بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزیابی و مدیریت ریسک در کارخانجات تولید مقاطع فولادی با استفاده از تکنیک های FMEA وData mining
چکیده
این تحقیق با هدف حذف، کاهش و کنترل ریسک های زیست محیطی موجود در شرکت نورد آریان فولاد به انجام رسید. بدین منظور کلیه فعالیت ها و فرآیندهای این شرکت مورد بررسی قرار گرفت و تمامی جنبه های بارز زیست محیطی شناسایی شد. سپس با استفاده از روش تجزیه و تحلیل حالات شکست و اثرات آن((FMEA به ارزیابی این جنبه ها پرداخته شد. در ادامه جهت خوشه بندی ریسک های امتیازدهی شده از تکنیک داده کاوی((Data mining استفاده شد. برای پیاده سازی این تکنیک، نرم افزار Weka به کار گرفته شد و تمامی ریسک ها در سه خوشه قرار گرفتند. نتایج به دست آمده حاکی از آن بود که از بین 257 ریسک شناسایی شده برای شرکت نورد آریان فولاد 128 فعالیت که در مجموع 50 درصد ریسک ها را تشکیل می داد در کلاس صفر که برایش سطح ریسک پایین تعریف شده بود قرار داشتند، همچنین تعداد 80 فعالیت که 31 درصد ریسک ها را شامل می شد در کلاس یک با سطح ریسک متوسط و در نهایت 49 فعالیت با میزان 19 درصد ریسک ها در کلاس دو با سطح ریسک بالا قرار داشتند. تحلیل نمودارهای حاصل نشان داد که پنج مورد از مهمترین ریسک های زیست محیطی این واحد به ترتیب اولویت عبارت بودند از: تولید و انتشار گازهای آلاینده، تولید و انتشار ذرات معلق، تولید و انتشار صدا، تولید و انتشار مواد آلاینده خاک، تولید و انتشار آلایندههای آب. در انتها برای تمامی ریسک های سطح بالا، اقدامات کنترلی متناسب با نوع فعالیت یا فرآیند پیشنهاد گردید. از جمله این اقدامات می توان به استفاده از کوپراتور در مسیر دودکش، نصب سیستم های کنترل دمای کوره، ایجاد موانع صوتی، گسترش فضای سبز، استفاده از آب به صورت مدار بسته، مدیریت صحیح ضایعات و پسماندها، سرویس مرتب هادی های نوردی و خاموش نمودن دستگاه ها در وقفه های بین فعالیت اشاره نمود.
کلمات کلیدی
ارزیابی ریسک، داده کاوی، مدیریت ریسک، عدد اولویت ریسک (RPN)، اقدام کنترلی
مقدمه
در سالهای اخیر با توسعه صنایع انواع ریسک های ایمنی و زیست محیطی رو به فزونی نهاده است. در نتیجه به کارگیری روشهایی جهت حذف، کاهش و کنترل این ریسک ها امری ضروری به حساب می آید.[1] ریسک ها عبارتند از عوامل بالقوه ای که گاها می توانند باعث ایجاد مخاطرات ، پیچیدگی ها و مشکلات شوند. اگرچه نمی توان میزان آنها را بطور کاملا دقیق تخمین زد ، اما لازم است تا به منظور کاهش اثرات ناشی از بروز چنین ریسک هایی به ارزیابی آنها پرداخته شود.[2] ریسک ها را می توان به عنوان احتمالی از نتیجه خسارت ها و آسیب های وارد شده به شمار آورد.[3]
داده کاوی عبارتست از فرآیندی که پایایی، محاسبات، هنرهای تجسمی و تکنیکهای آموزشهای کامپیوتری را برای شناسایی و گسترش اطلاعات پرکاربرد به کار می گیرد و نهایتا جمع آوری اطلاعات از منابع اطلاعاتی عمده مورد استفاده قرار می دهد. داده کاوی ارتباط بین الگوها و روابط پنهان را کشف می کند.[4] در واقع این یک بخش از فرآیند بزرگی است که اکتشاف دانش نامیده می شود و گام هایی را که رسیدن به نتایج واقعی را تضمین می کنند، شرح می دهد.[5] داده کاوی در واقع اکتشاف، تجزیه تحلیل و تبدیل داده ها به یکدیگر جهت یافتن الگوهای هدفمند است.[6] داده کاوی به بهره گیری از ابزارهای تجزیه و تحلیل دادهها به منظور کشف الگوها و روابط معتبری که تا کنون ناشناخته بودهاند اطلاق میشود.
