吳天魁，王 波，顧基發(fā)，周曉輝

(上海理工大學 管理學院，上海200093)

0 引言

震壓造型機主要有活塞司氣型和閥門司氣型2種，而活塞司氣震壓機是利用震壓活塞直接開閉進、排氣孔，實現(xiàn)震擊的?；钊練饨Y(jié)構(gòu)簡單，以斷進氣膨脹式對壓縮空氣的能量利用最為充分，比較經(jīng)濟，使用者較多?；钊練庹饓簷C出現(xiàn)故障時主要表現(xiàn)為不震擊、震擊無力、震擊不穩(wěn)、壓實無力4個方面［1］，然而導致出現(xiàn)這些故障的原因卻非常多，且設(shè)備工作狀態(tài)具有模糊性，如果設(shè)備工作時出現(xiàn)問題不易發(fā)覺，則工作者就難于判斷設(shè)備工作狀況，最終可能導致設(shè)備受損程度加大，甚至導致設(shè)備報廢。文中利用故障樹分析法找出影響設(shè)備故障的主要因素，有利于工作人員及早察覺設(shè)備故障和日常對設(shè)備重要部件進行維護和保養(yǎng)。通過采用模糊綜合評判法對震壓造型機壓實情況進行分析，能及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作狀況，以便及時維修來減少帶來的麻煩及損失。

震壓造型機的復雜性以及模糊不確定性使得分析的難度增加，盡管這樣仍有一些學者對此進行了研究。鑄鋼廠［2］等對Z148B造型機震擊機構(gòu)進行了改造;張楠［3］對拖箱造型機射砂充填不良進行了分析并找出原因提出了相應(yīng)的對策;陳其紅［4］等利用兩重威布爾分布對鑄造造型機進行了可靠性分析。等等這些學者都為震壓造型機的分析做出了貢獻，然而沒有考慮到該復雜機械的模糊性，因此并不能準確進行評判。模糊綜合評判法的出現(xiàn)解決了這類問題，并且被應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。毛巨省［5］利用模糊綜合評判法對邊坡穩(wěn)定性進行了評價，使得評價結(jié)果更加合理接近實際;李海濱［6］基于模糊綜合評判法對瀝青路面施工質(zhì)量控制進行了研究，，實現(xiàn)了有效實時的施工質(zhì)量監(jiān)控;李琰［7］等構(gòu)建了基于AHP的中小型煤礦安全庫存模糊綜合評價模型，提出運用現(xiàn)代供應(yīng)鏈庫存管理辦法提升中小型煤礦整體安全庫存水平;姜杰［8］利用模糊綜合評價理論，建立煤礦機器系統(tǒng)可靠性的多因素多級模糊綜合評價模型，在實例中對機器設(shè)備的可靠性程度進行綜合評價，找出影響其可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，并提出提高煤礦機器可靠性的相關(guān)措施;褚冬莉［9］等在缺乏足夠可靠性數(shù)據(jù)的情況下，利用模糊綜合評判法和故障樹分析法為研究礦井通風系統(tǒng)可靠性提供了重要途徑。等等這些學者通過利用模糊綜合評判法都得出了理想的結(jié)果，并為模糊綜合評判法的應(yīng)用與理論推廣做出了貢獻。

模糊綜合評判法［10－11］主要對一些不確定和模糊的事件做出評判的一種方法，其操作步驟為

1 )確定評判因素集 u=(u1，u2，…，um)，其中，u1～um為評判因素指標;

2 )求所有評判因素的權(quán)重集 W=(w1，w2，…，wm)，其中，w1～wm為評判因素對應(yīng)的權(quán)數(shù);

3 )確定所分析事件的評價集 V=(v1，v2，…，vn)，其中，v1～v2為評價事件所劃分的評價等級的臨界值;

其中，rij為評判因素ui對評價等級vi的隸屬度。

5 )得出評判矩陣B=(b1，b2，…，bn)=W?R，其中?為一種合成運算，其中bj=ai·rij;

