A FSA based fuzzy DEMATEL approach for risk assessment of cargo ships at coasts and open seas of Turkey
Ayhan Mentes uArr;, Hakan Akyildiz, Murat Yetkin, Nagihan Turkoglu
Istanbul Technical University, Faculty of Naval Architecture and Ocean Engineering, 34469 Maslak, Istanbul, Turkey
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Keywords: Cargo ship safety Formal safety assessment Fuzzy set theory Decision making trial and evaluation laboratory technique Weighted aggregation operators |
.Risk analysis methods gain more and more acceptance as decision support tools to analyze and reduce risks in engineering applications. Integration of these techniques leads to more reliable and realistic solutions. This paper proposes an integrated methodology to identify and evaluate driving factors like geographical locations at the time of the incident and failure modes causing fatality for cargo ships. The authors aim to develop a risk method for cleaner and safer maritime transport at coast and open seas of Turkey. The formal safety assessment (FSA) based approach combines fuzzy set theory (FST), ordered weighted geometric averaging operator (OWGA) and decision making trial and evaluation laboratory technique (DEMATEL). A case study is carried out to determine the most common causes of unintentional damages on cargo ships at coasts and open seas of Turkey. Finally, some conclusions and suggestions are drawn concerning the needs to reduce the risks and improve certain safety measures. 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved. |
a r t i c l e i n f o a b s t r a c t
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Article history: Received 30 April 2014 Received in revised form 18 February 2015 Accepted 11 May 2015 Available online 27 May 2015 |
Introduction
During the past fifty years, scientific and technological advances have made a great deal of improvements in design, power supply and accommodation of cargo ships. As the world trade expands, systems that offer convenience, speed, safety and low cost evolve increasingly. Using these systems, goods are carried from manufacturers to its final distribution destinations by common carrying units, compatible with both sea and land legs of transportation. Following the increasing demand for tonnage, the maritime industry moved to the development of bigger ships and the need for the creation of lsquo;lsquo;economies of scalersquo;rsquo; resulted in the largest cargo ship sizes. Bigger ships can exploit economies of scale and decrease the operating costs and safety.
Although there were not many major casualties in terms of loss of lives, cargo ships have more of its fair share of loses involving cargo damage, personnel injury, collision and grounding, ship structural failure and pollution. Collision and grounding may be the biggest dangers to a cargo ship but fire may also have serious consequences (Henley and Kumamoto, 1992). As far as the types of damages are concerned, the result is an equally high percentage of cargo damage for the majority of cargo ships in various aspects. The statistics show that a high percentage of all incidents has been caused by human error. Other operational characteristics of cargo ships, as the fact that they rarely travel in ballast condition and the few opportunities for overnight stay at ports, contribute to the overall performance of these vessels and their operators. On the other hand, government agencies are neither ready yet to dedicate the necessary resources for data collection, nor the time period for which relevant government projects to produce reliable data.
To maximize marine and offshore safety, risk factors need to be modeled and safety based decisions need to be made in a logical and confident way. Risk modeling and decision-making tools need to be developed and applied in a practical environment. The aim of the study is to facilitate risk modeling for cleaner and safer maritime transport. In order to facilitate this, an integrated FSA methodology will be developed. The proposed hybrid FSA approach combines fuzzy set theory (FST), ordered weighted geometric averaging operator (OWGA) and decision making trial and evaluation laboratory technique (DEMATEL).
The proposed methodology resolves some of the problems in traditional methods of evaluation and it has several advantages over strictly numerical methods: (1) ambiguous, qualitative or imprecise information, as well as quantitative data can be used in assessment and they are handled in a consistent manner; (2) the risk associated with item failure modes can be evaluated directly using linguistic terms that are employed in making the criticality assessment; (3) it gives more flexible structure for com
bining the severity and occurrence parameters; (4) It considers the indirect relationships in relation analyze. This method allows the analyst to evaluate the risk associated with item failure modes
directly using linguistic terms that are employed in making the criticality assessment. Combining quantitative and qualitative makes risk analyzing to be more flexible and more representative of the real world decision making problems.