داده کاوی منحصر به گردآوری و مدریت داده ها نبوده و تجزیه و تحلیل اطلاعات و پیش بینی را نیز شامل میشود . ارزیابی سیستماتیک فرآیند داده کاوی می تواند بر روی دامنه وسیعی از داده های مرتب شده صورت گیرد.[7] داده کاوی قادر است میزان سودآوری را از طریق محاسبه احتمال خرید مشتریان پیش بینی کند.[5] به طور کلی تکنیکهای داده کاوی به دو طبقه اصلی آماری و آموزش های کامپیوتری تقسیم شوند.[8] ابزارهای داده کاوی به سازمان ها کمک می کنند تا به دانش نهفته در مجموعه عظیمی از داده ها پی ببرند.
از آنجا که داده کاوی منحصر به گردآوری و مدریت دادهها نبوده و تجزیه و تحلیل اطلاعات و پیش بنی را نیز شامل میشود برنامههای کاربردی که با برسی فایلهای متن یا چند رسانهای به کاوش داده های پردازنده پارامترهای گوناگونی را در نظر میگیرد. هر تکنیک داده کاوی می تواند از طریق یک یا چند روش مدلسازی شود. این روشها عبارتند از :
▪ پیوستگی : نتیجه آن برقرار کردن ارتباطات بین آیتمهای موجود در اطلاعات داده شده.[9]
▪ دسته بندی : یکی از متداولترین مدلهای آموزشی در داده کاوی می باشد.
▪ خوشه بندی : روشی در راستای تقسیم بندی مجموعه ای ناهمگن به تعدادی از زیرمجموعه های همگن است.
▪ پیش بینی : ارزش آینده را بر پایه الگوهای موجود در سابقه تخمین می زند.[10]
▪ رگرسیون : نوعی تکنیک تخمین آماری است که اطلاعات هرموضوع را از روی ارزش تخمینی به ارزش واقعی نشانه گذاری می کند.[11]
▪ کشف توالی : شناسایی ارتباط یا الگوها در طول زمان.[12]
▪ مصور سازی: به ارائه اطلاعات مربوط می باشد که بر اساس آن کاربران می توانند الگوهای پیچیده را مشاهده نمایند.
برای خوشه بندی، الگوریتم های بسیاری در دسترس هستند که ممکن است به شیوه های گوناگونی از قبیل دترمینستیک، سلسله مراتبی و فازی طبقه بندی شده باشند.[13] انتخاب تکنیکهای داده کاوی باید بر پایه ویژگیها و مقتضیات موضوع باشد.[14]
کارخانه آریان فولاد در سال 1380 در زمینی به مساحت 220000 مترمربع در کیلومتر 15 جاده بوئین زهرا-اشتهارد در منتهی الیه جنوب شرقی استان قزوین احداث شد. موقعیت مکانی شرکت آریان فولاد در نزدیکی شهرستان بوئین زهرا از توابع استان قزوین می باشد(شکل شماره .(1 فاز یک این شرکت شامل خط نورد نیمه سنگین 300000 تنی در اوایل سال 85 به بهره برداری رسید. از ویژگیهای این واحد انعطاف پذیری تولیدات و امکان تعویض سریع غلتکها برای تغییر مقاطع محصولات نوردی می باشد. لازم به ذکر است که این شرکت در رده بندی جهانی سومین شرکت معظم جهان می باشد. محصولات تولیدی توسط شرکت آریان فولاد عبارتند از: تیرآهن بال پهن و بال نازک، انواع تیرآهن های H، انواع نبشی(بال مساوی)تا اضلاع 300 میلیمتر، انواع نبشی (بال نامساوی) تا اضلاع 300 میلیمتر، ناودانی(تا مقاطع سنگین)، ریل های سبک و نیمه سنگین قابل کاربرد در خطوط ریلی سبک و نیمه سنگین و همچنین انواع ریل های آسانسور.
