基于多層次模糊算法的電梯安全評價(jià)方法研究

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院　賀　海　王　月

基于多層次模糊算法的電梯安全評價(jià)方法研究

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院賀海王月

針對電梯使用安全的評估，基于模糊算法，本文提出了電梯使用風(fēng)險(xiǎn)的多層次模糊評估方法并對該方法進(jìn)行理論分析。本文根據(jù)上述方法對電梯制動器制動力不足的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估并確定了其風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估的結(jié)果，可以通過整改措施來降低風(fēng)險(xiǎn)。

電梯安全；風(fēng)險(xiǎn)；安全評估；模糊算法

隨著社會的不斷快節(jié)奏地發(fā)展，以及現(xiàn)代電子技術(shù)及新型材料的興起，電梯技術(shù)的發(fā)展及使用越來越離不開人們的生活和生產(chǎn)活動。電梯作為與人們生活和生產(chǎn)關(guān)系密切的交通和運(yùn)輸工具，其運(yùn)行安全關(guān)系到人們的日常生活質(zhì)量和生產(chǎn)安全。因此，電梯使用安全評價(jià)方法的研究對于保障人們的生活質(zhì)量以及提高生產(chǎn)效益有很重要的意義。

常用的安全評價(jià)方法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［1］、故障樹法［2］和模糊多層次綜合評估法［3］等都可以用于電梯的安全評價(jià)中。與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和故障樹法相比較，模糊多層次評估法在各個(gè)領(lǐng)域的安全評價(jià)中都有較成熟的應(yīng)用，南京市特檢院也采用了這種方法對橋門式起重機(jī)進(jìn)行安全評價(jià)［4］。

1.電梯系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)

1.1電梯的安全特征

電梯作為特殊的機(jī)電系統(tǒng)，其安全性能包括機(jī)械和電氣兩個(gè)方面的安全，使用過程中需要保證使用人員、維護(hù)保養(yǎng)人員、檢驗(yàn)檢測人員以及電梯井道、機(jī)房或滑輪間外人員的安全。電梯的空間涉及使用空間和運(yùn)行空間，轎廂作為電梯的使用空間，是一個(gè)被設(shè)法保證安全的空間，井道作為轎廂運(yùn)行的空間，是一個(gè)危險(xiǎn)的空間，層門外的空間是一個(gè)相對安全的空間。電梯在正常運(yùn)行過程中產(chǎn)生的加、減速度都要保持在乘客所能承受的范圍內(nèi)，一些非正常的加、減速度會對乘客產(chǎn)生一定的傷害。電梯安全不僅僅依賴于技術(shù)，還需要管理及教育，三者相結(jié)合，是電梯安全的重要特征［5］。

1.2電梯中存在的風(fēng)險(xiǎn)

電梯系統(tǒng)不可能絕對安全，某些風(fēng)險(xiǎn)在系統(tǒng)中是不可消除的，可以通過一些方法進(jìn)行降低發(fā)生的概率。因此，電梯系統(tǒng)中的人員或者設(shè)備只能是相對安全，電梯系統(tǒng)的安全是通過充分的降低風(fēng)險(xiǎn)來實(shí)現(xiàn)的。電梯系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)主要來自于機(jī)械、電氣、火災(zāi)等幾個(gè)方面。機(jī)械方面主要來自轎廂、對重、門系統(tǒng)等運(yùn)動部件的運(yùn)動；電氣方面主要來自控制系統(tǒng)故障等；火災(zāi)方面主要指機(jī)房、滑輪間、井道、轎廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。

