基于模糊層次分析法的風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估

李磊， 高朝祥， 鄒修敏， 吳利平， 鐘小村

（1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程系, 四川 瀘州646099；2.中國船舶重工集團(tuán) 海裝風(fēng)電股份有限公司，重慶401122）

0 引 言

風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源的代表，得到了飛速發(fā)展，機組整機質(zhì)量水平越來越受到風(fēng)電行業(yè)的關(guān)注和重視。風(fēng)電機組零部件風(fēng)險狀態(tài)是影響機組整機質(zhì)量水平的重要因素，零部件類別不同，影響程度也不同。零部件風(fēng)險越大，對整機質(zhì)量水平的影響程度則越大，在整機及零部件質(zhì)量管理環(huán)節(jié)則應(yīng)重點關(guān)注。因此，零部件的風(fēng)險評估對整機及零部件的質(zhì)量管理和風(fēng)險控制具有重要的研究意義。

零部件風(fēng)險評估需要綜合考慮諸多風(fēng)險因素，不同風(fēng)險因素對零部件的風(fēng)險影響程度也存在差異，零部件風(fēng)險評估是一個多維度、多指標(biāo)的綜合問題。目前，模糊層次分析法、熵權(quán)法和理想點法等在分析多指標(biāo)問題中得到了大量應(yīng)用[1]。馮曉蕾、楊恒等[2]運用模糊層次分析法對起重機運行機構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行綜合評價。王舒婷[3]通過熵權(quán)法從學(xué)生評價角度對高職院校教師教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評價。曾韜睿、王林峰等[4]借助理想點法建立圍巖質(zhì)量評價模型。本文基于上述研究，提出了一種基于模糊層次分析法的風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估方法。該方法通過構(gòu)建零部件風(fēng)險評估指標(biāo)模型，借助模糊層次分析法得出指標(biāo)權(quán)重，通過模糊綜合評判法對零部件展開風(fēng)險評判[1]，得到各零部件風(fēng)險得分，實現(xiàn)零部件的風(fēng)險等級分類。

1 風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估指標(biāo)模型

零部件風(fēng)險伴隨風(fēng)電機組整個生命周期，貫穿零部件設(shè)計、制造、采購、整機裝配、機組運維等環(huán)節(jié)。本文從整機廠家出發(fā)，綜合分析上述環(huán)節(jié)的諸多風(fēng)險因素，最終確定零部件自身價值、零部件缺陷發(fā)現(xiàn)難易程度、零部件缺陷率、零部件缺陷影響程度、零部件缺陷糾正難易程度、對客戶滿意度的影響為風(fēng)電機組零部件主要風(fēng)險因素。

零部件自身價值（A），一般通過價格體現(xiàn)，通常價格越高的零部件，風(fēng)險越大；零部件缺陷發(fā)現(xiàn)難易程度（B），一方面是零部件在交付環(huán)節(jié)的不合格品發(fā)現(xiàn)難易程度（B1），另一方面是機組運維過程中，零部件故障現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)難易程度（B2）；零部件缺陷率（C），一方面是零部件在交付環(huán)節(jié)的不合格品率（C1），另一方面是機組在運行過程中，零部件的故障率（C2）；零部件缺陷影響程度（D），一方面是零部件在制造、裝配等過程中，產(chǎn)生不合格品而影響零部件交付的不合格品影響程度（D1），另一方面是在機組運行過程中，零部件故障對機組運行的故障影響程度（D2）；零部件缺陷糾正難易程度（E），分為零部件交付環(huán)節(jié)不合格品糾正難易程度（E1）和機組運行環(huán)節(jié)零部件故障糾正難易程度（E2）；對客戶滿意度的影響（F），對客戶滿意度影響越大的零部件對整機的風(fēng)險影響程度越大。

由此，建立風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估指標(biāo)模型見圖1。

圖1 風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估指標(biāo)模型

2 模型求解

不同指標(biāo)對零部件風(fēng)險評估結(jié)果的影響程度不同，我們需計算出某一指標(biāo)相對于其他指標(biāo)的重要性，即指標(biāo)權(quán)重。

2.1 指標(biāo)權(quán)重計算

2.1.1 三角模糊數(shù)

專家在對實際問題作比較判斷時，大多無法給出一個具體的數(shù)值m，而給出“在m左右”的判斷結(jié)果[5]。三角模糊數(shù)能很好地量化表達(dá)專家給出的這種“在m左右”的判斷結(jié)果。一般用（l,m,n）表示三角模糊數(shù)，其中m表示判斷的最可能值，l、n分別表示判斷的最悲觀值和最樂觀值（基于模糊層次分析法的機械材料選擇）。

1）定義一。三角模糊數(shù)aij=(kij,lij,mij)、bkh=(xkh,ykh,zkh)之間的運算法則[5]：

表1 “0.1～0.9”標(biāo)度法[6]

圖2 同層指標(biāo)權(quán)重向量計算過程

3）層次總排序。

為得到同層指標(biāo)相對于最終目標(biāo)層的重要性排序，在層次單排序基礎(chǔ)上，進(jìn)一步層次總排序，計算出指標(biāo)相對于目標(biāo)層的權(quán)重向量λ[8]。

