基于現(xiàn)代綜合評價方法的起重設(shè)備安全評估

單科科 趙 明 鄭 超

（衢州市特種設(shè)備檢驗中心 衢州 324000）

影響起重設(shè)備安全使用狀況的因素主要有：設(shè)備風險、人員風險、管理風險和環(huán)境風險。由于人員、管理和環(huán)境風險因素的不確定性較大，在此僅從設(shè)備本身進行安全評估。調(diào)研衢州地區(qū)起重設(shè)備的分類情況和老舊程度，我們發(fā)現(xiàn)起重設(shè)備的老齡化問題也越來越亟待解決。一方面，由于老舊起重設(shè)備的安全風險較高，檢驗風險壓力也越來越嚴峻；另一方面，隨著老舊設(shè)備的報廢越來越多，社會資源的浪費越來越嚴重。如何在合理的安全檢驗風險下解決兼顧生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟性。通過開發(fā)軟件對老舊起重設(shè)備再利用后的安全評估，對于解決安全生產(chǎn)、避免社會資源浪費和降低檢驗風險等方面具有重要的意義。

1 安全評估方法和原理

1.1 安全評估方法簡介

現(xiàn)代綜合評價方法是一個多學科邊緣交叉、相互滲透、多點支撐的研究領(lǐng)域。目前較為流行的評價方法主要有層次分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法和灰色綜合評價法等[1]。對比分析上述安全評價方的優(yōu)缺點，結(jié)合衢州起重設(shè)備的種類情況和起重設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)特點，選用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的方式不僅能夠?qū)ζ鹬卦O(shè)備進行更科學合理的安全評估，而且對現(xiàn)有檢規(guī)標準具有一定的補充和完善意義。

1.2 建立安全評估模型

起重設(shè)備分9個類別包含29個品種，調(diào)研本地區(qū)起重設(shè)備分類情況，在用量最多的分別為電動單梁起重機、通用橋式起重機、通用門式起重機和電動葫蘆門式起重機，本文僅以通用橋式起重機為例進行描述。

●1.2.1 評估指標集的建立

評估指標選擇合適與否將直接影響安全評估結(jié)果的合理性，指標太多會大大增加現(xiàn)場評估工作量，指標太少會產(chǎn)生片面性不能將起重設(shè)備的安全使用狀態(tài)表達出來。為了提高安全評估的合理性和準確性，依據(jù)各個品種起重設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運行特點，結(jié)合《起重機械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》[2]，采用層次分析法建立評估指標層次結(jié)構(gòu)圖。通用橋式起重機評估指標分為四大部分，即機構(gòu)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、空載試驗系統(tǒng)和載荷試驗系統(tǒng)，依次再分三級指標，如圖1所示。

圖1 評估指標層次結(jié)構(gòu)圖

●1.2.2 風險等級評價集的建立

模型模糊評價集在實際建立的過程中要遵循客觀、合理及簡潔的原則，將各評價指標進行模糊化處理，各級指標級別的判定標準要制定的客觀、合理[3]。為更好地體現(xiàn)風險等級的量化關(guān)系，筆者將定性的標準分為：安全、較安全、較危險和危險4級，見表1。

表1風險等級模糊量化表

●1.2.3 評估指標權(quán)重值的確定

起重機安全評估指標的權(quán)重應(yīng)根據(jù)各評估指標在整機安全性中的重要程度而定。筆者查閱浙江省特種設(shè)備檢驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計填報系統(tǒng)，導出浙江省11個地市2017年度起重設(shè)備重大隱患統(tǒng)計情況，以此作為確定各個評估指標權(quán)重系數(shù)的初始依據(jù)。

構(gòu)建模糊判斷矩陣，本文選取8名從事起重設(shè)備檢驗的檢驗師及2名專業(yè)從事起重設(shè)備維修保養(yǎng)的高級工程師組成專家組，這10名專家成員均在起重設(shè)備檢驗、維修方面從業(yè)多年，他們的評判能基本的反映出各評估指標傷害發(fā)生的概率和傷害的嚴重程度。

引入“1-9級標度法”中兩個指標比較時相對重要程度的標度含義[4]，見表2。征詢專家組成員對同一層次指標重要程度進行兩兩比較，這樣就能最大程度的確保兩兩比較標度的準確性，從而構(gòu)建出客觀的、合理的評估指標的判斷矩陣。

表2 1-9級標度法

在判斷矩陣構(gòu)建的過程中，判斷思維的一致性是指專家在判斷指標重要性時，各判斷之間協(xié)調(diào)一致，不至于出現(xiàn)相互矛盾的結(jié)果，因此有必要對判斷矩陣（A）進行一致性檢驗。即用檢查專家成員判斷思維的一致性。其中，λmax為判斷矩陣A的最大特征值，λmax越大，CI越大，A的不一致性就越嚴重。

衡量不同階判斷矩陣是否具有滿足一致性，我們還需引入判斷矩陣的隨機一致性比率CR和隨機一致性指標RI，見表3。當CR＜0．1時，即認為該層判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調(diào)整判斷矩陣，使之具有滿意的一致性。

