基于AHP分析的高放環(huán)境下挖掘機(jī)系統(tǒng)安全性能研究*

鄒樹梁 趙 然

1.南華大學(xué)環(huán)境保護(hù)與安全工程學(xué)院 2.核設(shè)施應(yīng)急安全作業(yè)技術(shù)與裝備湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

關(guān)于核設(shè)施退役過程中放射性廢物的處置，國(guó)內(nèi)外部分核電站目前采用桶內(nèi)干燥、靜態(tài)熱壓、深床過濾、離子交換及超級(jí)壓縮等新型廢物處理工藝對(duì)低、中放廢液進(jìn)行包裝，使低、中放廢液不經(jīng)固化處理就可以達(dá)到安全處置[1]。對(duì)于低、中放固體廢物，建造低、中水平放射性固體廢物處置場(chǎng)以及時(shí)安全處置低、中水平放射性固體廢物[2]。本文探討采用特殊防輻射性能的挖掘機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高放射性環(huán)境下作業(yè)。

研究高放射性環(huán)境下挖掘機(jī)系統(tǒng)安全性能，為保障挖掘機(jī)系統(tǒng)安全作業(yè)、作業(yè)人員防護(hù)以及實(shí)現(xiàn)高放環(huán)境下核設(shè)施安全退役治理做準(zhǔn)備。退役核設(shè)施具有放射性，其退役與公共安全息息相關(guān)[3]，對(duì)即將退役的核設(shè)施制定并實(shí)施退役計(jì)劃刻不容緩。為避免人體被暴露于高放射性環(huán)境下，核設(shè)施退役用挖掘機(jī)在整機(jī)性能方面需要在普通挖掘機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，以保證其作業(yè)期間安全可靠性，增強(qiáng)其在高放環(huán)境下核設(shè)施退役中應(yīng)用的專業(yè)功效。

1 非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××

此非標(biāo)挖掘設(shè)計(jì)滿足高放射性環(huán)境下屏蔽性能（屏蔽γ射線，減弱標(biāo)準(zhǔn)輻射源劑量800倍）液壓反鏟履帶挖掘機(jī)將完成核設(shè)施與核放射性物質(zhì)的清理、切割、挖掘、裝載、運(yùn)輸、填埋等作業(yè)，對(duì)其安全性能展開研究意義重大。

2 挖掘機(jī)系統(tǒng)常見故障及故障樹建立

生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)不同系統(tǒng)故障進(jìn)行的研究目前有很多，多數(shù)研究成果基于事故統(tǒng)計(jì)[4-6]形成，然而事前防范比事故發(fā)生后經(jīng)驗(yàn)總結(jié)對(duì)事故的預(yù)防更重要。筆者認(rèn)為基于防范事故為目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)不應(yīng)該僅僅統(tǒng)計(jì)歷史上事故情況，非事故數(shù)據(jù)的基層隱患及其他因素在災(zāi)難發(fā)生之前事故預(yù)測(cè)中同樣起著積極作用。本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××以往事故資料，及非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××系統(tǒng)狀態(tài)信息、安全作業(yè)人員客觀評(píng)價(jià)、故障分析人員數(shù)據(jù)記錄以及安全外環(huán)境等各方面情況對(duì)高放射性環(huán)境下非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××系統(tǒng)進(jìn)行全面安全性能評(píng)估，建立故障樹。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[7-10]資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，建立非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××故障樹，如圖1。

圖1 系統(tǒng)故障樹圖

3 模糊聚類層次分析法在高放射性環(huán)境下挖掘機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 挖掘機(jī)系統(tǒng)模糊聚類分析

挖掘機(jī)安全防護(hù)技術(shù)目前已經(jīng)基本發(fā)展成熟，根據(jù)上述故障圖及相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)挖掘機(jī)具有故障模式多樣、概率小的特點(diǎn)[11]。

聚類分析是將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化處理的有效方法，模糊聚類分析可以用來進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，通過一定的聚類準(zhǔn)則把具有相似特征的目標(biāo)進(jìn)行分類[12]。本文采用模糊聚類法以功能區(qū)分作為分類依據(jù)將非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××分為上下車、司機(jī)室、工作裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)六個(gè)部分，如圖2，并運(yùn)用進(jìn)行層次分析法進(jìn)行總體重要度分析。

3.2 層次分析法分析非標(biāo)液壓反鏟挖掘SWE××

綜合考慮高放射性環(huán)境下挖掘機(jī)作業(yè)目標(biāo)與安全性、環(huán)保性和作業(yè)效率等因素，為提高整機(jī)安全性能，本文選取提高挖掘機(jī)防輻射性、減震性、密封效果、防塵性、減噪聲性、清潔性為目標(biāo)，分析非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××六大部分對(duì)提高整機(jī)性能影響度，建立層次結(jié)構(gòu)分析模型，如圖3。

