本發(fā)明涉及煤礦機械設(shè)備維修性技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種采煤機搖臂系統(tǒng)維修性綜合評價方法。

背景技術(shù)：

維修性作為設(shè)備的基本屬性，反映了其維修快捷、方便、經(jīng)濟的能力。采煤機搖臂系統(tǒng)作為采煤機的主要部件，也是故障頻發(fā)的部位，其維修狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到整個采煤機的工作效率。采煤機在運行過程中，因特殊的工作環(huán)境和多變的工作狀態(tài)，需要掌握整個搖臂系統(tǒng)的維修狀態(tài)，以便及時高效地實施維修，降低裝備維修成本。目前已有的維修性模型主要對小型簡單系統(tǒng)的維修狀態(tài)進行確定，而對于集機、電、液于一體的大型復(fù)雜采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性綜合評價尚不成熟。因此，對采煤機搖臂系統(tǒng)的維修狀態(tài)進行綜合評價有很大的必要性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為實現(xiàn)采煤機搖臂系統(tǒng)維修狀態(tài)的綜合評價，從而能夠根據(jù)系統(tǒng)級維修性水平確定合適的設(shè)計方案，本發(fā)明提出一種采煤機搖臂系統(tǒng)維修性綜合評價方法。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種采煤機搖臂系統(tǒng)維修性綜合評價方法，包括步驟：

(1)將所述采煤機搖臂系統(tǒng)劃分為s個分系統(tǒng)；以采煤機搖臂系統(tǒng)的s個分系統(tǒng)為方案層、以預(yù)先選取的各分系統(tǒng)的維修性評價指標(biāo)為準(zhǔn)則層、以采煤機搖臂系統(tǒng)維修性指數(shù)為目標(biāo)層，建立采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性層次分析模型；

(2)基于采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性層次分析模型，采用三角模糊層次分析法計算各分系統(tǒng)對采煤機搖臂系統(tǒng)維修性指數(shù)的指標(biāo)綜合權(quán)重，即各分系統(tǒng)的維修性權(quán)重；

(3)將維修性評價指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量數(shù)據(jù)指標(biāo)，并分別計算各分系統(tǒng)的定性指標(biāo)和定量數(shù)據(jù)指標(biāo)的效能值；其中，定性指標(biāo)的效能值采用模糊綜合評價法進行計算，而定量數(shù)據(jù)指標(biāo)的效能值采用如下數(shù)學(xué)模型表示：

式中，x表示定量數(shù)據(jù)指標(biāo)數(shù)值；xmax表示定量數(shù)據(jù)指標(biāo)在預(yù)設(shè)區(qū)域范圍內(nèi)的最大值；xmin表示定量數(shù)據(jù)指標(biāo)在預(yù)設(shè)區(qū)域范圍內(nèi)的最小值；a為評估值范圍參數(shù)，表示將a后面的數(shù)值歸一化處理為百分制；b表示形狀參數(shù)，b取0時表示形狀參數(shù)為線性參數(shù)；

(4)計算各分系統(tǒng)的維修性指數(shù)ms為：

式中，es為第s個分系統(tǒng)的定性指標(biāo)的效能值，fs為第s個分系統(tǒng)的定量數(shù)據(jù)指標(biāo)的效能值；

(5)計算所述采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性指數(shù)m為：

其中，ωs表示第s個分系統(tǒng)的維修性權(quán)重；ms表示第s個分系統(tǒng)的維修性指數(shù)。

進一步的，所述維修性評價指標(biāo)包括：可達(dá)性、裝配/拆卸性能、檢測及診斷性能、維修安全性、維修人素和修復(fù)率；其中可達(dá)性、裝配/拆卸性能、檢測及診斷性能、維修安全性、維修人素為定性指標(biāo)，修復(fù)率為定量數(shù)據(jù)指標(biāo)。

進一步的，所述采用三角模糊層次分析法計算各分系統(tǒng)的維修性權(quán)重的步驟包括：

(3-1)構(gòu)造三角模糊互補判斷矩陣

式中，為所述維修性層次分析模型中，第i個元素相對于第j個元素的重要程度；lij和uij分別為三角模糊數(shù)的上下界限，并滿足：lij+uji＝1，uij+lji＝1，lii＝0.5，uii＝0.5；mij為三角模糊數(shù)的中值；

