引言（一）

    本網(wǎng)據(jù)“安全、健康和環(huán)境報(bào)道：”對(duì)于石化裝置的可靠性評(píng)價(jià)，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性及人為因素，裝置的各個(gè)組成部分的故障概率數(shù)據(jù)很難知道，不可能精確給出。因此在缺乏先驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，評(píng)價(jià)石化裝置屬于不確定問(wèn)題的范疇，不能運(yùn)用傳統(tǒng)的通過(guò)概率計(jì)算的方法來(lái)求解。本文運(yùn)用了模糊集理論解決這個(gè)問(wèn)題，即用區(qū)間模糊語(yǔ)言變量的形式來(lái)替代傳統(tǒng)的概率表示，對(duì)于不確定性問(wèn)題的合成處理，采用改進(jìn)的證據(jù)推理的方法處理。
 
評(píng)價(jià)模型的建立（二）

    對(duì)于常減壓裝置來(lái)講，組成它的零部件（子系統(tǒng)）的可靠性可用一組區(qū)間模糊語(yǔ)言變量來(lái)表達(dá)，利用證據(jù)推理方法合成某一子系統(tǒng)的各零件的可靠性評(píng)估結(jié)果，可得到該子系統(tǒng)的可靠性表達(dá)式，最終可得到整個(gè)裝置的可靠性水平。

    1．1 可靠性評(píng)語(yǔ)集的建立

    評(píng)語(yǔ)集是評(píng)價(jià)者給出的評(píng)價(jià)對(duì)象可能的評(píng)價(jià)結(jié)果的集合，也即系統(tǒng)、裝置、零部件等存在的可能性狀態(tài)的集合。為了符合人們辨識(shí)力的實(shí)際界限，等級(jí)劃分的數(shù)目一般不超過(guò)7個(gè)。現(xiàn)將評(píng)語(yǔ)集確定為5個(gè)可能狀態(tài)，即

    V={v1，v2，v3，v4，v5}

    其中：狀態(tài)v1表示“很好”；狀態(tài)v2表示“較好”；狀態(tài)v3表示“一般”；狀態(tài)v4表示“較差”；狀態(tài)v5表示“差”。

    1．2 故障模式因素集的建立

    故障模式因素集是以影響評(píng)價(jià)對(duì)象的各種因素為元素所組成的一個(gè)普通集合，通常用大寫(xiě)字母U表示。對(duì)石化裝置的零部件（設(shè)備）而言，故障的三個(gè)重要因素即故障模式發(fā)生的概率、致命度及由故障模式引起的損傷概率起著決定性作用。由這三個(gè)參數(shù)合成得到的因素集表示了與某一故障模式相關(guān)的零部件（設(shè)備）的可靠性水平，即U={u1，u2，u3}其中u1為“故障模式發(fā)生概率”；u2為“致命度”；u3為“由故障模式引起的損傷概率”。

    1．3 故障模式因素集中各因素評(píng)語(yǔ)集的建立

    在傳統(tǒng)的方法中，影響整個(gè)裝置的零部件（設(shè)備）的可靠性評(píng)價(jià)的參數(shù)定量的數(shù)值確定，但在現(xiàn)實(shí)生活中人們卻常常使用模糊語(yǔ)言變量來(lái)描述上述參數(shù)，即組成一組區(qū)間模糊語(yǔ)言變量來(lái)表示。

    描述故障模式發(fā)生的概率可用以下一組區(qū)間語(yǔ)言變量來(lái)表示：

    V={v1，v2，v3，v4，v5}

    其中：狀態(tài)v1表示“經(jīng)常發(fā)生”；狀態(tài)v2表示“易于發(fā)生”；狀態(tài)v3表示“很可能發(fā)生”；狀態(tài)v4表示“很少發(fā)生”；狀態(tài)v5表示“不太可有發(fā)生”。

    描述致命度可用以下一組區(qū)間語(yǔ)言變量來(lái)表示：

    V={v1，v2，v3，v4，v5}

    其中：狀態(tài)v1表示“災(zāi)難性的”；狀態(tài)v2表示“致命性的”；狀態(tài)v3表示“重大的”；狀態(tài)v4表示“輕度的”；狀態(tài)v5表示“很小的”；。

