基于熵權(quán)的逼近理想解排序法在核電設(shè)備質(zhì)量評價中的應(yīng)用分析

林良生，鄒平國，陳紅，劉立，鄭昌偉

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇省蘇州市，215004)

0 引言

核電站關(guān)鍵設(shè)備如反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等普遍存在制造工藝復(fù)雜、周期長等特點，其質(zhì)量狀況與核安全息息相關(guān)［1-2］。核電站關(guān)鍵設(shè)備在生產(chǎn)制造過程中所產(chǎn)生的大量化學(xué)分析、機械性能等實測數(shù)據(jù)可直接、客觀地反映其質(zhì)量狀況。然而，目前監(jiān)管部門、核電業(yè)主、制造企業(yè)等單位對這些數(shù)據(jù)的評判局限于是否滿足標準、采購技術(shù)規(guī)格書等資料的要求，而對這些數(shù)據(jù)中所隱含的設(shè)備質(zhì)量優(yōu)劣性還未作評價，以致難于較為全面地掌握設(shè)備的質(zhì)量狀況。針對這個問題，本文尋求一套適用的質(zhì)量評價方法，以有效地評價設(shè)備在化學(xué)、機械等性能上的質(zhì)量狀況，使相關(guān)單位有效把握設(shè)備的實際制造質(zhì)量狀況，并為設(shè)備的使用與保障決策提供依據(jù)。

目前，質(zhì)量評價的方法主要有層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)、模糊評價模型、德爾菲法、專家排序法、灰色綜合評價法等。這些方法各有優(yōu)缺點，如層次分析法可為決策者提供多種決策方法，但是此方法的局限性在于其基礎(chǔ)是主觀判斷，比較難以保證計算出的權(quán)重就是復(fù)雜系統(tǒng)的各因素的客觀值;德爾菲法和專家排序法，采用了不同的技術(shù)在一定程度上減少了賦權(quán)的主觀性，但這樣的權(quán)重對專家仍存在不同程度的依賴。而基于熵權(quán)的逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS)可以有效地調(diào)整主觀偏差，定量地確定研究對象的一系列指標權(quán)重，進而得到最接近的理想解，并達到科學(xué)、客觀評價研究對象的目的［3-9］。

1 基于熵權(quán)的TOPSIS模型建立

TOPSIS法是一種適用于根據(jù)多項指標，對多個方案進行比較選擇的分析方法。TOPSIS法首先確定各項指標的正理想值和負理想值，所謂正理想解是設(shè)想的最好值(方案)，它的各個屬性值都達到各候選方案中最好的值，而負理想解是設(shè)想的最壞值(方案)。然后求出各個方案與理想值、負理想值之間的加權(quán)歐氏距離，由此得出各方案與最優(yōu)方案的接近程度，作為評價方案優(yōu)劣的標準。在TOPSIS法的運用中，權(quán)重的設(shè)計是一項重要的內(nèi)容，對評價結(jié)果有重要影響。熵權(quán)是一種客觀確定評價指標權(quán)重的方法，它將初始矩陣標準化后，根據(jù)信息熵公式求得各項指標信息熵，最后確定各項指標的權(quán)重。該方法可以較好地消除各項指標權(quán)重的主觀性，使評價的結(jié)果更符合實際。

設(shè)有m個目標(有限個目標)，n個屬性，專家對其中第i個目標的第j個屬性的評估值為xij，則初始判斷矩陣V為

式中:i=1，2…m;j=1，2…n。

由于各個指標的量綱和屬性類型可能不同，難以直接進行比較，需要對決策矩陣進行歸一化處理:

確定評價指標的信息熵

計算輸出熵

求解評價指標的差異度

計算權(quán)重

考慮各因素的權(quán)重，將規(guī)范化數(shù)據(jù)加權(quán)，構(gòu)成加權(quán)規(guī)范化矩陣:

根據(jù)加權(quán)規(guī)范化矩陣獲取評估目標的正負理想解。

正理想解為

負理想解為

式中:J*為數(shù)值越大越優(yōu)類的指標集;J'為數(shù)值越小越優(yōu)類的指標集。

“文化是一個國家、一個民族的靈魂。 文化興國運興，文化強民族強?！绷?xí)近平總書記在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會報告中深刻闡明：“沒有高度的文化自信，沒有文化的繁榮興盛，就沒有中華民族偉大復(fù)興?！盵1]40 文化遺產(chǎn)作為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的一部分，必須要“推動文化事業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加強文物保護利用和文化遺產(chǎn)保護傳承”[1]43。 2012年至2017年，習(xí)近平對文化遺產(chǎn)工作做出重要指示近40次，參加文化遺產(chǎn)領(lǐng)域重大活動10余次，到各地博物館考察20余次，十分重視文化遺產(chǎn)的保護工作。 習(xí)近平的文化遺產(chǎn)保護觀也在實踐中不斷成熟。

