基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評價

曲 娜, 王 楠, 藍真亮, 楊 峰

(沈陽航空航天大學(xué) 安全工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110136)

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基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評價

曲 娜, 王 楠, 藍真亮, 楊 峰

(沈陽航空航天大學(xué) 安全工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110136)

從系統(tǒng)產(chǎn)品可靠性、可維護性、環(huán)境適應(yīng)性等6個方面構(gòu)建了火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評估指標(biāo)體系,運用改進的灰色關(guān)聯(lián)度分析法來確定各評價指標(biāo)的權(quán)重,采用模糊綜合評判法得出火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評估結(jié)果.以沈陽航空航天大學(xué)圖書館火災(zāi)報警系統(tǒng)為例進行計算,結(jié)果表明了火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評估模型的可行性.

火災(zāi)報警系統(tǒng); 產(chǎn)品性能; 灰色關(guān)聯(lián)度分析; 模糊綜合評判

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是通過火災(zāi)探測器和人工實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)火情并及時報警的系統(tǒng),主要由火災(zāi)探測器、火災(zāi)報警控制器、手動報警按鈕、聲光報警器和電源等組成,是預(yù)防火災(zāi)必不可少的組成部分.隨著建筑規(guī)模的迅速發(fā)展,火災(zāi)隱患監(jiān)測的難度也大大增加,對火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能的要求也越來越高,系統(tǒng)產(chǎn)品性能的優(yōu)劣直接影響人民生命財產(chǎn)安全.

2009年,趙海榮建立了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)用效能評價指標(biāo)體系,運用層次分析法確定了各指標(biāo)的權(quán)重,并給出了各二級指標(biāo)的量化方法,最終得出了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)用效能綜合評價模型[1].宋立巍對地鐵火災(zāi)自動報警系統(tǒng)使用效能評價進行了研究,提出了該系統(tǒng)使用效能的評價要求、評價指標(biāo)體系、評價流程以及評分模型,但評分模型不夠明確[2].2010年,孫瑩瑩制定了提高火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)用效能的應(yīng)對措施,但沒有提出效能評估模型[3].馬玉東對于當(dāng)前正在運行的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)用效能不能正常發(fā)揮的現(xiàn)象進行分析并提出了改進措施,沒有建立效能評估模型[4].張麗敏介紹了評估標(biāo)準(zhǔn)的等級劃分和確定方法, 確定了消防指揮自動化系統(tǒng)效能評估指標(biāo)的評測方法和分級標(biāo)準(zhǔn),未建立系統(tǒng)效能評估模型[5].2011年,Z.G.Liu研究了9個火災(zāi)探測報警系統(tǒng)效能,代表了五種應(yīng)用于公路隧道的類型.通過實驗得出結(jié)論為縱向氣流條件下火災(zāi)檢測系統(tǒng)的檢測時間取決于燃料類型、火的大小和位置、氣流的速度和檢測方法,沒有建立系統(tǒng)評估模型[6].M.Ahrens統(tǒng)計了美國家庭煙霧報警系統(tǒng)的效能[7].2012年,ZhangZhenna分析了火災(zāi)探測器的響應(yīng)性能,通過數(shù)值計算預(yù)測了ASD系統(tǒng)的響應(yīng)時間,可以指導(dǎo)大空間建筑ASD系統(tǒng)設(shè)計安裝,沒有建立火災(zāi)自動報警系統(tǒng)效能評估模型[8].ZhangLimin利用層次分析法確定多準(zhǔn)則第三級指標(biāo)的綜合權(quán)重,并構(gòu)造消防指揮自動化系統(tǒng)效能評價模型[9].2013年,任國生從多個角度分析了當(dāng)前火災(zāi)自動報警產(chǎn)品應(yīng)用效能存在的問題,并有針對性地提出了相應(yīng)的解決對策,并沒有建立有效的評估模型[10].I.L.Homeag利用模糊專家系統(tǒng)算法提高火災(zāi)探測部分效能,沒有考慮整個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的效能[11].2014年,汪瑩構(gòu)建了礦產(chǎn)資源開發(fā)優(yōu)先序列評價指標(biāo)體系,提出了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的礦產(chǎn)資源開發(fā)優(yōu)先序列模型[12].

