基于熵權法的液壓支架壽命模糊綜合評價方法

郭永鳳，張佳興

（1.陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710302；2.西安航天動力技術研究所，陜西西安 710100）

基于熵權法的液壓支架壽命模糊綜合評價方法

郭永鳳1，張佳興2

（1.陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710302；2.西安航天動力技術研究所，陜西西安 710100）

根據液壓支架的經濟性壽命，安全性壽命，技術性壽命和可靠性壽命指標，本文提出了基于熵權的液壓支架壽命模糊綜合評價方法。構建了模糊綜合評價法的數學模型，運用該模型對液壓支架的壽命進行了綜合評價，結果與實際壽命狀態相符合，驗證了該方法的實用性和有效性，為煤炭生產企業設備管理提供科學的依據。

液壓支架壽命；熵權法；模糊評判

0 引言

綜采機械化采煤是現代煤礦開采的發展方向，機械化開采離不開綜采設備。首先，液壓支架作為綜采設備的“三機”之一，根據工作要求，液壓支架可以通過頂梁來支護頂板，保證工作面的安全生產，還可以隨著工作面的開采而不斷推進。液壓支架的失效或誤動作，會造成工作面冒頂或者是工作面停產，嚴重時更會造成人身傷亡。其次，液壓支架在井下的總質量約占整個綜采裝備總質量的百分之八十到百分之九十，所占的費用約占百分之六十到百分之七十[2]，其壽命和健康狀況影響著整個工作面的開采和安全。因此，研究其壽命狀態，將有助于為煤炭生產企業設備管理提供科學的依據。在本文中，我們試圖探索一種新的方法來實現對液壓支架壽命的綜合評價。

1 熵權法

熵權法首先是由申農 C. E.Shannon引入到信息論之中，稱之為信息熵[3]。它是一種客觀評價方法，比起主觀評價法更準確，更符合實際要求。

假設有m個待評項目，n個評價指標，則原始數據矩陣R=(r?)mn：

其中r?為第j個指標下第i個項目的評價值。使用熵權法求其指標值權重的步驟如下：

(1) 計算比重p?：

(2) 計算第j個指標的熵值ej：

(3) 計算第j個指標的熵權wj：

(4) 確定指標的綜合權數βj：

假設指標的權重為αj, j=1,2,…,n，再根據熵權wj，就可以得到指標j的綜合權數：

2 基于熵權的模糊綜合評價模型

2.1 劃分因素集

2.2 建立隸屬度評價矩陣

隸屬度評價矩陣R表征著評價指標U 到V 的模糊關系，可以用式（6）來表示：

對于一些不容易量化或者比較模糊的指標，可以通過模糊統計的方法來求解其隸屬度[4-5]。

2.3 多級模糊綜合評價

液壓支架壽命的評價等級包括兩個級別的指標，所以首先確定出二級指標的評價結果矩陣，然后在通過二級指標的評價結果矩陣得出最終的評價的結果。

（8）對安全活動制度進行完善，加強企業內部對于安全文化的重視。定期組織企業內部的安全活動，加強員工的安全意識，推動安全生產。

首先，利用二級指標權重w′i及二級指標評價集Ri進行二級指標的模糊評價，然后將評價結果做歸一化處理，從而可以得到二級指標層的隸屬度向量Bi：

然后，利用二級指標得到的結果，可以得到一級指標權重集w和一級指標層的評價矩陣B,并將其進行歸一化處理，得到最終的評價結果:

最后，進行“模糊矩陣數值化”處理，得到最終的綜合評價結果S：

3 液壓支架健康狀態綜合評價

3.1 建立多級遞階層次結構模型

根據對液壓支架的了解和初步分析，將評價系統涉及的各要素分層排列。可以建立圖1的關系圖。

圖1 液壓支架壽命綜合評價指標體系

3.2 利用熵權法確定指標權重

根據圖1建立的層次結構模型和式（1）～（5）進行計算，可以得到液壓支架不同層層次指標相應的權重值，如表1所示。

表1 液壓支架壽命不同層次指標權重值

根據液壓支架的綜合分析，將其壽命的階段分為四個等級，即健康，亞健康，故障和報廢，并將其進行賦值：

V={V1V2V3V4}={健康 亞健康 故障 報廢}

={90 70 50 30}

由此得到的備擇集評價矩陣如表2表示。

表2 液壓支架壽命備擇集評價矩陣

3.4 液壓支架壽命的多級模糊綜合評價

下面主要對液壓支架的壽命進行多級模糊綜合評價，首先根據表2和公式（7）求得隸屬度向量Bi：

同理，可以得到B2, B3, B4：

最后，通過公式（9）得出最終的結果S：

結果得出液壓支架目前的壽命狀態處于“亞健康”狀態，這也與實際井下液壓支架的狀況相一致，因為井下的惡劣環境影響，對液壓支架的壽命存在很大的影響。對于辨別出液壓支架處于“亞健康”狀態，可以通過管理和修復使支架一直處于良好的狀態，為企業的管理也提供了依據。

4 結論

本文從模型的方法和系統的角度，研究液壓支架壽命的綜合評價方法，建立了基于熵權的液壓支架壽命模糊綜合評價方法。并以實際工況中的液壓支架為例，運用了綜合評價方法，驗證了方法的有效性，并且結論與實際相符，為煤炭生產企業設備管理提供科學的依據。

[1] 陳雷平. 液壓支架的整體有限元分析 [D]. 西安: 西安理工大學, 2007.

[2] 呂凱波. 液壓支架主體結構件的疲勞分析及其壽命預測的研究[D].太原理工大學, 2008.

[3] 袁艷斌, 梁宵, 張曉盼等. 礦山運輸系統可靠性的熵權法模糊綜合評判[J]. 金屬礦山, 2011, (2):28-31.

[4] 暢偉, 陳衛. 基于模糊綜合評判的無人機系統安全性評估[J].桂林航天工業高等專科學校學報, 2011, (4):421-423.

[5] 白思俊等.系統工程[M]. 北京:電子工業出版社, 2009:132-139.

Fuzzy comprehensive evaluation for hydraulic support life based on entropy method

GUO YongFeng1,ZHANG JiaXing2
(1.Shaanxi Institute of Technology, Xi′an 710302,Shaanxi,China; 2.Xi′an Aerospace Propulsion Institute,Xi′an 710100,Shaanxi ,China)

In order to realize the effective evaluation of hydraulic support life, fuzzy comprehensive evaluation for hydraulic support life based on entropy method was proposed. Moreover, the fuzzy appraisal model was built by using the economic life, the safety life, the reliability life and the technical life. All results fit in with the reality, which provides a scientific basis for the enterprise equipment management, verified the practicability and effectiveness of the method.

hydraulic support life evaluation; entropy method; fuzzy evaluation

TD355+.4；

A；

1 006-9658（201 6）04-0022-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.04.005

2016-01-18

稿件編號:1601-1215

郭永鳳 (1988—)，女，碩士，助教，研究方向為機械學科.