計算各目標值與理想值之間的歐氏距離

計算各個目標的相對貼近度(即綜合評價指數(shù))

依照相對貼近度的大小對目標進行排序，得到優(yōu)劣次序，形成決策依據(jù)。

2 方法應(yīng)用與分析

2.1 案例應(yīng)用

堆芯筒節(jié)是核電站CPR1000機組反應(yīng)堆壓力容器的主要部件之一，材質(zhì)為16MND5，主要制造適用標準為 RCC-M M2111［10］。選取 A、B、C、D 共 4 臺機組(RPV均已完工并發(fā)運至核電站)的堆芯筒節(jié)作為研究對象，以RCC-M M2111表I所列成品化學(xué)元素為評價指標，采用基于熵權(quán)的TOPSIS法對研究對象進行評價。從A、B、C、D共4臺機組的完工文件中獲取堆芯筒節(jié)的成品化學(xué)分析數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，并對多份成品化學(xué)分析的情況作算術(shù)平均化處理，如表1所示。

表1 堆芯筒節(jié)化學(xué)成分分析Tab.1 Chemical composition analysis on core barrel

根據(jù)公式(2)～(6)得出各評價指標的權(quán)重，詳見表2。

表2 評價指標的權(quán)重Tab.2 Weights of evaluation indexes

根據(jù)RCC-M M2111對堆芯筒節(jié)成品化學(xué)元素的要求以及實踐經(jīng)驗和李承亮等［11］的論證可知，Mn、Ni、Mo這3種元素屬于數(shù)值越大越好類指標，其余元素屬于數(shù)值越小越好類指標，因此根據(jù)公式(7)～(12)進行計算，可得出4個研究對象的相對貼近度Ci，詳見表3。

表3 評價對象的相對貼近度Tab.3 Relative degree of evaluation object

對相對貼近度Ci排序，有CD＞CB＞CA＞CC，因此從成品化學(xué)成分的角度來看，D機組的堆芯筒節(jié)質(zhì)量最優(yōu)。

2.2 方法分析

(1)實測數(shù)據(jù)得以有效利用。對于各個評價指標，在給出最終結(jié)果的過程中，數(shù)據(jù)都在運算過程中參與了復(fù)雜而精密的計算過程，避免了數(shù)據(jù)被主觀因素忽略而造成的疏漏。

(2)評價的結(jié)果客觀公正。該方法是采用實測數(shù)據(jù)進行計算而得出的結(jié)論，最大限度地避免了主觀判斷對總體評價結(jié)論的影響。

(3)對評價對象及指標的數(shù)量無硬性要求，僅要求對象與指標的數(shù)量均不少于3個。此外，該方法只能對研究對象作相對評價，無法給出絕對結(jié)論，即假使增加或減少一個評價對象或指標，權(quán)重、正負理想解都會隨之改變，從而可能得到不同的評價結(jié)論。然而，相對評價的特點反而進一步地證明了基于熵權(quán)的TOPSIS法的客觀科學(xué)性，因為對象或指標有所改變后，評價過程的側(cè)重點與關(guān)注點也應(yīng)隨之變化。

目前，國內(nèi)核電站的同一類關(guān)鍵設(shè)備如壓力容器的數(shù)量不多，即評價樣本空間相對較小，且其制造過程中會產(chǎn)生大量的實測數(shù)據(jù)。事實上，難以對設(shè)備的制造質(zhì)量給出一個絕對的評價結(jié)論，即使給出了絕對評價結(jié)論也沒有現(xiàn)實意義，因為假如某一設(shè)備的評價結(jié)論極高，那么意味著后續(xù)生產(chǎn)的容器無法超越這個結(jié)論，然而隨著制造工藝和質(zhì)量管理的不斷完善，必然會有性能更好的設(shè)備出現(xiàn)。因此，基于熵權(quán)的TOPSIS法適用于評價核電站關(guān)鍵設(shè)備的質(zhì)量優(yōu)劣性。

3 結(jié)語

核電站關(guān)鍵設(shè)備的質(zhì)量狀況直接關(guān)系到核電安全，對其制造過程中的實測數(shù)據(jù)進行評價更利于全面地掌握設(shè)備的質(zhì)量狀況。本文首先建立了基于熵權(quán)的TOPSIS法模型，通過案例，分析了其特點與局限性，并結(jié)合核電站設(shè)備現(xiàn)狀證實了基于熵權(quán)的TOPSIS法模型適用于核電站關(guān)鍵設(shè)備的質(zhì)量評價，對今后評價各行業(yè)各種設(shè)備的質(zhì)量有一定的指導(dǎo)意義。

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