technicznych

ZASTOSOWANIE METODY AHP DO OCENY I STEROWANIA POZIOMEM BEZPIECZEŃSTWA ZŁOŻONEGO OBIEKTU

TECHNICZNEGO Olgierd Downarowicz, Jan Krause, Marcin Sikorski, Władysław Stachowski

Streszczenie Na publikację składa się opis metody AHP (Analytic Hierarchy Process), opis oprogramowania Expert

Choice, opis metody IMO i opis przykładu przeprowadzenia oceny poziomu bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Metoda AHP służy przede wszystkim wspomaganiu wyboru wariantów decyzyjnych. Stosowana jest w czterech krokach: budowa modelu hierarchicznego czynników wpływających na rozwiązanie problemu, ocena istotności czynników przez porównywanie parami, wyznaczenie globalnych i lokalnych preferencji czynników i preferencji wariantów decyzyjnych, klasyfikacja wariantów decyzyjnych.

W metodzie przyjmuje się skalę ocen preferencji od 1 do 9. Zgodność ocen w porównywaniu parami jest kontrolowana przez współczynnik niespójności. Wynikiem zastosowania metody AHP jest wektor uporządkowania wariantów.

Program Expert Choice jest przeznaczony do wspomagania decyzji przygotowywanych wg metody AHP. Przywołana dla porównania metoda IMO jest oparta na diagramie czynników wpływu (RID – Regulatory Impact Diagram) oraz oszacowaniu wpływu tych różnorodnych czynników (IF – Influence Factor) i znajduje zastosowanie przy ocenie bezpieczeństwa statku. W publikacji pokazano przykładowo definicje czynników wpływu, ich miar i ocen. Problematykę metodyczną uzupełniają podstawowe zasady sterowania ryzykiem. Przykład zastosowania metod AHP i programu Expert Choice odnosi się do obiektu rzeczywistego - wybranej stacji paliw. Ogólny wniosek metodyczny wskazuje na przydatność zastosowanej metody i zastosowanego programu, przy czym pewnej staranności wymaga dobór zespołu ekspertów.

1.Wstęp Prace badawcze nad „metodami i narzędziami analizy ryzyka eksploatacji złożonych obiektów

przemysłowych” doprowadziły do zainteresowania się metodą AHP (Analytic Hierarchy Process) i jej przydatnością do badań nad ryzykiem eksploatacji złożonych obiektów technicznych. Celowi temu poświęcone jest niniejsze opracowanie. Składa się ono z opisu metody AHP, opisu programu Expert Choice, opisu metody IMO (FSA), opisu zastosowanej oryginalnie przygotowanej metody analizy opartej na wykorzystaniu metody AHP w powiązaniu ze strukturą problemu, zaczerpniętą z metody IMO, opisu przykładowej analizy i podsumowania.

2. Opis metody AHP

2.1. Charakterystyka metody AHP Metoda hierarchicznej analizy problemu (AHP – ang. Analytic Hierarchy Process), opracowana przez

Saaty’ego (1990, 1994, 1996), służy przede wszystkim do wspomagania wyboru wariantów decyzyjnych. Wariantami tymi mogą być obiekty fizyczne, np. maszyny, produkty, itp., jak i pewne stany reprezentowane przez warianty projektowe lub realizacyjne, które prowadzą do osiągnięcia określonych stanów (jakości, bezpieczeństwa, ryzyka). Ponieważ ocena wariantów stanowi fazę przeddecyzyjną, za pomocą metody AHP jest także możliwe dokonywanie oceny diagnostycznej lub porównawczej rozważanych obiektów.

Metoda AHP ujmuje podejście wielokryterialne, oparte na kompensacyjnej strategii modelowania preferencji i przy założeniu porównywalności wariantów. Uwzględnienie preferencji oceniającego, decydujących o

1

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 subiektywności ocen, stanowi istotę podejścia wielokryterialnego, traktującego owe preferencje jako zjawisko naturalne dla ocen dokonywanych przez człowieka, w odróżnieniu od pomiarów mających charakter obiektywny.

Metoda AHP uwzględnia specyfikę psychologicznych procesów wartościowania, mających przede wszystkim charakter relacyjny i hierarchiczny. Liczne zastosowania tej metody we wspomaganiu decyzji ekonomicznych, technicznych czy społecznych potwierdzają jej przydatność szczególnie w tych zastosowaniach, gdzie znaczna część kryteriów oceny ma charakter jakościowy, a doświadczenie oceniającego stanowi główne źródło ocen, mających charakter subiektywny.

Modelowanie za pomocą hierarchicznej analizy problemu AHP jest przydatne szczególnie wtedy, gdy nie jest znana zależność funkcyjna między elementami problemu decyzyjnego, opisanego w postaci hierarchii czynników, natomiast jest możliwy do oszacowania efekt występowania danych własności i ich efektu praktycznego. Podczas oceny wariantów następuje psychologiczna synteza domniemanych efektów związanych z rozważanymi wariantami przez odwołującą się do doświadczenia ocenę łącznego ich wpływu na spełnienie celu nadrzędnego, znajdującego się na szczycie hierarchicznej struktury decyzyjnej. Cel nadrzędny zdefiniowany jest jako stan docelowy, o największym stopniu ogólności, wynikający z pomyślnego rozwiązania problemu decyzyjnego, np. uzyskania zadowalającego stanu bezpieczeństwa lub jakości. Jest on wynikiem realizacji celów głównych, przyczyniających się do realizacji celu nadrzędnego. Cele główne składają się z celów cząstkowych (pomocniczych), które w przypadku ocen bezpieczeństwa stanowią specyficzne atrybuty jakościowe rozważanych wariantów, odpowiadające pożądanym własnościom wpływającym na poziom bezpieczeństwa.

Zastosowanie modelu hierarchicznego pozwala ponadto na wykorzystanie kryteriów opisanych jakościowo, związanych z kontekstem sytuacyjnym, stanowiących zdecydowaną większość, w sytuacjach gdy ocena dotyczy poziomu bezpieczeństwa tworzonego nie tylko przez spełnienie wymagań określonych przepisami, ale także przez czynniki sytuacyjne o charakterze społecznym, czy kulturowym.

Ograniczenie obliczeń w metodzie AHP do algebry liniowej i rachunku wektorowego ułatwia implementację komputerową oraz stosowanie metody w praktyce decyzyjnej. Potwierdzają to liczne zastosowania metody do rozwiązywania różnych problemów decyzyjnych [Saaty 1994, 1996].

Metoda AHP wykazuje swoją przydatność szczególnie w sytuacjach, kiedy: • występuje hierarchia kryteriów oceny, reprezentujących różny poziom szczegółowości, związana z hierarchią

celów lub oczekiwanych korzyści; • większość kryteriów oceny wariantów nie ma charakteru ilościowego lecz jakościowy, a ponadto znaczna

część ocen jest obarczonych subiektywnością oceniającego (decydenta); • występuje pełna porównywalność wariantów, a więc np. gdy porównanie i ocena odbywają się na zbiorze

wariantów należących do tej samej klasy. Metoda AHP znajduje zastosowanie w sytuacjach decyzyjnych, z którymi wiąże się różny poziom ryzyka

niepowodzenia [np. Saaty 1994, 1996 oraz Arbel 1990], np. w rozwiązywaniu problemów alokacji zasobów, oceny zatrudnienia i decyzji płacowych, zarządzania jakością, formułowania strategii marketingowych, wycen wartości, wyboru wariantów, predykcji wyników, planowania, wspomagania decyzji zespołowych, analizy korzyści/kosztów, wartościowania rozwiązań konstrukcyjnych, zarządzania produkcją, formułowania i wartościowania zasad strategicznych, wartościowania zmian organizacyjnych, oceny dostawców, analiz kredytowych [Expert Choice 1998].

U źródeł metody AHP leży twierdzenie Saaty’ego (1990), który- powołując się na liczne przykłady- uzasadnia, że osądy człowieka mają zawsze charakter relatywny, zależny od charakterystyki oceniającego, jego aktualnej roli i wyznawanego systemu wartości. W rezultacie spotyka się różne spojrzenia na problem decyzyjny (przedmiot oceny lub wartościowania), przejawiające się w różnych wagach istotności cząstkowych użyteczności poszczególnych wariantów, a więc i kryteriów oceny. Wskazuje to na daleko idącą zgodność metody AHP z podejściem opartym na funkcji użyteczności, gdzie agregacja preferencji odbywa się poprzez addytywną lub multiplikatywną postać funkcji wartości, opisującą subiektywną „wartość” rozważanych wariantów pod kątem funkcji celu.

