混合火炸藥改進(jìn)型BZA-2評(píng)估方法

張育林，祁金偉，李小虎，柳松瑋

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混合火炸藥改進(jìn)型BZA-2評(píng)估方法

張育林1，祁金偉2，李小虎3，柳松瑋3

（1.西安交通大學(xué)工程坊，陜西 西安，710049；2.西安交通大學(xué)電子與信息學(xué)院，陜西 西安，710049；3.西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安，710049）

-模糊算法與BZA安全評(píng)估方案相結(jié)合，提出一種改進(jìn)型混合火炸藥BZA-2安全評(píng)估數(shù)學(xué)模型。該模型獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果能夠更加科學(xué)地反映實(shí)際情況，為火炸藥相關(guān)單位安全性建設(shè)提供指導(dǎo)，保證火炸藥及其相關(guān)制品在安全、穩(wěn)定的環(huán)境中應(yīng)用。

炸藥；BZA法；安全性；模糊算法

目前，BZA評(píng)價(jià)方案可根據(jù)實(shí)際要求對(duì)于評(píng)價(jià)體系中的火炸藥感度進(jìn)行優(yōu)化，由最初的BZA-1法優(yōu)化至法，已獲得廣泛應(yīng)用[1]。但考慮到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的情況，BZA-2法依然不能夠客觀地反映不同組分的混合火炸藥的感度特性。本文針對(duì)BZA-2評(píng)價(jià)方法中對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果起關(guān)鍵作用的火炸藥感度系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，綜合考慮混合炸藥中各組分的配比關(guān)系、火藥特性、單一感度系數(shù)等因素，通過模糊數(shù)學(xué)上的矩陣計(jì)算方法對(duì)上述影響因素進(jìn)行綜合運(yùn)算，獲得更能代表混合火炸藥性能的感度系數(shù)取值，使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際情況。

1 火炸藥BZA評(píng)估方案

火炸藥安全評(píng)價(jià)方法BZA-1及BZA-2法（統(tǒng)稱BZA法）的基本思路是根據(jù)“三圓環(huán)”理論，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)在“人的不安全行為” 、 “機(jī)器（物料）的不安全狀態(tài)” 、 “環(huán)境的不安全條件”3個(gè)方面存在的問題，與有關(guān)安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)相比較，辨別系統(tǒng)的危險(xiǎn)、危害因素，進(jìn)而獲得可量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]。

2 混合火炸藥BZA評(píng)估方案模型優(yōu)化

BZA法中和分別表示物性危險(xiǎn)系數(shù)和物量危險(xiǎn)系數(shù)，及直接由火炸藥及其制品的相關(guān)特性決定，對(duì)于安全評(píng)估的評(píng)價(jià)結(jié)果具有最直接的影響。文獻(xiàn)[3]中將BZA模型進(jìn)行修正優(yōu)化，此處也對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化分析。

BZA-2法的基本數(shù)學(xué)模型為：

在上述模型中，、作為一個(gè)整體出現(xiàn)在數(shù)學(xué)模型中，由于物性危險(xiǎn)系數(shù)、物量危險(xiǎn)系數(shù)都表示整個(gè)火炸藥系統(tǒng)火藥的危險(xiǎn)性能，因此可將其作為一個(gè)整體用于表示系統(tǒng)中火炸藥的危險(xiǎn)程度，在改進(jìn)型模型當(dāng)中用0來表示。

優(yōu)化的BZA-2的數(shù)學(xué)模型如下：

式（2）中：0定義為系統(tǒng)內(nèi)本征可控度，；0為混合炸藥固有危險(xiǎn)度。

改進(jìn)型BZA評(píng)估方案

改進(jìn)型BZA方法中，混合火炸藥的固有危險(xiǎn)度0具有0=的形式，且火炸藥的感度系數(shù)存在一定不確定性，上述數(shù)學(xué)模型與模糊綜合評(píng)價(jià)方法[4]的結(jié)構(gòu)相似。若將0=中的做歸一化處理，就可以采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法。因此在改進(jìn)型BZA方法中，混合火炸藥系統(tǒng)采用模糊綜合評(píng)價(jià)原理進(jìn)行計(jì)算。

