基于模糊綜合分析的設(shè)備運行性能評價方法

董勝利　張明琰　馮文哲　張楠

摘?要：把模糊綜合評價法具體應(yīng)用到設(shè)備運行性能評價，運用對設(shè)備有效作業(yè)率影響較大的設(shè)備故障停機時間、設(shè)備故障停機次數(shù)、設(shè)備運行年限建立評價指標(biāo)，運用多層次分析法確定權(quán)重，用平均加權(quán)法確定綜合評價指標(biāo)。模糊綜合評價法可操作性強，可在設(shè)備運行性能評價中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：設(shè)備運行性能;模糊綜合評價;層次分析法;權(quán)重

中圖分類號：TB?????文獻標(biāo)識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.14.093

工業(yè)企業(yè)評價設(shè)備運行性能的指標(biāo)通常有設(shè)備有效作業(yè)率、設(shè)備利用率、設(shè)備開動率等，雖然統(tǒng)計口徑不同，但計算方法都是成品數(shù)量與時間的比值，這些單一指標(biāo)只反映了設(shè)備故障停機時間對設(shè)備運行性能的影響，不能全面反映設(shè)備運行性能。引入設(shè)備綜合效率（OEE）以后，設(shè)備性能指標(biāo)由設(shè)備時間開動時間、性能開動時間、合格品率三項之積組成，設(shè)備綜合效率與設(shè)備有效作業(yè)率、設(shè)備利用率、設(shè)備開動率相比，增加了產(chǎn)品質(zhì)量因素，但仍不能表達設(shè)備停機次數(shù)和設(shè)備老化對設(shè)備運行性能的影響。

從生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，一次運行時間是影響設(shè)備運行性能的主要因素，設(shè)備故障重新開機是增加安全隱患、質(zhì)量隱患的主要時間節(jié)點;而且隨著設(shè)備停機次數(shù)的增多，設(shè)備效能降低的同時會進一步增加原輔材料消耗。因此，設(shè)備停機次數(shù)是評價設(shè)備運行性能的一個不可忽視的因素。設(shè)備年限有關(guān)數(shù)據(jù)通常只出現(xiàn)在設(shè)備折舊計算中，但新購置設(shè)備較舊設(shè)備運行性能好是不爭的事實，設(shè)備老化程度也是評價設(shè)備運行性能時不容忽視的因素。

本文通過對設(shè)備故障停機時間、設(shè)備故障停機次數(shù)、設(shè)備運行年限等三個要素進行量化分析，運用多層次分析法確定權(quán)重，采用模糊綜合評價方法提出一種評價設(shè)備運行性能的綜合指標(biāo)——設(shè)備運行指數(shù)。設(shè)備運行指數(shù)以單位表示理想設(shè)備運行性能。

1?建立數(shù)學(xué)模型

1.1?模糊綜合評價法及層次分析法簡介

模糊綜合評價是通過構(gòu)造等級模糊子集，把反映被評事物的模糊指標(biāo)進行量化確定隸屬度，然后利用模糊變換原理對各指標(biāo)進行綜合考量的一種方法。層次分析法把各要素劃分為互相聯(lián)系的有序?qū)樱鶕?jù)對客觀實際的模糊判斷，就每一層次的相對重要性給出定量表示，最終確定全部要素相對重要性次序的權(quán)重系數(shù)。層次分析法是綜合評價中確定權(quán)重系數(shù)的一種有效方法，本文即采用層次分析法確定要素權(quán)重系數(shù)。

1.2?模糊綜合評價法的步驟

先確定評價對象的要素論域u=u1，u2，…，up，再確定評語等級論域v=v1，v2，…，vp，然后對被評事物從要素uii=1，2，…，p上進行量化，確定單要素與被評事物的函數(shù)關(guān)系式，從而構(gòu)造關(guān)系矩陣：

R=r11r12…r1mr21r22…r2m…………?rp1rp2…rpmp.m

將A與被評事物的R進行運算合成，得到被評事物的模糊綜合評價結(jié)果向量B。即：

A°R=a1，a2，…，apr11r12…r1mr21r22…r2m…………?rp1rp2…rpm

=b1，b2，…，bm=B

其中b1由A與R的第j列運算得到，其表示被評事物從整體上看對vj等級模糊子集的隸屬程度，采用層次分析法確定其值。

2?模型求解

2.1?確定設(shè)備運行性能的多級模糊綜合評價指標(biāo)

在建立設(shè)備運行性能指標(biāo)體系時，依據(jù)工作實際需要采用四級語義學(xué)標(biāo)度，確定表1所示評價定量分級標(biāo)準(zhǔn)。

通過對影響設(shè)備運行性能的各個主要素進行分析，確定評價對象的要素集，建立設(shè)備運行性能評價指標(biāo)體系。設(shè)備故障停機時間直接反應(yīng)設(shè)備效能，設(shè)備頻繁起停增加安全隱患、質(zhì)量隱患、增大原輔材料消耗，因此設(shè)備故障停機時間、設(shè)備故障停機次數(shù)都是影響設(shè)備性能發(fā)揮的主要技術(shù)指標(biāo)。