2.電梯系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)的模糊評價(jià)方法

2.1風(fēng)險(xiǎn)要素的模糊評估

風(fēng)險(xiǎn)的要素有兩個(gè)：傷害的嚴(yán)重程度和傷害發(fā)生的概率。模糊統(tǒng)計(jì)法是讓一些安全評價(jià)人員根據(jù)自己的思考，獨(dú)立確定某個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)要素評估，由于他們對這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的理解有所差異，評估的結(jié)果也有所不同。統(tǒng)計(jì)評估結(jié)果在風(fēng)險(xiǎn)要素的評價(jià)元素上出現(xiàn)的頻率，即隸屬頻率，從中確定隸屬度［6］。在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事件中可能發(fā)生傷害的嚴(yán)重程度的評價(jià)集可以確定為：。

2.2風(fēng)險(xiǎn)要素的多層次模糊評估

電梯作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，一般情況下一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生與多個(gè)因素有關(guān)，本文采用多因素的多層次模糊評價(jià)方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。多層次模糊評價(jià)是一種運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法，對系統(tǒng)中多個(gè)相互影響的因素進(jìn)行綜合評價(jià)的方法。

2.2.1模糊綜合評價(jià)的一級數(shù)學(xué)模型

（1）給出評價(jià)集

其中，m為評語數(shù)。

（2）確定因素集

n為因素個(gè)數(shù)。

（3）確定權(quán)數(shù)

在因素集中，按其重要程度不同給出相應(yīng)的權(quán)數(shù)分配：

確定的方法有統(tǒng)計(jì)法、專家評議法，以及層次分析法、兩兩對比法、德爾斐法等。

為了便于判別和比較各權(quán)數(shù)之和，應(yīng)符合歸一化原則，即：

（4）建立一個(gè)從U到V的模糊映射：

由f可得到模糊關(guān)系矩陣R：

上式中R稱為一級模糊矩陣。

（5）綜合評價(jià)及結(jié)果

有了一級模糊評價(jià)矩陣R和各因素的權(quán)數(shù)矩陣A，可做出綜合性評價(jià)，其公式為：

2.2.2多層次模糊評價(jià)的數(shù)學(xué)模型

在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中，如果使用一級模糊評價(jià)模型去評價(jià)一個(gè)影響因素較多的風(fēng)險(xiǎn)事件，則會因?yàn)闄?quán)數(shù)ai過小以及相互之間難以權(quán)衡比較，而不能準(zhǔn)確的對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。因此，在影響因素較多的情況下，一般采用多層次模型。方法如下：

（1）將因素U按某種屬性分成p個(gè)子集，即U1，U2，…，Up，滿足：上式中i，j=1，2，3，…，p，且。

設(shè)U的每個(gè)子集有ni個(gè)因素，即：

（2）對于各個(gè)Ui按一級模型分別進(jìn)行綜合評價(jià)。Ui中各個(gè)因素的權(quán)重分配為：

得到第一級的綜合評價(jià)為：

（3）將各個(gè)Ui作為一個(gè)元素來看，則二級模糊關(guān)系矩陣為：

按照每個(gè)Ui的重要程度給出權(quán)數(shù)分配矩陣：

得到二級模糊綜合評價(jià)模型為：

所謂多層次模型就是將因素分成多級，并重復(fù)以上的步驟。

3.應(yīng)用案例

溜車是電梯重大事故隱患之一，制動器制動力不足是造成電梯溜車的一個(gè)重要原因，但導(dǎo)致制動力不足還包括其他原因，例如：制動器制動力矩不足、制動閘瓦磨損或老化失效、制動臂延時(shí)釋放等。制動器制動力矩不足主要是由于制動輪上有油污，制動閘瓦的磨損主要是由于制動輪與閘瓦之間長時(shí)間摩擦導(dǎo)致，兩者之間的摩擦主要由于制動輪與閘瓦之間間隙過小、制動器松閘電壓過低、制動力過大導(dǎo)致電梯運(yùn)行時(shí)抱閘不能完全打開等原因?qū)е隆Ｔ谠u估電梯制動力不足的嚴(yán)重程度時(shí)，需要先評估這些因素發(fā)生的嚴(yán)重程度。而上述的這些嚴(yán)重程度難以用定量測量的方法進(jìn)行確定，本文使用模糊綜合評價(jià)的方法進(jìn)行評估。制動力不足的有關(guān)因素如表1所示：

