基于模糊綜合評(píng)價(jià)的橋式起重機(jī)安全運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

王英儒

（陜西省特種設(shè)備質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)中心，陜西西安710048）

基于模糊綜合評(píng)價(jià)的橋式起重機(jī)安全運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

王英儒

（陜西省特種設(shè)備質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)中心，陜西西安710048）

根據(jù)橋式起重機(jī)故障類型及對(duì)整體設(shè)備安全性影響程度來(lái)確定二級(jí)模糊評(píng)價(jià)模型中的評(píng)價(jià)因素集，以層次分析和專家打分的方法確定評(píng)價(jià)因素集的權(quán)向量。利用建立的模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)西安市某公司橋式起重機(jī)進(jìn)行了安全性分析評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算，并依據(jù)“評(píng)語(yǔ)集最大隸屬”原則，得到目前該橋式起重機(jī)運(yùn)行的安全狀況為“好”的結(jié)論，較為客觀地評(píng)價(jià)了該橋式起重機(jī)的運(yùn)行情況。

起重機(jī)；模糊評(píng)價(jià)；故障樹分析法；層次分析法

起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)和生活中必不可缺的設(shè)備，起重機(jī)發(fā)生事故將會(huì)造成嚴(yán)重的人身傷害和重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，建立起重機(jī)安全評(píng)價(jià)體系有助于相對(duì)客觀地評(píng)價(jià)起重機(jī)的工作狀態(tài)，是保證人身安全和經(jīng)濟(jì)不受損的有效方法。

目前，針對(duì)服役多年的老舊起重機(jī)采用降級(jí)使用或報(bào)廢的方法，此方法不能客觀、真實(shí)地反應(yīng)設(shè)備的具體情況，易造成安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失，建立適當(dāng)?shù)陌踩u(píng)估方法對(duì)企業(yè)和個(gè)人有重大的意義。

常用的安全評(píng)價(jià)法有故障假設(shè)分析法、故障類型影響分析法、故障樹分析法、事件樹分析法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法等。綜合各種評(píng)價(jià)方法的適用條件，本文將通過(guò)對(duì)起重機(jī)故障樹模型樹進(jìn)行分析，采用模糊評(píng)價(jià)方法與專家評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方式對(duì)起重機(jī)進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)的確定。

1 模糊評(píng)價(jià)方法理論原理

模糊評(píng)價(jià)方法是1965年L.AZdah.專家教授提出來(lái)的，該方法可以綜合考慮眾多因素，根據(jù)評(píng)價(jià)因素對(duì)系統(tǒng)的客觀重要度，再結(jié)合相關(guān)專家的評(píng)價(jià)將原本定性的物質(zhì)量化，最大程度地減小人為主觀因素對(duì)整個(gè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的影響。

模糊評(píng)價(jià)法的特點(diǎn)是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)變化原理，考慮與評(píng)價(jià)對(duì)象相關(guān)的各種不確定因素，再結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，因此，模糊評(píng)價(jià)法具有模糊性、定量性、層次性三大特點(diǎn)，從而形成環(huán)環(huán)相扣的多級(jí)綜合評(píng)價(jià)，其步驟是如下。將與評(píng)價(jià)對(duì)象相關(guān)的各種不確定因素集U按照某種屬性分成S個(gè)子集，即且設(shè)每個(gè)因素子集其中i=1，2，…，s.

對(duì)于每一個(gè)因素子集Ui按照一級(jí)評(píng)價(jià)模型分別進(jìn)行分析計(jì)算。假設(shè)評(píng)語(yǔ)集為中的各因素的權(quán)重且其中，0＜.則有Ui的單因素模糊評(píng)價(jià)矩陣為Ri，公式如下：

第一級(jí)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算公式為：

其中，i=1，2，…，s.

用查德算子（∧，∨）算法合成時(shí)（“∧”為“取小”運(yùn)算，“∨”為“取大”運(yùn)算）：

其中，i=1，2，…，s.將每個(gè)因素ui作為一個(gè)元素看待，用Vi作為它的單因素評(píng)價(jià)，則有R的計(jì)算公式為：

式（3）為｛u1，u2，…，us｝的綜合評(píng)價(jià)矩陣，單因素事件ui組成了整體U，且能代表U的某種屬性，可以按照它們的重要性根據(jù)隸屬原則給出權(quán)重集，因此，第二級(jí)綜合評(píng)價(jià)公式如下：