(3-2)計算初步單層模糊權(quán)重

根據(jù)初步單層模糊權(quán)重，進行層次單排序，即假設(shè)上一層的元素數(shù)為n，計算下一層中第i個元素相對于上一層某元素的三角模糊權(quán)重為：

(3-3)建立模糊一致性可能度矩陣，對步驟②計算得到的單層模糊權(quán)重進行去模糊化處理，步驟為：

設(shè)計算的可能度為：

式中，λ∈[0，1]；λ＞0.5時，表示決策者是追求風(fēng)險的；λ＝0.5時，表示決策者是風(fēng)險中立的；λ＜0.5時，表示決策者厭惡風(fēng)險的；取λ＝0.5，計算初步互補可能度矩陣p＝(pij)n×n，并轉(zhuǎn)化為模糊一致性可能度矩陣r＝(rij)n×n，即

(3-4)計算最終單層權(quán)重

根據(jù)模糊一致性可能度矩陣r，對三角模糊數(shù)進行排序，得到可能度矩陣的排序向量，即各元素的層次單排序的最終權(quán)重：

(3-5)計算綜合權(quán)重

假設(shè)所述維修性層次分析模型第二層元素數(shù)為m，其層次總排序權(quán)重分別為a1，a2，…，am；第三層各元素的層次單排序權(quán)重分別為b1j，b2j，…bsj，則第三層各分系統(tǒng)的綜合權(quán)重ωs為：

進一步的，所述采用模糊綜合評價法計算任意一個分系統(tǒng)定性指標(biāo)的效能值的步驟包括：

(4-1)構(gòu)建該分系統(tǒng)的模糊綜合評價模型，將定性指標(biāo)作為模糊綜合評價模型的因素集，并預(yù)先給出模糊綜合評價模型的評語集；

(4-2)確定模糊評價矩陣

用fpq表示模糊綜合評價模型中，第p個因素對第q個評語的隸屬度，則模糊評價矩陣為：

f＝[fpq]p×q

式中，p表示因素集中定性指標(biāo)的總數(shù)，q表示評語集中評語的總數(shù)；

(4-3)確定重要性權(quán)值為：

w＝{w1，w2，…，wp}

w滿足

(4-4)進行模糊運算，計算模糊綜合評價集為：

其中，為合成算子；

(4-5)計算該分系統(tǒng)的定性指標(biāo)的效能值為：

es＝be^t

式中，es為第s個分系統(tǒng)的定性指標(biāo)的效能值，e為評語集對應(yīng)的評估參數(shù)集。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：對于采煤機搖臂這樣大型且功能復(fù)雜的系統(tǒng)，直接通過傳統(tǒng)專家打分的方式進行維修性評價比較困難。本發(fā)明將大型復(fù)雜系統(tǒng)由上至下分解為各分系統(tǒng)，對每個分系統(tǒng)進行維修性評價更加準(zhǔn)確合理，同時綜合考慮了定性和定量元素，能夠更加科學(xué)全面地掌握搖臂系統(tǒng)的維修性水平，有利于更好地選擇合適的設(shè)計方案和對不足方案提出改進。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

首先闡明維修性概念：維修性是指在規(guī)定的條件下并按規(guī)定的程序和手段實施維修時，產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下保持和恢復(fù)能執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力，即故障產(chǎn)品在特定時間內(nèi)被修復(fù)的概率。

本發(fā)明的原理如圖1所示，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步闡述說明。

采煤機搖臂系統(tǒng)作為采煤機最重要的組成部分之一，其維修性的好壞直接影響到整個采煤機的工作效率。搖臂系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成：截割系統(tǒng)(js)、液壓系統(tǒng)(ys)、電氣系統(tǒng)(ds)、輔助系統(tǒng)(fs)。本發(fā)明中，將搖臂系統(tǒng)的四個子系統(tǒng)作為層次分析模型中的方案層(第三層)，以最終獲得每個子系統(tǒng)在整個搖臂系統(tǒng)中的維修性權(quán)重。