論文從系統(tǒng)產(chǎn)品可靠性、可維護性、環(huán)境適應(yīng)性、兼容性、可維護性、可擴展性和易用性等6個方面構(gòu)建了火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評估指標(biāo)體系,運用改進的灰色關(guān)聯(lián)度分析法來確定各評價指標(biāo)的權(quán)重,采用模糊綜合評判法得出最終火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評估結(jié)果.

1 算法設(shè)計

1.1 系統(tǒng)產(chǎn)品性能評價指標(biāo)

根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件,利用層析分析法建立火災(zāi)自動報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能指標(biāo)體系,見表1.

表1 產(chǎn)品性能指標(biāo)體系

1.2 基于改進的灰色關(guān)聯(lián)度確定權(quán)重

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是分析系統(tǒng)中各元素之間關(guān)聯(lián)程度或相似程度的方法,其基本思想是根據(jù)關(guān)聯(lián)度對系統(tǒng)排序.本文運用改進的灰色關(guān)聯(lián)度分析法來確定產(chǎn)品性能評價指標(biāo)的權(quán)重.

(1) 改進的灰色關(guān)聯(lián)度分析法.設(shè)有原始數(shù)據(jù)列X0=(x0(t),t=1,2,…,n},比較數(shù)據(jù)列Xi=(xi(t),t=1,2,…,n ,i=1,2,…,m}.

第1步:對X0、Xi作一次累減,如式(1)、式(2).

(1)

(2)

第2步:計算相對變化率k,如式(3)、式(4).

(3)

(4)

第3步:計算X0與Xi之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)r0i(k)和關(guān)聯(lián)度r0i,如式(5).

(5)

其中當(dāng)yi(t)與y0(t)符號相同時取正號,否則取負號;當(dāng)y0(t)與(yi(t))為零時,將y0(t)與(yi(t))的符號做正號處理.

(6)

r0i的正負情況反映了Xi與X0兩個變量間的相關(guān)性質(zhì).r0i>0 表示正相關(guān),即X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的增(減);r0i<0 表示負相關(guān),X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的減(增).由此計算的r0i不再是一個相對值,而是一個絕對值.

(2) 權(quán)重確定.針對目標(biāo)和各指標(biāo)都已量化的系統(tǒng),如果采用改進灰色關(guān)聯(lián),需要先計算各子因素與目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度,再對其作歸一化處理,所得的值即為權(quán)重.這樣不僅可以確定指標(biāo)對目標(biāo)的影響程度,而且能反映確定指標(biāo)對目標(biāo)的影響方向是否具有較強的客觀性.根據(jù)待評價場所近年運行數(shù)據(jù),可以得到表1的各項指標(biāo)數(shù)值,方法具體步驟如下:

① 建立目標(biāo)數(shù)據(jù)列X0={x0(t),t=1,2,…,n};子目標(biāo)數(shù)據(jù)列Xi={xi(t),t=1,2,…,n,i=1,2,…,m}.

② 將各r0i作歸一化處理得W=(w1,w2,…,wm),其中

(7)

W即為權(quán)重向量.負號表示確定指標(biāo)對目標(biāo)產(chǎn)生負面影響.

1.3 模糊綜合評判

模糊綜合評判方法是在模糊環(huán)境下,考慮多種因素的影響,為了某種目的對一事物做出綜合決策的方法.該方法首先需要確定評價對象集、因素集和評語集.將表1中所有二級指標(biāo)作為評價對象集.每個指標(biāo)的優(yōu)劣等級定為因素集為:V={優(yōu),良,中,及格,不及格}.所有二級指標(biāo)優(yōu)劣得分結(jié)果為評語集,形成模糊綜合評價矩陣.利用灰色關(guān)聯(lián)度確定每個指標(biāo)的權(quán)重向量=(A1,A2,…,An).最后根據(jù)模糊運算法則,可得到綜合評價結(jié)果.根據(jù)最大隸屬度原則確定模糊結(jié)果,得出系統(tǒng)產(chǎn)品性能等級.

2 系統(tǒng)效能評估算例

選擇沈陽航空航天大學(xué)圖書館火災(zāi)報警系統(tǒng)作為實際案例進行系統(tǒng)產(chǎn)品性能評價,并根據(jù)性能評價結(jié)果提出合理化的建議.