2 橋式起重機(jī)安全運(yùn)行狀態(tài)模型的建立

2.1 安全性評(píng)價(jià)目標(biāo)的確定

在橋式起重機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，主要分析了技術(shù)方面的問(wèn)題造成的橋式起重機(jī)故障。因此，以橋式起重機(jī)故障模型樹作為主要影響橋式起重機(jī)安全性的因素，且重點(diǎn)考慮關(guān)鍵重要度值比較大的多個(gè)事件，結(jié)合模糊評(píng)價(jià)法建立了綜合評(píng)價(jià)因素集的原則，即從起重機(jī)的安全角度進(jìn)行全面考慮。對(duì)于一級(jí)評(píng)價(jià)因素集而言，包括機(jī)械故障因素、電氣故障因素和人為因素。根據(jù)模糊評(píng)價(jià)方法建立二級(jí)評(píng)價(jià)模型因數(shù)級(jí)，具體評(píng)價(jià)因素集如表1所示。

表1 起重機(jī)評(píng)價(jià)因素集

橋式起重機(jī)在不同的工況工作時(shí)，上述因素對(duì)起重機(jī)安全性影響程度是不同的，專家對(duì)上述因素集所給出的評(píng)價(jià)也是不同的。其評(píng)價(jià)集定為V={優(yōu)、良、好、一般、差}。

2.2 評(píng)價(jià)因素集權(quán)向量的確定

權(quán)重值的確定有德爾菲法、層次分析法、熵值確定權(quán)重法等方法。德爾菲法又稱為專家法，其特點(diǎn)在于集中專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，確定各個(gè)因素的權(quán)重值，主觀的因素比較多，而且所選擇的專家也很重要，不同專家所得出的結(jié)論可能大不相同。而熵值確定法是反映系統(tǒng)雜亂無(wú)章程度的度量，適用于衡量已知數(shù)據(jù)中所包含的有效信息，從而確定權(quán)重[4]，從起重機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的故障事件看，其評(píng)價(jià)依據(jù)是前文所建立的起重機(jī)故障災(zāi)害模型樹，每個(gè)事件相互之間有一定的邏輯關(guān)系，故本文采用層次分析法來(lái)確定權(quán)重值。層次分析法（TheAnalytic Hierarchy Process）是在20世紀(jì)70年代初期由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty教授因決策大量因素不能定量表達(dá)且又無(wú)法規(guī)避人為因素而提出的一種方法[3]，簡(jiǎn)稱AHP?；緦?shí)現(xiàn)步驟如下。

2.2.1 構(gòu)造成對(duì)比較陣

通過(guò)上一步驟的層次結(jié)構(gòu)模型，利用兩兩對(duì)比的方法和1～9比較尺度，如表2所示，構(gòu)造成評(píng)價(jià)因素集的兩兩對(duì)比較陣，即為所用的評(píng)價(jià)矩陣。

表2 層次分析法元素間相互比較1～9分級(jí)表

2.2.2 計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)

當(dāng)評(píng)價(jià)矩陣的階數(shù)時(shí)，必須對(duì)評(píng)價(jià)矩陣是否可用于進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)進(jìn)行檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)的原則是在構(gòu)建每一個(gè)基本事件成對(duì)的比較陣的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算所得的最大特征根和對(duì)應(yīng)特征向量與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。如果一致性檢驗(yàn)通過(guò)后，其評(píng)價(jià)矩陣的特征向量經(jīng)歸一化處理后即為評(píng)價(jià)因素集的權(quán)向量；否則，重新構(gòu)造成對(duì)比較陣。其具體方法如下。

計(jì)算評(píng)價(jià)矩陣的最大特征值λmax；如果評(píng)價(jià)矩陣用A表示，則計(jì)算公式為：

式（5）中：λmax為評(píng)價(jià)矩陣A的最大特征值，矩陣W為評(píng)價(jià)矩陣的最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量。

評(píng)價(jià)矩陣的一致性指標(biāo)計(jì)算公式為：

評(píng)價(jià)矩陣的一致性比例計(jì)算公式為：

其中，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，通過(guò)表3所示的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值可以得知。如果CR＜0.1，則表示該評(píng)價(jià)矩陣通過(guò)了一致性檢驗(yàn)，表示該評(píng)價(jià)矩陣的確定過(guò)程滿足要求；否則，就不滿足一致性，則需要重新構(gòu)造對(duì)比矩陣。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值

3 某橋式起重機(jī)安全性分析評(píng)價(jià)

3.1 單因素評(píng)價(jià)矩陣的確定

對(duì)于模糊判斷矩陣，起重機(jī)專家和技術(shù)工作人員根據(jù)西安某公司橋式起重機(jī)的整體運(yùn)行情況，依據(jù)隸屬原則共同打分法來(lái)確定，并對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，得到因素集U1，U2，U3的模糊評(píng)價(jià)矩陣分別為R1，R2，R3，具體如下：

