基于改進TOPSIS法的耐壓測試系統風險評估*

廖興旺 李濤 徐鼎皓

(1.招商局檢測認證(重慶)有限公司，重慶 401121；2.重慶市計量質量檢測研究院，重慶 401121)

0 引言

當前，壓力設備已廣泛應用于工業制造、醫療健康、公共衛生、安全保障等各個領域，壓力設備和加壓裝置的可靠性、安全性受到業界廣泛關注。雖然目前加壓裝置和產品已經在工程設計和研制過程中開展了多種耐壓試驗，但是壓力相關產品的評價試驗仍存在一定問題。一旦在實際應用中出現安全事故,將危害人民生命財產安全，導致巨大的經濟損失。因此，必須完善檢測產品耐壓性能，開展風險預警，優化資源配置，提高耐壓測試系統的安全性和穩定性。

目前，針對耐壓設備風險評估的研究相對較少，相關研究主要集中于交通運輸、建筑、煤礦、電學、材料、爆炸危險物等領域。例如，李君等[1]通過FAHP算法結合博弈論確定指標綜合權重，應用高斯混合模型模糊聚類算法劃分地區山洪災害風險級別；潘汀超等[2]應用直覺模糊層次分析法和VC-CRITIC法確定指標最終權重，采用二維云模型對箱涵下穿既有運營鐵路進行風險評價；錢輝等[3]針對高電壓下耐壓試驗體系中出現的問題，通過各體系隸屬度對抗壓測試系統進行綜合評估；王景春等[4]運用線性加權法，構建風險隸屬度矩陣，確定風險等級；趙桂峰等[5]通過研究高層RC框架剪力墻結構安全性，發現隔震設計能夠有效減少地震造成的結構可損性；喬萬冠等[6]對多要素耦合影響下煤炭公司進行經營風險測評；錢輝等[7]通過灰色關聯和D-S證據模型對城市地下綜合管廊等PPP工程進行經營風險測評。

本文利用灰色關聯系統理論對TOPSIS法進行改良，建立改進的TOPSIS評估模型，確定耐壓測試系統風險評估等級，并通過實例對耐壓測試系統進行風險評估。

1 耐壓測試系統風險評估指標體系構建

1.1 風險評估目標

為了對耐壓測試系統進行風險評估，首先需要對耐壓測試系統風險指標進行識別和分析。耐壓測試系統風險評估指標選擇應遵循系統全面性、簡潔獨立性、動態可拓性等原則，以準確反映風險評估狀況。

1.2 評估指標體系構建

本文基于安全系統工程理論，結合安全風險評價指標體系研究成果,從人力、物資、環境、技術、管理等方面展開風險分析,形成包括目標層、標準層、指標層的耐壓測試系統風險評價指標體系[7]。經過多次論證,將準則層劃分為檢測人員、檢驗系統安全指標性能、檢驗環境、企業管理4個維度，將指標層細分為25個評估指標。耐壓測試系統風險評估指標體系如圖1所示。

2 耐壓測試系統風險評估流程

2.1 基于模糊層次分析法確定指標權重

模糊層次分析法是一種將模糊綜合評價和一般層次分析法相結合的分析方法，與傳統的層次分析法相比，模糊層次分析法更貼近實際應用，且無須進行一致性檢驗，既減少了計算工作量，又提升了決策的可靠性。

通常，模糊層次分析法可以分為兩種方式：一種是基于三角模糊數，另一種是基于模糊一致性矩陣。本文采用第二種方式確定各指標權重[8]，具體步驟如下：

(1)構建模糊判斷矩陣X=(xij)n×n，其判斷公式如下

式中，a(i)和a(j)分別表示指標因素i和j相對上層指標因素的重要程度。

(2)建立模糊一致性判斷矩陣D=(dij)n×n，公式如下

(3)計算準則層對總目標層的權重向量以及指標層對準則層的權重向量，將權重向量歸一化，得到各指標權重向量，即

wB=(wB1,wB2,wB3,wB4)

wC=(wC1,wC2,…,wC25)

(4)計算各指標權重向量wFAHP，公式如下

wFAHP=wB×wC

2.2 引入灰色關聯改進TOPSIS法

TOPSIS法是一種多目標、多準則、多決策的評價方法，通過構造各評估指標的最優解和最劣解，按照與理想化最接近程度對決策指標進行綜合排序。灰色關聯法是一種根據指標之間發展趨勢的相互依存度衡量指標之間關聯度的方法。