2.1 評價指標(biāo)的權(quán)重確定

收集火災(zāi)報警系統(tǒng)近10年的相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析,其中表2為近5年數(shù)據(jù)和10年的平均值,并建立目標(biāo)數(shù)據(jù)列即火災(zāi)報警產(chǎn)品成功報警次數(shù)X0={x0(t),t=1,2,…,n},子目標(biāo)數(shù)據(jù)列即各二級評價指標(biāo)Xi={xi(t),t=1,2,…,n ,i=1,2,…,m}.

對X0,Xi作一次累減得y0和yi,計算相對變化率k,得到X0與Xi之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)r0i(k)和關(guān)聯(lián)度r0i,結(jié)果填入表3(部分).

表2 系統(tǒng)產(chǎn)品性能相關(guān)數(shù)據(jù)

表3 關(guān)聯(lián)系數(shù)r0i(k)和關(guān)聯(lián)度r0i

當(dāng)yi(t)與y0(t)符號相同時取正號,否則取負號,為零時,做正號處理.r0i的正負情況反映了Xi與X0兩個變量間的相關(guān)性質(zhì).r0i>0 表示正相關(guān),即X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的增(減);r0i<0 表示負相關(guān),X0的增(減)將直接導(dǎo)致Xi的減(增).由此計算的r0i不再是一個相對值,而是一個絕對值.將各r0i作歸一化處理得權(quán)重向量W=(w1,w2,…,wm),見表4.W即為權(quán)重向量.負號表示確定指標(biāo)對目標(biāo)產(chǎn)生負面影響.二級評價指標(biāo)Wi=(0.03 0.03 0.2 0.03 0.03 0.06 0.03 0.06 0.06 0.06 0.11 0.14 0.03 0.07 0.03 0.03),一級評價指標(biāo)W0=(0.32 0.15 0.06 0.34 0.10 0.03).

2.2 產(chǎn)品性能評價

通過分析沈陽航空航天大學(xué)圖書館火災(zāi)自動報警系統(tǒng)運行信息,并和消防控制室工作人員進行座談,獲得了評估所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)信息.根據(jù)專家打分法和系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)結(jié)合模糊統(tǒng)計法,通過各單因素模糊評價獲得模糊綜合評價矩陣R.

(8)

火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評價如式(9).

(9)

即系統(tǒng)產(chǎn)品性能為優(yōu)的概率為0.552,良的概率為0.286,中的概率為0.133,及格的概率為0.029,不及格的概率為0.根據(jù)模糊評價的最大隸屬度原則確定評估結(jié)果為優(yōu).據(jù)該消防控制室工作人員反映火災(zāi)報警系統(tǒng)工作10年以來一直運行情況良好,與評估結(jié)果基本一致.

3 結(jié) 論

依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件,建立了包括可靠性、可維護性、環(huán)境適應(yīng)性、可擴展性、兼容性和易用性等一級評價指標(biāo),并進一步細分得到二級指標(biāo).建立了基于改進灰色關(guān)聯(lián)度-模糊綜合評判方法的火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能評價模型.彌補了火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品性能在使用過程中缺乏的評價方法和檢測手段,對火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計和管理均具有一定的參考意義.

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【責(zé)任編輯: 李 艷】

Product Performance Assessment of Fire Alarm System Based on Gray Correlation Analysis

QuNa,WangNan,LanZhenliang,YangFeng

(School of Safety Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China)

The assessment index system of product performance is constructed, which includes the product reliability, maintainability, environmental adaptability and so on. Grey correlation analysis method is used to determine the weight of each assessment index. The fuzzy comprehensive evaluation method is used to get the product performance evaluation results of the fire alarm system. Taking the fire alarm system of Shenyang Aerospace University library as a case of product assessment, the feasibility of the presented system is indicated.

fire alarm system; product performance; grey correlation analysis; fuzzy comprehensive evaluation

2015-10-30

遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助項目(DS504101).

曲 娜(1979-),遼寧營口人,沈陽航空航天大學(xué)講師,博士研究生.

2095-5456(2016)05-0392-05

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