3.2 權(quán)重向量值計(jì)算

根據(jù)之前的闡述，根據(jù)層次分析法建立起重機(jī)評(píng)價(jià)因素集的兩兩對(duì)比矩陣，關(guān)鍵重要度值的排序和元素間相互比較1～9分級(jí)表相結(jié)合的方法來(lái)構(gòu)建兩兩對(duì)比矩陣，筆者認(rèn)為，關(guān)鍵重要度值大的事件比關(guān)鍵重要度值小的事件相對(duì)重要。并結(jié)合西安某起重機(jī)的實(shí)際情況和專家的經(jīng)驗(yàn)共同確定起重機(jī)評(píng)價(jià)因素集的權(quán)向量。根據(jù)上節(jié)方法，建立一級(jí)權(quán)重向量計(jì)算如表4所示。

表4 一級(jí)權(quán)重向量計(jì)算

從表4中可以看出，CR=0.034＜0.1，一級(jí)權(quán)重向量的一致性檢驗(yàn)是合格的，說(shuō)明其判斷矩陣是可以用的，則一級(jí)權(quán)重向量Z=（0.604 0.292 0.103）。同樣的方法，建立二級(jí)評(píng)價(jià)兩兩對(duì)比矩陣，再結(jié)合1～9比較尺度表，計(jì)算出矩陣的最大特征值并檢驗(yàn)一致性，二級(jí)權(quán)重向量計(jì)算如表5所示。

從表5中可以看出，二級(jí)權(quán)重向量的一致性都合格，因此其判斷矩陣是可以用的，則有二級(jí)權(quán)重向量分別為：Z1=（0.530 0.278 0.096 0.096），Z2=（0.493 0.370 0.137），Z3=（0.274 0.575 0.151）。

表5 二級(jí)權(quán)重向量計(jì)算結(jié)果

3.3 設(shè)備安全性計(jì)算評(píng)價(jià)

在單因素評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)向量值確定的條件下，進(jìn)行設(shè)備安全性計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程如下。

3.3.1 第一級(jí)綜合評(píng)價(jià)

結(jié)合單因素模糊評(píng)價(jià)矩陣R1，R2，R3以及權(quán)系數(shù)向量集可以計(jì)算評(píng)價(jià)V1，V2，V3分別如下：

根據(jù)查德算子運(yùn)算規(guī)則可知，V1=（0.278 0.2 0.3 0.2 0.2），V2=（0.137 0.2 0.37 0.3 0.1），V3=（0.274 0.2 0.3 0.3 0.1）。

3.3.2 第二級(jí)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)第一級(jí)評(píng)價(jià)所得到的評(píng)價(jià)向量組合成第二級(jí)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)矩陣R，則：

權(quán)系數(shù)向量為Z=（0.605 0.292 0.103）。

因此，第二級(jí)的綜合評(píng)價(jià)為：

歸一化處理之后得V=（0.219 0.157 0.237 0.23 0.157），根據(jù)最大隸屬度原則，起重機(jī)安全性模糊性評(píng)價(jià)等級(jí)為第3等級(jí)，即起重機(jī)安全性為“好”。該方法結(jié)合起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，也可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況修改評(píng)價(jià)矩陣，方便操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)建立西安市某公司橋式起重機(jī)二級(jí)模糊評(píng)價(jià)模型，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行狀況和專家的經(jīng)驗(yàn)共同確定主通風(fēng)機(jī)的二級(jí)評(píng)價(jià)因素集、包含5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的評(píng)價(jià)語(yǔ)及單因素評(píng)價(jià)矩陣，根據(jù)層次分析和專家打分依據(jù)兩兩對(duì)比的方法計(jì)算得到模糊評(píng)價(jià)的權(quán)向量。通過(guò)分析計(jì)算，進(jìn)而分析得出了西安某公司起重機(jī)運(yùn)行安全等級(jí)為“好”的結(jié)論，較為客觀地評(píng)價(jià)西安某公司起重機(jī)運(yùn)行情況。

［1］Hattis D，Minkowitz W S.Risk evaluation:criteria arising from legal traditions and experience with quantitative risk assessment in the United States.Environmental Toxicology and Pharmacology，1996，2（02）.

［2］Montague P.Reducing the harms associated with risk assessments.Environmental Impact Assessment Review，2004，24（07）.

［3］鄧雪，李家銘，曾浩健，等.層次分析法權(quán)重計(jì)算方法分析及其應(yīng)用研究［J］.數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012，24（07）.

［4］佟瑞鵬.常用安全評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2011.

［5］陸添超，康凱.熵值法和層次分析法在權(quán)重確定中的應(yīng)用［J］.電腦編程技巧與維護(hù)，2009（22）.

〔編輯：張思楠〕

TU857

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.016

2095－6835（2017）14－0016－04

王英儒（1989—），男，研究方向?yàn)槠鹬剡\(yùn)輸機(jī)械。