本文采用模糊層次分析法確定綜合指標權重。在TOPSIS法的基礎上，引入灰色關聯改進TOPSIS法評價模型，從而解決了原有TOPSIS法無法判斷內部因素變化態勢的問題，最后利用該模型計算最終評估結果。具體步驟如下：

(1)假設有m個評估指標集，每個評價集有n個評估指標，其中，aij為第i個評價集的第j個指標值。由于評價集的評估指標量綱各不相同，為便于統一分析，對原始數據進行無量綱化處理[9]，得到標準化決策矩陣Y=(yij)m×n(i=1,2,…,m；j=1,2,…,n)，計算公式如下

圖1 耐壓測試系統風險評估指標體系

(2)將模糊指標權重向量WFAHP乘以規范化決策矩陣Y=(yij)m×n得到加權的規范化決策矩陣Z=(wjyij)m×n，即

式中，ρ為分辨系數，ρ∈[0,1]，一般取ρ=0.5。

式中，λ1和λ2表示決策者對位置和形狀的偏好程度，并且滿足λ1+λ2=1。

(7)確定各評價集的灰色關聯相對貼近度Di，公式如下

(8)對各評價集的相對接近度進行排序，數值越大，評價值越接近理想解，說明系統安全等級越高，風險性越低。

3 案例應用

3.1 系統概況

某研究中心為了完善產品耐壓安全防護檢測工作，專門設置了多個測試系統體系，其產品檢測內容主要涵蓋超壓、交變壓力、耐工作環境振動、抗運輸環境性能、抗被測介質脈動性能動性等。該耐壓測試系統由控制室、操作室和實驗區等區域組成，由于高壓下存在較大的安全隱患，必須單獨對各系統安全風險進行評估。采用智能全自動壓力校驗臺檢測系統，將壓力控制器檢測系統、手動壓力試驗臺檢測系統、活塞式壓力計檢測系統組成評價集，用符號B=(B1,B2，B3，B4)表示。

3.2 確定指標權重

確定準則層各指標對目標層(B-C)以及指標層各指標對準則層(C1-A、C2-A、C3-A、C4-A)的評價指標模糊一致性判斷矩陣，并根據公式確定耐壓測試系統各指標最終權重wFAHP，結果如下

wFAHP=(0.043，0.045，0.041，0.037，0.046，0.039，0.037，0.034，0.034，0.034，0.034，0.032，0.032，0.032，0.032，0.045，0.042，0.050，0.043，0.044，0.048，0.048，0.048，0.046，0.051)

3.3 基于改進TOPSIS法的耐高壓測試系統安全風險評估

邀請10名相關專家對各耐壓測試系統進行打分，得到評分一覽表，見表1。

分別計算耐壓測試系統B1,B2,B3,B4,B5的歐式距離，得到

分別計算各耐壓測試系統的灰色關聯相對貼近度DB1,DB2,DB3,DB4,DB5，得到

DBi=(0.561,0.536,0.469,0.438)

通過模糊層次分析法確定耐壓系統風險評估權重，在考慮風險因素相同的情況下，基于灰色關聯改進的TOPSIS法計算結果對耐壓測試系統安全等級進行排序。從上述計算結果可知，智能全自動壓力校驗系統、智能壓力控制器系統、自動壓力試驗臺系統、活塞式壓力計系統4個耐壓測試系統的灰色關聯相對近似度為DB1>DB2>DB3>DB4，說明智能全自動壓力校驗系統的灰色關聯相對貼近度最高，其安全性能等級最高；壓力控制器系統、手動壓力試驗臺系統、活塞式壓力計系統安全性能等級略低，此計算結果與實際情況基本一致。

4 結語

綜上所述，在耐壓測試系統風險評估過程中，應著重考慮前期設計以及后期管理中的風險因素，同時加強對其他階段風險因素的控制，從而保證系統的順利運行。

(1)本文根據耐壓測試系統實際情況，充分考慮了各種風險評估指標體系因素，并不斷加以優化和完善。同時，以檢驗人員、檢驗系統安全性能、檢驗環境、企業管理4個影響因素作為耐壓測試系統風險評價的主要指標體系。

(2)通過模糊層次分析法確定指標綜合重權，弱化了人為主觀因素的影響，提高了評估結果的科學性與準確度。

(3)將灰色關聯度和TOPSIS法相結合，構建灰色理想值逼近模型，并通過實際案例證明該風險評估模型的可行性和有效性，為耐壓測試系統安全風險評估提供了新方法。