6 )得出評判結(jié)果值 C=B·VT，此值與評價集V中的值比較，如果評判結(jié)果值超出評價等級中的臨界值［12］定為該評價等級。

1 震壓造型機失效故障樹分析

1.1 震壓造型機失效故障樹的建立

震壓造型機故障樹把震壓造型機故障作為頂事件，然后找出導致震壓造型機故障的次頂事件，繼續(xù)找出導致故障發(fā)生的層事件，最后找到所有可能導致頂事件發(fā)生的底事件。假設(shè)震壓造型機故障中各模塊的事件狀態(tài)僅有:發(fā)生或不發(fā)生，且各事件之間是相互獨立的關(guān)系，根據(jù)文獻［1］中的分析，可以建立震壓造型機失效故障樹如圖1所示。

圖1 震壓造型機失效故障樹Fig.1 Fault tree of the failure of jolt squeezing machine

圖1中T為震壓造型機失效;A1為壓實無力;A2為不震壓;A3為震壓無力;A4為震擊不穩(wěn);B1為壓實活塞與缸間隙大;B2為密封漲圈磨損嚴重或硬化;B3為保險銷密封螺帽密封不好;B4為氣源為接通;B5為進氣管破裂或掉落;B6為震動活塞與缸徑研死;B7為壓縮空氣壓力不足;B8為震動活塞與缸間隙大;B9為震動活塞與缸或?qū)驐U與套研傷;B10為活塞環(huán)磨損或斷裂;B11為震擊面接觸不均勻;B12為震動活塞與缸或?qū)驐U與套間隙大;B13為震動活塞與缸或?qū)驐U與套之間一側(cè)研傷;B14為震擊時機床產(chǎn)生晃動;X1為內(nèi)部泄露嚴重;X2為壓力損失過大;X3為內(nèi)部泄露嚴重;X4為壓力損失過大;X5為內(nèi)部泄露嚴重;X6為壓力損失過大;X7為壓實時壓力較低;X8為管路接錯;X9為閥門未打開;X10為生產(chǎn)中碰壞;X11為接頭與膠管孔徑不匹配;X12為膠管未加緊;X13為震動活塞與缸徑間隙過小;X14為裝配時毛刺、毛邊或磕碰未修磨;X15為油路不通;X16為壓縮空氣壓力較低;X17為進氣管路密封不好;X18為磨損嚴重;X19為壓力下降;X20為震動活塞與缸或?qū)驐U與套間隙過小;X21為裝配時毛刺、毛邊未修好;X22為加工誤差;X23為密封不好;X24:內(nèi)部泄漏嚴重;X25為壓實活塞大絲賭密封不好;X26為基礎(chǔ)減震墊太厚;X27為受力不均勻;X28為研行產(chǎn)生裂紋;X29為導向性不好;X30為運動中產(chǎn)生擺動;X31為運動中受阻;X32為運動中發(fā)滯;X33為運動中擺動;X34為震動工作臺肋開裂;X35為地腳螺絲斷裂;X36為地腳螺絲松動。

1.2 震壓造型機失效故障樹分析

根據(jù)震壓造型機失效故障樹模型圖，利用下行法，可以求出該故障樹最小割集有28個如下

結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)［13］反映了某一基本事件在整個故障樹結(jié)構(gòu)中所占的地位，從結(jié)構(gòu)上反映基本事件的重要程度，用Ii表示。引入公式

其中Ii為第i個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度;ns為第s個包含基本事件i的最小割集的容量;k為包含基本事件i的最小割集的個數(shù)。

根據(jù)公式(1)可以計算出來各事件的結(jié)構(gòu)重要度為

比較各事件的結(jié)構(gòu)重要度可以得出X7～X17;X20～X24;X34～X36這些事件的結(jié)構(gòu)重要度比較大，說明這些事件發(fā)生，將很大可能導致頂事件的發(fā)生，因此平時要對這些事件多加防范并及時維修保養(yǎng)。

2 評判模型的建立

為了研究方便，文中僅對次頂事件“壓實無力”進行評判。由于次頂事件“壓實無力”中的底事件“X1為內(nèi)部泄露嚴重;X2為壓力損失過大;X3為內(nèi)部泄露嚴重;X4為壓力損失過大;X5為內(nèi)部泄露嚴重;X6為壓力損失過大;X7為壓實時壓力較低”有重復的，也即僅有事件“內(nèi)部泄漏嚴重”、“壓力損失過大”以及“壓實時壓力較低”3個事件決定著“壓實無力”事件，因此可用C1為內(nèi)部泄漏嚴重;C2為壓力損失過大;C3為壓實時壓力較低來簡化，則可得壓實無力故障樹簡化圖如圖3所示。