W metodzie AHP warianty decyzyjne podlegają analizie w ramach oceny porównawczej lub diagnostycznej. Agregacja ocen cząstkowych, zależnie od rodzaju oceny, odbywa się: • w ocenie porównawczej: przez obliczenie wektora uporządkowania zbioru produktów;

2

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 • w ocenie diagnostycznej: przez zastosowanie addytywnej funkcji użyteczności, której wartość stanowi

podstawę określenia „odległości” produktu od umownego wzorca. Analiza problemu decyzyjnego metodą AHP odbywa się w dwu fazach: Opracowanie hierarchicznej reprezentacji problemu. Na najwyższym poziomie hierarchii znajduje się

cel nadrzędny, a na poziomie najniższym- rozważane warianty decyzyjne. Poziomy pośrednie zajmują rozważane czynniki składowe problemu, jak kryteria decyzyjne lub inne czynniki, wpływające na stopień realizacji celu nadrzędnego i wybór najlepszego wariantu (jako kryteria wyboru). Liczba poziomów pośrednich zależy od złożoności problemu i przyjętego przez decydenta/analityka modelu problemu decyzyjnego.

Wygenerowanie ocen z wzajemnego porównania kryteriów wyboru (preferencji globalnych) oraz rozważanych wariantów (preferencji lokalnych). Wymaga to dokonania przez oceniającego (decydenta) serii porównań parami elementów znajdujących się na każdym z poziomów modelu hierarchicznego, związanych z elementem znajdującym się na poziomie wyższym. Istotność każdego kryterium i czynnika w modelu hierarchicznym wyznacza się przez przekształcenie ocen pozyskanych od decydenta z porównań parami.

Metodę AHP realizuje się w czterech następujących krokach:

1. Budowa modelu hierarchicznego. Dekompozycja problemu decyzyjnego i budowa hierarchii czynników (kryteriów) wpływających na rozwiązanie problemu.

2. Ocena przez porównania parami. Zebranie ocen porównania parami kryteriów oraz wariantów decyzyjnych, przez zastosowanie względnej skali dominacji przyjętej w metodzie AHP.

3. Wyznaczenie preferencji globalnych i lokalnych. Określenie wzajemnych priorytetów (istotności) w odniesieniu do kryteriów i wariantów decyzyjnych przez obliczenia za pomocą oprogramowania AHP (Expert Choice) lub arkusza kalkulacyjnego (Excel).

4. Klasyfikacja wariantów decyzyjnych. Wyznaczenie uporządkowania wariantów decyzyjnych z względu na ich udział w realizacji celu nadrzędnego.

2.2. Model hierarchiczny w metodzie AHP Podstawą metody AHP jest modelowanie graficzne hierarchii celów do przedstawienia problemu w postaci

drzewa hierarchicznego, co pozwala łatwo opisać strukturę decyzyjną problemu1, gdzie realizacja celu głównego przez każdy z wariantów wynika ze spełnienia celów pośrednich, wyrażonych przez odpowiadające im kryteria.

W ramach metody AHP decydent dokonuje najpierw dekompozycji problemu decyzyjnego w postaci hierarchicznej struktury decyzyjnej (rys.1): cel nadrzędny (np. Bezpieczeństwo), cele pośrednie (główne czynniki ryzyka, np. Człowiek, Technika, Środowisko), czynniki cząstkowe (np. elektryczność, media wybuchowe, itp.) i następnie warianty decyzyjne (rozwiązania projektowe lub realizacyjne). Zapewniona jest ilościowa i jakościowa porównywalność kryteriów z tego samego poziomu, jak i poprawność logiczna i relacyjna na wszystkich poziomach struktury hierarchicznej.

Występujące w modelu czynniki ryzyka będą stanowiły kryteria oceny wariantów pod względem poziomu bezpieczeństwa. Wariantami decyzyjnymi są projektowe lub realizacyjne rozwiązania, dotyczące obiektu technicznego, które w efekcie zapewniają pożądany poziomu bezpieczeństwa.

Do oceny bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego wystarcza przyjęcie hierarchicznego modelu o podstawowej strukturze, składającej się z najwyżej czterech poziomów: • cel nadrzędny: bezpieczeństwo obiektu jako stan docelowy stanowiący wypadkową osiągania celów

bezpieczeństwa poprzez główne czynniki ryzyka w obiekcie; • czynniki główne: opisują podcele bezpieczeństwa, których realizacja daje wypadkową stopnia realizacji celu

nadrzędnego; wyrażona w pewnej skali istotność każdego z kryteriów głównych opisuje jego rolę i udział w realizacji celu nadrzędnego;

• czynniki cząstkowe: odpowiadają węższym charakterystykom bezpieczeństwa wchodzącym w skład czynników głównych na wyższym poziomie hierarchii; czynniki cząstkowe w szczególnym przypadku mogą przyjąć postać miary: stanowią odzwierciedlenie szczegółowych wymagań, których spełnienie daje efekt w postaci realizacji funkcji celu bezpieczeństwa dla związanej z nimi charakterystyki; w przeciwieństwie do

1 Właściwie chodzi tylko o wydzieloną jego część, istotną dla oceniającego.

3


wyższych poziomów hierarchii dla miar możliwe jest na ogół pozyskanie wartości poprzez bezpośredni pomiar własności ocenianego produktu, czyli są one wyrażane przez wartości parametrów technicznych lub użytkowych albo wartości pozyskanych ocen

• warianty: postulowane lub realne rozwiązania projektowe lub realizacyjne, generujące pewien stopień spełnienia funkcji celów na odpowiednich poziomach modelu hierarchicznego.

Czynnikicząstkowe

Warianty

Główne czynnikiryzyka

Cel nadrzędny

K1 K2 ... Kn

Wariant 1 Wariant 2 Wariant n

Cel pośredni 1 Cel pośredni 2

Bezpieczeństwo

Rys.1. Schemat struktury hierarchicznej zadania w metodzie Saaty’ego. Źródło: opracowanie własne za Saaty’m (1994).

W ocenie rozważanych wariantów struktura hierarchiczna stanowi psychologiczną projekcję użyteczności cząstkowych [Tyszka 1986, Kozielecki 1995, Saaty 1994], generowanych przez spełnienie poszczególnych wymagań, grup wymagań i wyłonionych z nich kryteriów. W percepcji użytkownika (oceniającego, decydenta) każdy z posiadanych przez wariant atrybutów bezpieczeństwa, poprzez stopień spełnienia wymagań pochodzących z charakterystyk składowych (podkryteriów), przyczynia się do realizacji odpowiedniej funkcji celu, zlokalizowanej na określonym szczeblu hierarchii celów.

W modelu hierarchicznym bezpieczeństwo obiektu (jeśli jest zdefiniowane jako cel nadrzędny) jest skutkiem zgodnej w stosunku do oczekiwań realizacji celów cząstkowych opisanych przez zdefiniowane atrybuty bezpieczeństwa i jakości oraz związane z nimi kryteria oceny.

Wynikający zeń system kryteriów oceny bezpieczeństwa ma Zatem strukturę hierarchiczną. Jest to zgodne z hierarchiczno-obiektowym sposobem widzenia przez człowieka zjawisk i relacji w otaczającym świecie, typowych zwłaszcza w sytuacji, gdy związki ocenowe są opisane jakościowo i dotyczą abstrakcyjnych pojęć lub niematerialnych wariantów decyzyjnych.

W zastosowaniach inżynierskich technika modelowania systemu hierarchicznego (znanych np. jako „drzewa jakości”) ma swoją tradycję i jest szeroko stosowana, a kryterium umiejscowienia danej cechy w hierarchii stanowi relacja zawierania się cechy niższego rzędu w cesze rzędu wyższego. Techniki drzewiaste szeroko stosuje się również w inżynierii niezawodności i zastosowaniach technicznych dla wizualizacji abstrakcyjnych konstrukcji, np. drzewa katalogów, czy obiektowych struktur danych.

O przydatności analizy hierarchicznej jako dogodnej techniki modelowania dla syntetycznej oceny bezpieczeństwa obiektu technicznego przesądzają ponadto poprawność reprezentacji, prostota pod względem formalnym i zarazem możliwość integracji z innymi metodami umożliwiającymi analizy ilościowe.

