基于熵权法的液压支架寿命模糊综合评价方法

郭永凤，张佳兴

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710302；2.西安航天动力技术研究所，陕西西安 710100）

基于熵权法的液压支架寿命模糊综合评价方法

郭永凤1，张佳兴2

（1.陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710302；2.西安航天动力技术研究所，陕西西安 710100）

根据液压支架的经济性寿命，安全性寿命，技术性寿命和可靠性寿命指标，本文提出了基于熵权的液压支架寿命模糊综合评价方法。构建了模糊综合评价法的数学模型，运用该模型对液压支架的寿命进行了综合评价，结果与实际寿命状态相符合，验证了该方法的实用性和有效性，为煤炭生产企业设备管理提供科学的依据。

液压支架寿命；熵权法；模糊评判

0 引言

综采机械化采煤是现代煤矿开采的发展方向，机械化开采离不开综采设备。首先，液压支架作为综采设备的“三机”之一，根据工作要求，液压支架可以通过顶梁来支护顶板，保证工作面的安全生产，还可以随着工作面的开采而不断推进。液压支架的失效或误动作，会造成工作面冒顶或者是工作面停产，严重时更会造成人身伤亡。其次，液压支架在井下的总质量约占整个综采装备总质量的百分之八十到百分之九十，所占的费用约占百分之六十到百分之七十[2]，其寿命和健康状况影响着整个工作面的开采和安全。因此，研究其寿命状态，将有助于为煤炭生产企业设备管理提供科学的依据。在本文中，我们试图探索一种新的方法来实现对液压支架寿命的综合评价。

1 熵权法

熵权法首先是由申农 C. E.Shannon引入到信息论之中，称之为信息熵[3]。它是一种客观评价方法，比起主观评价法更准确，更符合实际要求。

假设有m个待评项目，n个评价指标，则原始数据矩阵R=(rÿ)mn：

其中rÿ为第j个指标下第i个项目的评价值。使用熵权法求其指标值权重的步骤如下：

(1) 计算比重pÿ：

(2) 计算第j个指标的熵值ej：

(3) 计算第j个指标的熵权wj：

(4) 确定指标的综合权数βj：

假设指标的权重为αj, j=1,2,…,n，再根据熵权wj，就可以得到指标j的综合权数：

2 基于熵权的模糊综合评价模型

2.1 划分因素集

2.2 建立隶属度评价矩阵

隶属度评价矩阵R表征着评价指标U 到V 的模糊关系，可以用式（6）来表示：

对于一些不容易量化或者比较模糊的指标，可以通过模糊统计的方法来求解其隶属度[4-5]。

2.3 多级模糊综合评价

液压支架寿命的评价等级包括两个级别的指标，所以首先确定出二级指标的评价结果矩阵，然后在通过二级指标的评价结果矩阵得出最终的评价的结果。

（8）对安全活动制度进行完善，加强企业内部对于安全文化的重视。定期组织企业内部的安全活动，加强员工的安全意识，推动安全生产。

首先，利用二级指标权重w′i及二级指标评价集Ri进行二级指标的模糊评价，然后将评价结果做归一化处理，从而可以得到二级指标层的隶属度向量Bi：

然后，利用二级指标得到的结果，可以得到一级指标权重集w和一级指标层的评价矩阵B,并将其进行归一化处理，得到最终的评价结果:

最后，进行“模糊矩阵数值化”处理，得到最终的综合评价结果S：

3 液压支架健康状态综合评价

3.1 建立多级递阶层次结构模型

根据对液压支架的了解和初步分析，将评价系统涉及的各要素分层排列。可以建立图1的关系图。

图1 液压支架寿命综合评价指标体系

3.2 利用熵权法确定指标权重

根据图1建立的层次结构模型和式（1）～（5）进行计算，可以得到液压支架不同层层次指标相应的权重值，如表1所示。

表1 液压支架寿命不同层次指标权重值

根据液压支架的综合分析，将其寿命的阶段分为四个等级，即健康，亚健康，故障和报废，并将其进行赋值：

V={V1V2V3V4}={健康 亚健康 故障 报废}

={90 70 50 30}

由此得到的备择集评价矩阵如表2表示。

表2 液压支架寿命备择集评价矩阵

3.4 液压支架寿命的多级模糊综合评价

下面主要对液压支架的寿命进行多级模糊综合评价，首先根据表2和公式（7）求得隶属度向量Bi：

同理，可以得到B2, B3, B4：

最后，通过公式（9）得出最终的结果S：

结果得出液压支架目前的寿命状态处于“亚健康”状态，这也与实际井下液压支架的状况相一致，因为井下的恶劣环境影响，对液压支架的寿命存在很大的影响。对于辨别出液压支架处于“亚健康”状态，可以通过管理和修复使支架一直处于良好的状态，为企业的管理也提供了依据。

4 结论

本文从模型的方法和系统的角度，研究液压支架寿命的综合评价方法，建立了基于熵权的液压支架寿命模糊综合评价方法。并以实际工况中的液压支架为例，运用了综合评价方法，验证了方法的有效性，并且结论与实际相符，为煤炭生产企业设备管理提供科学的依据。

[1] 陈雷平. 液压支架的整体有限元分析 [D]. 西安: 西安理工大学, 2007.

[2] 吕凯波. 液压支架主体结构件的疲劳分析及其寿命预测的研究[D].太原理工大学, 2008.

[3] 袁艳斌, 梁宵, 张晓盼等. 矿山运输系统可靠性的熵权法模糊综合评判[J]. 金属矿山, 2011, (2):28-31.

[4] 畅伟, 陈卫. 基于模糊综合评判的无人机系统安全性评估[J].桂林航天工业高等专科学校学报, 2011, (4):421-423.

[5] 白思俊等.系统工程[M]. 北京:电子工业出版社, 2009:132-139.

Fuzzy comprehensive evaluation for hydraulic support life based on entropy method

GUO YongFeng1,ZHANG JiaXing2
(1.Shaanxi Institute of Technology, Xi′an 710302,Shaanxi,China; 2.Xi′an Aerospace Propulsion Institute,Xi′an 710100,Shaanxi ,China)

In order to realize the effective evaluation of hydraulic support life, fuzzy comprehensive evaluation for hydraulic support life based on entropy method was proposed. Moreover, the fuzzy appraisal model was built by using the economic life, the safety life, the reliability life and the technical life. All results fit in with the reality, which provides a scientific basis for the enterprise equipment management, verified the practicability and effectiveness of the method.

hydraulic support life evaluation; entropy method; fuzzy evaluation

TD355+.4；

A；

1 006-9658（201 6）04-0022-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.04.005

2016-01-18

稿件编号:1601-1215

郭永凤 (1988—)，女，硕士，助教，研究方向为机械学科.