Literature review and proposed method
2.1. Formal safety assessment
In the last fifteen years, more attention has been focused on marine safety on board cargo vessels. This is due to the serious cargo ship accidents taking place during the period. In the maritime industry, International Maritime Organization (IMO) implements the principles of risk management and a systematic process called formal safety assessment (FSA). FSA was introduced as a process to assess risks and evaluate costs and benefits of the IMOrsquo;s options for reducing these risks and, support to the organizationrsquo;s decision making process. FSA was proposed by the UK and based on the risk assessment approach of the countryrsquo;s offshore industry. The
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FSA基于模糊DEMATEL方法对货船在海岸和土耳其公海风险评估
伊斯坦布尔科技大学船舶海洋与建筑工程学院，34469马斯拉克，伊斯坦布尔，土耳其
风险分析方法作为决策支持工具在工程应用分析和降低风险获得越来越多的接受。整合这些技术会实现更可靠和现实的解决方案。本文提出了一个集成的方法来识别和评估因驾驶的地理位置等因素的货船事件和失效模式导致死亡。作者的目的是在土耳其海岸和公海开发一个更清洁和更安全的海上运输风险方法。基于正式的安全评估(FSA)的方法结合了模糊集合理论(FST),有序加权几何平均算子(OWGA)和决策试验和评价实验室技术(DEMATEL)。进行一个在海岸和公海的土耳其案例研究来确定最常见无意损害货船的原因。最后,得出一些关于需要降低风险和提高一定的安全措施结论和建议。
- 介绍
在过去的五十年里，科学技术的进步已经使散货船的设计、供电和住宿取得了很大的改进。随着世界贸易的扩大，系统日益提供便利，速度，安全和低成本。使用这些系统，货物被制造商从共同的承载单位包括海陆两种方式运送到最终的分散的目的地。随着吨位的需求不断增加，海运业转移到更大的船只的发展，需要创造“规模经济”而导致了最大的货运船的尺寸。更大的船只能利用规模经济降低运营成本和安全。
虽然这里没有生命损失里的许多重大人员伤亡，货船有更多的公平份额的损失，涉及货物损坏，人员受伤，碰撞和搁浅，船舶结构破坏和污染的公平份额。对货船而言，碰撞和搁浅可能是最大的危险，但火灾也可能产生严重的后果（亨利和熊本县，1992年）。至于损害的类型而言，结果是各方面的高百分比的货船损害，绝大多数是货物损坏。统计数据显示，所有事件的高百分比已经人为错误造成的。货船其他操作特点，事实上，他们很少在压载条件下行驶，而在港口过夜的机会很少，有助于这些船只及其经营者的整体性能。在另一方面，政府机构既没有准备，也没有投入必要的资源收集数据，也不为相关政府项目提供可靠数据的时间段。
为了最大限度地提高船舶和海洋工程的安全，需要进行建模，需要在逻辑和自信的方式来进行基于安全的决策风险因素。风险建模和决策工具，需要制定并在实际环境中应用。这项研究的目的是促进风险建模更清洁和更安全的海上运输。为了便于这一点，一个集成的FSA方法将得到发展。所提出的混合FSA方法结合模糊集理论（FST），有序加权几何平均算（OWGA）和决策试验与评价实验室技术（DEMATEL）。
他提出的方法解决了传统评价传统方法的一些问题，并在严格的数值方法上有几个优点：（1）模糊的，定性的或不精确的信息，以及定量数据可在评估中使用并且以一致的处理 方式; （2）项目的故障模式可以直接使用在制造临界评估采用的语言来评价相关联的风险; （3）其给出用于组合的严重性和发生参数更灵活的结构; （4）考虑了关系分析中间接的关系。此方法允许分析师直接使用在临界评估采用的语言术语来评估关于项目故障模式相关联的风险。定量和定性相结合使风险分析要更灵活，更具代表性的真实世界的决策问题。
