《武汉工程大学学报》 2015年12期
27-30
出版日期：2016-01-14
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
基于层次分析法的高压隔膜泵安全的指标体系
０ 引 言高压隔膜泵是管道运输中的核心设备，所以高压隔膜泵安全状况就显得尤为重要． 因此，加强监测高压隔膜泵的健康状况和提高高压隔膜泵安全生产能力已成为很多企业的首要目标之一． 目前，相关文献都聚焦在高压隔膜泵单向阀和主轴的故障安全诊断上，通过小波包、支持向量机和希尔伯特－黄变换等方法来找出故障特征频率，从而诊断故障． 文献［１］采用ＥＭＤ和ＨＨＴ相结合的方法对主轴的振动信号进行分析，通过比较正常振动信号和故障信号的频带能量谱图，找出发生故障的频带，进而诊断主轴的故障［１］；文献［２］采用小波包分解下的核主元分析法对采集到的单向阀运行信号进行分析，通过信号时频域的分析结果判断单向阀故障［２］；文献［３］采用傅立叶变化等方法对单向阀声发射信号进行时频分析，进而诊断单向阀故障［３］． 这些方法只有在故障出现时才能诊断故障，而不能提前预防故障安全的发生，所以在高压隔膜泵安全管理中，如何评估高压隔膜泵的健康状况是重要的内容之一． 依据层次分析法的原理，评估高压隔膜泵的健康状况需要一个“健康状况评估指标体系”． 由于各种因素，如技术、管理、环境等因素的影响，高压隔膜泵的安全生产能力是复杂的，对隔膜泵的安全性进行评价出现了许多的评价方法，既有定性的方法，也有定量的方法，例如单指标评估方法、综合评估指数、百分制法等，这些方法既有优点又有缺点，单指标评估方法简单方便，容易计算，但是根据一个指标进行评估的方法又太过于片面，导致评估结果没有代表性；综合评估指数简单易用，但是将评估指标转化成同一标准上的难度较大，而且类比参照值难以获取，评估结果偏差大；百分制法操作简单，考虑因素比较全面，然而评估基准值主观随意性较大，没有考虑评估指标相互之间的影响，从而导致评估结果不准确［４］． 由于高压隔膜泵的健康状况存在很多未知因素的影响，当前很多评估方法难以获得可靠而且准确的结果． 本研究提出应用层次分析法搭建高压隔膜泵安全状况的ＡＨＰ模型，确立影响高压隔膜泵安全生产能力的指标体系，从而为高压隔膜泵安全评估和管理决策提供理论依据． １ ＡＨＰ（层次分析法）的基本原理与步骤１．１ 层次分析法简介在２０世纪７０年代，美国运筹学家提出了层次分析法的系统分析方法，这种方法把定性描述和定量计算结合在一起，把一个复杂的问题划分相互联系的有序层次，然后对同一层次元素的相对重要性进行比较，计算各元素的权重值，最后根据各指标的权重值，对问题进行综合评价． １．２ 层次分析法步骤运用层次分析法进行高压隔膜泵安全状况指标体系的建模，大致可以分为以下四步来进行［１］：１）建立评估指标体系结构；２） 构造比较判断矩阵；３）计算权重值；４）一致性检验［６］． ２ 层次分析法在高压隔膜泵安全状况评估中的应用２．１ 建立评估分析的层次结构在与云南某管道公司运营部相关技术人员交谈并且进行了初步的分析后，按照层次分析法的一般步骤，建立高压隔膜泵核心组件健康状况评估指标体系：建立评估分析的层次结构，目标层是高压隔膜泵健康性Ａ． （1）一级指标层高压隔膜泵的健康性主要由其核心组件的健康状况来评估的［７］，由文献［３］可知，高压隔膜泵主要由单向阀、轴、隔膜和电机组成，所以，笔者把“单向阀健康性Ｂ１”、“轴的健康性Ｂ２”、“隔膜健康性Ｂ３”、“电机健康性Ｂ４”作为一级指标． （2）二层指标层二级指标是能够反映一级指标健康状态一些重要参数，我们通过管道公司“数字管道系统”能清晰的看到影响每个核心组件的重要参数，然后选取其中重要的参数作为二级指标． 