基于模糊綜合分析的設備運行性能評價方法

董勝利　張明琰　馮文哲　張楠

摘?要：把模糊綜合評價法具體應用到設備運行性能評價，運用對設備有效作業率影響較大的設備故障停機時間、設備故障停機次數、設備運行年限建立評價指標，運用多層次分析法確定權重，用平均加權法確定綜合評價指標。模糊綜合評價法可操作性強，可在設備運行性能評價中廣泛應用。

關鍵詞：設備運行性能;模糊綜合評價;層次分析法;權重

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.14.093

工業企業評價設備運行性能的指標通常有設備有效作業率、設備利用率、設備開動率等，雖然統計口徑不同，但計算方法都是成品數量與時間的比值，這些單一指標只反映了設備故障停機時間對設備運行性能的影響，不能全面反映設備運行性能。引入設備綜合效率（OEE）以后，設備性能指標由設備時間開動時間、性能開動時間、合格品率三項之積組成，設備綜合效率與設備有效作業率、設備利用率、設備開動率相比，增加了產品質量因素，但仍不能表達設備停機次數和設備老化對設備運行性能的影響。

從生產實踐發現，一次運行時間是影響設備運行性能的主要因素，設備故障重新開機是增加安全隱患、質量隱患的主要時間節點;而且隨著設備停機次數的增多，設備效能降低的同時會進一步增加原輔材料消耗。因此，設備停機次數是評價設備運行性能的一個不可忽視的因素。設備年限有關數據通常只出現在設備折舊計算中，但新購置設備較舊設備運行性能好是不爭的事實，設備老化程度也是評價設備運行性能時不容忽視的因素。

本文通過對設備故障停機時間、設備故障停機次數、設備運行年限等三個要素進行量化分析，運用多層次分析法確定權重，采用模糊綜合評價方法提出一種評價設備運行性能的綜合指標——設備運行指數。設備運行指數以單位表示理想設備運行性能。

1?建立數學模型

1.1?模糊綜合評價法及層次分析法簡介

模糊綜合評價是通過構造等級模糊子集，把反映被評事物的模糊指標進行量化確定隸屬度，然后利用模糊變換原理對各指標進行綜合考量的一種方法。層次分析法把各要素劃分為互相聯系的有序層，根據對客觀實際的模糊判斷，就每一層次的相對重要性給出定量表示，最終確定全部要素相對重要性次序的權重系數。層次分析法是綜合評價中確定權重系數的一種有效方法，本文即采用層次分析法確定要素權重系數。

1.2?模糊綜合評價法的步驟

先確定評價對象的要素論域u=u1，u2，…，up，再確定評語等級論域v=v1，v2，…，vp，然后對被評事物從要素uii=1，2，…，p上進行量化，確定單要素與被評事物的函數關系式，從而構造關系矩陣：

R=r11r12…r1mr21r22…r2m…………?rp1rp2…rpmp.m

將A與被評事物的R進行運算合成，得到被評事物的模糊綜合評價結果向量B。即：

A°R=a1，a2，…，apr11r12…r1mr21r22…r2m…………?rp1rp2…rpm

=b1，b2，…，bm=B

其中b1由A與R的第j列運算得到，其表示被評事物從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度，采用層次分析法確定其值。

2?模型求解

2.1?確定設備運行性能的多級模糊綜合評價指標

在建立設備運行性能指標體系時，依據工作實際需要采用四級語義學標度，確定表1所示評價定量分級標準。

通過對影響設備運行性能的各個主要素進行分析，確定評價對象的要素集，建立設備運行性能評價指標體系。設備故障停機時間直接反應設備效能，設備頻繁起停增加安全隱患、質量隱患、增大原輔材料消耗，因此設備故障停機時間、設備故障停機次數都是影響設備性能發揮的主要技術指標。