文献综述及方法
2.1 形式安全评价
过去的十五年里，更多的关注一直集中在货船海上安全。这是由于在此期间发生的严重货船的事故。在航运业，国际海事组织（IMO）实现风险管理和系统化的过程被称为安全评估（FSA）的原则。 FSA是作为一个过程来评估风险，并评估降低这些风险成本和国际海事组织的选项好处，支持该组织的决策过程。 FSA是由英国提出的基于风险的评估国家海洋产业的新方法。国际海事组织，最初在1993，FSA在研究海洋安全委员会第六十二次会议（MSC）在英国的海洋海岸警卫队建议代理CY（MCA）（MSA，1993）。两年后，1995年，海安65与会者一致认为，FSA应该是其议程上的一个高优先级（IMO，1995）。 1997年，MSC第68次会议和第40届海洋环境保护委员会（MEPC）批准“（IMO，1997）的综合安全评估的申请，IMO规则制定过程的暂行准则”。自1997年以来从试验应用经验，MSC 74和47 MPEC通过的指导方针（MSC保监会，1023），取代了临时准则。新准则被称为指南综合安全评估在IMO规则制定过程中使用（IMO，2002）。 2007年在第83届海安，修订后的指导方针FSA已经呈现为合并案文（IMO，2007）。
综合安全评估（FSA）是一种结构化和系统化的方法，旨在加强海上安全。如今，它被广泛地在世界各地航运业使用。王（2000）提出了一种基于为FSA中的情况下的不确定性的一个高层次参与决策框架主观安全分析技术。他仿照故障事件时使用模糊集理论和安全综合在不同级别层次结构的最低水平，并进行了使用证据推理。海洋起重机的液压提升传输系统被用来验证了该框架。
王（2001）也提出了船舶安全评估和风险标准，研究其可能的应用在船舶设计和操作的讨论。王和foinikis（2001）描述了FSA及其发展航运业。提出了FSA方法的船舶集装箱船事故统计。王（2002）还引入了主动，风险—基于“goal设置”政权使用FSA方法的船舶和海洋工程产业，提高安全水平。
李等。（2001）基本处理FSA方法的应用根据IMO的临时准则，散货船的舱口的水密完整性，这是进行作为首席运营官韩国航运和国立首尔大学之间的合作研究登记。作为研究的结果，18的危害进行识别和32的风险控制措施，提出了减少相关风险。
克里斯蒂安森和索玛（2001）概述了新兴国际航运安全的改善。他们提到现有的安全监管存在的不足，并提出领养系统的安全管理和FSA的。他们实施了紧急疏散在他们的文件。
罗伯茨和马洛（2002）旨在研究各种风险因素对结构失效或散货船沉没的影响。他们提出了一个在散货船沉没的可能性有显著的，独立的作用，用于散货船的系统安全模型FSA一些风险因素。
洛伊丝等。 （2004）研究了FSA的适用性邮轮业。在他们的研究中，FSA及其在航运业的发展被描述和讨论。个案研究是为了验证了该方法的效率应用到游轮客船。
Fang等。 （2005）描述应用FSA在船舶营运防止人为错误的想法。他们特别讨论了调查和信息，并使用导航模拟器的数据分析。
Kontovas与Psaraftis（2006年，2009年）进行了FSA方法的重要评论和提出了各种方法来改善它。他们试图缓解这种不足，以期达到一个更加透明和客观的态度。国际海事机构（IMO）的发展也分别在他们的论文中描述。
Hu等人。（2007年）讨论了在FSA一个通用的风险模型，尤其是在船舶航行频率和严重程度的标准定量风险评估。他们提出了一种新的模式的基础上的相对风险评估（MERA）。他们的模型是基于一些因素，包括有关事故特性的详细信息模糊功能的风险评估方法。他们提出了船舶航行的风险评估模型，特别是对船员的操作和人类行为。
anem等。 （2009）描述的有关航运最关键的事故场景概念的风险模型标准化的结构。一些规范的风险模型，在他们的研究开发。
各种各样的FSA应用程序也都在航运业几位作者进行（SII等，2001;古埃德斯苏亚雷斯和特谢拉，2001; Wang等，2004;艾文和Erik Vinnem，2005;张等人。，2011年）。
FSA旨在加强海上安全，包括保护生命，健康，海洋环境和财产。 FSA可以作为一种工具在海上安全和海洋环境的保护或提高现有和可能的规章之间的比较新规的评估提供帮助。 FSA还实现了多种技术和业务问题，包括人的因素，海上安全，海洋环境和成本的保护之间的平衡。 FSA应当包括以下步骤：
1.危险源辨识
2.风险分析。
3.风险控制选项。
4.成本效益评估。
5.决策建议。
步骤1 危险源辨识
第1步的目的是识别危险，并具体到审查问题的风险水平相关联的优先方案的列表。这个目的是通过使用标准的技术来实现识别危险，可导致事故，并且通过筛选利用现有的数据和判断相结合的这些危害。
