基于功能共振分析、模糊层次分析与蒙特卡洛模拟的直接还原铁生产作业韧性评估框架

《Scientific Reports》：Functional resonance analysis method and monte carlo simulation: evaluating performance variability in a socio-technical direct reduction iron plant

　　

摘要

直接还原铁（DRI）装置属于复杂的社会技术系统，传统的以故障为中心的风险模型往往难以捕捉其涌现行为。本研究旨在开发一种综合的基于韧性的框架，通过结合功能共振分析方法（FRAM）、模糊层次分析法（FAHP）和蒙特卡洛模拟（MCS），量化DRI生产作业中的性能变异性并识别关键的系统性脆弱点。所提出的框架将基于FRAM的功能建模、基于FAHP的专家判断加权和基于MCS的不确定性分析相结合。模拟在R语言中实现，运行了10,000次迭代，以量化不同运营场景下关键功能交互中的变异传播。结果表明，工作负荷增加、生产停机与系统重启以及操作延迟或协调失败是系统性不稳定的主要诱因。在识别的交互关系中，人力资源评估以及培训对检验过程的影响被发现是影响系统性能变异性的重要路径。研究结果表明，提高DRI装置的安全性需要对功能变异性进行主动管理，而非仅关注防止孤立组件故障。该框架为决策者提供了一种量化方法，以增强运营韧性并支持复杂工业系统的安全管理。