馬幸福，陳炳炎，程一凡

（湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械系，湖南 湘潭 411101）

0 引言

從20世紀80年代起，電梯開始作為一種新興商品大量進入中國市場。電梯的設(shè)計使用壽命一般為10年～15年左右，但是我國現(xiàn)行電梯標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)對于電梯強制報廢期限沒有明確規(guī)定，導(dǎo)致很多電梯都在超期使用，有的已經(jīng)超過了15年。北京市質(zhì)監(jiān)局2013年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，北京電梯擁有量已達16萬部，其中使用年限超過10年的老舊電梯約2萬部，大多為乘客電梯，使用頻率極高，占電梯總量的12.5%。由于超期運行，電梯機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)老化嚴重，且當(dāng)時的控制技術(shù)為PLC技術(shù)，與目前的微機技術(shù)相比已經(jīng)非常落后，老舊電梯的可靠性和安全性潛在風(fēng)險加大，老舊電梯引發(fā)的安全事故逐年增多。由于各種原因，中國目前超期運行和帶病運行的老舊電梯數(shù)量尚沒有一個準(zhǔn)確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。國家現(xiàn)行的特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯》（TSG T7001－2009）不對電梯運行的安全隱患和潛在故障進行預(yù)測和預(yù)防，無法對電梯整機使用性能進行判斷，也沒有提出老舊電梯強制報廢標(biāo)準(zhǔn)。老舊電梯的安全運行關(guān)系到民眾的正常生活質(zhì)量與安全，因此，對老舊電梯開展安全風(fēng)險評估研究具有很大的現(xiàn)實意義。

1 安全風(fēng)險評估方法

目前進行系統(tǒng)安全風(fēng)險評估的方法有20多種，適用于電梯安全風(fēng)險評估的常用方法有層次分析法（AHP）、模糊層次分析法（FAHP）、熵值法、加權(quán)平均法、安全檢查表、故障樹分析、概率危險評價等［1－7］。在電梯安全評估方法中以層次分析法（AHP）應(yīng)用最為廣泛。

從技術(shù)與管理方面對老舊電梯的安全風(fēng)險進行主觀判斷是獲取安全風(fēng)險評估數(shù)據(jù)的主要來源，這些主觀判斷通常用兩兩指標(biāo)對比的結(jié)果進行表示，即利用評估值aij表示判斷準(zhǔn)則i和j之間的重要性比較。傳統(tǒng)AHP評價方法由于專家主觀判斷致使判斷矩陣缺乏彈性，病態(tài)矩陣一致性檢驗的調(diào)整具有盲目性，因此AHP評價方法缺乏科學(xué)性。為了解決上述問題，本文將模糊集理論與AHP方法結(jié)合起來，選用一種基于三角模糊數(shù)判斷矩陣的方法，引入容差參數(shù)，改善專家判斷的主觀誤差范圍，完成對老舊電梯的安全風(fēng)險評估體系，從而確定主觀評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

1.1 模糊語義變量

利用三角模糊數(shù)M＝（m，a，n）來構(gòu)造判斷矩陣，其中，m和n分別表示模糊數(shù)的下界和上界，a為中間值。專家根據(jù)經(jīng)驗首先確定中間值，再根據(jù)模糊程度確定模糊數(shù)的上界與下界。上界與下界的差值（nm）表示模糊判斷的精準(zhǔn)度，模糊數(shù)中間值的選取依據(jù)表1進行。

1.2 模糊偏好法矩陣模型

構(gòu)造三角模糊數(shù)＝（mij，aij，nij），建立判斷矩陣：

為了計算各判斷指標(biāo)的權(quán)重值，需要對判斷矩陣進行一致性要求檢驗。由于專家判斷的主觀性造成判斷矩陣存在不一致性，為了不重新修改判斷矩陣，引入容差參數(shù)dk，0≤dk≤1（k＝1，…，n），dk表示中間值aij所接受的一個判斷誤差范圍。對于任意，總存在一個相應(yīng)的比值wi/wj，使得：