قزوین
آبیک
استان قزوین تاکستان
آریان فولاد
بوئین زهرا به طرف اشتهارد B کرج
شکل : 1 موقعیت مکانی شرکت آریان فولاد
متن اصلی مقاله
در این پژوهش ابتدا ریسک های زیست محیطی موجود در کارخانه آریان فولاد قزوین به تعداد 257 مورد شناسایی شد. در ادامه با استفاده از روش (تجزیه و تحلیل حالات شکست و اثرات آن)1، میزان (عدد اولویت ریسک)2 برای هریک از ریسک های شناسایی شده در کارخانه آریان فولاد قزوین محاسبه گشت. FMEA یک روش استقرایی(رسیدن از جزء به کل) بوده که برای مطالعه نظام مند نقص های اجزای یک سیستم و اثرات احتمالی آنها به کار می رود. عدد اولویت ریسک یا به
عبارتی (RPN) حاصلضرب سه عدد وخامت (S)، رخداد (O)، احتمال کشف (D) است.با توجه به اینکه در این روش به یک از این سه پارامتر عددی بین 1تا 10 می تواند تعلق گیرد، بنابراین عدد اولویت عددی بین 1 و 1000 خواهد بود. برای اعداد ریسک بالا، کارگروهی باید جهت پایین آوردن این عدد از طریق اقدام اصلاحی صورت پذیرد.در ادامه با توجه به برخی از معایب موجود در روش FMEA که عبارتند از:
▪ اجرای تکنیک FMEA نیز مانند روش HAZOP نیاز به نیروی اجرایی زیادی دارد و اجرای آن نسبتا مشکل است .
▪ در انجام مراحل محاسباتی نیاز به یک نرم افزار آماری به طور همزمان وجود دارد.
▪ در مورد انتخاب حدود آستانه برای ریسک های پایین ، متوسط و بالا بین کارشناسان اختلاف نظر وجود دارد.
▪ نتایج نهایی به صورت یک نمودار واحد جهت مقایسه و برآورد در دسترس نیست.
برای تفکیک و کلاس بندی ریسک های امتیازدهی شده به جای استفاده از روش میاگین گیری و تعیین انحراف معیار،تکنیک (داده کاوی)3 مورد استفاده قرار گرفت.
داده کاوی پل ارتباطی میان علم آمار ، علم کامپیوتر ، هوش مصنوعی ، الگوشناسی ، فراگیری ماشین و بازنمایی بصری داده می باشد. داده کاوی فرآیندی پیچیده جهت شناسایی الگوها و مدل های صحیح، جدید و به صورت بالقوه مفید، در حجم وسیعی از داده می باشد، به طریقی که این الگوها و مدلها برای انسانها قابل درک باشند. کاوش داده ها شناسایی الگوهای صحیح، بدیع، سودمند و قابل درک از داده های موجود در یک پایگاه داده است که با استفاده از پرداز شهای معمول قابل دستیابی نیستند. فرآیند داده کاوی شامل چهار مرحله اصلی می باشد :
▪ کاوش اولیه داده ها
▪ ساخت مدل یا شناسایی الگو با کمک احراز اعتبار/ تایید
▪ استفاده از نرم افزارهای مرتبط
▪ بهره برداری.
