基于层次分析法的矿用车辆选型风险评价

张 健, 刘小英, 王丽萍

(攀枝花学院 a. 交通与汽车工程学院, b. 数学与计算机学院, 四川 攀枝花 617000)

矿用车辆主要用于矿山、采石场以及其他工程项目等大型建筑工地,与其他工程设备配合使用,在矿场内往返行驶,运送和自卸物料,属于非公路自卸汽车[1].车辆选型是一种由人参与的认知活动,矿山企业是一个复杂而特殊的生产系统,此项工作具有复杂性[2].在对矿用车辆进行选型时,除了考虑其各项固定的性能指标,还应对这些指标后续所产生的风险因素融合考虑,以保证选型工作的科学性.针对该问题提出了应用层次分析法对矿用车辆选型进行风险评价,以期为矿用车辆选型工作的有效实施提供决策支持.

1 矿用车辆工作特点

(1) 矿用车辆由于其作业形式受环境影响较大.我国的矿用设备技术发展较晚,矿物的实际开采过程中,由于道路条件差或者粉尘太大等因素都会对矿区的车辆有很高的要求.矿用车辆在选型时要充分考虑矿山条件,例如是大型矿山还是中小型矿山,是露天矿还是地下矿,具体还包括规格、技术水平等.目前露天矿山的主要运输设备有重卡自卸车、重卡型矿用车、刚性矿用车及铰接式卡车四种;地下矿山采掘运输的关键设备就是地下汽车.

(2) 矿用车辆作业要求不同,有其自身的特殊性.一般要求矿用车辆24 h昼夜不停的工作,同时要求与装载设备合理匹配,以保证其技术性能的发挥和使用效率.除了运输车辆外,还有些特殊的矿用搬运车,例如液压支架搬运车,在支架搬运车的选型中,需要考虑液压支架的重量、矿井巷道情况和车辆功能等因素,以达企业需求[3].

2 矿用车辆选型风险指标识别

对于车辆进行选型时,一般主要考虑车辆的总体性能,包括技术属性指标、经济属性指标及环境属性指标等方面的因素[4].而矿用车辆由于其作业的特殊性,需要对选型指标进行再分析,同时考虑风险后果.通过综合分析、比较车辆性能评价体系,针对矿用车辆工作特点进行筛选、整合、剔除、添加后得出的含矿用车辆选型评价指标的矿用车辆选型风险及其后果集,将其归纳为3大类风险对应10小类指标,如表1所示.在矿用车辆选型风险考虑的对应指标中,由于矿用车辆工作环境的特殊性,安全性和驾驶室环境成为必须要考虑的因素.除此之外,通过性和适用性这2项指标虽非矿用车辆所独有的性能指标,但是考虑到矿用车辆的工作条件,在评价时也要根据矿山具体情况予以深层次考虑.

风险主要划分为成本风险、性能风险及环境风险三类.为了更好地对选型工作风险进行评价,在车辆选型评价指标中,一般可认定为技术属性指标在这里部分划到了成本和环境两种风险中.在性能风险中涵盖的安全性指标事实上也和成本有较密切的联系,在具体评价中要考虑给予适当权重.

表1 矿用车辆选型风险及其后果集Table 1 Risk and its consequences set for selection of mine trucks

3 矿用车辆选型风险层次评价

层次分析法(AHP法)是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法,对目标结构复杂且缺乏必要的数据情况下更为实用[5].现用层析分析法对煤矿运用较广泛的重卡型矿用车、刚性矿用车及铰接式卡车三种类型矿用车辆选型风险进行评价.

3.1 层次分析结构

将对三种汽车产品的选用风险作为层次分析结构的目标层A,将风险类别作为准则层B,将考虑风险后果的评价指标作为子准则层B′,B′={B11,B12,B13,B21,B22,B23,B24,B25,B31,B32},将三种车型作为方案层P.根据表1分析,得到矿用车辆选型风险层次分析结构如图1所示.

