混合火炸药改进型BZA-2评估方法

张育林，祁金伟，李小虎，柳松玮



混合火炸药改进型BZA-2评估方法

张育林1，祁金伟2，李小虎3，柳松玮3

（1.西安交通大学工程坊，陕西 西安，710049；2.西安交通大学电子与信息学院，陕西 西安，710049；3.西安交通大学机械工程学院，陕西 西安，710049）

-模糊算法与BZA安全评估方案相结合，提出一种改进型混合火炸药BZA-2安全评估数学模型。该模型获得的评价结果能够更加科学地反映实际情况，为火炸药相关单位安全性建设提供指导，保证火炸药及其相关制品在安全、稳定的环境中应用。

炸药；BZA法；安全性；模糊算法

目前，BZA评价方案可根据实际要求对于评价体系中的火炸药感度进行优化，由最初的BZA-1法优化至法，已获得广泛应用[1]。但考虑到实际工业生产中的情况，BZA-2法依然不能够客观地反映不同组分的混合火炸药的感度特性。本文针对BZA-2评价方法中对评价结果起关键作用的火炸药感度系数进行优化，综合考虑混合炸药中各组分的配比关系、火药特性、单一感度系数等因素，通过模糊数学上的矩阵计算方法对上述影响因素进行综合运算，获得更能代表混合火炸药性能的感度系数取值，使评价结果更接近实际情况。

1 火炸药BZA评估方案

火炸药安全评价方法BZA-1及BZA-2法（统称BZA法）的基本思路是根据“三圆环”理论，对一个系统在“人的不安全行为” 、 “机器（物料）的不安全状态” 、 “环境的不安全条件”3个方面存在的问题，与有关安全法规、标准相比较，辨别系统的危险、危害因素，进而获得可量化的评价指标[2]。

2 混合火炸药BZA评估方案模型优化

BZA法中和分别表示物性危险系数和物量危险系数，及直接由火炸药及其制品的相关特性决定，对于安全评估的评价结果具有最直接的影响。文献[3]中将BZA模型进行修正优化，此处也对模型进行优化分析。

BZA-2法的基本数学模型为：

在上述模型中，、作为一个整体出现在数学模型中，由于物性危险系数、物量危险系数都表示整个火炸药系统火药的危险性能，因此可将其作为一个整体用于表示系统中火炸药的危险程度，在改进型模型当中用0来表示。

优化的BZA-2的数学模型如下：

式（2）中：0定义为系统内本征可控度，；0为混合炸药固有危险度。

改进型BZA评估方案

改进型BZA方法中，混合火炸药的固有危险度0具有0=的形式，且火炸药的感度系数存在一定不确定性，上述数学模型与模糊综合评价方法[4]的结构相似。若将0=中的做归一化处理，就可以采用模糊综合评价方法。因此在改进型BZA方法中，混合火炸药系统采用模糊综合评价原理进行计算。

3.1 模糊综合评价方法原理

模糊综合评判[5-6]是从多个因素对被评判事物隶属度等级状况进行综合评判的一种方法。模糊综合评判包括6个基本要素:被评价对象的因素论域，评语等级论域V，模糊关系矩阵，评判因素权向量，模糊合成算子“”，评判结果向量B。

3.2 混合炸药系统的固有危险度0的模糊求解

（1）建立评判对象的因素论域：混合炸药系统中的论域对象为在该评估系统中的所有参与评估的火炸药及其危险品，分别记为。

（2）确定评语等级论域V：在BZA法应用当中选取火炸药的5s爆发点T、真空安定性S、摩擦感度S、落锤撞击感度S、火焰感度S、冲击波感度S对应的6个感度系数，即热爆危险性系数1、热分解危险性系数2、撞击危险性系数3、摩擦危险性系数4、起爆危险性系数5、火焰危险性系数6。

（3）建立模糊关系矩阵：在模糊关系矩阵中r为中因素U对应中等级V的隶属关系；r是第个因素对该评价对象的单因素评价，构成了模糊综合评判的基础。在BZA安全评估中，模糊关系矩阵对应于归一化混合炸药物性危险系数矩阵，矩阵中：α为对应的论域元素U归一化后的物性危险系数，将一种确定火炸药的感度系数矩阵进行归一化处理，，即可得到归一化混合炸药物性危险系数矩阵α的第行参数。

（4）确定评判因素权向量：在BZA的优化算法中，混合炸药物量危险系数反映了论域U的重要程度，因此可用混合炸药物量危险系数矩阵作为评判因素权向量，系数矩阵如下：

（5）进行综合决策，获得评判结果向量B。

（6）计算混合火炸药的系统固有危险度0。

在BZA法中，对于某具体单一火炸药，其对应的6个物性感度在感度处理过程中具有相同的权重，此处的a也可作相同处理，即在矩阵中的各元素取值为1/6。该部分固有危险优化系数矩阵从广义上说可以代指任意一种算子，即可以用一个更一般意义上的运算代替，例如《火炸药综合感度评估方法研究》中的雷达图法等优化算法，具体算法参见文献[8]。

