基于多層次模糊算法的電梯安全評價方法研究

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院　賀　海　王　月

基于多層次模糊算法的電梯安全評價方法研究

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院賀海王月

針對電梯使用安全的評估，基于模糊算法，本文提出了電梯使用風險的多層次模糊評估方法并對該方法進行理論分析。本文根據(jù)上述方法對電梯制動器制動力不足的風險進行了評估并確定了其風險的嚴重程度。根據(jù)風險評估的結(jié)果，可以通過整改措施來降低風險。

電梯安全；風險；安全評估；模糊算法

隨著社會的不斷快節(jié)奏地發(fā)展，以及現(xiàn)代電子技術(shù)及新型材料的興起，電梯技術(shù)的發(fā)展及使用越來越離不開人們的生活和生產(chǎn)活動。電梯作為與人們生活和生產(chǎn)關(guān)系密切的交通和運輸工具，其運行安全關(guān)系到人們的日常生活質(zhì)量和生產(chǎn)安全。因此，電梯使用安全評價方法的研究對于保障人們的生活質(zhì)量以及提高生產(chǎn)效益有很重要的意義。

常用的安全評價方法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［1］、故障樹法［2］和模糊多層次綜合評估法［3］等都可以用于電梯的安全評價中。與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和故障樹法相比較，模糊多層次評估法在各個領(lǐng)域的安全評價中都有較成熟的應(yīng)用，南京市特檢院也采用了這種方法對橋門式起重機進行安全評價［4］。

1.電梯系統(tǒng)中的風險

1.1電梯的安全特征

電梯作為特殊的機電系統(tǒng)，其安全性能包括機械和電氣兩個方面的安全，使用過程中需要保證使用人員、維護保養(yǎng)人員、檢驗檢測人員以及電梯井道、機房或滑輪間外人員的安全。電梯的空間涉及使用空間和運行空間，轎廂作為電梯的使用空間，是一個被設(shè)法保證安全的空間，井道作為轎廂運行的空間，是一個危險的空間，層門外的空間是一個相對安全的空間。電梯在正常運行過程中產(chǎn)生的加、減速度都要保持在乘客所能承受的范圍內(nèi)，一些非正常的加、減速度會對乘客產(chǎn)生一定的傷害。電梯安全不僅僅依賴于技術(shù)，還需要管理及教育，三者相結(jié)合，是電梯安全的重要特征［5］。

1.2電梯中存在的風險

電梯系統(tǒng)不可能絕對安全，某些風險在系統(tǒng)中是不可消除的，可以通過一些方法進行降低發(fā)生的概率。因此，電梯系統(tǒng)中的人員或者設(shè)備只能是相對安全，電梯系統(tǒng)的安全是通過充分的降低風險來實現(xiàn)的。電梯系統(tǒng)中的風險主要來自于機械、電氣、火災(zāi)等幾個方面。機械方面主要來自轎廂、對重、門系統(tǒng)等運動部件的運動；電氣方面主要來自控制系統(tǒng)故障等；火災(zāi)方面主要指機房、滑輪間、井道、轎廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的危險。

2.電梯系統(tǒng)中風險的模糊評價方法

2.1風險要素的模糊評估

風險的要素有兩個：傷害的嚴重程度和傷害發(fā)生的概率。模糊統(tǒng)計法是讓一些安全評價人員根據(jù)自己的思考，獨立確定某個風險的風險要素評估，由于他們對這個風險的理解有所差異，評估的結(jié)果也有所不同。統(tǒng)計評估結(jié)果在風險要素的評價元素上出現(xiàn)的頻率，即隸屬頻率，從中確定隸屬度［6］。在一個風險事件中可能發(fā)生傷害的嚴重程度的評價集可以確定為：。

2.2風險要素的多層次模糊評估

電梯作為一個復雜的機電系統(tǒng)，一般情況下一個風險的發(fā)生與多個因素有關(guān)，本文采用多因素的多層次模糊評價方法進行風險評估。多層次模糊評價是一種運用模糊數(shù)學方法，對系統(tǒng)中多個相互影響的因素進行綜合評價的方法。

2.2.1模糊綜合評價的一級數(shù)學模型

（1）給出評價集

其中，m為評語數(shù)。

（2）確定因素集

n為因素個數(shù)。

（3）確定權(quán)數(shù)

在因素集中，按其重要程度不同給出相應(yīng)的權(quán)數(shù)分配：

確定的方法有統(tǒng)計法、專家評議法，以及層次分析法、兩兩對比法、德爾斐法等。

為了便于判別和比較各權(quán)數(shù)之和，應(yīng)符合歸一化原則，即：

（4）建立一個從U到V的模糊映射：

由f可得到模糊關(guān)系矩陣R：

上式中R稱為一級模糊矩陣。

（5）綜合評價及結(jié)果

有了一級模糊評價矩陣R和各因素的權(quán)數(shù)矩陣A，可做出綜合性評價，其公式為：

2.2.2多層次模糊評價的數(shù)學模型

在風險評價過程中，如果使用一級模糊評價模型去評價一個影響因素較多的風險事件，則會因為權(quán)數(shù)ai過小以及相互之間難以權(quán)衡比較，而不能準確的對風險進行評價。因此，在影響因素較多的情況下，一般采用多層次模型。方法如下：