    描述故障模式引起的損傷概率可用以下一組區(qū)間語(yǔ)言變量來(lái)表示：

    V={v1，v2，v3，v4，v5}

    其中：狀態(tài) v1表示“肯定會(huì)發(fā)生（損傷）”；狀態(tài)v2表示“很容易發(fā)生（損傷）”；狀態(tài)v3表示“可能會(huì)發(fā)生（損傷）”；狀態(tài)v4表示“很少可能會(huì)發(fā)生（損傷）”；狀態(tài)v5表示“不太可能發(fā)生（損傷）”。

    1．4 可靠性評(píng)語(yǔ)集及故障模式因素集中各因素評(píng)語(yǔ)集區(qū)間模糊語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)的確定

    a） 可靠性評(píng)語(yǔ)集：

    “很好”={1/1，2/[0.5，0.55]3/[0.2，0.3]，4/0，5/0}

    “較好”={1/[0.4，0.5]，2/1，3/[0.4，0.5]，4/0，5/0}

    “一般”={1/0，2/0.6，3/1，4/[0.3，0.4]，5/0}

    “較差”={1/0，2/0，3/[0.4，0.45]，4/1，5/[0.5，0.6]}

    “差”={1/0，2/0，3/[0.3，0.4]，4/[0.5，0.6]，5/1}

    b） 故障模式發(fā)生的概率：

    “經(jīng)常發(fā)生”={1/1，2/[0.75，0.8]，3/[0.3，0.4]，4/0，5/0}

    “易于發(fā)生”={1/[0.6，0.7]，2/1，3/[0.4，0.5]，4/0，5/0}

    “很可能發(fā)生”={1/0，2/[0.6，0.7]，3/1，4/[0.3，0.4]，5/0}

    “很少發(fā)生”={1/0，2/0，3/[0.4，0.5]，4/1，5/[0.7，0.8]}

    “不太可能發(fā)生”={1/0，2/0，3/[0.2，0.3]，4/0.7，5/1}

    c） 致命度的概率：

    “災(zāi)難性的”={1/1，2/[0.8，0.85]，3/[0.4，0.5]，4/0，5/0}

    “致命性的”={1/[0.75，0.8]，2/1，3/[0.4，0.5]，4/0.2，5/0}

    “重大的”={1/0，2/[0.6，0.7]，3/1，4/[0.4，0.5]，5/0}

    “輕度的”={1/0，2/0，3/0.25，4/1，5/[0.7，0.75]}

    “很小的”={1/0，2/0，3/0.1，4/[0.75，0.8]，5/1}

    d） 故障模式引起的損傷概率：

    “肯定會(huì)發(fā)生（損傷）”={1/1，2/[0.7，0.8]，3/[0.3，0.4]，4/0，5/0}

    “很容易發(fā)生（損傷）”={1/[0.5，0.6]，2/1，3/[0.6，0.7]，4/0，5/0}

    “可能會(huì)發(fā)生（損傷）”={1/0，2/[0.6，0.7]，3/1，4/[0.3，0.4]，5/0}

    “很少可能會(huì)發(fā)生（損傷）”={1/0，2/0，3/0.4，4/1，5/[0.6，0.7]}

    “不太可能發(fā)生（損傷）”={1/0，2/0，3/0.2，4/[0.7，0.75]，5/1}

    1．5 標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)權(quán)重的確定

    對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)而言，各個(gè)子部分（子系統(tǒng)）的重要程度是不一樣的。為了反映各自的重要程度，就要在評(píng)價(jià)中賦以相應(yīng)的權(quán)數(shù)，而且既要考慮各子系統(tǒng)的權(quán)重，又要考慮各子系統(tǒng)中各零部件或其下級(jí)分系統(tǒng)的權(quán)重，即需要建立兩個(gè)方面的權(quán)重集。在評(píng)價(jià)過(guò)程中由評(píng)估人根據(jù)有關(guān)專(zhuān)家們的經(jīng)驗(yàn)給出其標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)權(quán)重，即λ=（x1，X2，X3……）T。