表3 1-9階平均隨機一致性指標表

以通用橋式起重機第一層評估指標為例，隨機選取一名專家的評價，見表4。

表4 專家甲A級指標判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

依此算法求得剩余9位專家對于A級指標的權(quán)重結(jié)果，然后利用算數(shù)平均數(shù)可以確定最終A級指標的權(quán)重值 ωA=[0．155 0．335 0．275 0．235]。同理求得其他各級指標的權(quán)重值。

●1.2.4 模糊評價矩陣的建立

模糊評價是模糊數(shù)學的一種應(yīng)用，它可以將不確定的各種信息用定量的方法表達出來。在模糊評價集建立的過程中要遵循客觀、合理及簡潔的原則[5]。根據(jù)風險等級模糊量化關(guān)系，對各級指標進行模糊評價的量化，并形成安全評價原始記錄表格。由于安全評估原始記錄表格數(shù)據(jù)較大，本文僅以大車運行機構(gòu)中的電動機(D13)和載荷試驗中的上拱度（D48）為例進行評價，見表5和表6。

表5 大車電機（D13）現(xiàn)場評價

表6 主梁上拱度（D48）現(xiàn)場評價

在表5中，現(xiàn)場評價時，大車運行機構(gòu)共有電動機16臺，經(jīng)現(xiàn)場安全評價，其中9臺電動機無任何異常，屬于安全等級；2臺電動機分別存在噪音稍大的輕微異常，屬于較安全等級；4臺罩殼松動、缺失、外殼變形或腐蝕等不影響使用的問題，屬于較危險等級；1臺電機定子燒壞，屬于危險等級。

在表6中，以一臺跨度S=20m的通用橋式起重機為例?，F(xiàn)場評價時，測得主梁A的上拱度數(shù)據(jù)為14．5mm(0．725S)，屬于較安全等級；主梁B的上拱度數(shù)據(jù)為9．5mm(0．475S)，屬于較危險等級。

將現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)和采集的信息輸入安全評估軟件，運行后即可得到上一級指標的安全評估分值和安全風險等級結(jié)果。

●1.2.5模糊綜合評價

將模糊評價矩陣與其項對應(yīng)的權(quán)重矩陣進行合成運算，即可得到起重設(shè)備安全評估的數(shù)學模型[6]：B=ω·R 式中：ω為各級指標的權(quán)重值；R為各級指標的模糊評價矩陣。

對整機進行多級安全評估時，采用倒序的方法，即從最底層一級指標反向逐級計算，反向逐級計算即為計算某一層Bi時，以其下一層各個指標Bi-1作為該層次的評價矩陣Ri。如此可以得到起重設(shè)備安全評估系統(tǒng)的模糊綜合評價結(jié)果B。

為表達直觀方便，對模糊綜合評價結(jié)果進行量化處理。最終，起重設(shè)備安全狀態(tài)綜合評估分值F=B·PT，式中：對照表 1 知 P=[87．5 62．5 37．5 12．5]

根據(jù)風險等級模糊量化表（見表1），由最終起重設(shè)備安全狀態(tài)綜合評估分值F即可確定該起重設(shè)備的綜合評估分值和風險等級。

2 安全評估軟件的設(shè)計

以上述安全評估模型為基礎(chǔ)，將模糊理論和層次分析法嵌入后臺運行，輸入現(xiàn)場采集到的指標數(shù)據(jù)輸入軟件，即可得到各級指標與整機的評估分值和風險等級。使用Java為標稱語言，開發(fā)出了用于評估起重設(shè)備特別是老舊起重設(shè)備安全評估的專有軟件，軟件體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 評估軟件結(jié)構(gòu)體系圖

3 安全評估實例驗證

為驗證該評估軟件的可靠性，軟件質(zhì)量和預(yù)期功能部分由第三方檢測公司進行檢測，并出具檢測報告。為驗證該評估軟件的準確性，選取一臺型號為QD20/5-22．5-9的通用橋式起重機作為評估對象。將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)輸入安全評估軟件，得到評估結(jié)論；經(jīng)與使用單位和維護保養(yǎng)單位聯(lián)合評估后，一致認為該軟件的評估結(jié)果和起重設(shè)備的現(xiàn)有安全狀況基本相符，如圖3所示。

圖3 評估軟件評估結(jié)論顯示界面

4 結(jié)論

該軟件的開發(fā)，實現(xiàn)了起重設(shè)備安全評估的程序化和智能化。不僅可以對整機進行安全評估，也可以對某一結(jié)構(gòu)或某一系統(tǒng)進行安全評估，并且以具體的分值和安全等級進行顯示。

針對老舊設(shè)備主要結(jié)構(gòu)件和主要零部件的再利用問題，經(jīng)過該軟件進行安全評估并合格后，使用單位可以進行再利用。

針對老舊設(shè)備參數(shù)不完整的情況，該軟件可以通過輸入現(xiàn)場采集零件數(shù)據(jù)，由軟件自行計算出設(shè)備的參數(shù)。也可以利用這一原理對原有參數(shù)進行校核驗證。

通過該軟件的評估結(jié)果顯示界面，可以查看每一級的風險等級，并將風險等級高的項目逐一列出，使用單位可以根據(jù)評估報告建議，在日常維護保養(yǎng)中予以特別關(guān)注。