3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)方法原理

模糊綜合評(píng)判[5-6]是從多個(gè)因素對(duì)被評(píng)判事物隸屬度等級(jí)狀況進(jìn)行綜合評(píng)判的一種方法。模糊綜合評(píng)判包括6個(gè)基本要素:被評(píng)價(jià)對(duì)象的因素論域，評(píng)語等級(jí)論域V，模糊關(guān)系矩陣，評(píng)判因素權(quán)向量，模糊合成算子“”，評(píng)判結(jié)果向量B。

3.2 混合炸藥系統(tǒng)的固有危險(xiǎn)度0的模糊求解

（1）建立評(píng)判對(duì)象的因素論域：混合炸藥系統(tǒng)中的論域?qū)ο鬄樵谠撛u(píng)估系統(tǒng)中的所有參與評(píng)估的火炸藥及其危險(xiǎn)品，分別記為。

（2）確定評(píng)語等級(jí)論域V：在BZA法應(yīng)用當(dāng)中選取火炸藥的5s爆發(fā)點(diǎn)T、真空安定性S、摩擦感度S、落錘撞擊感度S、火焰感度S、沖擊波感度S對(duì)應(yīng)的6個(gè)感度系數(shù)，即熱爆危險(xiǎn)性系數(shù)1、熱分解危險(xiǎn)性系數(shù)2、撞擊危險(xiǎn)性系數(shù)3、摩擦危險(xiǎn)性系數(shù)4、起爆危險(xiǎn)性系數(shù)5、火焰危險(xiǎn)性系數(shù)6。

（3）建立模糊關(guān)系矩陣：在模糊關(guān)系矩陣中r為中因素U對(duì)應(yīng)中等級(jí)V的隸屬關(guān)系；r是第個(gè)因素對(duì)該評(píng)價(jià)對(duì)象的單因素評(píng)價(jià)，構(gòu)成了模糊綜合評(píng)判的基礎(chǔ)。在BZA安全評(píng)估中，模糊關(guān)系矩陣對(duì)應(yīng)于歸一化混合炸藥物性危險(xiǎn)系數(shù)矩陣，矩陣中：α為對(duì)應(yīng)的論域元素U歸一化后的物性危險(xiǎn)系數(shù)，將一種確定火炸藥的感度系數(shù)矩陣進(jìn)行歸一化處理，，即可得到歸一化混合炸藥物性危險(xiǎn)系數(shù)矩陣α的第行參數(shù)。

（4）確定評(píng)判因素權(quán)向量：在BZA的優(yōu)化算法中，混合炸藥物量危險(xiǎn)系數(shù)反映了論域U的重要程度，因此可用混合炸藥物量危險(xiǎn)系數(shù)矩陣作為評(píng)判因素權(quán)向量，系數(shù)矩陣如下：

（5）進(jìn)行綜合決策，獲得評(píng)判結(jié)果向量B。

（6）計(jì)算混合火炸藥的系統(tǒng)固有危險(xiǎn)度0。

在BZA法中，對(duì)于某具體單一火炸藥，其對(duì)應(yīng)的6個(gè)物性感度在感度處理過程中具有相同的權(quán)重，此處的a也可作相同處理，即在矩陣中的各元素取值為1/6。該部分固有危險(xiǎn)優(yōu)化系數(shù)矩陣從廣義上說可以代指任意一種算子，即可以用一個(gè)更一般意義上的運(yùn)算代替，例如《火炸藥綜合感度評(píng)估方法研究》中的雷達(dá)圖法等優(yōu)化算法，具體算法參見文獻(xiàn)[8]。

4 結(jié)果對(duì)比

針對(duì)實(shí)際的混合炸藥系統(tǒng)，以3種混合火炸藥為例進(jìn)行安全評(píng)估及結(jié)果分析，所選取的混合火炸藥為太安、奧克托今、硝化甘油，上述3種火炸藥的特性如表1所示。

表1 3種火炸藥特性參數(shù)

Tab.1 Characteristic parameters of three explosives

名稱f/fTNTα1α2α3α4α5α6 太安1.607.20.638.18.339.410 奧克托今1.584.790.467.146.664.010 硝化甘油1.577.69109.846.668.010