Metoda AHP służy przede wszystkim do porównywania wariantów decyzyjnych, chociaż możliwe jest też dokonywanie ocen o charakterze diagnostycznym. W obu podejściach wartości ocen pozyskuje się od użytkowników i ekspertów znających charakterystyki (np. bezpieczeństwa) ocenianych obiektów metodą wywiadu bezpośredniego lub przez uporządkowanie wariantów metodą AHP, wykorzystując porównanie parami.

W przypadku oceny porównawczej wariantów metodą AHP na najniższym poziomie hierarchii modelu lokalizuje się warianty decyzyjne, reprezentowane przez warianty projektowe lub realizacyjne albo też stany

4

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 obiektu, co przedstawiono na rys.2 dla stanu docelowego „Bezpieczeństwo”. Warianty te są następnie według zasad AHP porównywane parami ze względu na stopień spełnienia kolejnych kryteriów. Umożliwia to ocenę porównawczą produktów na podstawie analizy preferencji decydenta, z wykorzystaniem ocen względnych, umożliwiających utworzenie macierzy preferencji lokalnych z uwagi na każde z kryteriów i wyznaczenie wektora uporządkowania wariantów produktów z uwagi na stopień realizacji funkcji celu.

W wyniku zastosowania metody AHP powstaje macierz ocen względnych dla stanów cech obiektów z uwagi na stopień spełnienia kryteriów adekwatnych do odpowiednich cech bezpieczeństwa w strukturze modelu hierarchicznego.

W wyniku zebrania danych o własnościach wariantów (jako wartości miar pochodzących z ocen i oszacowań) powstaje macierz danych pierwotnych, wyrażonych w różnych jednostkach miary. Aby sprowadzić dane do porównywalności, należy je poddać operacji normowania, w wyniku czego powstaje macierz danych unormowanych.

CEL bezpieczeństwo(stan docelowy)

główne czynniki ryzyka

warianty

K2K1 K3

P1 P2 P3

Rys.2. Przykład struktury decyzyjnej wykorzystywanej w ocenie porównawczej wariantów projektowych lub realizacyjnych

Przez agregację ocen w ramach struktury hierarchicznej modelu bezpieczeństwa powstaje macierz danych zagregowanych, która jest podstawą utworzenia zredukowanej macierzy ocen, podającej oceny końcowe wyznaczone dla kryteriów głównych, dla czynników głównych i dla ocenianych wariantów.

Tabela 1. Dozwolone poziomy ocen dominacji w metodzie AHP Saaty’ego. Źródło: za Saaty’m (1990, 1994, 1996)

Wskaźnik istotności

Określenie Objaśnienie

1 Jednakowa istotność Oba czynniki w jednakowym stopniu przyczyniają się do osiągnięcia celu

3 Niewielka przewaga Osąd i doświadczenie nieznacznie przedkładają jeden czynnik nad drugi 5 Silna przewaga Osąd i doświadczenie silnie przedkładają jeden czynnik nad drugi 7 Bardzo silna przewaga Jeden czynnik jest bardzo silnie przedkładany nad drugi i praktyka

potwierdza tę przewagę 9 Absolutna przewaga Przewaga jednego czynnika nad drugim jest absolutna i potwierdzona w

najwyższym stopniu 2, 4, 6, 8 Wartości pośrednie Stosuje się tylko w razie konieczności.

2.3.Pozyskanie ocen dominacji przez porównywanie parami Po opracowaniu hierarchicznego modelu problemu w metodzie AHP poprzez porównanie parami określa

się relatywną istotność kryteriów (czynników) jako stopień ich wzajemnej dominacji. Zakres dozwolonych wartości dominacji2 wynosi od 1 do 9 i podany jest w tab.1.

2 Przyjęcie 9-stopniowej skali opartej na liczbach naturalnych Saaty [1990] uzasadnia przyczynami i zjawiskami psychologicznymi, m. in. interpretacją twierdzenia Webera-Fechnera o stałej zależności między zmianami bodźca a zmianami jego efektu oraz twierdzeniem, że

5


Wskaźnik względnej istotności czynnika-kryterium Ki nad Kj wyrażony jest liczbą aij taką, że

)1(...,,2,1, njieea

j

iij ==

gdzie: ei - ranga bezwzględna kryterium Ki ej - ranga bezwzględna kryterium Kj przy czym aij ∈{1, 2, 3,..., 9}.

Współczynniki aij stopnia wzajemnej dominacji czynników ei zostają pogrupowane w macierzy kwadratowej A przy czym aij= 1/aji dla i,j = 1, 2,.., n, co pokazano na przykładzie w tab.2.

Tabela 2.

Przykład macierzy porównań parami w metodzie AHP. Kryteri

um K1 K2 K3 K4 wi

K1 1 3 1/5 3 w1 K2 1/3 1 1/9 1 w2 K3 5 9 1 1/7 w3 K4 1/3 1 7 1 w4

Ze względu na to, że i-ty wiersz macierzy porównań jest odwrotnością i-tej kolumny (i =1, 2,..., n),

zachodzi równość:

)2(nwAw = gdzie: w – wektor kolumnowy o składowych w1, w2,..., wn.

Składowe wektora własnego w, pokazane w prawej kolumnie macierzy porównań w tab.2., reprezentują wagi-priorytety poszczególnych elementów struktury hierarchicznej, jako oszacowane i odczuwane ich udziały realizacji celu nadrzędnego, a więc wyrażają one preferencje przyznane tym elementom przez oceniającego.

Mając macierz porównań „A” i macierz jednostkową „I” można obliczyć nieznany wektor „w” przez rozwiązanie układu równań

)3(0)( =− wnIA stosując schemat Hornera albo metodę iteracyjną, zaproponowaną przez Saaty’ego (1996).

Układ ten ma niezerowe rozwiązanie tylko wtedy, gdy n jest wartością własną macierzy A. Ze względu na specyficzną budowę macierzy A (wzajemną odwrotność elementów przeciwległych względem przekątnej) jest to jedyna różna od zera wartość własna. Zadanie zatem można sprowadzić do rozwiązania układu

)4(maxwAw λ= gdzie: λmax - maksymalna wartość własna macierzy porównań rzędu n,

człowiek jest w stanie porównać ze sobą jednocześnie najwyżej 7±2 obiekty; z tego powodu skala 5-stopniowa podana w tab. 1. zapewnia najlepszą gradację ocen, a stopnie pośrednie powinny być stosowane tylko w razie konieczności.

6

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 2.4. Wektor uporządkowania wariantów

Otrzymany wektor uporządkowania wariantów ma postać przedstawioną w tab.3: Tabela 3

Ogólna postać wektora uporządkowania wariantów decyzyjnych.

Wariant wwariant A 0,147wariant B 0,388wariant C 0,134wariant D 0,100wariant E 0,231

Σ= 1,000

Składowe wektora własnego w macierzy A reprezentują wagi-priorytety wi kolejnych elementów na

każdym z poziomów w hierarchii. Pozyskane od oceniających (decydentów) dane o preferencjach globalnych normuje się3, aby wyznaczyć wagi dla kryteriów (czynników) jako ich relatywny udział w realizacji celu głównego, będącego kryterium syntetycznym.

W metodzie Saaty’ego warunkiem koniecznym jest uzyskanie wymaganej zgodności ocen, wyrażanej tzw. współczynnikiem niespójności CI macierzy porównań, którego wartość nie powinna przekraczać 0,1. Współczynnik niespójności ocen określa zachowanie relacji przechodniości dominacji obiektów i - w pośredni sposób - wiarygodność ocen pozyskanych od ekspertów (oceniających, decydentów).

Współczynnik CI jest obliczany jako:

)5(1

max

−−

=n

nCI λ

W przypadku pełnej zgodności ocen dominacji λmax=n oraz CI=0. Współczynnik CI obliczany jest w odniesieniu do losowego wskaźnika RI, który jest wartością średnią CI dla dużej liczby losowo wygenerowanych macierzy porównań; wartości RI w postaci stabelaryzowanej podaje Saaty (1990, 1994)4.

