王 楠,張明玉,劉 浩,王大雷

(宿州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

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基于模糊層次分析的煤礦特種車輛安全性評(píng)價(jià)

王 楠,張明玉,劉 浩,王大雷

(宿州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

為了研究煤礦特種車輛的安全性能，利用模糊層次分析法對其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).首先建立影響特種車輛安全性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后確定指標(biāo)體系的權(quán)重大小，然后利用模糊層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).結(jié)果表明，設(shè)備因素對其安全性影響最大，其次是人員因素，最后是管理因素；管理因素和環(huán)境因素對“危險(xiǎn)”等級(jí)的隸屬度較高；以淮北某煤礦為例，利用模糊層次分析法對特種車輛安全性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果為“安全”.

煤礦；特種車輛；模糊層次分析；安全性

煤礦特種車輛是指用來進(jìn)行煤礦工作人員、礦井設(shè)備以及少量煤炭物料的運(yùn)輸設(shè)備，在煤礦輔助運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用[1-2].特種車輛的安全性關(guān)系著輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的連續(xù)性和效率，因此，如何結(jié)合特種車輛使用環(huán)境判斷影響煤礦特種車輛的安全性因素，運(yùn)用有效的評(píng)判方法評(píng)價(jià)其危險(xiǎn)程度，是一個(gè)嶄新的課題.

研究表明，模糊層次分析法結(jié)合模糊數(shù)學(xué)和層次分析法(AHP)的優(yōu)點(diǎn)，通過對評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比，有效地處理了難于定量分析的復(fù)雜問題，比較兩影響因素的重要程度，并且通過引入模糊數(shù)學(xué)的理論，克服了思維的主觀性[3].因此，本文利用模糊層次分析法分析煤礦特種車輛的安全性.

1 救生艙安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系建立

圖1 煤礦特種車輛安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖

煤礦特種車輛安全性受多種因素的共同影響，筆者在研究車輛系統(tǒng)安全性和考察煤礦環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過分析近年來煤礦特種車輛的安全事故類型，建立了煤礦特種車輛安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中包

括人員因素、環(huán)境因素、設(shè)備因素和管理因素等4個(gè)一級(jí)指標(biāo)體系，安全意識(shí)、操作規(guī)范等16個(gè)二級(jí)指標(biāo)體系，如圖1所示.

1.2 評(píng)價(jià)矩陣建立

利用專家評(píng)判的方法對煤礦特種車輛安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定其評(píng)價(jià)集為E=[e1,e2,e3,e4,e5]，其中e1表示非常安全、e2表示比較安全、e3表示安全、e4表示危險(xiǎn)、e5很危險(xiǎn)5個(gè)等級(jí)，其加權(quán)值和標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示，專家組根據(jù)專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對二級(jí)指標(biāo)按照評(píng)價(jià)集進(jìn)行打分，得出評(píng)價(jià)值矩陣Ri.

表1 安全等級(jí)加權(quán)值和標(biāo)準(zhǔn)值

2 模糊層次分析理論

模糊層次分析法結(jié)合層次分析的系統(tǒng)性和模糊理論的科學(xué)性，通過分層次構(gòu)建模糊判斷矩陣來進(jìn)行評(píng)判的定量性與科學(xué)性的分析方法，主要由指標(biāo)權(quán)重確定和模糊綜合評(píng)價(jià)兩部分組成[4-5].

2.1 指標(biāo)權(quán)重確定

在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)專家提供的評(píng)判信息，建立模糊判斷矩陣，確定各指標(biāo)的權(quán)重.本文以基于三角模糊數(shù)的方法對權(quán)重大小進(jìn)行計(jì)算[6].采用三角模糊數(shù)表示兩影響因素間重要程度，得到相應(yīng)的模糊判斷矩陣.為了使評(píng)判過程能夠進(jìn)行定量計(jì)算，兩因素的對比采用數(shù)值度量標(biāo)準(zhǔn)，見表2所示.

表2 三角模糊數(shù)重要程度標(biāo)度表

設(shè)Si=(li,mi,ui)表示任意一個(gè)三角模糊數(shù)矩陣，那么綜合判斷矩陣可以表達(dá)如公式(1)所示：

(1)

若V(Si≥Sk)表示第i個(gè)三角矩陣大于第k個(gè)三角矩陣的程度，因此，兩個(gè)三角模糊數(shù)矩陣的可能度表達(dá)式如公式(2)所示：

(2)

2)當(dāng)m1≥m2時(shí)， V(M1≥M2)=1

3)當(dāng)其他情況時(shí)，V(M1≥M2)=0

若d＇ (Ci)表示指標(biāo)Ci最大的可能度，W＇表示同一層次權(quán)重向量大小排序，W表示對向量W＇歸一后的權(quán)重向量[7-8]，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(3)-(5)所示：

d＇ (Ci)=V(Si≥S1,S2，S3,…,Sn)=minV(S1≥Sk)

(3)

W＇=[d＇ (C1),d＇ (C2),…,d＇ (Cn)]

(4)

(5)

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)上述權(quán)重確定方法，確定二級(jí)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重為Wi=(wi1,wi2,…,wit)，根據(jù)Ri(二級(jí)指標(biāo)因素對評(píng)價(jià)集E的評(píng)價(jià)值)得到二級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)向量Bi=Wi×Ri.

