曲 娜, 王 楠, 藍(lán)真亮, 楊 峰

(沈陽航空航天大學(xué) 安全工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110136)

?

基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)

曲 娜, 王 楠, 藍(lán)真亮, 楊 峰

(沈陽航空航天大學(xué) 安全工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110136)

從系統(tǒng)產(chǎn)品可靠性、可維護(hù)性、環(huán)境適應(yīng)性等6個(gè)方面構(gòu)建了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)估指標(biāo)體系,運(yùn)用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度分析法來確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,采用模糊綜合評(píng)判法得出火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)估結(jié)果.以沈陽航空航天大學(xué)圖書館火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為例進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)估模型的可行性.

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng); 產(chǎn)品性能; 灰色關(guān)聯(lián)度分析; 模糊綜合評(píng)判

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是通過火災(zāi)探測(cè)器和人工實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)火情并及時(shí)報(bào)警的系統(tǒng),主要由火災(zāi)探測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警控制器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器和電源等組成,是預(yù)防火災(zāi)必不可少的組成部分.隨著建筑規(guī)模的迅速發(fā)展,火災(zāi)隱患監(jiān)測(cè)的難度也大大增加,對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能的要求也越來越高,系統(tǒng)產(chǎn)品性能的優(yōu)劣直接影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全.

2009年,趙海榮建立了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用層次分析法確定了各指標(biāo)的權(quán)重,并給出了各二級(jí)指標(biāo)的量化方法,最終得出了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用效能綜合評(píng)價(jià)模型[1].宋立巍對(duì)地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)使用效能評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究,提出了該系統(tǒng)使用效能的評(píng)價(jià)要求、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)流程以及評(píng)分模型,但評(píng)分模型不夠明確[2].2010年,孫瑩瑩制定了提高火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用效能的應(yīng)對(duì)措施,但沒有提出效能評(píng)估模型[3].馬玉東對(duì)于當(dāng)前正在運(yùn)行的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用效能不能正常發(fā)揮的現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出了改進(jìn)措施,沒有建立效能評(píng)估模型[4].張麗敏介紹了評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)劃分和確定方法, 確定了消防指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)的評(píng)測(cè)方法和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),未建立系統(tǒng)效能評(píng)估模型[5].2011年,Z.G.Liu研究了9個(gè)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)效能,代表了五種應(yīng)用于公路隧道的類型.通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論為縱向氣流條件下火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)時(shí)間取決于燃料類型、火的大小和位置、氣流的速度和檢測(cè)方法,沒有建立系統(tǒng)評(píng)估模型[6].M.Ahrens統(tǒng)計(jì)了美國家庭煙霧報(bào)警系統(tǒng)的效能[7].2012年,ZhangZhenna分析了火災(zāi)探測(cè)器的響應(yīng)性能,通過數(shù)值計(jì)算預(yù)測(cè)了ASD系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,可以指導(dǎo)大空間建筑ASD系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝,沒有建立火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)效能評(píng)估模型[8].ZhangLimin利用層次分析法確定多準(zhǔn)則第三級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重,并構(gòu)造消防指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)模型[9].2013年,任國生從多個(gè)角度分析了當(dāng)前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警產(chǎn)品應(yīng)用效能存在的問題,并有針對(duì)性地提出了相應(yīng)的解決對(duì)策,并沒有建立有效的評(píng)估模型[10].I.L.Homeag利用模糊專家系統(tǒng)算法提高火災(zāi)探測(cè)部分效能,沒有考慮整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的效能[11].2014年,汪瑩構(gòu)建了礦產(chǎn)資源開發(fā)優(yōu)先序列評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,提出了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的礦產(chǎn)資源開發(fā)優(yōu)先序列模型[12].

論文從系統(tǒng)產(chǎn)品可靠性、可維護(hù)性、環(huán)境適應(yīng)性、兼容性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性和易用性等6個(gè)方面構(gòu)建了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)估指標(biāo)體系,運(yùn)用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度分析法來確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,采用模糊綜合評(píng)判法得出最終火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)估結(jié)果.

1 算法設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件,利用層析分析法建立火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能指標(biāo)體系,見表1.

表1 產(chǎn)品性能指標(biāo)體系

1.2 基于改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度確定權(quán)重

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是分析系統(tǒng)中各元素之間關(guān)聯(lián)程度或相似程度的方法,其基本思想是根據(jù)關(guān)聯(lián)度對(duì)系統(tǒng)排序.本文運(yùn)用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度分析法來確定產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重.

(1) 改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度分析法.設(shè)有原始數(shù)據(jù)列X0=(x0(t),t=1,2,…,n},比較數(shù)據(jù)列Xi=(xi(t),t=1,2,…,n ,i=1,2,…,m}.

第1步:對(duì)X0、Xi作一次累減,如式(1)、式(2).

(1)

(2)

第2步:計(jì)算相對(duì)變化率k,如式(3)、式(4).

(3)

(4)

第3步:計(jì)算X0與Xi之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)r0i(k)和關(guān)聯(lián)度r0i,如式(5).