由于設(shè)備月開動時間不同，同一機臺月度故障停機總時間沒有可比性，同樣月故障停機總次數(shù)之間也沒有可比性。把單臺設(shè)備的月故障停機總時間、月故障停機總次數(shù)折算成設(shè)備實際運行100小時對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)故障停機時間、標(biāo)準(zhǔn)故障停機次數(shù)，統(tǒng)計口徑統(tǒng)一后不同機臺不同月份的上述指標(biāo)就可以直接比較。設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)故障停機時間長就表示設(shè)備運行效能較差，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)故障停機次數(shù)多也表示設(shè)備運行效能較差。

把月故障停機時間、月故障停機次數(shù)折算成設(shè)備實際運行100小時對應(yīng)的數(shù)據(jù)。以T凈表示月實際運行時間，T故障表示月故障停機時間，T0表示標(biāo)準(zhǔn)月故障停機時間，則有：

T0=100×（T故障/T凈 ）

取T0的最大值5，對上式做歸一化處理，以T表示處理后的標(biāo)準(zhǔn)故障停機時間，則有：

T=1-20×（T故障/T凈 ）

同理，取以N0的最大值5，以N表示標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)準(zhǔn)故障停機次數(shù)，則有：

N=1-20×（N故障/T凈）

隨著設(shè)備使用年限的增加，機械磨損、電氣老化和零部件的疲勞失效等因素使設(shè)備的實際效率與驗收時客觀存在一定差距。在計算設(shè)備運行性能時增加設(shè)備年限系數(shù)，修正使用年限對設(shè)備有效作業(yè)率的影響部分，符合設(shè)備“成熟、衰退”的壽命周期規(guī)律。因此計算設(shè)備平均有效作業(yè)率時，增加設(shè)備年限系數(shù)作為修正效率要素，更能準(zhǔn)確反映實際的設(shè)備運行性能，年限修正系數(shù)取值見表2。

經(jīng)過以上分析，確定從設(shè)備故障停機時間、設(shè)備故障停機次數(shù)、設(shè)備使用年限三個方面為設(shè)備運行性能體系建立評價指標(biāo)，構(gòu)造評價向量R，且有R=TNf（x）T，所構(gòu)造的設(shè)備運行性能評價體系見表3。

2.2?層次分析法指標(biāo)權(quán)重求解

確定設(shè)備運行性能評價體系的對象集，記作E=設(shè)備運行指數(shù)。構(gòu)造設(shè)備運行性能評價體系要素集：

u=u1，u2，u3，={設(shè)備故障停機時間，設(shè)備故障停機次數(shù)，設(shè)備運行年限}

采用層次分析法求設(shè)備運行性能評價體系要素權(quán)重。為確定各要素的權(quán)重系數(shù)，需依據(jù)評價因子集構(gòu)造判斷矩陣S=uijp×p即：

S=123?1213?13131

通過計算，可得到判斷矩陣S對應(yīng)的特征向量為：

A0=0.825672，0.520141，0.218446

對其作歸一化處理：

A=0.528，0.332，0.140

向量A即是采用層次分析法確定的設(shè)備運行性能評價體系三個一級要素的權(quán)重值，要素權(quán)重系數(shù)的計算是應(yīng)用模糊綜合評價法的關(guān)鍵。

2.3?設(shè)備運行性能的多級模糊綜合評價

依據(jù)加權(quán)平均算法，求得設(shè)備運行性能模糊綜合評價指標(biāo)。

E=A°R=0.5280.3320.140°TNf（x）T

=0.528T+0.332N+0.140f（x）

2.4?應(yīng)用實例

以河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司新鄭卷煙廠2013年12月份6號機臺的實際運行數(shù)據(jù)（見表4）為例，計算設(shè)備運行指數(shù)，則有：

E=A°R=0.5280.3320.140°0.531.1334T=0.757

由上述計算可知，該機臺12月份的設(shè)備運行指數(shù)為0.757，對照表1的評價標(biāo)準(zhǔn)可得其屬于E2級，評價結(jié)果為“良好”。

3?結(jié)論

采用模糊綜合評價法計算單機臺月度設(shè)備運行指數(shù)，把其按照降序排序，可直接篩選出設(shè)備運行效率較差的機臺，通過對重點機臺設(shè)備維修記錄進行分析，確定制約設(shè)備效能提升的因素，能夠迅速掌握設(shè)備運行狀況。由于計算設(shè)備運行指數(shù)時對設(shè)備故障停機時間、設(shè)備故障停機次數(shù)進行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，單機臺設(shè)備運行指數(shù)可在月度、年度的維度上直接進行比較，并且其在縱向和橫向也有較好的可比性。

采用模糊綜合評價法，從設(shè)備故障停機時間、設(shè)備故障停機次數(shù)、設(shè)備運行年限三方面對設(shè)備運行性能進行綜合評價，與設(shè)備運行效率、設(shè)備利用率、設(shè)備開動率、設(shè)備綜合效率等指標(biāo)相比，該評價方法得到的設(shè)備運行指數(shù)指標(biāo)在設(shè)備運行性能表達方面更全面、更高效。

參考文獻

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