圖2 挖掘機(jī)系統(tǒng)聚類框架

圖3 目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)模型

結(jié)合圖3，準(zhǔn)則方案相關(guān)性，根據(jù)判斷矩陣準(zhǔn)則采取專家評(píng)判，構(gòu)造判斷矩陣并計(jì)算其權(quán)重如下矩陣所示，其中因素相比較過程中，1表示重要性相同，1/3表示稍微不重要，1/5表示明顯不重要，1/7表示特別不重要，1/9表示極端不重要，“*”表示沒有相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)各專家評(píng)分并按照2/3以上專家意見作為評(píng)價(jià)結(jié)果，計(jì)算目標(biāo)及各方案單層權(quán)重、進(jìn)行一致性檢驗(yàn)如下：

準(zhǔn)則層B1-B6對(duì)于目標(biāo)層A的判斷矩陣及其層次單排序?yàn)椋?/p>

2.1 2組治療前后中醫(yī)證候積分比較 2組治療后反酸噯氣、胃脘脹滿、雙脅疼痛、胸悶、食欲不振及大便不暢等中醫(yī)證候積分比較。中年治療組與對(duì)照組比較，χ2=6.624，P=0.010(P＜0.05)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；老年治療組與對(duì)照組比較，χ2=6.624，P=0.010(P＜0.05)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；中老年治療組比較，χ2=5.875，P=0.017(P＜0.05)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義； 中老年對(duì)照組比較，χ2=2.43，P=0.119(P＞0.05)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。詳見表1。

方案層C1-C6對(duì)于準(zhǔn)則層Bi(i=1,2…6)的判斷矩陣及其層次單排序分別為：

λmax=6.2770; CI=0.0554; CR=0.0447＜0.10具有滿意的一致性；

λmax=4.1169; CI=0.0390; CR=0.0433＜0.10具有滿意的一致性；

λmax=3.0385; CI=0.0193;

CR=0.0332＜0.10具有滿意的一致性；

λmax=2; CI=0; CR=0＜0.10具有滿意的一致性；

λmax=4.0434; CI=0.0145; CR=0.0161＜0.10具有滿意的一致性；

記方案層C對(duì)于準(zhǔn)則層B的層次排序矩陣為：WB。

準(zhǔn)則層B對(duì)于目標(biāo)層A的層次排序?yàn)椋篧A。

則方案層對(duì)于提高安全性能目標(biāo)層次總排序?yàn)椋?/p>

3.3 層次分析評(píng)判結(jié)果

分析上述層次排序，作因素權(quán)重直觀圖表，如圖4。

圖4 因素-權(quán)重圖

由此可見，雖然準(zhǔn)則層六大性能均是挖掘機(jī)系統(tǒng)需要提高的指標(biāo)，結(jié)合WA結(jié)果，相較而言，整機(jī)對(duì)提高防輻射性B1（0.362）和防塵性B4（0.228）有比較高要求，其次是密封性B3（0.131）和減噪聲性B5（0.131），最后是清潔性B6（0.074）和減震性B2（0.074），如上圖4目標(biāo)權(quán)重所示。

由圖4方案權(quán)重折線即層次總排序W分析可知，提高整機(jī)安全性能最優(yōu)先采取的方案應(yīng)為提高C2（0.5798）司機(jī)室安全性，其次分別是C5（0.2435）液壓系統(tǒng)部分>C4（0.0707）動(dòng)力系統(tǒng)部分>C6（0.0686）電氣系統(tǒng)部分>C1（0.0200）上下車部分>C3（0.0174）工作裝置部分。

4 結(jié)論

（1）減少挖掘機(jī)故障提高挖掘機(jī)系統(tǒng)安全性能對(duì)于高效率實(shí)施核設(shè)施退役工程保護(hù)環(huán)境意義重大，挖掘機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性決定了對(duì)其研究的困難程度，采用合理的分類標(biāo)準(zhǔn)將復(fù)雜問題簡(jiǎn)化處理是分析挖掘機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵方法。

（2）模糊聚類層次分析結(jié)果表明，為提高非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××整機(jī)安全性能，最關(guān)鍵的是要提高司機(jī)室安全性，保障作業(yè)人員安全；其次，液壓系統(tǒng)為整機(jī)運(yùn)行提供前提和保障，經(jīng)過分析，其重要性在六大部分中排列第二，與實(shí)際工程應(yīng)用相一致。

（3）模糊聚類層次分析法是模糊聚類與層次分析法的有效結(jié)合，為量化研究提高挖掘機(jī)系統(tǒng)安全性能提供指導(dǎo)，為安全性能設(shè)計(jì)和定期維護(hù)非標(biāo)液壓反鏟挖掘機(jī)SWE××提供依據(jù)。

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