三种车型(载重均为30 t)相关性能比较[6-7]如表2所示.

图1 矿用车选型风险层次分析结构图

评价指标 重卡型矿用车P1刚性矿用车P2铰接式卡车P3购置价格B11低,(45～50)万元中,(95～100)万元高,(175～180)万元燃油经济性B12中中中维修价格B13低中高安全性B21差中好动力性B22稍差中稍好操纵稳定性B23差中好通过性B24差中好适用性B25中差好驾驶室环境B31差中好排放与噪声B32中中中

三种车型均能够基本满足现代矿山企业需求.综合分析表2,重卡型矿用车性能处于劣势,但其成本低,维修价格低廉,其成本风险最低;刚性矿用车采购成本约为重卡矿用车的一倍,性能适中;铰接式矿用车设备采购成本高,维修成本更高,成本风险最高,但其性能各方面较前2种车型都好,即性能风险低.而三种车型环境风险相差不大.

3.2 层次分析方根法计算公式

(1) 计算权重

(1)

(2) 计算判断矩阵的最大特征值

(2)

(3) 检验判断矩阵一致性指标

(3)

一般只要其值小于0.1,认为判断矩阵的一致性可以接受.本次评价中判断矩阵最高为5维,认为不需对CI值修正.

3.3 重要性比较标度值

根据之前建立的层次分析结构,依据层次分析理论[8],从准则层开始,用成对比较法比较指标之间的重要程度,利用1～9比较尺度表构造成对比较矩阵,以此类推至子准则层、直到方案层.1～9比较尺度如表3所示.

表3 1～9比较尺度表Table 3 Comparison scale table 1～9

3.4 构建判矩阵并检验一致性

将准则层评价指标关于风险两两比较,认为性能风险比成本风险重要,环境风险相对重要程度较低,构造出A-B判断矩阵,根据式(1)～式(3)计算权重向量及一致性检验,并对权重进行归一化处理,设经过归一化处理的权重用ω′表示,计算结果如表4所示.

表4 AB判断矩阵的权重计算及一致性检验Table 4 Weight calculation and consistency of test judgment matrix A-B

同理按照上述方法计算准则层—子准则层,构造B-B′判断矩阵及一致性检验结果如表5所示,计算子准则层—方案层,构造B′-P判断矩阵及一致性检验结果如表6所示.

表5 BB′判断矩阵的权重计算及一致性检验Table 5 Weight calculation and consistency of test judgment matrix B-B′

表6 B′P判断矩阵的权重计算及一致性检验Table 6 Weight calculation and consistency of test judgment matrix B′-P

3.5 组合权重计算

根据表4～表6的各层经归一化的相对权重值计算得出第二层、第一层组合权重,结果分别如表7、表8所示,分别用Cl(l=1,2,…,10)、Pm(m=1,2,3)表示第二层、第一层组合权重结果.

表7 第二层组合权重计算Table 7 Combination weight calculation of the second layer

表8 第一层组合权重计算Table 8 Combination weight calculation of the first layer

3.6 评价结果讨论

(1) 从表8的结果可知,三种车型选用风险由小到大顺序为P3

(2) 从表7、表8结果可知准则层的权重对子准则层有一定影响,虽然铰接式卡车成本最高,但由于此次选型注重的是车辆的性能,总体来看还是选择铰接式卡车风险最低.企业在选型时应结合企业实际情况首先明确注重哪一方面的风险,是成本、性能还是环境,不同的侧重点将最终影响评价结果.

4 结 论

提出的基于层次分析理论的矿用车辆选型风险评价方法,从风险结果的角度为矿用车辆选型提供一种新思路.层次评价将定性分析与定量分析相结合,通过计算数据可以看到各层指标的重要程度,该评价方法科学、清晰、合理且计算简单,便于计算机程序实现.因此,基于层次分析法的矿用车辆选型风险评价具有一定的实用价值,可为企业对设备的选型并规避风险工作提供参考.

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