基于多属性决策法的钻具产品性能判定

郭亚琳,杜红林

(山西北方风雷工业集团有限公司侯马分公司检测中心,侯马043013)

0 引 言

石油在世界能源中占据核心地位,而与石油相关的工作,如寻找和证实油田构造、获得工业油流、探明石油储量、取得有关油田的地质资料、进行油气开采等工作均需要由石油钻具产品来完成.石油钻具产品的性能关系到整个石油产业的发展,而石油钻具产品的性能如何判定成为关键.

对于钻具产品的性能检测要求非常严格,美国石油学会2006年9月公布了钻具产品的一系列规范,如规范ANSI/API 7-1就对钻具的性能检测做了详细的描述,其中仅对钻铤的接头部分,就描述了6种型式,对每一种接头都描述了详细的要求.

表 1 ANSI/API规范7-1的接头型式表

钻具生产的管理十分关键,同时由于钻具产品性能检测的复杂性,性能的判定更加复杂.在实际的生产过程中,钻具及相关的产品的性能检测及判定成为急需重点关注的问题.国际钻具产品 ANSI/API规范7-1代表了国内钻具产品的发展趋势,国内的钻具产品将要严格执行此类标准,对其相应的性能判定将成为钻具产品质量的关键.

多属性决策法也称有限方案多目标决策,普遍应用于工程、社会和经济系统等领域中.由于在各领域中有着深刻的理论意义和广泛的实际应用背景,多属性决策问题的研究始终是人们关注的重要课题.多属性决策法应用于管理中较为常见,在应用于钻具产品的性能检测中,规范中要求检定的性能指标仅在一定程度上代表了产品的性能,计算主观权重与计算客观权重的数学规划模型、基于两个模型的目标函数的加权集成和一种权重确定方法,并针对主、客观权重计算模型的相对重要程度进行了灵敏度分析,将该方法用于钻具产品的管理将提高企业的整体管理水平.

1 多属性决策法

多属性决策主要解决具有多个属性(指标)的有限决策方案的排序或优选问题.多属性决策问题广泛存在于社会、经济、管理、工程等领域中,如投资决策、项目评估、质量评估、方案优选、工厂选址、科研成果评价、人才考核、部门发展排序、技术经济综合评价、经济效益综合评价等,因此多属性决策理论及方法有着广泛的应用前景,对多属性决策理论、方法及应用的研究具有重要的理论和现实意义.

多属性决策程序通常被分解为两部分,其中第一部分旨在确定属性的权值和方案在属性上的指标值,并选择适当的算子将二者合成为代表方案价值的效用值;第二部分则运用属性集排序方法对方案的效用集进行比较,以确定其中具有最大满意程度的方案作为决策的结果.

2 判定指标

由于具体指标值的多样性和复杂性,不同企业对于该项管理使用了不同的管理方式和方法,上述方法导致了现行钻具产品的合格性判定工作中存在一系列问题.根据检测行业的特色和检测内容,对各类指标进行整合,因此提出具体的决策目标:

(1)评价的各项指标之间有可能发生矛盾,例如各评定指标的权重、方位等指标结果的判定结果有可能不一致,在遇到这种情况时决策者往往凭借个人经验甚至喜好做出选择,会造成决策的盲目性.

(2)单纯依靠几种规范指定的指标进行评价,忽略了检测过程中的不确定性,从而导致评价不全面.

(3)各种指标的简单计算难以弥补指标本身的缺点.

(4)由于定量指标更加直观,且便于计算和比较,在当前大多数研究中过多的依赖于定量指标的比较,而忽视了定性指标对项目的影响.

(5)对于钻具产品的合格性判定缺乏一套科学、通用、便捷的综合评价体系.

我们的目标需要实现多批量钻具产品性能的综合判定,根据该目标进行判定指标的选择.依据ANSI/API规范7-1对于钻具产品的性能的判定现状,有多方面要求.首先,是尺寸要求;力学性能要求有抗拉,抗拉性能应按ISO6892,0.2%补偿法规定的圆柱试样来确定.硬度试验应在每个钻铤上进行,要求按ISO6506-1布氏硬度;磁性能要具有小于1.010的相对磁导率,新钻铤孔中应具有偏离均匀磁场最大偏差超过0.05UT;抗腐蚀要求应受由ASTM A262条例E规定的腐蚀试验以此来证明抗晶间腐蚀.此外,还有其它钻具产品的检测数据,以及规范未能明确的定性指标.

对于钻具产品的性能判定,需要保证判定结果的合理性、可靠性、功能的完备性、安全性和可扩充性,得到如下指标:

(1)环境类:室温、试验温度;

(2)尺寸类:原始标距、直径、断后标距、断后伸长率;

(3)拉伸类:屈服力、屈服强度、最大力、抗拉强度;

(4)冲击类:冲击功.

3 钻具产品的多属性决策判定方法

首先,针对钻具产品的多属性指标,在实际当中,选择在系统中需要对庞大的数据进行相关的处理,如何高效有序地对系统中涉及到的数据进行操作是衡量方法好坏的关键之一.

(1)对钻具产品的性能检测进行原始数据采集.如3.5＇加长接头的性能检测原始数据表,对于该试样,共检测多次,并记录.

(2)因数据多样化,将统计数据进行归一化.

(3)对各属性权值进行估计和分析,调用计量器具周期管理表确定权值是否可知,并通过属性全部未知的情形,分析权值.

需要说明的是,估计各属性权值时,需要考虑检测用到的各类计量器具,与计量器具紧密相关的规格型号、测量范围、分度值、制造厂名、编号、存放地点、使用者、启用日期、检定部门等一系列关键信息直接决定了检测的准确度,虽然这个准确度符合规范的要求.

计量器具周期管理表中的检定时间与周期的接近度;而对于属性权值未知的情形,主观偏好的权值与客观偏好的权值往往存在偏差,因此权值确定的目标将是主观偏好与客观偏好的总偏差最小.

表2 在用计量器具管理明细示例表

(4)建立单目标优化模型:

(6)计算综合属性期望值,判断是否合格.

4 性能检测的实例

例如,在钻具生产过程中,3.5″加长接头属于较常见的接头.典型的性能检测原始数据表,对于该试样,共检测3次,检测结果如表3所示.

表3 3.5″加长接头的性能检测原始数据表

利用钻铤接头的多属性决策判定方法,应用式(1)和(3)对上述数据进行分析.

该试样的权值全部未知,应用式(2)进行求解.

得到该试样的综合期望值的数据表,如表4所示.

表4 综合期望值数据表

本次测试的结果可认为是:合格.

经分析,可得其关键属性为:屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击功,与实际相符.因此,该试样的力学试验报告单如图1所示.

图1 相关的输出结果--力学试验报告单

根据企业对钻具产品检测的具体要求及计量器具周期管理系统的实际情况.在符合整体检测过程,“以器具为基础”与所有计量器具的检定周期同样密切相关,得到的结论与实际相符合.

今后,将基于多属性决策方法建立一个开放的、安全的、稳定的、数据准确的钻具产品性能判定平台.对于企业而言,检测中心各部门职位的动态配备状况,对缺编、超编情况随时分部门汇总,以便从各个层面控制检测资源分布.应用该平台可以提高企业生产效率,为企业达到战略目标提供数据支持和支撑.

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