در این پژوهش از نرم افزار Weka جهت خوشه بندی RPN های محاسبه شده استفاده شد این نرم افزار Weka در دانشگاه Waikato در نیوزلند توسعه یافته است و نام آن از عبارت " Waikato Environment for knowledge "Analysis استخراج گشته است. این سیستم به زبان جاوا نوشته شده وتقریباً روی هر پلت فرمی اجرا می شود و نیز تحت سیستم عامل های لینوکس، ویندوز، و مکینتاش، و حتی روی یک منشی دیجیتالی شخصی ، آزمایش شده است.
وقتی که با مجموعه ای از گزینه های مجزا که توسط چند مشخصه شرح داده شده اند، مواجه هستیم، چهار روش مختلف تجزیه و تحلیل که می تواند بجای مهیا کردن یک پشتیبانی جدی برای تصمیم گیرندگان وجود دارد :
▪ شناسایی بهترین گزینه یا انتخاب یک مجموعه محدود از بهترین گزینه ها
▪ ساختن یک بازه پیشنهادی در رابطه با گزینه ها از بهترین تا بدترین گزینه
▪ دسته بندی گزینه ها به گروههای هم خانواده
▪ شناسایی مشخصات بارز گزینه ها و انجام تعریف آنها بر پایه مشخصات گزینه ها.[15]
یکی از راه های به کارگیری Weka، اعمال یک روش یادگیری به یک مجموعه داده و تحلیل خروجی آن برای شناخت چیزهای بیشتری راجع به آن اطلاعات می باشد. راه دیگر استفاده از مدل یادگیری شده برای تولید پیشبینی هایی در مورد نمونه های جدید است. سومین راه، اعمال یادگیرنده های مختلف و مقایسه کارآیی آنها به منظور انتخاب یکی از آنها برای تخمین می باشد. روش های یادگیری Classifier نامیده می شوند و در واسط تعاملی Weka ، می توان هر یک از آنها را از منو انتخاب نمود. بسیاری از classifier ها پارامترهای قابل تنظیم دارند که می توان از طریق صفحه ویژگیها یا object editor به آنها دسترسی داشت. یک واحد ارزیابی مشترک، برای اندازهگیری کارآیی همه classifier به کار می رود.
این اطلاعات به هنگام وارد نمودن داده ها به نرم افزار Weka به طور همزمان وارد نرم افزار می شود. اطلاعات آماری مورد نیاز نیز توسط فرمول محاسبه میانگین حسابی داده ها (فرمول (1 و فرمول محاسبه انحراف معیار (فرمول (2که در خود نرم افزار وجود دارد محاسبه میشود.
(1)
(2)
;: میانگین حسابی :1 تعداد داده ها :;L داده ها (RPN)
در این تکنیک خروجی نرم افزار به صورت نمودارهایی است که محور عمودی آن بر اساس داده ها از کوچکترین تا بزرگترین داده و محور افقی تعداد داده ها را از صقر تا آخرین داده در بر گرفته است. هر نقطه در روی این نمودارها حاوی اطلاعات کاملی از هر RPN می باشد. در این پژوهش اطلاعات ورودی شامل فرآیند یا فعالیت مورد نظر، عدد اولویت ریسک و آسیب احتمالی ناشی از انجام هر یک از فعالیت ها یا فرآیندهای شرکت نورد آریان فولاد بر محیط زیست اطرافش بود. در روی نمودار ها نیز هر داده با علامت ضربدر نشان داده میشود که حاوی تمامی اطلاعات ثبت شده برای هر داده می باشد.
نتایج و بحث نتایج بررسی و شناسایی ریسک های زیست محیطی در شرکت نورد آریان فولاد تعداد 257 ریسک زیست محیطی
ناشی از فعالیت این واحد صنعتی را مشخص نمود. نتایج اولیه اطلاعات وارد شده در نرم افزارکه در سه گروه خوشه بندی گشته بود به صورت خودکار توسط خود نرم افزار محاسبه شد. این نتایج حاکی از آن بود که در شرکت آریان فولاد 128
