基于半定量模糊綜合評(píng)價(jià)方法的火災(zāi)探測(cè)器可靠性研究

肖 飛

（西藏自治區(qū)昌都公安消防大隊(duì)，西藏 昌都 854000）

基于半定量模糊綜合評(píng)價(jià)方法的火災(zāi)探測(cè)器可靠性研究

肖 飛

（西藏自治區(qū)昌都公安消防大隊(duì)，西藏 昌都 854000）

火災(zāi)探測(cè)器作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部件，其可靠性直接關(guān)系到整個(gè)建筑的安全?；诎攵磕：C合評(píng)價(jià)方法對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的可靠性進(jìn)行研究，以“人—機(jī)—環(huán)境”為出發(fā)點(diǎn)，建立了火災(zāi)探測(cè)器的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)，并通過實(shí)例對(duì)該可靠性研究方法進(jìn)行了分析，得出了實(shí)例的可靠性水平和相應(yīng)的整改措施。文中提出的可靠性研究方法有一定的合理性和實(shí)用性，對(duì)于像火災(zāi)探測(cè)器這種壽命較長(zhǎng)的設(shè)備的可靠性研究有一定的指導(dǎo)作用。

火災(zāi)探測(cè)器；可靠性；指標(biāo)體系；模糊綜合評(píng)價(jià)法

0 引言

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是建筑消防設(shè)施的重要組成部分，它可以在第一時(shí)間探測(cè)到建筑內(nèi)的火災(zāi)，為人們疏散提供寶貴的時(shí)間，是建筑消防工程的安全保障，一直發(fā)揮著極大的作用。但現(xiàn)在的建筑中，由于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可靠性問題導(dǎo)致的系統(tǒng)故障越來越突出，人們開始關(guān)注其可靠性研究［1］?？傮w來講，我國(guó)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性研究正處于探索階段［2］?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測(cè)器、報(bào)警控制器和傳輸線路等組成［3］。其中，火災(zāi)探測(cè)器作為其主要的部件之一，有著很重要的作用，通過以往案例分析可知，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的組件中，火災(zāi)探測(cè)器的故障率最高，研究火災(zāi)探測(cè)器的可靠性是研究火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性的關(guān)鍵。相比于自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性研究，針對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的可靠性研究幾乎還處于空白階段。目前，針對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的研究，主要有Monte Carlo法、故障樹法等，但這些方法都不成熟。 邢志祥［1，4］和宋久壯［5-6］利用Monte Carlo仿真對(duì)自動(dòng)報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了研究，仿真的結(jié)果具有一定的參考價(jià)值，但在實(shí)際應(yīng)用中的可操作性較差?？煽啃匝芯恐械淖畲髥栴}是火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)方面的數(shù)據(jù)的收集和數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。

針對(duì)這些問題，本文基于實(shí)際應(yīng)用的角度，提出運(yùn)用模糊綜合分析法來研究火災(zāi)探測(cè)器的可靠性，通過分析建立火災(zāi)探測(cè)器的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，再通過層析分析法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)而利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)實(shí)例建筑的火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出其可靠性等級(jí)，最后提出了整改意見。

圖1 浴盆曲線Fig.1 Bathtub Cu rve

1 火災(zāi)探測(cè)器的失效歷程

火災(zāi)探測(cè)器屬于電子產(chǎn)品，其失效率曲線符合“浴盆曲線”，具體見圖1。如圖1所示，浴盆曲線分為三段（三個(gè)時(shí)期），即早期故障期、偶然故障期和耗損故障期。早期故障期：在火災(zāi)探測(cè)器投入運(yùn)行的初期，失效率較高，隨著時(shí)間的增加失效率下降，失效原因可能是制造工藝和初始設(shè)計(jì)有一定問題。偶然故障期：這個(gè)時(shí)期火災(zāi)探測(cè)器的失效率較低，維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的區(qū)間，由偶然因素造成其失效。耗損故障期：火災(zāi)探測(cè)器運(yùn)行達(dá)到了壽命的終點(diǎn)，失效率迅速上升。

從火災(zāi)探測(cè)器的“浴盆曲線”可以得出：火災(zāi)探測(cè)器的可靠性與其使用時(shí)間有較大的關(guān)系。也就是說，使用時(shí)間是火災(zāi)探測(cè)器的可靠性的一個(gè)重要影響因素，這將為后面確定指標(biāo)權(quán)重提供參考。

2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法的基本思想是：在確定評(píng)價(jià)因素、因子的評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)值的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊集合變換原理，以隸屬度描述各因素及因子的模糊界線，構(gòu)造模糊評(píng)價(jià)矩陣，通過多層的復(fù)合運(yùn)算，最終確定評(píng)價(jià)對(duì)象所屬等級(jí)。