設(shè)已完成上一層指標(biāo)N1、N2、…、Nn層次總排序，得到權(quán)重向量λ1=（n1,n2,……,nn）（首層指標(biāo)層次總排序權(quán)重向量等于層次單排序權(quán)重向量），本層指標(biāo)M1、M2、…、Mm相對于上一層指標(biāo)Ni層次單排序的權(quán)重向量Wi=(d(M1)i,d(M2)i…d(Mm)i,)（當(dāng)Mj與Ni無關(guān)時，d(Mj)i=0），則本層指標(biāo)M1、M2、…、Mm層次總排序權(quán)重向量為

重復(fù)上述過程，可計算出底層指標(biāo)關(guān)于目標(biāo)層的權(quán)重向量，完成指標(biāo)權(quán)重計算。

2.2 模糊綜合評判

通過模糊綜合評判法對評估對象實施綜合評判。

第一步，建立評估對象指標(biāo)集E={e1,e2,…，en} ,評語集V={v1,v2,…，vt}[7]。

第二步，對指標(biāo)集進(jìn)行單因素評判，構(gòu)建隸屬度矩陣R：

式中：rnt表示集合E內(nèi)指標(biāo)en對集合V內(nèi)評語vt的隸屬度。

第三步，計算得到指標(biāo)集指標(biāo)權(quán)重向量λ。

第四步，展開模糊綜合評判，得到模糊綜合評判向量：

第五步，對評語集量化賦分，獲得模糊綜合評判分?jǐn)?shù)F。設(shè)定評語集V=（高風(fēng)險，一般風(fēng)險，較低風(fēng)險，低風(fēng)險，極低風(fēng)險），賦分V=（100，75，50，25，0），計算可得：

由式（13）、式（14）可得

得分F越高的零部件，風(fēng)險越大。

3 實例應(yīng)用

某整機廠家需對其2.0 MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機組零部件進(jìn)行風(fēng)險評估，由于篇幅有限，下面僅以機組中部分零部件（主齒輪箱、鎖緊銷、彈性支撐）為例，說明通過模糊層次分析法進(jìn)行風(fēng)險評估的具體應(yīng)用過程。

3.1 計算指標(biāo)權(quán)重

參照圖1所建立的指標(biāo)模型，該整機廠家組織其研究院、交付中心和工程公司三方分別對指標(biāo)模型各指標(biāo)進(jìn)行評判，根據(jù)表1量化評判信息，得表2。將表2初始數(shù)據(jù)算術(shù)平均，得表3。

表2 指標(biāo)層初始三角模糊判斷矩陣

表3 指標(biāo)層三角模糊判斷矩陣

根據(jù)圖2，計算指標(biāo)層權(quán)重向量W′：

W′=（0.29 0.03 0.08 0.27 0.21 0.12）。

參照計算指標(biāo)層A、B、C、D、E、F權(quán)重過程，計算子指標(biāo)層B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E2相對于指標(biāo)層的權(quán)重，結(jié)合式（11）得所有子指標(biāo)相對于目標(biāo)層的權(quán)重，完成指標(biāo)權(quán)重的求解，最終權(quán)重結(jié)果見表4。

表4 指標(biāo)權(quán)重結(jié)果信息

3.2 實施模糊綜合評判

建立指標(biāo)集E={A，B1，B2，C1，C2，D1，D2，E1，E2，F(xiàn)}，評語集V=（高風(fēng)險，一般風(fēng)險，較低風(fēng)險，低風(fēng)險，極低風(fēng)險）。

組織整機廠研究院、交付中心和工程公司相關(guān)人員對待評估零部件各指標(biāo)集進(jìn)行單因素評判，得隸屬度矩陣，見表5。

表5 零部件隸屬度矩陣

根據(jù)式（13）～式（15）可計算出主齒輪箱、鎖緊銷、彈性支撐在各指標(biāo)下的模糊綜合評判得分及總分，計算結(jié)果見表6。

表6 零部件各指標(biāo)模糊綜合評判得分及總分

根據(jù)零部件模糊綜合評判總分，對零部件進(jìn)行風(fēng)險等級劃分，劃分方法見表7。

表7 風(fēng)電機組零部件風(fēng)險等級劃分方法

由此可知，主齒輪箱、鎖緊銷、彈性支撐分別屬于高風(fēng)險零部件、低風(fēng)險零部件、較低風(fēng)險零部件。

零部件風(fēng)險等級劃分結(jié)果可作為風(fēng)電機組零部件質(zhì)量管理和整機風(fēng)險管控的重要參考。在零部件采購和整機運行維護(hù)環(huán)節(jié)中可根據(jù)零部件的風(fēng)險等級，實施差異化管理，集中力量重點關(guān)注高風(fēng)險零部件。同時，根據(jù)表6零部件各指標(biāo)模糊綜合評判得分，對于同一零部件，得分高的高風(fēng)險指標(biāo)對應(yīng)的環(huán)節(jié)應(yīng)尤為重視，比如，特別重視主齒輪箱的“零部件自身價值”、“故障影響程度”和“故障糾正難易程度”指標(biāo)對應(yīng)的環(huán)節(jié)。從而，可以針對不同的零部件以及同一零部件不同的指標(biāo)在質(zhì)量管理和風(fēng)險管控上做到有的放矢。

4 結(jié) 論

本文以風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估為研究目標(biāo)，建立風(fēng)電機組零部件風(fēng)險評估指標(biāo)模型，借助模糊層次分析法求指標(biāo)權(quán)重，通過模糊綜合評判法得到零部件及相應(yīng)指標(biāo)的模糊綜合評判得分，實現(xiàn)零部件風(fēng)險等級劃分，為不同零部件及同一零部件不同指標(biāo)的質(zhì)量管理和風(fēng)險管控提供一定參考。