Agregacja ocen w metodzie AHP odbywa się według addytywnej funkcji użyteczności, syntetyzującej udziały wagowe kryteriów oraz wartości stopnia spełnienia ułamkowej funkcji celu przez każde z kryteriów. Oceny stopnia spełnienia każdego z kryteriów dla rozważanych wariantów pozyskuje się wyłącznie opisaną wyżej metodą porównań parami. Porównanie parami wariantów prowadzi do względnego wartościowania przynależnych czynnikom udziałów ze względu na realizację celu głównego.

2.5. Główne ograniczenia metody AHP Zasadniczymi ograniczeniami metody AHP są:

• ograniczona z praktycznych względów do kilku liczba porównywalnych elementów na tym samym poziomie hierarchii,

• założenie pełnej porównywalności elementów (czynników i wariantów) występujących w modelu hierarchicznym,

• wymaganie spójności macierzy ocen, • utrudnione uwzględnienie zależności pomiędzy cząstkowymi funkcjami celu, 3 Składowe wektora można poddać unormowaniu jedną z czterech metod proponowanych przez Saaty’ego (1994), z których najlepszą jest normowanie względem sumy iloczynów elementów liczonej wierszami, gdyż daje ona najmniejszą wrażliwość wyniku na niespójność macierzy ocen. 4 Wartości indeksu losowego RI:

n 2 3 4 5 6 7 8 RI 0 0,58 0,90 1,12 1,24 1,32 1,41

7

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 • duże uproszczenia w modelowaniu rzeczywistej sytuacji, dające jednak korzyści praktyczne w postaci

uproszczonego postępowania podczas wspomagania decyzji, • zalecenie (nie bezwzględna konieczność) współpracy zewnętrznego analityka-konsultanta, który powinien być

także „organizatorem” procesu decyzyjnego, • potrzeba przeszkolenia osób mających stosować metodę AHP w zakresie podstaw i praktycznych aspektów jej

wykorzystania.

2.6. Algorytm oceny Główne kroki w analizie bezpieczeństwa to (rys.3):

• określenie celu analizy, • określenie zbioru dopuszczalnych i porównywalnych wariantów (rozwiązań, decyzji, działań) podlegających

ocenie i ich cech, • określenie zbioru kryteriów oceny tych wariantów, • określenie reguł decyzyjnych postępowania z wariantami, • wyznaczenie preferencji kryteriów, • wyznaczenie preferencji wariantów ze względu na dane kryterium, • wyznaczenie wartości wielkości charakteryzującej dany wariant, • wyznaczenie wartości wskaźnika charakteryzującego spójność ocen preferencji, a jeśli wymaganej spójności nie uzyskano • skorygowanie ocen (zrewaloryzowanie) preferencji.

3. Opis programu Expert Choice

3.1. Przeznaczenie programu Expert Choice Program Expert Choice przeznaczony jest do wspomagania decyzji z pomocą metody AHP przez

wyznaczenie uporządkowania wariantów decyzyjnych w ramach opracowanego modelu hierarchicznego i z uwzględnieniem preferencji decydenta. Program realizuje poniższe operacje: • budowa hierarchicznej struktury problemu decyzyjnego, • budowa macierzy ocen i analiza niespójności ocen, • określenie preferencji globalnych, • określenie preferencji lokalnych, • analiza wrażliwości, • prezentacja graficzna uzyskanych wyników.

Na rysunku 3 podano przykład ilustrujący kolejne kroki pracy z programem.

3.2. Opis problemu decyzyjnego Problem decyzyjny polega na uporządkowaniu trzech rozwiązań projektowych, stanowiących warianty

decyzyjne (oznaczone jako System A, System B i System C) ze względu na ich poziom bezpieczeństwa, z ukierunkowaniem na dokonanie uzasadnionego wyboru najlepszego z trzech rozważanych rozwiązań.

8


Procedura określenia wektorapreferencji lokalnych dla kryteriów Ki :

- wybór kryterium Ki - zebranie ocen dominacji aij dla wariantów Bf względem kryterium Ki - wyznaczenie wektora preferencji globalnych WKi - obliczenie wskaźnika spójności ocen CI

Procedura określenia wektora preferencji globalnych dla kryteriów Ki : - budowa macierzy n×n dla ocen dominacji dla kryteriów Ki - zebranie ocen dominacji aij dla kryteriów Ki - wyznaczenie wektora preferencji globalnych WKi - obliczenie wskaźnika spójności ocen CI

i = i + 1

Decyzja

Określenie zbioru kryteriów Ki, KijBudowa modelu hierarchicznego wg AHP

Procedura agregacji ocen cząstkowych z wektorów WKi - macierz MKi

Obliczenie wektora uporządkowania wariantów

Analiza, interpretacja, prezentacja wyników ocenyZastosowanie reguły decyzyjnej R

Określenie reguł decyzyjnych R postępowania z wariantami Bf

Określenie danych wejściowychOkreślenie zbioru wariantów B={Bf}Analiza i opis kontekstu sytuacyjnego

i = n ?NIE

TAK

i = 1

CI ≤ 0,1 ? NIE

TAK

CI ≤ 0,1 ?NIE TAK

Rys.3. Ocena porównawcza: schemat blokowy algorytmu oceny poziomu bezpieczeństwa obiektu technicznego z

wykorzystaniem metody AHP.

9


Problem decyzyjny przedstawia wstępnie w postaci modelu hierarchicznego zilustrowanego na rys.4.

czynnikitechniczne ludzkie

czynniki czynnikiekonomiczne organizacyjne

czynnikiotoczeniaczynniki

Bezpieczeństwo

Wys

okość,

skut

eczn

ość

Zab

ezpi

ecze

nie

prze

d Z

abez

piec

zeni

e pr

zed.

K

wal

ifika

cje

Obc

iąże

nie

fizyc

zne

Obc

iąże

nie

psyc

hicz

ne

Nakła

dy n

a

Ori

enta

cja

na z

yski

Z

abez

piec

zeni

e

Proc

edur

y K

ontr

olin

g i n

adzó

r ad

min

istr

acyj

ny

Proc

esy

Zag

ospo

daro

wan

ie

Środ

owis

ko p

racy

C

zynn

iki t

oksy

czne

System A System B System C

Rys.4. Przykład modelu hierarchicznego dla problemu wyboru systemu o najlepszych charakterystykach bezpieczeństwa

3.3. Budowa struktury hierarchicznej problemu decyzyjnego

3.3.1.Model W programie Expert Choice model z rys.4 jest zaimplementowany w nieco innej postaci, przystosowanej

do interakcyjnej analizy z użytkownikiem. Powiązań między elementami hierarchii nie są oznacza się liniami, lecz oznacza symbolicznie i poprzez ich ułożenie w tabeli przedstawiającej rozważaną hierarchię (rys. 5).

Rys.5. Model hierarchiczny dla problemu wyboru systemu o najlepszych charakterystykach bezpieczeństwa (z programu Expert Choice)

10

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 3.3.2. Budowa macierzy ocen i analiza niespójności ocen

Następnym krokiem jest określenie istotności czynników głównych przez porównanie parami z zastosowaniem dozwolonej skali ocen (rys.6).

Rys.6. Macierz porównania parami dla problemu wyboru systemu o najlepszych charakterystykach bezpieczeństwa (z programu Expert Choice)

3.3.3. Określenie preferencji globalnych Po zakończeniu wprowadzania ocen program umożliwia obliczenie wektora opisującego preferowaną przez

decydenta istotność kolejnych czynników (rys.7), podając przy tym otrzymaną wartość współczynnika niespójności ocen CI.

3.3.4. Określenie preferencji lokalnych Następnie użytkownik na podstawie program śledzi serię analogicznych porównań parami kolejnych

wariantów (System A, System B i System C) ze względu na kolejne kryteria cząstkowe. Na podstawie zebranych ocen tworzy się wektor uporządkowania rozważanych wariantów decyzyjnych. W przykładzie zdecydowanie najlepszy pod względem bezpieczeństwa jest System B, następnie System A. Prawidłowa interpretacja wyników analizy wymaga ustalenia na początku oceny progów klasyfikacyjnych, opisujących warunki akceptacji rozważanych wariantów.

3.3.5. Analiza wrażliwości Program Expert Choice umożliwia także analizę wrażliwości rozwiązania problemu decyzyjnego na zmianę

preferencji globalnych decydenta oraz określenie brzegowych warunków akceptowalności dostępnych wariantów decyzyjnych. Analiza ta odbywa się w sposób interakcyjny poprzez operacje na wykresach.