图１给出高压隔膜泵核心组件安全状况指标体系的设计.图１ 指标体系设计Ｆｉｇ．１ Design of index system ２．２ 相关判断矩阵的计算与一致性检验上面已经构建好了三层指标体系结构，在构建好的层次结构中针对上一层的某指标，对本层次与该指标有关的所有指标依次构造两两比较的判断表，供专家打分使用． 针对各指标项，本文以问卷的形式［８－９］收集了各位专家的打分意见． 由于专家对所评估领域指标的熟悉程度和认识深度非常关键，因此重点选择了云南某管道公司运营中心在高压隔膜泵设备上既拥有较高理论水平又有丰富实践操作的专家来评分． ２０位专家评分的平均结果，依次如下表所示． Ａ层—Ｂ层（一级评估体系）表1 A判断矩阵Table 1 A judgment matrix根据公式计算矩阵Ａ１■ａｉｊ（ｉ＝１，２，３……）＝（１／１０，４／３，１／１０，７５）■i=n■＝（０．５６，１．０７，０．５６，２．９４）■■j＝０．５６＋ １．０７ ＋ ０．５６＋２．９４＝５．１３Wi=■＝（０．１１，０．２１，０．１１，０．５７）ＡＷ＝ＡＷｉＴ＝（０．４４，０．８４，０．４４，２．３０）λｍａｘ＝（４＋４＋４＋４．０４）／４＝４．０１Ｃ．Ｉ＝（４．０１－４）／３＝０．００３Ｃ．Ｒ＝０．００３／０．８９＝０．００４＜０．１（通过一致性检验）Ｂ层—Ｃ层（二级评估指标体系）表2 B1判断矩阵Table 2 B1 judgment matrix根据公式计算矩阵Ｂ１■ａｉｊ（ｉ＝１，２，３……）＝（１／５０，１／２，１０，１０）■■j＝０．３８＋０．８４ ＋１．７８＋１．７８＝４．７８Wi=■＝（０．０８，０．１８，０．３７，０．３７）ＡＷ＝（０．３２，０．７１，１．５０，１．５０）λｍａｘ＝（４＋３．９４＋４．０５＋４．０５）/４＝４．０１Ｃ．Ｉ＝（４．０１－４）/３＝０．００３Ｃ．Ｒ＝Ｃ．Ｉ/０．８９＝０．００３/０．８９＝０．００４＜０．１（通过一致性检验）根据公式计算矩阵Ｂ２Wi=■＝（０．４５，０．４５，０．１０）λｍａｘ＝（３．１１１＋３．１１１＋２．８０）/３＝３．００Ｃ．Ｉ＝（３．００－３）/２＝０Ｃ．Ｒ＝Ｃ．Ｉ/０．８９＝０＜０．１（通过一致性检验）同理，根据公式计算判断矩阵Ｂ３、Ｂ４，并且通过一致性检验． 表3 B2判断矩阵Table 3 B2 judgment matrix２．３ 高压隔膜泵核心组件安全状况指标权重经过上述的分析和计算过程后，最终得到了高压隔膜泵核心组件安全状况的指标权重，具体细节如表４所示.表4 指标权重表Table 4 Weight table of evaluation index３ 结 语根据高压隔膜泵安全状况指标体系实例，电机和轴的安全性是影响高压隔膜泵安全性最主要的两个因素；从二级指标可以看出来，影响单向阀、轴、隔膜和电机安全性最主要的参数集中在压力和冲程数上，所以监测这两个参数的值有利于高压隔膜泵的健康安全运行，从而为管道运营者和管理者提供了理论支持.在考虑影响高压隔膜泵安全性的主要因素后，采用层次分析法对高压隔膜泵安全性进行定性描述和定量计算，确定各种指标的权重值，保证了评价指标的客观性和准确性． 由于层次分析法人为主观性很强，所以判断矩阵的确定需要更多有经验的专家进行打分，才能保证判断矩阵的准确性． 致 谢感谢云南大红山管道有限公司运营中心的支持！