该方法用于危害识别一般包括兼具创意和分析技术，其目的是识别所有相关的危险的组合。创意元素，以确保过程是前瞻性的，不仅限于那些过去被物化的危害。它通常由结构化的小组评审，旨在确定的原因和有效性事故和相关危害的影响。
步骤2 风险分析
其在第2步的风险分析的目的是在第1步此确定的更重要的场景的原因和后果的调查可通过使用合适的技术来建模风险来实现。这使得关注于高风险领域集中，并确定和评估其影响风险水平的因素。
量化利用故障数据和其他信息源的适当分析的水平。其中，数据是不可用的，计算，模拟或专家判断使用公认的技术可被使用。
步骤3 风险控制选项
第3步的目标是创建一个解决现有风险，并通过新技术或经营管理的新方法引入了风险，风险控制方案。历史和最新发现的风险（从步骤1和步骤2），应考虑生产范围广泛的风险控制措施。技术的目的是解决这两个特定风险和应使用的根本原因。
步骤4 成本效应评估
第4步的目的是确定和比较利益和确定的每个RCO的实施步骤和相关费用定义费用3.应在生命周期成本来表示，可以包括初始，经营，培训，检验，认证和退役。好处可能包括减少死亡，受伤，伤亡，对环境的破坏和清理，第三者责任赔偿等上面的成本和收益的评估可以通过使用各种方法和技术进行。
步骤5 决策建议
步骤5的目的是定义应提交的有关决策者的审计和跟踪的方式提出建议。该建议将根据所有的危害及其根源，比较和风险控制选项，相关的成本和收益的函数排名和它保持风险最低合理的风险控制方案确定的排名是比较可行的。
2.2. 模糊集理论
模糊集理论（FST）首先是在1965年由扎德介绍，来表示它是模糊和不清晰（扎德，1965年）和处理数据。该理论是重要的是提供测量了与人类相关的主观判断，包括语言方面，满意度和重要性程度往往是模糊（齐默尔曼，1996）概念的模糊性。
该理论在种类繁多的应用被应用，并审查了几个作者（Kahraman等，2006; Klir，元，1995; Lootsma，1997;齐默尔曼，1996）。
在FST，0和1之间的每个数字表示的部分真相而炸薯片集合对应于二进制逻辑：0或1.因此，模糊逻辑可以表达和处理模糊或不精确的判断数学（铝纳贾尔和Alsyouf，2003）。
贝尔曼和扎德（1970）是第一个涉及FST使用模糊的，不准确和不确定性的数据来生成决策的决策问题。耶格尔和巴森（1975）提出的FST来决策的问题。低音和Kwakernaak（1977）和耶格尔（1978）建立了一些技术，被广泛认为是模糊多属性决策（模糊多属性决策）方法的经典之作。越来越多的模糊多属性决策的研究已经克服通过应用FST不确定的模糊问题。各种各样的应用程序是由几个作者回顾（;齐默尔曼，1996; Lootsma，1997; Klir，元，1995年Kahraman等，2006）。
当数字评估数据时，发现个人得分的加权平均和聚合跨层次结构是多还是少一个简单的任务。然而，模糊的量打交道时，它并不清楚什么是一定的表达式的结果，如非常好或非常重要。人们需要一个算术，可以如加法或乘法适当通才基本操作。模糊集理论提供了处理专家语言评估了较为系统的框架。
模糊数被认为是一个模糊集合在集合中的所有实数。一般来说，在不同形状之间选择了模糊数的隶属函数太多的自由（指成员资格模糊数度，从没有正式成员变化，并采取率从0到1）。
梯形（或三角形）模糊数是一个模糊的数字，其隶属函数形成一个梯形（或三角形）。
对于处理人类评估的模糊性，语言变量可以有五个语言术语（表1）可以使用。
图1.三角形模糊函数
三角形模糊数可以被定义为一个三元组（A，B，c）和隶属函数的UA（x）时（图1）定义为：
2.2.2. 梯形模糊数
一个梯形模糊数可以表示为（一个，乙，丙，丁），和隶属函数拉（times;）被定义为（图2）：
表1
语言模糊评价
|
语言术语 |
模糊数 |
|
非常低 |
(0, 0, 0.1) |
|
低 |
(0, 0.25, 0.5) |
|
中度 |
(0.3, 0.5, 0.7) |
|
高 |
(0.5, 0.75, 1) |
|
非常高 |
(0.7, 1, 1) |
陈先生提出了一种处理模糊决策问题的方法（程，1998）。这种方法解决问题的两相。在第一阶段，模糊数据转换成数值分数。因此，一个从数值积分得到决策矩阵。第二阶段包括替代品之间的排名。陈的方法很容易理解和适用，所以这种方法特别适用于管理系统分析。
用模糊排序法得到了数值成绩。例如，一个模糊数，米，被转换成数值分数如下：
给定一个最大集和一个最大限度地减少集
2.3. DEMATEL方
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