建立維修性層次分析模型確定采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性指數(shù)。

從層次分析模型中可以看出，采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性指數(shù)為：

其中，m為采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性指數(shù)；ωs表示第s個分系統(tǒng)的維修性權(quán)重；ms表示第s個分系統(tǒng)的維修性指數(shù)。

接下來的問題是如何合理有效地計算各分系統(tǒng)的維修性權(quán)重ωs，以及各分系統(tǒng)的維修性指數(shù)ms。

首先確定各分系統(tǒng)的維修性指數(shù)ms：

各分系統(tǒng)的維修性評價指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量數(shù)據(jù)指標(biāo)，對這兩部分分別進行歸一化處理得到其效能值，方便對各分系統(tǒng)的維修性進行統(tǒng)一評價。根據(jù)搖臂系統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則和使用要求，綜合考慮專家意見，選取維修性評價指標(biāo)：可達(dá)性、裝配/拆卸性能、檢測及診斷性能、維修安全性、維修人素、1/mttr。該維修性評價指標(biāo)可作為層次分析模型中的準(zhǔn)則層(第二層)，對子系統(tǒng)的維修性進行評價打分。

對定性指標(biāo)，可采用模糊綜合評價模型進行處理，步驟為：

①確定定性指標(biāo)的因素集u＝{μ1，μ2，μ3，μ4，μ5}，每個因素下含有二級因素集，如因素可達(dá)性下含有3個二級因素μ1＝{μ11，μ12，μ13}。

②評語集及評價結(jié)果的集合，在定性指標(biāo)維修性效能值確定中可分為四個因素，即v1-優(yōu)、v2-良、v3-中、v4-差，則評語集v＝{v1，v2，v3，v4}。

③確定模糊評價矩陣

用fpq表示第p個因素對第q個評語的隸屬度，則模糊評價矩陣為：

f＝[fpq]p×q

④確定重要性權(quán)值w＝{w1，w2，…，wp)，并滿足

本環(huán)節(jié)中重要性權(quán)值可采用上述的三角模糊層次分析法(tfahp)來確定。

⑤進行模糊運算

加權(quán)平均模型的模糊綜合評價集為：

其中，稱為合成算子。為綜合考慮每個因素對評價結(jié)果的影響，使各因素之間能夠相互補償，選擇乘與和算子(+，·)，即加權(quán)平均型合成算子，其運算規(guī)則相當(dāng)于矩陣乘法。

對于含有多級模糊評價的模型，設(shè)上一級含有m個元素，對于上一級每個元素的下一級含有r個元素，先計算每個元素的下一級評判結(jié)果bi，i＝1，2，…，m，構(gòu)造模糊評價矩陣r＝[b1，b2，…，bm]^t，根據(jù)以上計算步驟計算可得到最終的評判結(jié)果b。

⑥計算定性指標(biāo)的維修性效能值

本環(huán)節(jié)采用固定值評估參數(shù)對評語集進行劃分，將評估參數(shù)集e＝{90，70，50，30}對應(yīng)評語集v＝{v1，v2，v3，v4}，也可引入灰數(shù)的概念對評語集進行更加合理的數(shù)值劃分。

則各分系統(tǒng)的定性指標(biāo)維修性效能值為：

es＝bse^t

其中，es為第s個分系統(tǒng)的定性指標(biāo)維修性效能值；bs為第s個分系統(tǒng)的定性指標(biāo)模糊綜合評價集；e為評語集的評估參數(shù)集。

對定量數(shù)據(jù)，選取修復(fù)率μ＝1/mttr，為效益型屬性參數(shù)，其量化值(評分值)趨勢隨指標(biāo)數(shù)值的增大呈遞增狀態(tài)。

可用如下數(shù)學(xué)模型表示：

其中，x表示評估指標(biāo)數(shù)值；xmax表示評估指標(biāo)在區(qū)域范圍內(nèi)的最大值；xmin表示評估指標(biāo)在區(qū)域范圍內(nèi)的最小值；a表示評估值范圍參數(shù)，百分制中a取100；b表示形狀參數(shù)，取0時為線性處理方法。

