基于FUZZY AHP的油罐泄漏維修決策方法研究

文/王 冬 蔣新生 歐益宏

1.引言

隨著國家油料戰略儲備的需要，各油庫儲存油料都有較大提高，超期使用的油罐也比較多。各種油罐由于貯存的介質組分變化大，制造材料等級和制造標準較低，腐蝕較嚴重，一旦發生泄漏事故，將帶來嚴重的安全隱患，并給環境帶來巨大的破壞，造成極大的經濟損失。目前對油罐維修方法的分析與評定主要是采用定性分析的方法，使用這種方法存在的主要問題是評定過程帶有一定的隨意性和主觀性。因此，必須進行油罐維修決策方法的研究，使維修有一個直觀的量化的可比性，為維修質量管理工作提供必要的決策依據。

2.油罐維修層次分析法

運用層次分析法構造油罐維修系統模型時，大體可分為以下四個步驟[1]：

①建立層次結構模型

將油罐維修決策的目標、考慮的因素（決策準則）和決策對象按它們之間的相互關系分為最高層、中間層和最低層，給出維修層次結構圖。如圖1所示：

②構造判斷（成對比較）矩陣

通過對專家反復詢問確定判斷矩陣是通常采用的方法：判斷矩陣規則是即其中兩個元素相互比較重要度。

③層次單排序與檢驗

圖1 油罐維修層次圖

層次單排序：指每一個判斷矩陣中每個因素對其準則的相對權重。

一致性檢驗的步驟如下。

（a）一致性指標C.I.計算

（b）查表得到平均隨機一致性指標R.I.

（c）得到一致性比例C.R.

C.R.>0.1時，對判斷矩陣需要進行修正，C.R.<0.1時，則是可接受的。

④最終結果

通過分析排序結果，得到目標決策方案。

3.油罐維修決策模糊層次分析法（FUZZY AHP）

3.1 油罐維修決策層次分析法存在的問題

在上述油罐維修層次分析法應用的過程中，發現存在以下不足：技術專家對決策方案采用點值的定性評價打分，不能反映規劃決策因素的模糊性；構造比較判斷矩陣時，由一個技術專家給出比較判斷矩陣有較大的片面性，導致由排序向量進行決策的可信度不高。針對上述問題，在規劃決策中采用模糊層次分析法（FAHP）能夠解決點值打分缺乏彈性的問題[2]，并且能最大限度地降低專家個人偏好對打分的影響。

3.2 三角模糊數

①三角模糊數的定義[3]

記F(R)為R上的全體模糊數，設M∈F(R)：

M的隸屬函數μM：R→［0，1］可表示為

式中l≤m≤u，l和u表示M的下界和上界值。m為M的隸屬度為1的中值。一般三角Fuzzy數M表示為（l，m，u)。

②三角模糊數的運算

設M1=(l1，m1，u1)，M2=(l2，m2，u2)是2個三角模糊數，我們對三角模糊數的運算定義為：

3.3 油罐維修決策FAHP算法步驟

應用FUZZY AHP進行維修決策的整個算法步驟如下：

①通過現場勘察，認真分析油罐維修方案特點，建立決策層次結構；

②通過維修技術專家打分，得到全部的因素判斷矩陣、油罐維修方案判斷矩陣；

③求得多個維修技術專家的綜合判斷矩陣；

④求得三角模糊數的可能度排序矩陣，求得最后的可能排序向量

⑤最后根據④中可能度排序向量得到相應的油罐維修方案。

4.油罐維修方式決策實例

4.1 基本情況

某油庫一3000m3油罐，儲存汽油，發現罐底滲油。騰空清洗后全面檢測油罐罐底腐蝕情況，對59塊油罐底板（其中中幅板50塊，邊緣板9塊，如圖2所示）檢測發現：存在3處腐蝕穿孔缺陷（圖中用黑點表示），其中23號板穿孔直徑約3mm，51號板穿孔直徑約8mm，55號板穿孔直徑約5mm。

圖2 油罐底板排版及缺陷位置圖

通過現場勘察，專家提出以下可行維修方案為：

① 應急堵漏，②補漏劑修補，③焊補法，④換板法。

4.2 模糊層次分析法油罐維修決策

（1）維修層次的建立

根據實際情況，建立如下層次分析模型，中間層主要因素為維修難易程度、維修經濟性、維修可靠性、維修安全性和維修所需周期。

圖3 油罐罐底維修層次結構圖

（2）構造維修模糊判斷矩陣

第一步，設有3名專家，專家對一組比較（如上圖中間層維修難易程度、維修經濟性、維修可靠性與安全性及維修周期的比較）得到一組三角模糊數為：（l1，m1，u1)，(l2，m2，u2)，(l3，m3，u3)。3個技術專家得到的模糊評價矩陣如表1：

第三步：去模糊化，并求出各因素最終權重

比較模糊數的規則：

規則一：M1（l1，m1，u1)和M2（l2，m2，u2)為三角模糊數。M1 ≥M2的可能度定義為：

規則二：一個模糊數大于其他K個模糊數的可能度，被定義為：

第四步，按相同方法，得到下一層的各指標權重

如上例中，應急堵漏維修方法對總目標的總權重最終計算結果為：

應急堵漏維修方法：TV1= 0.084 + 0.2 + 0.09 = 0.374

同理可得其它維修方法對總目標的總權重分別為：

補漏劑維修方法：

TV2=0.383

焊補法：TV3=0.087

換板法：TV4=0.158

故補漏劑維修方法對總目標的權重最高，應該選擇補漏劑維修方法。

5.結語

本文提出了基于模糊層次分析法的油罐維修智能決策方法，并結合實例完成了基于模糊層次分析法的油罐罐底維修決策。在油罐維修決策中應用模糊層次分析法求取綜合權重指標，能夠改善傳統層次分析法使用點值打分在油罐維修決策中存在的不足。使用模糊標度體系能夠較準確地考慮方案間的差異而降低比較打分的難度，同時反映決策因素的模糊性和不確定性。采用多個專家打分加權平均的方法能夠有效將個人偏好造成的片面性降低，該方法比較可靠，切實可行，易于操作并且工作量不大，將大大提高決策的速度和準確性。

1.王蓮芬，許樹柏.層次分析法引論[m].北京：中國人民大學出版社.1999

2.BUCKLEY J J. Fuzzy hierarchical analysis[J]. Fuzzy Sets and Systems，17(3): 233～247，1985

3.陳大宇，肖峻，王成山.基于模糊層次分析法的城市電網規劃決策綜合評判[J] .電力系統及其自動化學報，2003，15（4）：83～88.