基于FUZZY AHP的油罐泄漏维修决策方法研究

文/王 冬 蒋新生 欧益宏

1.引言

随着国家油料战略储备的需要，各油库储存油料都有较大提高，超期使用的油罐也比较多。各种油罐由于贮存的介质组分变化大，制造材料等级和制造标准较低，腐蚀较严重，一旦发生泄漏事故，将带来严重的安全隐患，并给环境带来巨大的破坏，造成极大的经济损失。目前对油罐维修方法的分析与评定主要是采用定性分析的方法，使用这种方法存在的主要问题是评定过程带有一定的随意性和主观性。因此，必须进行油罐维修决策方法的研究，使维修有一个直观的量化的可比性，为维修质量管理工作提供必要的决策依据。

2.油罐维修层次分析法

运用层次分析法构造油罐维修系统模型时，大体可分为以下四个步骤[1]：

①建立层次结构模型

将油罐维修决策的目标、考虑的因素（决策准则）和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，给出维修层次结构图。如图1所示：

②构造判断（成对比较）矩阵

通过对专家反复询问确定判断矩阵是通常采用的方法：判断矩阵规则是即其中两个元素相互比较重要度。

③层次单排序与检验

图1 油罐维修层次图

层次单排序：指每一个判断矩阵中每个因素对其准则的相对权重。

一致性检验的步骤如下。

（a）一致性指标C.I.计算

（b）查表得到平均随机一致性指标R.I.

（c）得到一致性比例C.R.

C.R.>0.1时，对判断矩阵需要进行修正，C.R.<0.1时，则是可接受的。

④最终结果

通过分析排序结果，得到目标决策方案。

3.油罐维修决策模糊层次分析法（FUZZY AHP）

3.1 油罐维修决策层次分析法存在的问题

在上述油罐维修层次分析法应用的过程中，发现存在以下不足：技术专家对决策方案采用点值的定性评价打分，不能反映规划决策因素的模糊性；构造比较判断矩阵时，由一个技术专家给出比较判断矩阵有较大的片面性，导致由排序向量进行决策的可信度不高。针对上述问题，在规划决策中采用模糊层次分析法（FAHP）能够解决点值打分缺乏弹性的问题[2]，并且能最大限度地降低专家个人偏好对打分的影响。

3.2 三角模糊数

①三角模糊数的定义[3]

记F(R)为R上的全体模糊数，设M∈F(R)：

M的隶属函数μM：R→［0，1］可表示为

式中l≤m≤u，l和u表示M的下界和上界值。m为M的隶属度为1的中值。一般三角Fuzzy数M表示为（l，m，u)。

②三角模糊数的运算

设M1=(l1，m1，u1)，M2=(l2，m2，u2)是2个三角模糊数，我们对三角模糊数的运算定义为：

3.3 油罐维修决策FAHP算法步骤

应用FUZZY AHP进行维修决策的整个算法步骤如下：

①通过现场勘察，认真分析油罐维修方案特点，建立决策层次结构；

②通过维修技术专家打分，得到全部的因素判断矩阵、油罐维修方案判断矩阵；

③求得多个维修技术专家的综合判断矩阵；

④求得三角模糊数的可能度排序矩阵，求得最后的可能排序向量

⑤最后根据④中可能度排序向量得到相应的油罐维修方案。

4.油罐维修方式决策实例

4.1 基本情况

某油库一3000m3油罐，储存汽油，发现罐底渗油。腾空清洗后全面检测油罐罐底腐蚀情况，对59块油罐底板（其中中幅板50块，边缘板9块，如图2所示）检测发现：存在3处腐蚀穿孔缺陷（图中用黑点表示），其中23号板穿孔直径约3mm，51号板穿孔直径约8mm，55号板穿孔直径约5mm。

图2 油罐底板排版及缺陷位置图

通过现场勘察，专家提出以下可行维修方案为：

① 应急堵漏，②补漏剂修补，③焊补法，④换板法。

4.2 模糊层次分析法油罐维修决策

（1）维修层次的建立

根据实际情况，建立如下层次分析模型，中间层主要因素为维修难易程度、维修经济性、维修可靠性、维修安全性和维修所需周期。

图3 油罐罐底维修层次结构图

（2）构造维修模糊判断矩阵

第一步，设有3名专家，专家对一组比较（如上图中间层维修难易程度、维修经济性、维修可靠性与安全性及维修周期的比较）得到一组三角模糊数为：（l1，m1，u1)，(l2，m2，u2)，(l3，m3，u3)。3个技术专家得到的模糊评价矩阵如表1：

第三步：去模糊化，并求出各因素最终权重

比较模糊数的规则：

规则一：M1（l1，m1，u1)和M2（l2，m2，u2)为三角模糊数。M1 ≥M2的可能度定义为：

规则二：一个模糊数大于其他K个模糊数的可能度，被定义为：

第四步，按相同方法，得到下一层的各指标权重

如上例中，应急堵漏维修方法对总目标的总权重最终计算结果为：

应急堵漏维修方法：TV1= 0.084 + 0.2 + 0.09 = 0.374

同理可得其它维修方法对总目标的总权重分别为：

补漏剂维修方法：

TV2=0.383

焊补法：TV3=0.087

换板法：TV4=0.158

故补漏剂维修方法对总目标的权重最高，应该选择补漏剂维修方法。

5.结语

本文提出了基于模糊层次分析法的油罐维修智能决策方法，并结合实例完成了基于模糊层次分析法的油罐罐底维修决策。在油罐维修决策中应用模糊层次分析法求取综合权重指标，能够改善传统层次分析法使用点值打分在油罐维修决策中存在的不足。使用模糊标度体系能够较准确地考虑方案间的差异而降低比较打分的难度，同时反映决策因素的模糊性和不确定性。采用多个专家打分加权平均的方法能够有效将个人偏好造成的片面性降低，该方法比较可靠，切实可行，易于操作并且工作量不大，将大大提高决策的速度和准确性。

1.王莲芬，许树柏.层次分析法引论[m].北京：中国人民大学出版社.1999

2.BUCKLEY J J. Fuzzy hierarchical analysis[J]. Fuzzy Sets and Systems，17(3): 233～247，1985

3.陈大宇，肖峻，王成山.基于模糊层次分析法的城市电网规划决策综合评判[J] .电力系统及其自动化学报，2003，15（4）：83～88.