綜上，對于圖1所示的采煤機搖臂系統(tǒng)，各分系統(tǒng)的維修性指數(shù)為：

其中，ms為第s個分系統(tǒng)的維修性指數(shù)；es為第s個分系統(tǒng)的定性指標(biāo)維修性效能值；fs為第s個分系統(tǒng)的定量數(shù)據(jù)維修性效能值。

確定了各分系統(tǒng)維修性指數(shù)之后，需要確定各分系統(tǒng)的維修性權(quán)重ωs，其計算步驟如下：

①構(gòu)造三角模糊互補判斷矩陣，判定各分系統(tǒng)維修性的影響因素之間相對重要程度，三角模糊數(shù)中值打分規(guī)則可根據(jù)表1取得。

表1三角模糊數(shù)中的打分準(zhǔn)則

比如，以表示各評價指標(biāo)(第二層)對采煤機搖臂系統(tǒng)維修性指數(shù)的權(quán)重判斷矩陣，則：

由準(zhǔn)則層(第二層)的6個維修性評價指標(biāo)對目標(biāo)層(第一層)的采煤機搖臂系統(tǒng)維修性進行兩兩重要性比較，得到1個6×6的模糊判斷矩陣；由方案層(第三層)的各子系統(tǒng)維修性對準(zhǔn)則層(第二層)維修性評價指標(biāo)進行兩兩重要性比較。得到6個4×4的模糊判斷矩陣。

②根據(jù)得到的7個三角模糊判斷矩陣，計算初步單層模糊權(quán)重，進行層次單排序。

假設(shè)上一層的元素數(shù)為n，則利用和行歸一法，得到第i個元素相對于上一層次因素的三角模糊權(quán)重為：

③建立模糊一致性可能度矩陣，進行去模糊化處理

為了解決矩陣一致性判斷及模糊數(shù)排序問題，采用可能度矩陣處理即對三角模糊數(shù)權(quán)重兩兩對比。設(shè)則的可能度為：

式中，λ∈[0，1]。取λ＝0.5，計算初步互補可能度矩陣p＝(pij)n×n。然后將初步互補可能度矩陣轉(zhuǎn)化為模糊一致性矩陣r＝(rij)n×n，即

④計算最終單層權(quán)重

根據(jù)模糊一致性可能度矩陣r，對三角模糊數(shù)進行排序，利用排序公式得到可能度矩陣的排序向量，即指標(biāo)最終權(quán)重：

⑤計算綜合權(quán)重

假設(shè)第二層元素間層次總排序權(quán)重分別為a1，a2，…，a6；第三層元素數(shù)間層次單排序權(quán)重分別為b1j，b2j，…，b4j，則各分系統(tǒng)的綜合權(quán)重ωi為：

至此，可得到采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性指數(shù)。

基于采煤機搖臂系統(tǒng)的維修狀態(tài)，可確定最優(yōu)的設(shè)計方案以及提出提高采煤機搖臂系統(tǒng)維修性的措施，其實施方法如下：

對于幾個不同的設(shè)計方案，可根據(jù)上述方法計算其系統(tǒng)級的維修性指數(shù)以確定最優(yōu)方案，并可分析各方案的薄弱環(huán)節(jié)，提出合理的改進措施。

在計算各分系統(tǒng)維修性指數(shù)時，令某一系統(tǒng)的某一定性指標(biāo)對于最高評語的隸屬度為1或取某一定量數(shù)據(jù)為最大值xmax，引起搖臂系統(tǒng)維修性指數(shù)的變化大小，變化越大說明提高此分系統(tǒng)的該指標(biāo)越能提高采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性，即此項指標(biāo)為該設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，可以對其進行合理地改進。

以截割系統(tǒng)(js)可達(dá)性為例，令js的可達(dá)性對于優(yōu)的隸屬度為1，重新計算js系統(tǒng)的維修性指數(shù)，求得最終的采煤機搖臂系統(tǒng)的維修性指數(shù)，與原搖臂系統(tǒng)維修性指數(shù)進行對比，若變化較大，則說明可達(dá)性為該設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，提高可達(dá)性可以有效提高該方案的維修性水平。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。