在結(jié)果分析中選取改BZA安全評(píng)估方案與普通權(quán)重相加安全評(píng)估方案。改進(jìn)型評(píng)估方案模型見公式（2），其中0表示混合炸藥固有危險(xiǎn)度，數(shù)值大小由矩陣模糊運(yùn)算獲得；普通權(quán)重相加安全評(píng)估方案模型見公式（1），其中表示炸藥固有危險(xiǎn)度，數(shù)值大小由決定。針對(duì)上述3種混合火炸藥，由3種火炸藥權(quán)重及對(duì)應(yīng)的感度獲得，3種火炸藥TNT當(dāng)量基本一致，選取1.59作為混合炸藥的TNT當(dāng)量，進(jìn)而獲得值。分析時(shí)3種火炸藥選取不同的組分比，其結(jié)果如表2所示。

表2 不同組分混合炸藥評(píng)估結(jié)果對(duì)比

Tab.2 Comparison of evaluation results of different mixed explosives

需求分析是軟件計(jì)劃階段的重要活動(dòng)，也是軟件生存周期中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該階段是分析系統(tǒng)在功能上需要“實(shí)現(xiàn)什么”，是開發(fā)人員經(jīng)過深入細(xì)致的調(diào)研和分析，準(zhǔn)確理解用戶和項(xiàng)目的功能、性能、可靠性等具體要求，將用戶非形式的需求表述轉(zhuǎn)化為完整的需求定義，從而確定系統(tǒng)必須做什么的過程。

編號(hào)m太安/kgm奧克托今/kgm硝化甘油/kg固有危險(xiǎn)度/V 普通α權(quán)重改進(jìn)型BZA 1010013.8313.83 20.0019.9980.00113.8315.68 30.019.980.0113.8417.82 40.19.80.113.9622.37 50.590.514.4528.12 618115.0831.45 727115.5233.11 826216.3235.12 935216.7735.98 1034317.5737.04

由表2可知，改進(jìn)型BZA安全評(píng)估方案對(duì)于混合火炸藥的組分比較敏感，而普通的對(duì)做簡(jiǎn)單加權(quán)處理的方案評(píng)估結(jié)果變化不大，當(dāng)混合火炸藥退化為單一火炸藥時(shí)兩種評(píng)估方案獲得的結(jié)果相同，即針對(duì)單一火炸藥系統(tǒng)兩種評(píng)估方案一致。在實(shí)際中不同的火炸藥組分對(duì)于火炸藥系統(tǒng)的影響不同，普通權(quán)重處理方案不能敏感反映出組分對(duì)于系統(tǒng)的影響，對(duì)于混合火炸藥系統(tǒng)的評(píng)估存在缺陷，而改進(jìn)型BZA評(píng)估方案能夠很好地解決上述問題。

5 結(jié)論

針對(duì)混合火炸藥及其制品的危險(xiǎn)系統(tǒng)，利用模糊算法對(duì)BZA法進(jìn)行改進(jìn)，為火炸藥的生產(chǎn)及使用單位提供更加科學(xué)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，更加客觀地區(qū)分和評(píng)估火炸藥的安全性。相對(duì)于普通BZA安全評(píng)估方法，改進(jìn)型BZA法提高了評(píng)估模型的精度，能夠更加科學(xué)地評(píng)價(jià)混合火炸藥系統(tǒng)。

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Improved BZA-2 Evaluation Method for Mixed Explosives System

ZHANG Yu-lin1，QI Jin-wei2，LI Xiao-hu3，LIU Song-wei3

（1.Engineering Workshop, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049；2.School of Electronics and Information Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049；3.School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049）

Aimed at explosives and its products in a mixed system, an improved BZA-2 security assessment mathematical model is proposed, which combines the uncertain information processing algorithms-fuzzy algorithm and BZA safety assessment programs. The evaluation results obtained by this model can reflect the actual situation more scientifically, and provide guidance for the safety construction of explosives, as well as ensure explosives and related products be used in a secure and stable environment.

Explosive；BZA method；Security；Fuzzy algorithm

TQ564

A

[9]2015-11-03

張育林（1978-），男，講師，主要從事機(jī)器人及火工品設(shè)備與安全評(píng)價(jià)研究。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）課題（2014AA041603)。