（1）將因素U按某種屬性分成p個子集，即U1，U2，…，Up，滿足：上式中i，j=1，2，3，…，p，且。

設(shè)U的每個子集有ni個因素，即：

（2）對于各個Ui按一級模型分別進行綜合評價。Ui中各個因素的權(quán)重分配為：

得到第一級的綜合評價為：

（3）將各個Ui作為一個元素來看，則二級模糊關(guān)系矩陣為：

按照每個Ui的重要程度給出權(quán)數(shù)分配矩陣：

得到二級模糊綜合評價模型為：

所謂多層次模型就是將因素分成多級，并重復以上的步驟。

3.應(yīng)用案例

溜車是電梯重大事故隱患之一，制動器制動力不足是造成電梯溜車的一個重要原因，但導致制動力不足還包括其他原因，例如：制動器制動力矩不足、制動閘瓦磨損或老化失效、制動臂延時釋放等。制動器制動力矩不足主要是由于制動輪上有油污，制動閘瓦的磨損主要是由于制動輪與閘瓦之間長時間摩擦導致，兩者之間的摩擦主要由于制動輪與閘瓦之間間隙過小、制動器松閘電壓過低、制動力過大導致電梯運行時抱閘不能完全打開等原因?qū)е?。在評估電梯制動力不足的嚴重程度時，需要先評估這些因素發(fā)生的嚴重程度。而上述的這些嚴重程度難以用定量測量的方法進行確定，本文使用模糊綜合評價的方法進行評估。制動力不足的有關(guān)因素如表1所示：

表1　制動器制動力不足的有關(guān)因素

由于因素集U1、U2中只包含一個因素，由（2.12）可以根據(jù)一次安全評價的統(tǒng)計直接給出評價結(jié)果，即：

因素集U3中包含有四個因素，根據(jù)式（2.13）對制動閘瓦磨損的嚴重程度進行評估，根據(jù)此次安全評價的統(tǒng)計得到模糊關(guān)系矩陣R：

因素集U1，U2，U3之間的權(quán)數(shù)分配為：得出器制動力不足的嚴重程度的綜合評估為：

根據(jù)最大隸屬度原則［7］可以得到對于動器制動力不足的模糊綜合評估的結(jié)果是：制動力不足的嚴重程度是低。

4.結(jié)語

一般情況下，人們在評價某些風險事件時趨向于使用中間的等級，例如在評估風險傷害的嚴重程度時，會比較頻繁使用中和低這兩個等級。風險要素的多層次模糊評估方法就是一種可以避免這種情況的方法。通過該方法，對電梯使用中風險的等級進行評估，若該風險的等級不能被接受，那么應(yīng)通過一系列整改措施降低風險，直至風險可以被接受。

采用多層次模糊評價方法用于電梯安全評估，符合技術(shù)人員的經(jīng)驗和客觀實際，能夠準確地描述風險的不確定性，同時又可以降低獲取其精確值的難度，使風險評價結(jié)果更加科學合理，是一種同時具備適應(yīng)性和準確性的安全評價方法。

［1］熊瑞庭.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電梯故障診斷系統(tǒng)的研究［D］.武漢理工大學碩士學位論文，2009.

［2］朱廣慧.“事故樹”分析法在電梯沖頂事故中的應(yīng)用［J］.中國電梯，2005，16（21）：53-54.

［3］YANG Gaoshang，PENG Limin.Fuzzy synthetic assessment of building fire safety system［J］Journal of Central South University of Techn ology，2005（1）：194-198.

［4］胡靜波，慶光蔚，王會方等.基于模糊層次綜合分析法的橋門式起重機分級評價［J］.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2014，10（1）：189-194.

［5］顧徐毅.基于風險的電梯安全評價方法研究［D］.上海交通大學碩士論文，2009.

［6］許洪國，劉兆惠，王超等.基于模糊統(tǒng)計的山區(qū)公路安全評價研究［J］.中國安全科學學報，2006，16（10）：120-123.

［7］陳耀輝，孫春燕.模糊綜合評判法中的最大隸屬原則有效度［J］.重慶師范學院學報（自然科學版），2001，18（1）：45-47.

Research on the elevator safety evaluation method based on multi-stage fuzzy algorithm

HE Hai，WANG Yue
（Nanjing Special Equipment Inspection Institute，Nanjing Jiangsu 210002，China）

In order to evaluating the elevator safety， a multi-stage fuzzy evaluation method which based on fuzzy algorithm was proposed and analyzed. Based onestage fuzzy comprehensive evaluation method and multi-stage fuzzy comprehensive evaluation method， the fuzzy evaluation of the risk of the elevator brake system was completed and the severity of the risk was determined. According to the risk assessment， the risk can be reduced through some measures.

elevator safety； risk； safety assessment； fuzzy algorithm

賀海（1989—），男，安徽安慶人，現(xiàn)供職于南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院，工學碩士，研究方向：機電系統(tǒng)理論與設(shè)計。