基于风险的港口门座起重机评价技术研究
2019-04-22
(福建省特种设备检验研究院莆田分院 莆田 351100)
二十世纪50年代末,美国首次将风险评价理论应用于军事武器的研制工作,1981年我国在安全系统工程理论上引入风险评价理论之后,在冶金、机械、化工、航空、航天等多方面开始应用。在起重机械,尤其是在港口门座式起重机的风险评价中,风险评价理论仍存在许多不足:一方面缺乏规范性的起重机械风险评价标准,国家并未制定这方面的标准规范。以往的风险管理多是集中在检测设备和检测手段等“检测硬件”上的研究,在风险“评价理论”方面投入不足;另一方面缺乏对门座起重机风险评价理论的研究,主要表现在缺乏系统、全面性的风险评价指标体系以及标准[1]。因此,提出风险评价方法,在风险评价理论上取得新成果是一种趋势。
1 基于风险的检验技术(RBI)
RBI是近年来国际上新兴的一门学科,其基本思想是采用系统理论的原理和方法,对系统中的固有或者潜在风险及其程度进行定量分析和评估,找到薄弱环节,优化检测的效率和频次,降低非计划停机、减少检测和维修的费用,维持原有的安全保障,提出安全技术的建议及对策[2]。
1.1 RBI的定义
RBI定义的风险由两部分组成,即失效可能性(POF,Probability of Failure)和失效后果(COF,Consequence of Failure), 风险的表达式是[3]:
式中:
Ri——某一事故所导致的风险;
Pi——失效可能性;
Ci——失效后果。
1.2 风险评价流程
风险评价工作主要包括:准备、风险识别、开展评价、风险控制和编制风险评价报告五个阶段。具体流程如图1所示。
图1 风险评价流程图
1.3 灰色模糊综合处理
灰色模糊集合是一种能够同时描述事件的灰色性和模糊性的集合,不但有灰色集合的优点,而且有模糊集合的内容[4]。
●1.3.1 模部评价处理
其次,对评语集中的每个评语(等级)赋值,得到赋值列向量为:
最后,利用向量的内积运算得出等级参数评判的结果:
●1.3.2 灰部评价处理
在一定意义上,灰度是指结果的“不可信”程度,所以灰度越小越好,也就是说灰度越小表明信息量越充分,得到的评价向量中,一般取最小灰度值作为评价结果的灰度。
1.4 起重机整机风险值的确定
港口门座起重机失效可能性风险评价指标,见表1。
借鉴RBI风险计算原理,可以分别确定起重机的失效总体可能性P以及起重机失效后果的严重程度C。
则有:
表1 门座起重机失效可能性风险评价指标体系
进一步可得门座起重机风险值R=P×C。
本文应用“风险矩阵图”显示起重机风险的高低,提出了它的表示方法,“风险矩阵图”最大的好处就是直观性,在得出“失效可能性等级”和“失效后果等级”之后,就可以落入对应的位置。借鉴这个方法,在表示门座起重机风险评价结果时,能够直接得知风险等级结果,如图2所示。
图2 风险评判矩阵
2 举例应用
某港口公司的MQ40—30型港口门座起重机额定起重量为40t,起吊最大工作幅度30m。在2018年5月,检验部门对该起重机进行了年度定期检验,检验发现大车轨道边积土严重,大车无法行走,锚定位置验证电气开关功能失效,回转连锁开关功能失效,按照TSG Q7015—2016《起重机械定期检验规则》,该机检验结论为不合格,要求起重机使用企业进行整改维护[5]。根据现场检验发现的问题,发现该起重机主要存在风险的位置是安全装置部分(锚定位置验证电气开关功能失效、回转连锁开关功能失效),现运用前文所述方法,对该起重机进行风险评价。
以该起重机安全装置存在最大风险的相关指标为例进行说明。安全装置D28可分为制动器E28、超速保护装置E29、起升高度限制器E30、起重量限制器E31、力矩限制器E32、抗风防滑防倾翻装置E33、联锁保护装置E34、风速仪E35、轨道清扫器E36这9个子指标,同时它们是最底层评价指标。
1)建立评语集。
建立起重机失效可能性评价评语集为V={很大,大,较大,中等,较小,小,很小},失效后果严重性评价评语集为W={很严重,严重,较严重,一般,较轻微,轻微,很轻微};
2)确定权重集。
运用模糊层次分析法,可以在MATLAB中通过编程计算出E28到E36这9个指标的权重值为
3)进行评价。
根据现场检验结论,对照指标评价标准,得评价结论,见表2:
表2 各指标评价情况
可得风险评价矩阵:
利用MATLAB进行运算
由此可得到安全装置的风险评价向量,根据最大隶属度原则和最小灰度原则,安全装置以隶属度0.194和灰度0.0001处于“小”风险级别。该部分装置的检验结果不符合TSG Q7015—2016《起重机械定期检验要求》的要求,检验部门在检验之后,要求该起重机使用单位对存在的问题落实整改,清理完轨道边积土和轨道清扫器中被卡住的沙土,大车恢复正常行走,锚定装置关系到起重机的稳定性,经检查锚定装置验证电气开关由于经常使用导致损坏功能失效,更换之后可恢复保护功能。回转连锁开关也是在更换之后恢复保护功能,这些都是容易受损保护装置,便于更换。
同理,可得金属结构D21、司机室D22、吊具D23、钢丝绳D24、卷筒D25、电气系统D26、液压系统D27的评价向量分别为:
然后进行四级指标的评价:金属结构D21、司机室D22、吊具D23、钢丝绳D24、卷筒D25、电气系统D26、液压系统D27、安全装置D28这8个四级子指标都属于三级指标中的使用C8,根据前文所述的方法,可以得到三级指标使用C8的评价向量为:
同理依次可得到,二级指标设备指标B2的评价向量为:
最后得到一级指标起重机失效可能性A1的评价向量为:
起重机失效后果严重性A2的评价向量为:
4)结果处理。
以 此 类 推,Q=(q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7)T=(1,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.1)T
运用式(2)、式(3)处理,得出整机失效可能性P=0.319,失效后果C=0.29,相对风险R=0.093,对照风险划分等级标准,可得风险矩阵图3,可知该机属于较低等级风险,在整改之后可以继续使用。
图3 门座起重机风险评价结果的矩阵表示
3 结束语
本文运用评价理论,建立了门座起重机风险评价模型,把建立的风险评价模型运用到案例起重机的理论计算中,检验模型的正确性,能够更合理的安排检验维修计划,减少非计划停机,改变了传统的停机检验维修带来大量人工和时间浪费,有效保证了港口门座起重机的可靠运行和提高使用单位的经济效益。