4 结果对比

针对实际的混合炸药系统，以3种混合火炸药为例进行安全评估及结果分析，所选取的混合火炸药为太安、奥克托今、硝化甘油，上述3种火炸药的特性如表1所示。

表1 3种火炸药特性参数

Tab.1 Characteristic parameters of three explosives

名称f/fTNTα1α2α3α4α5α6 太安1.607.20.638.18.339.410 奥克托今1.584.790.467.146.664.010 硝化甘油1.577.69109.846.668.010

在结果分析中选取改BZA安全评估方案与普通权重相加安全评估方案。改进型评估方案模型见公式（2），其中0表示混合炸药固有危险度，数值大小由矩阵模糊运算获得；普通权重相加安全评估方案模型见公式（1），其中表示炸药固有危险度，数值大小由决定。针对上述3种混合火炸药，由3种火炸药权重及对应的感度获得，3种火炸药TNT当量基本一致，选取1.59作为混合炸药的TNT当量，进而获得值。分析时3种火炸药选取不同的组分比，其结果如表2所示。

表2 不同组分混合炸药评估结果对比

Tab.2 Comparison of evaluation results of different mixed explosives

需求分析是软件计划阶段的重要活动，也是软件生存周期中的一个重要环节，该阶段是分析系统在功能上需要“实现什么”，是开发人员经过深入细致的调研和分析，准确理解用户和项目的功能、性能、可靠性等具体要求，将用户非形式的需求表述转化为完整的需求定义，从而确定系统必须做什么的过程。

编号m太安/kgm奥克托今/kgm硝化甘油/kg固有危险度/V 普通α权重改进型BZA 1010013.8313.83 20.0019.9980.00113.8315.68 30.019.980.0113.8417.82 40.19.80.113.9622.37 50.590.514.4528.12 618115.0831.45 727115.5233.11 826216.3235.12 935216.7735.98 1034317.5737.04

由表2可知，改进型BZA安全评估方案对于混合火炸药的组分比较敏感，而普通的对做简单加权处理的方案评估结果变化不大，当混合火炸药退化为单一火炸药时两种评估方案获得的结果相同，即针对单一火炸药系统两种评估方案一致。在实际中不同的火炸药组分对于火炸药系统的影响不同，普通权重处理方案不能敏感反映出组分对于系统的影响，对于混合火炸药系统的评估存在缺陷，而改进型BZA评估方案能够很好地解决上述问题。

5 结论

针对混合火炸药及其制品的危险系统，利用模糊算法对BZA法进行改进，为火炸药的生产及使用单位提供更加科学的评判标准，更加客观地区分和评估火炸药的安全性。相对于普通BZA安全评估方法，改进型BZA法提高了评估模型的精度，能够更加科学地评价混合火炸药系统。

[1] 狄建华,宋新社.火工品装配工房危险源评估的初步探讨[J]. 火工品,2002(2):46-50.

[2] 陈国强.BZA-1重大危险源评估法在火炸药及其制品企业的应用[J].煤矿爆破,2006(4):36-38.

[3] 周海云,付艳华,吕志彪,等.携行导弹火工品系统安全性定量分析方法初探[J].航空兵器,2009(2):53-56.

[4] 王起全,佟瑞鹏. 模糊综合评价方法在企业安全评价中的分析与应用[J]. 华北科技学院学报,2006(4):26-31.

[5] Hue-yee CHONG,Mahidzal DAHARI,Hwa-jen YAP,Ying-tai LOONG. Fuzzy-based risk prioritization for a hydrogen refueling facility in Malaysia[J]. Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering),2013(8):565-573.

[6] Luping Gao, Jiang Liu. Fuzzy FMECA model for the FCS of unmanned vehicle based on degree of match fuzzy rule base approach[J].ICMSIC,2011(5):133-136.

[7] 张倩. 粉尘爆炸防护专家系统[D].沈阳:东北大学,2011.

[8] 朱正福,李长福,武堃,董明舒. 火炸药综合感度评估方法研究[J]. 含能材料,2009(5):612-615.

Improved BZA-2 Evaluation Method for Mixed Explosives System

ZHANG Yu-lin1，QI Jin-wei2，LI Xiao-hu3，LIU Song-wei3

（1.Engineering Workshop, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049；2.School of Electronics and Information Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049；3.School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049）

Aimed at explosives and its products in a mixed system, an improved BZA-2 security assessment mathematical model is proposed, which combines the uncertain information processing algorithms-fuzzy algorithm and BZA safety assessment programs. The evaluation results obtained by this model can reflect the actual situation more scientifically, and provide guidance for the safety construction of explosives, as well as ensure explosives and related products be used in a secure and stable environment.

Explosive；BZA method；Security；Fuzzy algorithm

TQ564

A

[9]2015-11-03

张育林（1978-），男，讲师，主要从事机器人及火工品设备与安全评价研究。

国家高技术研究发展计划（863计划）课题（2014AA041603)。