2.1 指標(biāo)體系的建立

火災(zāi)探測(cè)器是處于一定環(huán)境之中的人機(jī)設(shè)備，其可靠性研究應(yīng)遵循人機(jī)工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論和原理。其可靠性與“人—機(jī)—環(huán)境”三方面有直接的關(guān)系［4］。本文通利用“人—機(jī)—環(huán)境”原理，構(gòu)建了火災(zāi)探測(cè)器的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)，可分為3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)。3個(gè)一級(jí)指標(biāo)分別為“人 A1”、“機(jī) A2”和“環(huán)境 A3”。其中：

一級(jí)指標(biāo)“人A1”包含四個(gè)二級(jí)指標(biāo)：“管理制度B1”、“操作規(guī)程B2”、“人員素質(zhì)B3”和“人員培訓(xùn)B4”；

一級(jí)指標(biāo)“機(jī)A2”包含四個(gè)二級(jí)指標(biāo)：“元器件質(zhì)量B5”、“使用時(shí)間B6”、“靈敏度B7”和“元器件選型B8”；

一級(jí)指標(biāo)“環(huán)境A3”包含九個(gè)二級(jí)指標(biāo)：“靜電干擾 B9”、“氣壓變化 B10”、“電磁輻射干擾B11”、“高濕B12”、“雷電B13”、“沖擊B14”、“污染B15”、“昆蟲B16”和“腐蝕B17”。

2.2 評(píng)語(yǔ)集的確定

設(shè)評(píng)語(yǔ)集用V=｛v1，v2，...，vn｝表示，式中vi表示由高到低的各級(jí)評(píng)語(yǔ)。結(jié)合目標(biāo)的實(shí)際情況，V=｛可靠，較可靠，一般可靠，較不可靠，不可靠｝。根據(jù)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)集將其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)安全等級(jí)分為5級(jí)，各等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)分值和加權(quán)值關(guān)系見表1。

表1 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)安全等級(jí)與分值區(qū)間Tab.1 Fire r isk security levels and score ranges

2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

在進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算前，需要特別指出以下三點(diǎn)：

（1）在“人—機(jī)—環(huán)境”三個(gè)因素中，人始終是最重要的一環(huán)［3］?；馂?zāi)探測(cè)器從設(shè)計(jì)、安裝、使用和維修等都離不開人，因此，人因因素相比其他兩個(gè)一級(jí)指標(biāo)，其權(quán)重相對(duì)較大。

（2）在“機(jī)”這一一級(jí)指標(biāo)下的4個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，元器件的選型相對(duì)權(quán)重較大，因?yàn)檫x型的正確與否對(duì)探測(cè)器的可靠性具有很大的影響，同時(shí)，探測(cè)器的使用時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)探測(cè)器的可靠性也影響較大，這點(diǎn)從探測(cè)器的“浴盆曲線”中可以看出。

（3）在“環(huán)境”這一一級(jí)指標(biāo)下的9個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，電磁和靜電干擾影響較大。

根據(jù)以上三點(diǎn)的說明，利用層次分析法對(duì)3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的計(jì)算。以一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣的權(quán)重計(jì)算為例，火災(zāi)探測(cè)器的一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣如表2所示。

（1）求判斷矩陣每行所有元素的幾何平均值

表2 一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣Tab.2 The first class ind icator judgm en tm atrix

（3）計(jì)算出判斷矩陣的最大特征值λmax，記一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣為A，則：

（4）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

查表得：RI=0.52，因而有CI/RI=0.003/ 0.52=0.058＜0.1，滿足一致性要求。

同理可得二級(jí)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值，具體的結(jié)果見表3。

2.4 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

2.4.1 單因素模糊綜合評(píng)價(jià)模型

因素集U=｛u1，u2，…，um｝、評(píng)語(yǔ)集V=｛v1，v2，…，vn｝以及單因素評(píng)價(jià)矩陣 R為該模型的三個(gè)基本要素。權(quán)重向量W=｛w1，w2，…，wm｝與因素集U=｛u1，u2，…，um｝一一對(duì)應(yīng)。對(duì)因素集中的單因素ui（i=1，2，…，m）進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，得到評(píng)價(jià)矩陣如下：

其中，R單因素評(píng)價(jià)矩陣。rij表示因素ui對(duì)vj的隸屬度。

進(jìn)而通過模糊變換來進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：

其中，B為評(píng)語(yǔ)集 V上的等級(jí)模糊子集；“°”表示模糊算子；bj（j=1，2，…，n）為評(píng)價(jià)對(duì)象從整體上對(duì)等級(jí)模糊子集B的隸屬度。

2.4.2 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型

二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)是對(duì)一級(jí)所有評(píng)價(jià)指標(biāo)ui（i=1，2，…，n）的綜合評(píng)價(jià)。二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)矩陣R是由一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)集按行依次排列組成的，即：

二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)集 U=｛u1，u2，…，un｝對(duì)應(yīng)的權(quán)重集為W=｛w1，w2，…，wn｝，則可以得到關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)集U的二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)集B，即：