評(píng)價(jià)實(shí)例（三）

    以安慶石化煉油廠常減壓車(chē)間DCS監(jiān)控系統(tǒng)的儀表裝置為例，進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)。“儀表裝置”主要與“元件損壞”、“傳輸故障”和“控制故障”這三種故障模式相關(guān)。而每種故障模式考慮“故障發(fā)生的概率”、“致命度”，以及“故障模式引起的損傷概率”這三個(gè)重要因素，通過(guò)運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＜以u(píng)判，對(duì)各個(gè)因素給出評(píng)判值，然后運(yùn)用D—S合成法則合成各專(zhuān)家意見(jiàn)，以確定這三個(gè)因素的可靠性表達(dá)式，再結(jié)合一定的合成法則合成三個(gè)因素的評(píng)判表達(dá)式，得到每個(gè)故障模式的可靠性評(píng)分表達(dá)式，通過(guò)最優(yōu)化方法可將各故障模式的可靠性評(píng)分表達(dá)為區(qū)間模糊語(yǔ)言變量的形式，運(yùn)用證據(jù)推理的合成法則合成故障模式的可靠性評(píng)分結(jié)果，得到“儀表裝置”的可靠性區(qū)間模糊語(yǔ)言變量形式的表達(dá)式。

    2．1 “元件損壞”故障模式

     利用領(lǐng)域?qū)＜业脑u(píng)價(jià)結(jié)果，設(shè)有三位專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)價(jià)，第一位專(zhuān)家的評(píng)價(jià)結(jié)果為：處于“易于發(fā)生”的概率為0.35，處于“很可能發(fā)生”的概率為0.6，處于“很少發(fā)生的概率”為0.05；第二位專(zhuān)家的評(píng)價(jià)結(jié)果為：處于“易于發(fā)生”的概率為0.45，處于“很可能發(fā)生”的概率為0.5，處于“很少發(fā)生”的概率為0.05；第三位專(zhuān)家的評(píng)價(jià)結(jié)果為：處于“易于發(fā)生”的概率為0.4，處于“很可能發(fā)生”的概率為0.5，處于“很少發(fā)生”的概率為0.1。根據(jù)D—S法則合成：K=∑{m₁(A₁)m₂(A₂)…mk（Ak）|A₁∩A₂∩……A_k≠Φ}=0.2133。其沖突值E=1-K=1-0.2133=0.7867<0.8（0.8為預(yù)先給定的值），故判定有效。

    故障發(fā)生概率L_元：

    L_元={1/[0.3，0.35]，2/[0.75，0.8]，3/[0.55，0.6]，4/0.1，5/0}

    致命C_元：

    C_元={1/[0.75，0.8]，2/1，3/[0.35，0.4]1，4/[0.15，0.2]，5/0}

    故障引起的損傷概率P_元：

    P_元={1/0.2，2/[0.65，0.75]，3/1，4/[0.45，0.5]，5/0}

    綜合“故障模式發(fā)生概率”、“致命度”及“故障模式引起的損傷概率”這三個(gè)因素的結(jié)果可得“元件損傷”定故障模式的可靠性評(píng)分。

    S=C·P×L，μs=μC·P×1(μs¹…μs^j…)

    S_元={1/[0.25，0.3]，2/[0.7，0.75]，3/[0.55，0.6]，4/0.1，5/0}

    利用最優(yōu)適合法可以將“元件損壞”這一故障模式的可靠性評(píng)分表達(dá)式變?yōu)閰^(qū)間模糊語(yǔ)言變量的形式：

    d₁=（S元，“很好”）=0.85

    d₂=（S元，“較好”）=0.304

    d₃=（S元，“一般”）=0.602

    d₄=（S元，“較差”）=1.324

    d₅=（S元，“差”）=1.412

    引進(jìn)新的參數(shù)進(jìn)行修正如下：

    a₁=d _imin/d1=0.304/0.85=0.358

    a₂=d _imin/d2=0.304/0.304=1

    a₃=d _imin/d3=0.304/0.602=0.505

    a₄=d _imin/d4=0.304/1.324=0.230

    a₅=d _imin/d5=1.412/0.85=0.215

    將參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)果為：

    β₁=0.155；β₂=0.433；β₃=0.218；β₄=0.113；β₅=0.093

    因此“元件損壞”的可靠性評(píng)分的區(qū)間模糊語(yǔ)言變量各等級(jí)隸屬度為[0.155，0.157]，“很好”；[0.431，0.433]“較好” [0.198，0.201]“一般”； [0.110，0.113]“較差”； [0.090，0.093]“差”。

    即“元件損壞”這一故障模式的可靠性表示為區(qū)間模糊語(yǔ)言變量的形式為：

    S（S_元）={（[0.155，0.157]，“很好”），（[0.431，0.433]，“較好”）， （[0.198，0.201]，“一般”），（ [0.110，0.113]，“較差”，（ [0.090，0.093]，“差”）}