4. Ocena poziomu bezpieczeństwa metodą IMO

4.1.Geneza metody Metodę IMO5, z założenia opracowana dla rozwiązywania problemów generalnych, dostosowano do

sytuacji w żegludze światowej. Opiera się ona na diagramie czynników wpływu (RID – Regulatory Impact

5 Według A.Brandowskiego: Metodyka formalnej oceny bezpieczeństwa statku (FSA). „Budownictwo Okrętowe i Gospdarka Morska”, grudzień 1998 (cz.I), s.26-29, styczeń 1999 (cz.II), s. 24-28. FSA – Formal Safety Assessment.

11

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 Diagram) oraz oszacowaniu wpływu tych różnorodnych czynników (IF – Influence Factor) na bezpieczeństwo statku. Przewiduje się wyróżnianie pięciu poziomów w strukturze diagramu, poczynając od polityki bezpieczeństwa w żegludze, poprzez poziom regulacji prawnej państw, poziom organizacyjny, poziom bezpośredni, a kończąc na poziomie zawodności. Na tym poziomie wskazuje się te obiekty, które stanowią źródło zagrożenia i jednocześnie ogólne obszary analizy obrazujące czynniki wpływu na bezpieczeństwo, np. wskazuje się człowieka i urządzenie, choć można by wskazywać: człowieka, technikę, organizację, ekonomię, otoczenie. Pozostałe obszary analizy są przypuszczalnie uwzględniane na kolejnych pośrednich poziomach analizy wpływu.

4.2. Model hierarchiczny według IMO Model hierarchiczny według IMO buduje się dla każdego wyspecyfikowanego rodzaju zagrożenia (np.

pożaru, wybuchu, porażenia prądem, rozszczelnienia, rozlewu, powodzi, zapylenia, promieniowania, skażenia chemicznego, skażenia biologicznego, dźwięku, zniszczenia, zatopienia) z uwzględnieniem specyfiki przedmiotu badań i kontekstu sytuacyjnego.

Analizie każdego z zagrożeń towarzyszy oszacowanie wielkości szkody. Podstawą metody jest diagram wpływu (rys.7). Najwyższy poziom wskazuje na „działanie” jako źródło określonego zagrożenia, niższy poziom na obszary tego zagrożenia. Kolejny poziom stanowią grupy czynników oddziaływujących na obszary zagrożenia (można je uznać za kryteria oceny). Najniższy poziom to zidentyfikowane poszczególne czynniki w relacji z wymienionymi już grupami. W celu uzyskania liczbowej miary zagrożenia waloryzuje się najpierw znaczenie poszczególnych czynników każdego poziomu, posługując się metodą porównywania parami. Czynniki najniższego poziomu uzyskują po jednej wartości. Czynniki wyższego poziomu uzyskują dwie wartości: znaną już z porównywania parami i wartość obliczoną odpowiednio do wpływu czynników niższego poziomu, zgodnie z diagramem. Obie wartości składają się na średnią arytmetyczną, charakteryzującą czynnik wyższego poziomu. W końcu zostaje wyznacza się wartość indeksu wpływu. Indeks wpływu jest argumentem funkcji ryzyka.

log R = f(I)

I ∈ [0;1] log R ∈ [0;3]

4.3.Sterowanie ryzykiem Wielkość ryzyka, R, jako wartość oczekiwana szkody, podlega ocenie. Ocena negatywna wywołuje

potrzebę dokonania poznawczej analizy ryzyka w celu zaprojektowania na tej podstawie rozwiązań mogących poprawić tę ocenę i uznać nowo wyznaczone ryzyko za akceptowalne. Analiza ryzyka dotyczy zarówno prawdopodobieństwa wystąpienia zdarzenia niepożądanego, jak i wartości szkody, będącej konsekwencją tego zdarzenia. W rachunku mającym uzasadnić projektowane zmiany rozróżnia się szkody ponoszone i przenoszone na innych uczestników zdarzenia.

Sterowanie ryzykiem w eksploatacji, czy zarządzanie ryzykiem opiera się na klasycznym modelu sterowania, zawierającym: • obiekt sterowany (złożony obiekt techniczny), • obiekt sterujący (organ zarządzający), • wielkości wyjściowe (bezpieczeństwo) z receptorami (ludzie i urządzenia kontrolno-pomiarowe śledzący

symptomy stanu złożonego obiektu technicznego i otoczenia), • wielkości zadane (normatywny poziom bezpieczeństwa, zasady eksploatacji), wielkości wejściowe (sterowalne czynniki bezpieczeństwa) z efektorami (ludzie i urządzenia techniczne oddziałujący na intensywność wpływu czynników zagrożenia) i sygnałami sterującymi (polecenia, nastawy), • zakłócenia (nieprzewidziane funkcjonowanie złożonego obiektu technicznego lub nieprzewidziany błąd

człowieka). Sterowanie ryzykiem w projektowaniu opiera się również na klasycznym modelu sterowania,

zawierającym: • obiekt sterowany (projekt złożonego obiektu technicznego), • obiekt sterujący (projektant),

12

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 • wielkości wyjściowe (prognoza bezpieczeństwa) z receptorami (projektant kształtujący i identyfikujący

projektowany obiekt), • wielkości zadane (normatywny poziom bezpieczeństwa, zasady eksploatacji), • wielkości wejściowe z efektorami (projektant kształtujący i identyfikujący projektowany obiekt), • zakłócenia (nieprzewidziany błąd projektanta).

4.4.Wartości wpływu czynników Dokonywanie oszacowań wartości wpływu danego czynnika diagramu następuje według określonej skali

ocen. Jest to skala trójelementowa o następujących znaczeniach i wartościach: Stan negatywny „0 pkt.” Stan obojętny „5 pkt.” Stan pozytywny „10 pkt.” Kwalifikowanie tych stanów dokonywane jest na podstawie założeń co do ich znaczenia. Przykład takich

założeń przedstawiono w tabeli 4. Jest to wynik inspiracji pochodzących z analizy modelu IMO6, z zastosowaniem dopracowanych opisów czynników, ich nazw i zupełnie innym podejściem do wartości stanu „obojętnego”/ „tolerowalnego”. Takie podejście zostało wykorzystane w dalszej części opracowania.

6 Brandowski A.: Metodyka zarządzania bezpieczeństwem złożonego obiektu technicznego na przykładzie „Formal Safety Assessment” (IMO) – praca niepublikowana, październik 1998.

13


DziałanieCzłowiek Technika

Dostępnośćinformacji

i poradKwalifikacje Komuniko-walność Dyscyplina Gotowość

Środkipracy

wewnętrzneŚrodkipracy

zewnętrzneUżytkowanie Procesy Urządzenia

Rek

ruta

cja

(C)

Szko

leni

a (C

)

Zdro

wie

(C)

Mot

ywac

je (C

)

Zape

wni

enie

info

rmac

ji(C

)

Kul

tura

org

aniz

acyj

na(C

)

Kon

trolin

g (C

) (T)

Proc

edur

y (C

) (T)

Zaku

py (C

) (T)

Obsłu

giw

anie

(T)

Cec

hy u

rząd

zeni

a (T

)

Stan

tech

nicz

ny (T

)

Mat

eriały

(T)

Dos

tępn

ość

zaso

bów

(T)

Klie

nt (T

)

Rys. 7. Przykład diagramu czynników wpływu na bezpieczeństwo działania (C)-człowiek, (T)-technika

14


Tabela 4. Przykładowe definicje czynników wpływu, ich miary i oceny

DEFINICJE CZYNNIKÓW DIAGRAMU WPŁYWU, ICH MIARY I OCENY7 (obiekt:............................................................, zagrożenie.......................................................)

CZŁOWIEK 1. POZIOM BEZPOŚREDNI

1.1. Kwalifikacje (zdolność do wykonywania zadań) Lp. Opis Nazwa Nota 1 Personel nie potrafi wykonywać zadań bez bezpośredniego instruktażu i

nadzoru. nowicjusz 1-4

2 Personel potrafi wydajnie wykonywać rutynowe zadania, lecz wymaga to pomocy w przypadku zadań skomplikowanych lub nowych.