表1　制動器制動力不足的有關(guān)因素

由于因素集U1、U2中只包含一個(gè)因素，由（2.12）可以根據(jù)一次安全評價(jià)的統(tǒng)計(jì)直接給出評價(jià)結(jié)果，即：

因素集U3中包含有四個(gè)因素，根據(jù)式（2.13）對制動閘瓦磨損的嚴(yán)重程度進(jìn)行評估，根據(jù)此次安全評價(jià)的統(tǒng)計(jì)得到模糊關(guān)系矩陣R：

因素集U1，U2，U3之間的權(quán)數(shù)分配為：得出器制動力不足的嚴(yán)重程度的綜合評估為：

根據(jù)最大隸屬度原則［7］可以得到對于動器制動力不足的模糊綜合評估的結(jié)果是：制動力不足的嚴(yán)重程度是低。

4.結(jié)語

一般情況下，人們在評價(jià)某些風(fēng)險(xiǎn)事件時(shí)趨向于使用中間的等級，例如在評估風(fēng)險(xiǎn)傷害的嚴(yán)重程度時(shí)，會比較頻繁使用中和低這兩個(gè)等級。風(fēng)險(xiǎn)要素的多層次模糊評估方法就是一種可以避免這種情況的方法。通過該方法，對電梯使用中風(fēng)險(xiǎn)的等級進(jìn)行評估，若該風(fēng)險(xiǎn)的等級不能被接受，那么應(yīng)通過一系列整改措施降低風(fēng)險(xiǎn)，直至風(fēng)險(xiǎn)可以被接受。

采用多層次模糊評價(jià)方法用于電梯安全評估，符合技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和客觀實(shí)際，能夠準(zhǔn)確地描述風(fēng)險(xiǎn)的不確定性，同時(shí)又可以降低獲取其精確值的難度，使風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理，是一種同時(shí)具備適應(yīng)性和準(zhǔn)確性的安全評價(jià)方法。

［1］熊瑞庭.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯故障診斷系統(tǒng)的研究［D］.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

［2］朱廣慧.“事故樹”分析法在電梯沖頂事故中的應(yīng)用［J］.中國電梯，2005，16（21）：53-54.

［3］YANG Gaoshang，PENG Limin.Fuzzy synthetic assessment of building fire safety system［J］Journal of Central South University of Techn ology，2005（1）：194-198.

［4］胡靜波，慶光蔚，王會方等.基于模糊層次綜合分析法的橋門式起重機(jī)分級評價(jià)［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014，10（1）：189-194.

［5］顧徐毅.基于風(fēng)險(xiǎn)的電梯安全評價(jià)方法研究［D］.上海交通大學(xué)碩士論文，2009.

［6］許洪國，劉兆惠，王超等.基于模糊統(tǒng)計(jì)的山區(qū)公路安全評價(jià)研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16（10）：120-123.

［7］陳耀輝，孫春燕.模糊綜合評判法中的最大隸屬原則有效度［J］.重慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，18（1）：45-47.

Research on the elevator safety evaluation method based on multi-stage fuzzy algorithm

HE Hai，WANG Yue
（Nanjing Special Equipment Inspection Institute，Nanjing Jiangsu 210002，China）

In order to evaluating the elevator safety， a multi-stage fuzzy evaluation method which based on fuzzy algorithm was proposed and analyzed. Based onestage fuzzy comprehensive evaluation method and multi-stage fuzzy comprehensive evaluation method， the fuzzy evaluation of the risk of the elevator brake system was completed and the severity of the risk was determined. According to the risk assessment， the risk can be reduced through some measures.

elevator safety； risk； safety assessment； fuzzy algorithm

賀海（1989—），男，安徽安慶人，現(xiàn)供職于南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，工學(xué)碩士，研究方向：機(jī)電系統(tǒng)理論與設(shè)計(jì)。