利用下行法，可以得出簡化后次頂事件的最小割集為K1=(C1，C2)，K2=(C3).即導致次頂事件壓實無力發(fā)生的主要事件為C1，C2，C3.故把它們作為評判壓實情況的因素，則設(shè)備壓實無力的評判因素集為U=(C1，C2，C3)。

圖2 壓實無力故障樹Fig.2 Fault tree of compaction weakness

圖3 壓實無力故障樹簡化圖Fig.3 Simplified diagram for fault tree of compaction weakness

在此給出這3個事件發(fā)生的概率分別為:0.05，0.15，0.25，則可以計算出次頂事件A1(簡化前)發(fā)生的概率

概率重要度［14］是基本事件發(fā)生概率變化引起頂事件發(fā)生概率的變化程度，用Ig(i)來表示事件i的概率重要度，由于頂事件發(fā)生概率函數(shù)是一個多重線性函數(shù)，只要對自變量求一次偏導，就可以得到該基本事件的概率重要度，其計算公式為

其中，P為頂事件;Pi為i事件。

針對次頂事件壓實無力簡化后P=C1C2+C3，利用公式(2)可得

臨界重要度［14］能從敏感度和自身發(fā)生概率的雙重角度衡量各基本事件的重要度標準，因此根據(jù)壓實無力評判因素的臨界重要度的比重，對所有評判因素賦予相對應(yīng)的權(quán)數(shù)。其中臨界重要度用IG(i)來表示，計算公式為

式中qi為i事件的概率;p為頂事件概率;Ig(i)為i事件的概率重要度。

利用公式(2)和(3)可以計算出各事件的臨界重要度為IG(1)=0.027 5，IG(2)=0.027 5，IG(3)=0.917 4.

則評判因素ui的權(quán)數(shù)為

可得出所有評判因素的權(quán)重集

針對設(shè)備壓實情況，對其劃分為4個等級:差，一般，良，好。由于劃分等級具有模糊性和不確定性，可以請10位專家對其打分，結(jié)果為:差(4)，一般(3)，良(2)，好(1)。則可以得出評價等級的臨界值V=(差，一般，良，好)=(0.4，0.3，0.2，0.1)。文中通過隸屬關(guān)系對模糊映射進行描述，建立評判因素集 U=(u1，u2，u3)=(C1，C2，C3)到評價 V=(v1，v2，v3，v4)=(差，一般，良，好)的模糊映射，結(jié)合臨界重要度分析和經(jīng)驗，得出ui對于評價等級vi的隸屬度rij，從而得出評判矩陣

根據(jù)評判因素的權(quán)重集和評判矩陣對設(shè)備壓實情況進行模糊綜合評判，可以計算得出對應(yīng)的等級評判矩陣

最后得出評判結(jié)果值為

該評判結(jié)果值介于差和一般之間，因此該設(shè)備壓實情況為一般。此時就需要注意對前面分析得出的一些重要部件進行維護了，防止設(shè)備更加嚴重以至于造成報廢。

3 結(jié)論

針對震壓造型機失效，構(gòu)建失效故障樹模型，分析出了哪些部件對震壓造型機失效影響更大，便于操作人員對該設(shè)備日常的維護和保養(yǎng)，同時采用模糊綜合評判法針對震壓造型機壓實情況進行評判，便于工作人員及時發(fā)現(xiàn)問題，從而可以及時修理以減少以后工作時的不必要麻煩。

文中在對震壓造型機壓實情況進行評判時，所設(shè)計的數(shù)據(jù)要根據(jù)實際情況而定，搜集準確的數(shù)值，對實際情況精確分析，從而可以更加及時的得出該設(shè)備目前工作狀況，以便及時維修?？梢钥闯觯霉收蠘浜湍：C合評判相結(jié)合的方法，對設(shè)備故障及工作狀況進行分析是可行的，便于設(shè)備及時維修和調(diào)整。

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