容差參數(shù)dk反映的只是決策者對于評估準(zhǔn)則的主觀偏好容差程度，不同的決策者可以根據(jù)自身偏好程度的不同選取不同的容差參數(shù)。λij的值是判斷矩陣相容性的自然指標(biāo)，衡量的是wi/wj滿足中間值aij的程度，存在一個最優(yōu)解向量（wi/wj，λij），使式（3）具有最大隸屬度。

對于隸屬度λij，可建立非線性規(guī)劃模型：

從而將矩陣一致性問題轉(zhuǎn)化為對最大隸屬度求解非線性規(guī)劃方程問題。

表1 模糊語義變量與對應(yīng)的模糊數(shù)

2 評估模型

從安全保護裝置、運行管理、維護檢修3個方面對老舊電梯進行總體安全風(fēng)險評估。通過專家調(diào)研、查閱文獻資料、查看國家電梯標(biāo)準(zhǔn)等方式獲得老舊電梯安全指標(biāo)參數(shù)。安全保護裝置包括終極保護系統(tǒng)、門保護系統(tǒng)、超速保護系統(tǒng)、電氣安全保護系統(tǒng)、設(shè)備及線路保護措施；運行管理包括平均載荷、日平均工作時間、乘坐人員行為；維護檢修包括定期檢修情況、零部件磨損情況、電梯使用年數(shù)。建立的老舊電梯風(fēng)險評估模型如圖1所示。

圖1 老舊電梯風(fēng)險評估模型

3 案例分析

為了驗證模糊偏好法在老舊電梯安全風(fēng)險評估方法的可行性，依據(jù)圖1中的11個指標(biāo)，邀請評估專家對11個指標(biāo)進行打分，建立比較判斷矩陣，如表2所示。例如：B1與B2橫向比較模糊數(shù)為（2，3，4），中間值為“3”，表示“終極保護系統(tǒng)”相對“門保護系統(tǒng)”的重要程度為“稍微重要”。

結(jié)合Matlab工具箱，取容差參數(shù)dk＝1，解非線性規(guī)劃方程（4），計算得：w1＝0.254 0、w2＝0.132 3、w3＝0.099 7、w4＝0.165 9、w5＝0.108 7、w6＝0.028 7、w7＝0.030 5、w8＝0.026 5、w9＝0.055 9、w10＝0.035 3、w11＝0.626。

同樣地，對電梯運行狀態(tài)結(jié)果在多指標(biāo)下的評估值進行評分，得到的權(quán)重參數(shù)如表3所示。

4 結(jié)束語

采用模糊偏好法，通過三角模糊數(shù)構(gòu)建判斷矩陣，考慮專家評估思維的模糊性，應(yīng)用容差參數(shù)擴大容差接受范圍，將傳統(tǒng)AHP判斷矩陣一致性問題轉(zhuǎn)化為對最大隸屬度值求解非線性規(guī)劃問題，有效避免了傳統(tǒng)層次分析法中的大量計算工作。經(jīng)過實例應(yīng)用表 明，該方法實用、方便、合理。

表2 評估指標(biāo)比較判斷矩陣

表3 評價方案及權(quán)重

［1］張廣明，邱春玲，錢夏夷，等.模糊層次分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在電梯風(fēng)險評估中的應(yīng)用［J］.控制理論與應(yīng)用，2009，26（8）：931－933.

［2］于源，王克儉.AHP－ATA在電梯風(fēng)險評估中的應(yīng)用［J］.土木建筑與環(huán)境工程，2012，34（6）：103－106.

［3］張堃，周德云.熵權(quán)與群組AHP相結(jié)合的TOPSIS法多目標(biāo)威脅評估［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20（7）：1661－1664.

［4］王化吉，宗長富，管欣.基于模糊層次分析法的汽車操縱穩(wěn)定性主觀評價指標(biāo)權(quán)重確定方法［J］.機械工程學(xué)報，2011，47（24）：83－85.

［5］Jonathand，Lin tondea. A method for ranking the greenness of design decision［J］.Journal of Mechanical Design，2002，124（7）：145－150.

［6］Lu Yue－jin.Weight calculation method of fuzzy analytical hierarchy process［J］.Fuzzy Systems and Mathematics，2002，16（2）：79－85.

［7］Zhang Ji－jun.Fuzzy analytical hierarchy process ［J］.Fuzzy Systems and Mathematics，2000，14（2）：80－88.