    上式表明就“元件損壞”這種故障模式而言，“儀表裝置”的可靠性20%左右屬于“一般”，43.3%程度上屬于“較好”，15%左右屬于“很好”，而屬于“較差”和“差”的程度約為20%。

    2．2 “傳輸故障”模式

    故障發(fā)生概率L_傳：

    L_傳={1/0.25，2/[0.75，0.8]，3/[0.55，0.6]，4/0.1，5/0}

    致命度C_傳：

    C_傳={1/[0.8，0.85]，2/[0.7，0.8]，3/0.4，4/0.2，5/0}

    故障引起的損傷概率P _傳：

    P _傳={1/0.2，2/[0.75，0.8]，3/[0.85，0.9]，4/0.2，5/0}

    故S _傳= C_傳·P _傳×L _傳={1/0.25，2/[0.75，0.8]，3/[0.55，0.6]，4/0.1，5/0}

    利用最優(yōu)適合法可以得到“傳輸故障”這一故障模式的可靠性評(píng)分表達(dá)式為區(qū)間模糊語(yǔ)言變量的形式，即

    S（S _傳）={（[0.154，0.155]，“很好”），（[0.418，0.421]，“較好”），（[0.228，0.23]，“一般”），（[0.098，0.110]，“較差”），（[0.096，0.099]，“差”）}

    2．3 “控制故障”模式

    故障發(fā)生概率L _控：

    L_控={1/[0.4,0.5]，2/[0.85，0.9]，3/[0.35，0.4]，4/0，5/0}

    致命度C_控：

    C_控={1/1，2/[0.75，0.8]，3/[0.34，0.4]，4/0，5/0}

    故障引起損傷概率P_控：

    P_控={1/[0.7，0.8]，2/[0.55，0.6]，3/[0.45，0.5]，4/0，5/0}

    故S_控=C_控·P_控×L_控={1/[0.4，0.5]，2/[0.75，0.8]，3/[0.35，0.4]，4/0，5/0}

    利用最優(yōu)適合法可以得到“控制故障“這一故障模式的可靠性評(píng)分表達(dá)式為區(qū)間模糊語(yǔ)言變量的形式，即

    S（S_控）={（[0.167，0.169]，“很好”），（[0.550，0.553]，“較好”），（[0.185，0.186]，“一般”），（[0.072，0.074]，“較差”），（[0.074，0.075]，“差”）}

    儀表裝置的三個(gè)故障模式的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)權(quán)重為

    λ_儀=（0.7，0.8，0.9）^T

    m^j_ki=m（H_k/e_ki）是一個(gè)基本概率分布，代表第i個(gè)故障模式對(duì)第k個(gè)零部件可靠性隸屬于區(qū)間模糊語(yǔ)言變量Hi的影響程度m^j_ki=λ_kiβ_ij，其中λ_ki為零部件Cλ_i的第I個(gè)故障模式的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)權(quán)重。

    綜合上述結(jié)果得其基本概率分布矩陣如下：

   

    由合成結(jié)果可得到新的矩陣如下：

    ｍ（^*）（A）=[0。122 0.410 0.168 0.071 0.066]

    按照修正法則進(jìn)行修正后得：

    m（A）=[0.146 0.490 0.200 0.085 0.079]

    所以?xún)x表裝置的可靠性評(píng)分的區(qū)間語(yǔ)言變量形式表達(dá)式為：

    S _儀={1/[0.145，0.146]，2/[0.488，0.490]，3/[0.198，0.200]，4/[0.084，0.086]，5/[0.077，0.079]}

    根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，儀表裝置的可靠性“較好”。

結(jié)論（四）

    利用區(qū)間模糊語(yǔ)言變量來(lái)表達(dá)零部件及裝置的可靠性水平，可以克服常規(guī)方法中故障模式的概率分布難以精確表達(dá)的缺點(diǎn)，同時(shí)又可有效利用少量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和專(zhuān)家或工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)。

    通過(guò)對(duì)安慶石化煉油廠常壓車(chē)間DCS監(jiān)控系統(tǒng)的儀表裝置進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，石化裝置這樣的結(jié)構(gòu)復(fù)雜又相互關(guān)聯(lián)的具有不確定性信息的復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)，證據(jù)推理可以充分利用底層零部件（子系統(tǒng)）的可靠性信息，對(duì)其進(jìn)行有效合成，保證了評(píng)價(jià)的合理性與可靠性。（秦汝祥 吳健）