由于設備月開動時間不同，同一機臺月度故障停機總時間沒有可比性，同樣月故障停機總次數之間也沒有可比性。把單臺設備的月故障停機總時間、月故障停機總次數折算成設備實際運行100小時對應的標準故障停機時間、標準故障停機次數，統計口徑統一后不同機臺不同月份的上述指標就可以直接比較。設備標準故障停機時間長就表示設備運行效能較差，設備標準故障停機次數多也表示設備運行效能較差。

把月故障停機時間、月故障停機次數折算成設備實際運行100小時對應的數據。以T凈表示月實際運行時間，T故障表示月故障停機時間，T0表示標準月故障停機時間，則有：

T0=100×（T故障/T凈 ）

取T0的最大值5，對上式做歸一化處理，以T表示處理后的標準故障停機時間，則有：

T=1-20×（T故障/T凈 ）

同理，取以N0的最大值5，以N表示標準化后的標準故障停機次數，則有：

N=1-20×（N故障/T凈）

隨著設備使用年限的增加，機械磨損、電氣老化和零部件的疲勞失效等因素使設備的實際效率與驗收時客觀存在一定差距。在計算設備運行性能時增加設備年限系數，修正使用年限對設備有效作業率的影響部分，符合設備“成熟、衰退”的壽命周期規律。因此計算設備平均有效作業率時，增加設備年限系數作為修正效率要素，更能準確反映實際的設備運行性能，年限修正系數取值見表2。

經過以上分析，確定從設備故障停機時間、設備故障停機次數、設備使用年限三個方面為設備運行性能體系建立評價指標，構造評價向量R，且有R=TNf（x）T，所構造的設備運行性能評價體系見表3。

2.2?層次分析法指標權重求解

確定設備運行性能評價體系的對象集，記作E=設備運行指數。構造設備運行性能評價體系要素集：

u=u1，u2，u3，={設備故障停機時間，設備故障停機次數，設備運行年限}

采用層次分析法求設備運行性能評價體系要素權重。為確定各要素的權重系數，需依據評價因子集構造判斷矩陣S=uijp×p即：

S=123?1213?13131

通過計算，可得到判斷矩陣S對應的特征向量為：

A0=0.825672，0.520141，0.218446

對其作歸一化處理：

A=0.528，0.332，0.140

向量A即是采用層次分析法確定的設備運行性能評價體系三個一級要素的權重值，要素權重系數的計算是應用模糊綜合評價法的關鍵。

2.3?設備運行性能的多級模糊綜合評價

依據加權平均算法，求得設備運行性能模糊綜合評價指標。

E=A°R=0.5280.3320.140°TNf（x）T

=0.528T+0.332N+0.140f（x）

2.4?應用實例

以河南中煙工業有限責任公司新鄭卷煙廠2013年12月份6號機臺的實際運行數據（見表4）為例，計算設備運行指數，則有：

E=A°R=0.5280.3320.140°0.531.1334T=0.757

由上述計算可知，該機臺12月份的設備運行指數為0.757，對照表1的評價標準可得其屬于E2級，評價結果為“良好”。

3?結論

采用模糊綜合評價法計算單機臺月度設備運行指數，把其按照降序排序，可直接篩選出設備運行效率較差的機臺，通過對重點機臺設備維修記錄進行分析，確定制約設備效能提升的因素，能夠迅速掌握設備運行狀況。由于計算設備運行指數時對設備故障停機時間、設備故障停機次數進行了標準化處理，單機臺設備運行指數可在月度、年度的維度上直接進行比較，并且其在縱向和橫向也有較好的可比性。

采用模糊綜合評價法，從設備故障停機時間、設備故障停機次數、設備運行年限三方面對設備運行性能進行綜合評價，與設備運行效率、設備利用率、設備開動率、設備綜合效率等指標相比，該評價方法得到的設備運行指數指標在設備運行性能表達方面更全面、更高效。

參考文獻

[1]?王新洲.模糊空間信息處理[M].武漢：武漢大學出版社，2003：130-131.

[2]?景海生.談設備管理考核指標優化和考核要素標準化[A].上海.上海市煙草專賣局2007年度獲獎論文集（工程技術類）[C].2007：289-291.