(5)

其中當(dāng)yi(t)與y0(t)符號(hào)相同時(shí)取正號(hào),否則取負(fù)號(hào);當(dāng)y0(t)與(yi(t))為零時(shí),將y0(t)與(yi(t))的符號(hào)做正號(hào)處理.

(6)

r0i的正負(fù)情況反映了Xi與X0兩個(gè)變量間的相關(guān)性質(zhì).r0i>0 表示正相關(guān),即X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的增(減);r0i<0 表示負(fù)相關(guān),X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的減(增).由此計(jì)算的r0i不再是一個(gè)相對(duì)值,而是一個(gè)絕對(duì)值.

(2) 權(quán)重確定.針對(duì)目標(biāo)和各指標(biāo)都已量化的系統(tǒng),如果采用改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián),需要先計(jì)算各子因素與目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度,再對(duì)其作歸一化處理,所得的值即為權(quán)重.這樣不僅可以確定指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的影響程度,而且能反映確定指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的影響方向是否具有較強(qiáng)的客觀性.根據(jù)待評(píng)價(jià)場(chǎng)所近年運(yùn)行數(shù)據(jù),可以得到表1的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值,方法具體步驟如下:

① 建立目標(biāo)數(shù)據(jù)列X0={x0(t),t=1,2,…,n};子目標(biāo)數(shù)據(jù)列Xi={xi(t),t=1,2,…,n,i=1,2,…,m}.

② 將各r0i作歸一化處理得W=(w1,w2,…,wm),其中

(7)

W即為權(quán)重向量.負(fù)號(hào)表示確定指標(biāo)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面影響.

1.3 模糊綜合評(píng)判

模糊綜合評(píng)判方法是在模糊環(huán)境下,考慮多種因素的影響,為了某種目的對(duì)一事物做出綜合決策的方法.該方法首先需要確定評(píng)價(jià)對(duì)象集、因素集和評(píng)語集.將表1中所有二級(jí)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)對(duì)象集.每個(gè)指標(biāo)的優(yōu)劣等級(jí)定為因素集為:V={優(yōu),良,中,及格,不及格}.所有二級(jí)指標(biāo)優(yōu)劣得分結(jié)果為評(píng)語集,形成模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣.利用灰色關(guān)聯(lián)度確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量=(A1,A2,…,An).最后根據(jù)模糊運(yùn)算法則,可得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果.根據(jù)最大隸屬度原則確定模糊結(jié)果,得出系統(tǒng)產(chǎn)品性能等級(jí).

2 系統(tǒng)效能評(píng)估算例

選擇沈陽航空航天大學(xué)圖書館火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)作為實(shí)際案例進(jìn)行系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)價(jià),并根據(jù)性能評(píng)價(jià)結(jié)果提出合理化的建議.

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定

收集火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)近10年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中表2為近5年數(shù)據(jù)和10年的平均值,并建立目標(biāo)數(shù)據(jù)列即火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品成功報(bào)警次數(shù)X0={x0(t),t=1,2,…,n},子目標(biāo)數(shù)據(jù)列即各二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Xi={xi(t),t=1,2,…,n ,i=1,2,…,m}.

對(duì)X0,Xi作一次累減得y0和yi,計(jì)算相對(duì)變化率k,得到X0與Xi之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)r0i(k)和關(guān)聯(lián)度r0i,結(jié)果填入表3(部分).

表2 系統(tǒng)產(chǎn)品性能相關(guān)數(shù)據(jù)

表3 關(guān)聯(lián)系數(shù)r0i(k)和關(guān)聯(lián)度r0i

當(dāng)yi(t)與y0(t)符號(hào)相同時(shí)取正號(hào),否則取負(fù)號(hào),為零時(shí),做正號(hào)處理.r0i的正負(fù)情況反映了Xi與X0兩個(gè)變量間的相關(guān)性質(zhì).r0i>0 表示正相關(guān),即X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的增(減);r0i<0 表示負(fù)相關(guān),X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的減(增).由此計(jì)算的r0i不再是一個(gè)相對(duì)值,而是一個(gè)絕對(duì)值.將各r0i作歸一化處理得權(quán)重向量W=(w1,w2,…,wm),見表4.W即為權(quán)重向量.負(fù)號(hào)表示確定指標(biāo)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面影響.二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Wi=(0.03 0.03 0.2 0.03 0.03 0.06 0.03 0.06 0.06 0.06 0.11 0.14 0.03 0.07 0.03 0.03),一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)W0=(0.32 0.15 0.06 0.34 0.10 0.03).

2.2 產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)

通過分析沈陽航空航天大學(xué)圖書館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行信息,并和消防控制室工作人員進(jìn)行座談,獲得了評(píng)估所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)信息.根據(jù)專家打分法和系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)合模糊統(tǒng)計(jì)法,通過各單因素模糊評(píng)價(jià)獲得模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣R.

(8)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)如式(9).

(9)

即系統(tǒng)產(chǎn)品性能為優(yōu)的概率為0.552,良的概率為0.286,中的概率為0.133,及格的概率為0.029,不及格的概率為0.根據(jù)模糊評(píng)價(jià)的最大隸屬度原則確定評(píng)估結(jié)果為優(yōu).據(jù)該消防控制室工作人員反映火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)工作10年以來一直運(yùn)行情況良好,與評(píng)估結(jié)果基本一致.