średnio wykwalifikowany

6-7

3 Personel potrafi wydajnie wykonywać skomplikowane zadania i skutecznie rozwiązywać problemy w sytuacjach wynikających z nowych zadań.

specjalista 8-10

1.2. Fizyczne środowisko pracy – wewnętrzne (przestrzeń, hałas i wibracja, mikroklimat, ruch, oświetlenie,

zapylenie, gazy, czynniki chemiczne organiczne i nieorganiczne, promieniowanie i in.) Lp. Opis Nazwa Nota 1 Brak wyników pomiarów lub szkodliwy poziom czynników

środowiskowych. niewłaściwe 0-4

2 Okazjonalnie i przelotnie jeden z czynników środowiskowych osiąga poziom ekstremalny8.

tolerowalne 6-7

3 Wszystkie czynniki środowiskowe osiągają poziomy optymalne, rzadko i z małymi odchyleniami od tych poziomów.

korzystne 8-10

1.3. Fizyczne środowisko pracy – zewnętrzne (pora dnia, wiatr, widzialność, temperatura, opady

atmosferyczne, stan drogi i rzeźba terenu, zabudowanie terenu, intensywność ruchu, stan morza, stan pyłów, bliskość lądu,...)

Lp. Opis Nazwa Nota 1 Noc, szczególnie niekorzystne warunki hydrometeorologiczne, ruch

intensywny i na ograniczonych akwenach/drogach w złym stanie. Niedogodne 1-4

2 Brzask, mrok; warunki hydrometeorologiczne umiarkowane, mały ruch, akweny przybrzeżne/drogi w przeciętnym stanie.

Przeciętne 6-7

3 Dzień, szczególnie korzystne warunki hydrometeorologiczne, bez ruchu statków/pojazdów, otwarte morze/droga w doskonałym stanie bez ograniczeń i utrudnień terenowych i w zabudowie.

Dogodne 8-10

1.4. Gotowość (stan gotowości do działania)

Lp Opis Nazwa Nota 1 Personel bezczynny, ospały, odurzony. Niegotowość 1-4 2 Personel szarżuje lub kaprysi skutkiem niepokoju i strachu. Pobudzenie 6-7 3 Personel czujny i w pełnej gotowości. gotowość 8-10

7 Przyjęto założenie generalne: złożony obiekt techniczny poddaje się analizie dopiero po stwierdzeniu, że spełnia on wszystkie wymagania unormowań prawnych.

158 Ekstremalny tzn. bliski poziomowi dopuszczalnemu.


1.5. Dostępność informacji i porad, w tym informacji o zagrożeniach (zakres dostępności do właściwej, aktualnej i wiarygodnej informacji)

Lp Opis Nazwa Nota 1 Informacja zbyt rzadka lub zbyt częsta, nieosiągalna, niewiarygodna lub

trudna do zinterpretowania. mała 1-4

2 Informacja osiągalna i wiarygodna, lecz zbyt rzadka lub zbyt częsta. umiarkowana 6-7 3 Informacja dostępna, zrozumiała, wiarygodna i na czas. duża 8-10

1.6. Komunikowalność (częstość, jednoznaczność, celowość komunikowania się, i na czas)

Lp Opis Nazwa Nota 1 Komunikowanie się mało skuteczne, niejednoznaczne, zbyt częste lub

zbyt rzadkie. niewłaściwa 1-4

2 Komunikowanie się na ogół jednoznaczne i na czas, lecz sporadycznie zakłócane.

tolerowalna 6-7

3 Komunikowanie się na ogół skuteczne, jednoznaczne i na czas. właściwa 8-10

1.7. Dyscyplina (zakres przestrzegania przez personel procedur, prawideł, zasad i in. wymagań) Lp Opis Nazwa Nota 1 Procedury, prawidła i zasady często łamane lub nie stosowane. nieprzestrzegana 1-4 2 Procedury, prawidła i zasady utrzymywane bez rozpatrywania ich

kontekstowych właściwości. ślepo

przestrzegana 6-7

3 Procedury, prawidła i zasady przestrzegane z uwzględnieniem ich kontekstu.

świadomie przestrzegana

8-10

1.8. Dobór personelu ze względu na zdrowie

Lp Opis Nazwa Nota 1 Brak wymaganych badań lekarskich i psychologicznych. niewłaściwy 1-4 2 Stan zdrowia poświadczony wynikami wymaganych badań lekarskich i

psychologicznych, ze stwierdzonymi ograniczeniami. tolerowalny 6-7

3 Stan zdrowia poświadczony wynikami wymaganych badań lekarskich i psychologicznych, bez ograniczeń.

właściwy 8-10

TECHNIKA 1. POZIOM BEZPOŚREDNI

1.1. Fizyczne środowisko pracy – wewnętrzne (przestrzeń, hałas i wibracja, mikroklimat, ruch, oświetlenie, zapylenie, gazy, czynniki chemiczne organiczne i nieorganiczne, promieniowanie i inne)

Lp Opis Nazwa Nota 1 Brak wyników pomiarów lub szkodliwy poziom czynników

środowiskowych. niewłaściwe 1-4

2 Okazjonalnie i przelotnie jeden z czynników środowiskowych osiąga poziom ekstremalny.

tolerowalne 6-7

3 Wszystkie czynniki środowiskowe osiągają poziomy optymalne, rzadko i z małymi odchyleniami od tych poziomów.

korzystne 8-10

1.2. Fizyczne środowisko pracy – zewnętrzne (pora dnia, wiatr, widzialność, temperatura, opady

atmosferyczne, stan drogi i rzeźba terenu, zabudowanie terenu, intensywność ruchu, stan morza, stan pływów, bliskość lądu,...)

16

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 Lp Opis Nazwa Nota 1 Noc, szczególnie niekorzystne warunki hydrometeorologiczne, ruch

intensywny i na ograniczonych akwenach/drogach w złym stan. niedogodne 1-4

2 Brzask, mrok; warunki hydrometeorologiczne umiarkowane, mały ruch, akweny przybrzeżne/drogi w przeciętnym stanie.

przeciętne 6-7

3 Dzień, szczególnie korzystne warunki hydrometeorologiczne, bez ruchu statków/pojazdów, otwarte morze/droga w doskonałym stanie bez ograniczeń i utrudnień terenowych i w zabudowie.

Dogodne 8-10

1.3. Gotowość (stan gotowości do działania)

Lp Opis Nazwa Nota 1 Urządzenie niezdatne, zdatne zużyte lub zdatne niepodłączone. niegotowość 1-4 2 Urządzenie zdatne w stanie bliskim wyczerpania resursu, uszkodzenia lub

zużycia. niepewność gotowości

6-7

3 Urządzenie we właściwym stanie i gotowe do użytkowania. przygotowanie 8-10

1.4. Użytkowanie (posługiwanie się urządzeniem przez operatora) Lp Opis Nazwa Nota

1 Użytkowanie zorientowane wyłącznie na produkt, często niezgodne z instrukcją eksploatacji, bez dbałości i odpowiedzialności za stan techniczny urządzenia, jego wykorzystanie, zużycie energii i bezpieczeństwo własne i otoczenia; częste i dolegliwe awarie urządzenia; brak jakiegokolwiek współdziałania z wykonawcami obsług; użytkowanie w brudzie i nieporządku; nieokreślona odpowiedzialność za użytkowanie.

niewłaściwe 1-4

2 Użytkowanie zorientowane na produkt, sporadyczne przeciążanie urządzenia, z wymuszoną dbałością o stan techniczny urządzenia, jego wykorzystanie, zużycie energii i bezpieczeństwo własne i otoczenia; sporadyczne awarie urządzenia; współdziałanie z wykonawcami obsług; wymuszane działania porządkowe; odpowiedzialność za użytkowanie określona, ale rozmyta.

tolerowalne 6-7

3 Użytkowanie, zgodne z instrukcją eksploatacji, choć zorientowane na produkt, to jednak ze świadomą dbałością i odpowiedzialnością za stan techniczny urządzenia, jego wykorzystanie, zużycie energii i bezpieczeństwo własne i otoczenia; wyjątkowo rzadkie awarie urządzenia; pełne współdziałanie z wykonawcami obsług; użytkowanie w czystości i porządku jako wynikające z wewnętrznych potrzeb operatora; odpowiedzialność za użytkowanie określone jednoznacznie

Właściwe 8-10

1.5. Proces (przebieg zdarzeń w czasie i przestrzeni).

Lp.

Opis Nazwa Nota

1 Proces trudno kontrolowalny, trudno powracający do równowagi, zagrażający niebezpiecznym dla personelu i otoczenia uwolnieniem energii i substancji.