3 實(shí)例分析

3.1 某公寓建筑火災(zāi)探測(cè)器的基本概況

某公寓建筑，地處南方較為潮濕的某城市，該建筑采用了某公司生產(chǎn)的感煙探測(cè)器（該公司的探測(cè)器質(zhì)量和技術(shù)均處于全國(guó)領(lǐng)先），已經(jīng)使用了3年多，根據(jù)記錄，使用過程中平均兩周會(huì)產(chǎn)生一次誤報(bào)，該公寓有較為完善的管理規(guī)程，公寓周圍環(huán)境污染較小。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果匯總及分析

根據(jù)表1中二級(jí)指標(biāo)層中的17項(xiàng)指標(biāo)因素，讓10位熟悉該公寓建筑的評(píng)估專家進(jìn)行填表評(píng)價(jià)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

根據(jù)表3，得到各項(xiàng)單因素的模糊矩陣，并算出模糊子集如下：

表3 火災(zāi)探測(cè)器可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)集及評(píng)價(jià)情況統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Reliability Evaluation Index o f Fire Detectors and Evaluation Statistics

無需歸一化，采用加權(quán)計(jì)算法計(jì)算“人”的標(biāo)準(zhǔn)分值：

對(duì)比表1，可以得出該公寓建筑火災(zāi)探測(cè)器的“人”這一一級(jí)指標(biāo)的可靠性等級(jí)為“較可靠”。

無需歸一化，采用加權(quán)計(jì)算法計(jì)算“機(jī)”的標(biāo)準(zhǔn)分值：

對(duì)比表1，可以得出該公寓建筑火災(zāi)探測(cè)器的“機(jī)”這一一級(jí)指標(biāo)的可靠性等級(jí)為“較可靠”。

無需歸一化，采用加權(quán)計(jì)算法計(jì)算“環(huán)境”的標(biāo)準(zhǔn)分值：

對(duì)比表1，可以得出該公寓建筑火災(zāi)探測(cè)器的“環(huán)境”這一一級(jí)指標(biāo)的可靠性等級(jí)為“一般可靠”。

綜合上述一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果，可得總的評(píng)價(jià)矩陣如下：

在此基礎(chǔ)上，再對(duì)該公寓建筑火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)，一級(jí)指標(biāo)因素的權(quán)重向量：

無需歸一化，采用加權(quán)計(jì)算法計(jì)算“環(huán)境”的標(biāo)準(zhǔn)分值：

對(duì)比表1，可以得出該公寓建筑火災(zāi)探測(cè)器的可靠性等級(jí)為較可靠。因此，可以得出該公寓建筑的火災(zāi)探測(cè)器的性能較為可靠，不需要進(jìn)行大的維修，只需對(duì)較多專家認(rèn)為不可靠的幾個(gè)因素進(jìn)行整改就行。

4 結(jié)論

本文借鑒于半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的可靠性進(jìn)行研究，并通過實(shí)例對(duì)該可靠性研究方法進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

（1）得到了評(píng)估建筑火災(zāi)探測(cè)器的可靠性的指標(biāo)體系，包括3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和17個(gè)二級(jí)指標(biāo)，以“人 -機(jī) -環(huán)境”系統(tǒng)為基礎(chǔ)，該體系較為完整。

（2）該公寓建筑的火災(zāi)探測(cè)器的整體可靠性等級(jí)為較可靠，不需要進(jìn)行大的維修。

本文的可靠性研究方法有一定的合理性和實(shí)用性，這對(duì)于像火災(zāi)探測(cè)器這種壽命較長(zhǎng)的設(shè)備的可靠性研究有一定的指導(dǎo)作用。

［1］ 邢志祥，陳露.基于MATLAB的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)壽命分布和可靠度研究［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（06）：48-53.

［2］ 邢志祥，陳露，諸德志.火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)及其可靠性研究［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，（03）：151-154.

［3］ 武宇，劉穎軍.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可靠性分析［J］.安防科技，2008，（01）：58-60.

［4］ 邢志祥，陳露，諸德志.基于Matlab的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠度Monte Carlo仿真［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，（01）：47-51.

［5］ 宋久壯，李樹剛，李孝斌，等.火災(zāi)探測(cè)器可靠性的Monte Carlo仿真［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2005，（06）：19-21.

［6］ 宋久壯，李樹剛，李孝斌，等.火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的MonteCarlo仿真［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（04）：465-468.

Progress on Reliability of Fire Detectors

Xiao Fei

（Changdu General Fire Brigade，Changdu 854000，China）

Fire detectors are important components of the automatic fire alarm system.Its reliability is directly related to the safety of the building.W ith semi-quantitative study of fuzzy comprehensive evaluation method，the paper discusses the reliability of fire detectors，and makes the“man-machine-environment”as the starting point to establish the reliability of the evaluation system of fire detectors，including the 3 first level indicators and 17 secondary indicators，and finally，analyzes the reliability and appropriate corrective measures of the instance through an example.Reliability of the proposed method has a certain rationality and practicality，and has a guiding role for those devices which have longer life.

fire detectors；reliability；indicator system；fuzzy comprehensive evaluation method

TU998.13

A

1673-8047（2014）02-0036-06

2014-03-19

肖飛（1989—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ阑稹?/p>