3 結(jié) 論

依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件,建立了包括可靠性、可維護(hù)性、環(huán)境適應(yīng)性、可擴(kuò)展性、兼容性和易用性等一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo),并進(jìn)一步細(xì)分得到二級(jí)指標(biāo).建立了基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度-模糊綜合評(píng)判方法的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)模型.彌補(bǔ)了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品性能在使用過程中缺乏的評(píng)價(jià)方法和檢測(cè)手段,對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理均具有一定的參考意義.

[ 1 ] 趙海榮. 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可靠性分析及應(yīng)用效能評(píng)價(jià)[D]. 沈陽:東北大學(xué), 2009:7-9.

(ZHAOHR.Reliabilityanalysisandapplicationefficiencyevaluationofautomaticfirealarmsystem[D].Shenyang:NortheasternUniversity, 2009:7-9.)

[ 2 ] 宋立巍,宋立丹,趙海榮. 地鐵火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)使用效能評(píng)價(jià)[J]. 消防科學(xué)與技術(shù), 2009,28(7):516-518.

(SONGLW,SONGLD,ZHAOHR.Applicationperformanceevaluationonautomaticfirealarmsystemofmetro[J].FireScienceandTechnology, 2009,28(7):516-518.)

[ 3 ] 孫瑩瑩. 淺談提高火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用效能[J]. 高科技與產(chǎn)業(yè)化, 2010,6(9):97-98.

(SUNYY.Discussiononimprovingtheautomaticfirealarmsystemperformance[J].High-Technology&Industrialization, 2010,6(9):97-98.)

[ 4 ] 馬玉東. 關(guān)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警產(chǎn)品應(yīng)用效能的一些思考[J]. 商場(chǎng)現(xiàn)代化, 2010(15):172-173.

(MAYD.Somethoughtsabouttheautomaticfirealarmproductefficacy[J].MarketModernization, 2010(15):172-173.)

[ 5 ] 張麗敏,裴建國,周煒. 消防指揮自動(dòng)化系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系研究[J]. 消防科學(xué)與技術(shù), 2010,29(4):311-313.

(ZHANGLM,PEIJG,ZHOUW.Researchontheeffectivenessevaluationindexsystemoffirecommandautomationsystem[J].FireScienceandTechnology, 2010,29(4):311-313.)

[ 6 ]LIUZG.Investigationontheperformanceoffiredetectionsystemsfortunnelapplications-Part2:Full-scaleexperimentsunderlongitudinalairflowconditions[J].FireTechnology, 2011,47(1):191-220.

[ 7 ]AHRENSM.SmokealarmpresenceandperformanceinU.S.homefires[J].FireTechnology, 2011,47(3):699-720.

[ 8 ]ZHANGZN,ZHANGQ.Performancestudyonfirealarmsysteminlargespacebuildings[J].RecentAdvancesinComputerScienceandInformationEngineering, 2012,124:69-73.

[ 9 ]ZHANGLM.Researchontheefficiencyevaluationmodeloffirecommandautomationsystem[J].AdvancedMaterialsResearch, 2012,383-390:2492-2495.

[10] 任國生. 關(guān)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警產(chǎn)品應(yīng)用效能的現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 信息系統(tǒng)工程, 2013(3):82-84.

(RENGS.Currentsituationandcountermeasuresontheefficacyofautomaticfirealarmproduct[J].ChinaCIONews, 2013(3):82-84.)

[11]HOMEAGIL,PRLOG-CRISTIANR,COVRIGM.Efficiencyincreaseforelectricalfiredetectionandalarmsystemsthroughimplementationoffuzzyexpertsystems[J].ElectricalEngineering, 2013,75(1):251-266.

[12] 汪瑩,王光岐. 灰色關(guān)聯(lián)分析在礦產(chǎn)資源開發(fā)優(yōu)先序列中的應(yīng)用[J]. 沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,26(4):290-295.

(WANGY,WANGGQ.Applicationofgreycorrelationanalysisinprioritysequenceofmineralresourcesdevelopment[J].JournalofShenyangUniversity(NaturalScience), 2014,26(4):290-295.)

【責(zé)任編輯: 李 艷】

Product Performance Assessment of Fire Alarm System Based on Gray Correlation Analysis

QuNa,WangNan,LanZhenliang,YangFeng

(School of Safety Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China)

The assessment index system of product performance is constructed, which includes the product reliability, maintainability, environmental adaptability and so on. Grey correlation analysis method is used to determine the weight of each assessment index. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to get the product performance evaluation results of the fire alarm system. Taking the fire alarm system of Shenyang Aerospace University library as a case of product assessment, the feasibility of the presented system is indicated.

fire alarm system; product performance; grey correlation analysis; fuzzy comprehensive evaluation

2015-10-30

遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(DS504101).

曲 娜(1979-),遼寧營(yíng)口人,沈陽航空航天大學(xué)講師,博士研究生.

2095-5456(2016)05-0392-05

X

A