Niewłaściwy 1-4

2 Proces kontrolowany, ale w warunkach ekstremalnych sterowany przez operatora; w szczególnie niesprzyjających warunkach zagrażający niebezpiecznym dla personelu i otoczenia uwolnieniem energii i substancji.

Tolerowalny 6-7

3 Proces zdokumentowany i w pełni kontrolowany, samopowracający do równowagi, nie zagrażający uwolnieniem energii i substancji.

Właściwy 8-10

17


1.6. Urządzenie (zakres w jakim urządzenie spełnia wymagania ze względu na rodzaj zdarzenia niebezpiecznego: np. pożar, wybuch, rozszczelnienie, zniszczenie, zatopienie, porażenie prądem elektrycznym, porwanie przez ruchome części).

Lp Opis Nazwa Nota 1 Nieprzekonujące rozwiązania konstrukcyjne mające zmniejszać

zagrożenia i chronić przed skutkami zdarzeń niebezpiecznych, zdekompletowany sprzęt ochrony osobistej i sprzęt ratunkowy, system ratownictwa w organizacji, utrudniony dostęp do urządzenia, brak certyfikatów bezpieczeństwa urządzenia; urządzenie niedopuszczone przez instytucję kontrolną do użytkowania

Niewłaściwe 1-4

2 Rozwiązania konstrukcyjne zmniejszające tylko wybrane możliwe zagrożenia i chroniące przed skutkami tylko wybranych możliwych zdarzeń niebezpiecznych, sprzęt ochrony osobistej – stosowany, sprzęt ratunkowy – w gotowości, system ratownictwa – zorganizowany, utrudniony dostęp do urządzenia; mniej znaczące pewne niezgodności z przepisami

Tolerowalne 6-7

3 Rozwiązania konstrukcyjne zmniejszające zagrożenie i chroniące przed skutkami zdarzenia niebezpiecznego, sprzęt ochrony osobistej – stosowany, sprzęt ratunkowy – w gotowości, system ratownictwa – zorganizowany i praktycznie przećwiczony, swobodny dostęp do urządzenia; certyfikaty bezpieczeństwa urządzenia lub deklaracje zgodności z normami wprowadzonymi do obowiązkowego stosowania – aktualne; dopuszczenia do użytkowania wydawane przez instytucje kontrolne – aktualne.

Właściwe 8-10

5.1. Przykładowe analizy. Założenia Założenie generalne: przedmiot analizy spełnia wszystkie obligatoryjne projektowe, wytwórcze i

eksploatacyjne wymagania bezpieczeństwa, a ponadto: przedmiot analizy: wybrany złożony obiekt techniczny - Stacja Paliw. przyjęcie „zagrożenia” w rozumieniu ogólnym. zastosowanie metody AHP i oprogramowania Expert Choice. zastosowanie oddzielnych diagramów wpływu – dla „Człowieka” i dla „Techniki”. zastosowanie zasady określania ocen cząstkowych według tabeli 5. zastosowanie zasady określania oceny syntetycznej z oddzielnych diagramów według rys.8

Opis stanów a skala ocen Tabela 5. Stan spełnienia wymagań Nota Ocena słowna Ocena liczbowa Klasa Wzorzec

1,0 pełne 10 wzorcowa 1,0 0 ideał 9 właściwa A 8

0,8-0,9 A

zalecany

7 tolerowalna B ≥0,6 prawie pełne 6

0,6-0,8 B

minimum

59 C ≤0,4 częściowo 4 C

3 niewłaściwa C 2 C 1 C

0 nic 0

0,1-0,4

0 Negatyw

S y

t u a

c j

a

189 Nota „5” jest niedozwolona.

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 szczególne rozwiązanie problemu doboru wariantów decyzyjnych, polegające na przyjęciu czterech wariantów:

1. wariant zerowy, 2. wariant minimalny czyli dopuszczalny, 3. wariant rzeczywisty (przedmiot oceny), 4. wariant maksymalny czyli idealny,

co w konsekwencji ma umożliwić określenie miejsca analizowanego rzeczywistego obiektu względem wymagań minimalnych i rozwiązania idealnego.

Celem rozdzielenia diagramów wpływu „Człowiek” i „Technika” jest: • ułatwienie pozyskiwania i przygotowania ocen, • uzyskanie wyraźniejszej struktury problemu, • uzyskanie lepiej uzasadnionej syntezy ocen.

Sta

n właśc

iwy

z z

astr

zeże

niem

Stantolero-wany

Stan właściwyz zastrzeżeniem

Stanwłaściwy

Stan niewłaściwy

Rys.8. Określanie syntetycznej oceny

„Zastrzeżenie” w stanach niewłaściwych wskazuje na ewentualną zasadność ponownego podejścia do oceny, weryfikacji tego podejścia bądź dopuszczenia obiektu do eksploatacji na szczególnych warunkach – z ograniczeniami.

5.2. Przykładowe analizy. Charakterystyka obiektu rzeczywistego Jako obiekt przykładowy dla przeprowadzenia analiz bezpieczeństwa z wykorzystaniem metody AHP

wybrano Stację Paliw Nr 76, zlokalizowaną w Gdańsku-Wrzeszczu, ul. Grunwaldzka 251. Właścicielem Stacji jest CPN S.A. (aktualnie w reorganizacji). Stację zbudowano w 1981 roku, przy czym w 1991 roku gruntownie przebudowano według obowiązujących warunków technicznych.

Stacja jest bardzo dobrze zlokalizowana, przy głównej linii komunikacji samochodowej łączącej miasta Trójmiasta. Ma bardzo dobre warunki wjazdu oraz wykonywania manewrów samochodami podczas podjeżdżania i odjeżdżania od stanowisk dystrybucji paliw, dziewięć dystrybutorów dwustronnych (dwa z etyliną E-94, dwa z etyliną E-98, dwa z benzyną Pb-95, jeden z benzyną Pb-98, dwa z olejem napędowym ON).

Praca odbywa się na trzy zmiany (po 8 godzin) w systemie rotacyjnym. Ekspozycja pracy przy dystrybutorach dla jednego pracownika wynosi 4 godziny. Zatrudnionych jest 16 osób.

Na Stacji prowadzi się sprzedaż gazu płynnego oraz akcesoriów samochodowych. Znajduje się tu obsługa serwisowa oraz myjnia samochodów.

Kierownik Stacji udostępnił następujące dokumenty: książkę rewizji urządzeń ciśnieniowych, świadectwa legalizacji odmierzaczy paliw, protokoły pomiarów elektrycznych, instrukcję technologiczno-ruchową, protokoły 19

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 pomiarów czynników środowiskowych. Dokumenty te są firmowane przez Urząd Miar, Urząd Dozoru Technicznego, Stacje Sanitarno-Epidemiologiczne, a także inne instytucje uprawnione.

5.3. Przykładowe analizy. Dostosowanie czynników modelu do specyfiki obiektu Do analizy użyto dwóch dwupoziomowymi diagramów wpływu: diagramu „człowiek” i diagramu

„technika. • Diagram „człowiek” na poziomie organizacyjnym zawiera takie grupy czynników jak: • dostępność informacji i porad, • dyscyplina, • gotowość, • komunikowalność, • kwalifikacje, • środowisko pracy wewnętrzne, • środowisko pracy zewnętrzne.

Natomiast na poziomie bezpośrednim diagram ten zawiera takie czynniki jak: • cechy urządzenia, • kontroling, • kultura organizacyjna, • motywacje, • procedury, • rekrutacja, • szkolenie, • zakupy, • zapewnienie informacji, • zdrowie.

Diagram „technika” na poziomie organizacyjnym zawiera takie grupy czynników jak: • gotowość, • procesy, • środowisko pracy wewnętrzne, • środowisko pracy zewnętrzne, • urządzenia, • użytkowanie.

Natomiast na poziomie bezpośrednim diagram ten zawiera takie czynniki jak: • cechy urządzenia, • dostępność zasobów, • klient, • kontroling, • materiały, • obsługiwanie, • procedury, • stan techniczny urządzenia, • zakupy.

5.4. Przykładowe analizy. Ocena Zarówno przygotowanie materiałów metodycznych jak i diagramów wpływu przeprowadzono zespołowo z

udziałem specjalistów. Warunki i sposób przeprowadzenia oceny odpowiadały jej przeznaczeniu, tzn. ocenie przydatności metody AHP do oceny poziomu bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego.