把上級(jí)指標(biāo)權(quán)重W與下級(jí)模糊評(píng)價(jià)向量進(jìn)行乘法計(jì)算，得到上級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)隸屬度B=Wi×Bi[9].

3 應(yīng)用實(shí)例

通過對某煤礦特種車輛進(jìn)行抽樣檢查，發(fā)現(xiàn)此煤礦特種車輛種類齊全，主要包括鏟運(yùn)車、無軌膠輪車、支架搬運(yùn)車、電機(jī)車等.現(xiàn)以此煤礦為例，通過專家對評(píng)價(jià)體系中各因素進(jìn)行打分，然后利用模糊層次分析法對此煤礦特種車輛安全性進(jìn)行評(píng)價(jià).

3.1 指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)煤礦特種車輛評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合3位礦井運(yùn)輸專家對此煤礦特種車輛的安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，對影響因素進(jìn)行兩兩比較，確定其重要程度等級(jí)，建立一級(jí)指標(biāo)三角模糊判斷矩陣，如表3所示.

表3 一級(jí)指標(biāo)模糊判斷矩陣

根據(jù)三角模糊運(yùn)算法則，對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行平均運(yùn)算，然后根據(jù)公式(1)對一級(jí)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行計(jì)算，得到：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式(2)～(5)，可得

d＇(B1)=minV(S1≥Sk)=0.625

d＇(B2)=minV(S2≥Sk)=0.430

d＇(B3)=minV(S3≥Sk)=1

d＇(B4)=minV(S4≥Sk)=0.570

因此，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理之后，

W=[0.238，0.164，0.381，0.217]

根據(jù)以上3位煤礦運(yùn)輸和煤礦安全專家對各二級(jí)指標(biāo)的打分情況，可得出二級(jí)指標(biāo)權(quán)重值，各位專家對此煤礦的特種車輛安全性評(píng)分結(jié)果如表4所示.

表4 某煤礦特種車輛安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重及專家打分表

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

對人員因素下的4個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)：

=(0.102，0.281，0.394，0.200，0.024)

同理可得，其他二級(jí)指標(biāo)隸屬度計(jì)算結(jié)果

B2=W2×R2=(0.021,0.207,0.327,0.292,0.153)

B3=W3×R3=(0.126,0.242,0.355,0.203,0.074)

B4=W4×R4=(0.133,0.223,0.374,0.244,0.027)

根據(jù)隸屬度計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行煤礦特種車輛安全性能分析：

=(0.105，0.241，0.364，0.226，0.065)

根據(jù)表1中特種車輛統(tǒng)安全等級(jí)的加權(quán)取值和隸屬度，對其安全等級(jí)進(jìn)行計(jì)算：

V=0.105×9.5+0.241×8.5+0.364×7+0.226×5.5+0.065×2=6.967

此煤礦特種車輛的安全等級(jí)加權(quán)分值為6.967，與表1進(jìn)行比對得到此煤礦特種車輛安全等級(jí)為“安全”.

4 結(jié)論

1)根據(jù)煤礦特種車輛的使用標(biāo)準(zhǔn)，利用專家，建立了煤礦特種車輛安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中包括4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和16個(gè)二級(jí)指標(biāo).

2)利用三角模糊數(shù)確定各指標(biāo)體系的權(quán)重大小，結(jié)果表明：設(shè)備因素對其安全性影響最大，其次是人員因素，最后是管理因素.

3)運(yùn)用模糊層次法分析法對淮北某礦山特種車輛進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：此煤礦特種車輛安全等級(jí)為“安全”，管理因素和環(huán)境因素對“危險(xiǎn)”的隸屬度較高，仍需進(jìn)一步加強(qiáng)特種車輛相關(guān)管理和注意自然環(huán)境對特種車輛行駛的影響.

4)在建立煤礦特種車輛安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體環(huán)境不斷優(yōu)化指標(biāo)體系，綜合利用多種方法進(jìn)行評(píng)判，提高準(zhǔn)確性和實(shí)用性.

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Safety Evaluation of Coal Mine Special Vehicle Based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process

WANG Nan, ZHANG Ming-yu, LIU Hao, WANG Da-lei

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Suzhou University, Suzhou, 234000, China)

The fuzzy analytic hierarchy process is used to evaluate the safety condition of the mine special vehicle. First, the evaluation multi-level index system is established according to the influence factors of the coal mine underground special vehicle, then the weight of each index is determined, at last, the fuzzy analytic hierarchy process is used to evaluate the coal mine special vehicle. The results indicate that the equipment factors is the main factor that affects the safety of lifesaving cabin, followed by the personal factor, and finally the management factors; The management factors and environmental factors has the higher membership degree on the "dangerous" level; Taking a coal mine in Huaibei as an example, the performance of special vehicle is evaluated by using "FAHP" for "safety".

coal mine; special vehicle; fuzzy analytic hierarchy process; safety

2016-10-05

宿州學(xué)院煤礦機(jī)械與電子工程中心平臺(tái)項(xiàng)目(2015ykf23)

王 楠(1989-)，男，安徽淮北人，宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院助教.

X936

A

1672-2590(2016)06-0080-05