20


Rys.9. Macierz porównań kryteriów (z programu Expert Choice)

5.4.1. Wyniki oceny - czynnik „Człowiek” Na rysunku 9 przedstawiono preferencje kryteriów nadane przez ekspertów metodą porównań. Analizując wektor uporządkowania wariantów, można przyjąć wartość wskaźnika

0,391/0,472=0,828 interpretowanego jako położenie stanu rzeczywistego obiektu względem stanu idealnego.

5.4.2. Analiza wrażliwości – czynnik „Człowiek” Oprogramowanie Expert Choice pozwala na dynamiczną zmianę znaczenia kryteriów i obserwację wpływu

tej zmiany na wynik: wektor uporządkowania wariantów (rys.10). Na lewej pionowej osi współrzędnych odłożone są wartości znaczenia kryteriów, natomiast na prawej osi – wartości składowe wektora uporządkowania wariantów. Posługując się myszą i przesuwając w pionie słupek kryterium uzyskuje się automatycznie nowe wyniki.

Rys.10. Diagram dynamiczny znaczenia kryteriów i wyników oceny (z programu Expert Choice) 21

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 5.4.3. Wyniki oceny – czynnik „Technika”

Postępowanie jest tu analogiczne do postępowania odnośnie do czynnika „Człowiek”. Analizując wektor uporządkowania wariantów, można przyjąć wartość wskaźnika:

0,389/0,470=0,828,

interpretowanego jako położenie stanu rzeczywistego obiektu względem stanu idealnego.

5.4.4. Analiza wrażliwości – czynnik „Technika”

Rys.11. Diagram dynamiczny znaczenia kryteriów i wyników oceny (z programu Expert Choice)

5.5. Przykładowe analizy. Synteza ocen czynników „Człowiek” i „Technika” Synteza ocen pochodzących z analiz dwu czynników: „Człowiek” i „Technika” zilustrowana jest na rys. 8.

Wynik naniesiony został na rys.12. Stan właściwy

z zastrzeżeniem Stan właściwy

Stantolero-walny

[0.83;0.83]

Stan niewłaściwy

Stan

właśc

iwy

z za

strz

eżen

iem

Oce

na „

Czł

owie

k”

0

.1

.2

.3

.4

.5

.6

.7

.8

.9

1

0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1Ocena „Technika”

Rys. 12. Wynik syntetycznej oceny 22

Zastosowanie metody AHP do oceny i sterowania poziomem bezpieczeństwa złożonego obiektu technicznego. Wybrane metody ergonommii i nauki o eksploatacji. Red. nauk.owy O. Downarowicz. Gdańsk: P. Gdań. Wydz. Zarz. i Ekon. Zakł. Erg. i Ekspl. Syst. Tech. 2000 s. 7-42 6. Podsumowanie

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdza się następujące zalety metody AHP: 1. Metoda AHP pozwala na dokonanie wartościowania wariantów decyzyjnych w ramach jednej ich klasy, z

wykorzystaniem podejścia formalnego do pozyskiwania i obróbki ocen ekspertów. 2. Ocena jest względna: przez porównanie wartości wariantów z uwagi na cel, jakim jest zapewnienie

bezpieczeństwa. 3. Metoda AHP jest elastyczna i może być dostosowana do różnych klas obiektów badanych i ich specyfiki. 4. Metoda AHP i program Expert Choice pozwalają na analizę wrażliwości w odniesieniu do kryteriów oceny.

Inne odniesienia wymagają tradycyjnej ręcznej iteracji. 5. Metoda AHP i program Expert Choice pozwalają na ocenę istotności wpływu kryteriów i na uporządkowanie

wariantów decyzyjnych ze względu na kryterium syntetyczne. 6. W programie Expert Choice występuje wskaźnik CI, stanowiący miarę spójności pozyskanych ocen, co przez

wychwycenie pomyłek i sprzeczności w ocenach cząstkowych pozwala na weryfikację wyników dokonanych oszacowań.

Jednocześnie w metodzie AHP zidentyfikowano pewne ograniczenia:

1. Konieczność występowania zbioru wariantów. 2. Bardziej kompleksowa ocena bezpieczeństwa wymaga uwzględnienia rodzaju i rozmiaru potencjalnych szkód

z uwzględnieniem zagadnień ekonomicznych, ekologicznych i społecznych, co wykracza poza ramy niniejszego opracowania, poświęconego wybranym możliwościom wykorzystania metody AHP dla analiz bezpieczeństwa.

Wniosek ostateczny: metoda AHP i program Expert Choice kwalifikują się do zastosowań w pełni użytkowych, przy czym pewnej staranności wymaga dobór zespołu ekspertów.

Literatura 1. Arbel A, Orgier Y.E. (1990): An Application of the AHP to Bank Strategic Planning. European Journal of

Operational Research 48 1990. pp. 27-37. 2. Brandowski A.: Metodyka formalnej oceny bezpieczeństwa statku (FSA). „Bud. Okr. i Gosp. Morska”,

grudzień 1998 (cz.I), s.26-29, styczeń 1999 (cz.II), s.24-28. 3. Brandowski A.: Metodyka zarządzania bezpieczeństwem złożonego obiektu technicznego na przykładzie

„Formal Safety Assessment” (IMO) – praca niepublikowana, październik 1998. 4. Expert Choice®: Decision Support Software. User Manual. Pittsburgh, PA: Expert Choice Inc. 1997. 5. Expert Choice. Advanced Decision Support Software. Tutorial. Expert Choice Inc. 1998. 6. Kozielecki J.: Podejmowanie decyzji. W: Tomaszewski T.: Psychologia ogólna, Warszawa: PWN 1995. 7. Saaty T.L.: How to Make a Decision: The Analytic Hierarchy Process. European Journal of Operational

Research 48 1990. pp. 9-26. 8. Saaty T.L.: Fundamentals of Decision Making and Priority Theory with the Analytic Hierarchy Process.

Pittsburgh, PA: RWS Publications 1994. 9. Saaty T.L.: The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation. Pittsburgh. PA:

RWS Publications 1996. 10. Tyszka T.: Analiza decyzyjna i psychologia decyzji. Warszawa: PWN 1986. Konsultacja: Zbigniew DŁUGOKĘCKI Praca wykonana w ramach kierowanego przez dra inż. Kazimierza Kosmowskiego zadania badawczego „Metody i narzędzia analizy ryzyka eksploatacji złożonych obiektów przemysłowych” ujętego w Strategicznym Programie Rządowym (SPR-1) pn.: „Bezpieczeństwo i ochrona zdrowia człowieka w środowisku pracy”. 23


24

Title: APPLICATION OF AHP METHOD FOR EVALUATION AND SAFETY CONTROL OF A COMPLEX TECHNICAL SYSTEM Abstract: This paper presents the AHP (Analytic Hierarchy Process) method, supported by the Expert Choice software, and the description of the IMO method, illustrated by an example of safety evaluation for a complex technical system. The AHP method, aimed primarily for decision support in selecting alternative choices, is applied in four basic steps: (1) building hierarchic model of factors influencing solution of decision problem, (2) priority assessments by pairwise comparisons for factors and alternatives, (3) computing global preferences for factors and local preferences for alternatives, (4) prioritising and classification of decision alternatives. In the AHP method the dominance scale is between 1 and 9, the coherence of parities comparisons is controlled by computing an inconsistency index and the result is presented and a priorities vector for considered alternatives (decision variants). The Expert Choice software supports decision analysis with AHP method. The IMO method, based on influence factors diagram (RID – Regulatory Impact Diagram) with the expert assessment of various influence factors (IF – Influence Factor) is used for the analysis of ship safety. This paper presents also definitions of influence factors, their measures and scores. Methodological considerations have been supplemented with principal guidelines for safety control. Presented example of safety analysis of a real fuel station, performed with the AHP method and Expert Choice software, shows applicability of proposed approach for safety evaluation of technical systems and suggests careful composition of assessment experts panel. RECENZENCI: Alfred Brandowski Edwin Tytyk

ZASTOSOWANIE METODY AHP DO OCENY I …wst/arty/z4.pdf · Choice) lub arkusza kalkulacyjnego...

Documents

Transcript of ZASTOSOWANIE METODY AHP DO OCENY I …wst/arty/z4.pdf · Choice) lub arkusza kalkulacyjnego...