基于模糊综合分析的设备运行性能评价方法

董胜利　张明琰　冯文哲　张楠

摘 要：把模糊综合评价法具体应用到设备运行性能评价，运用对设备有效作业率影响较大的设备故障停机时间、设备故障停机次数、设备运行年限建立评价指标，运用多层次分析法确定权重，用平均加权法确定综合评价指标。模糊综合评价法可操作性强，可在设备运行性能评价中广泛应用。

关键词：设备运行性能;模糊综合评价;层次分析法;权重

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.14.093

工业企业评价设备运行性能的指标通常有设备有效作业率、设备利用率、设备开动率等，虽然统计口径不同，但计算方法都是成品数量与时间的比值，这些单一指标只反映了设备故障停机时间对设备运行性能的影响，不能全面反映设备运行性能。引入设备综合效率（OEE）以后，设备性能指标由设备时间开动时间、性能开动时间、合格品率三项之积组成，设备综合效率与设备有效作业率、设备利用率、设备开动率相比，增加了产品质量因素，但仍不能表达设备停机次数和设备老化对设备运行性能的影响。

从生产实践发现，一次运行时间是影响设备运行性能的主要因素，设备故障重新开机是增加安全隐患、质量隐患的主要时间节点;而且随着设备停机次数的增多，设备效能降低的同时会进一步增加原辅材料消耗。因此，設备停机次数是评价设备运行性能的一个不可忽视的因素。设备年限有关数据通常只出现在设备折旧计算中，但新购置设备较旧设备运行性能好是不争的事实，设备老化程度也是评价设备运行性能时不容忽视的因素。

本文通过对设备故障停机时间、设备故障停机次数、设备运行年限等三个要素进行量化分析，运用多层次分析法确定权重，采用模糊综合评价方法提出一种评价设备运行性能的综合指标——设备运行指数。设备运行指数以单位表示理想设备运行性能。

1 建立数学模型

1.1 模糊综合评价法及层次分析法简介

模糊综合评价是通过构造等级模糊子集，把反映被评事物的模糊指标进行量化确定隶属度，然后利用模糊变换原理对各指标进行综合考量的一种方法。层次分析法把各要素划分为互相联系的有序层，根据对客观实际的模糊判断，就每一层次的相对重要性给出定量表示，最终确定全部要素相对重要性次序的权重系数。层次分析法是综合评价中确定权重系数的一种有效方法，本文即采用层次分析法确定要素权重系数。

1.2 模糊综合评价法的步骤

先确定评价对象的要素论域u=u1，u2，…，up，再确定评语等级论域v=v1，v2，…，vp，然后对被评事物从要素uii=1，2，…，p上进行量化，确定单要素与被评事物的函数关系式，从而构造关系矩阵：

R=r11r12…r1mr21r22…r2m………… rp1rp2…rpmp.m

将A与被评事物的R进行运算合成，得到被评事物的模糊综合评价结果向量B。即：

A°R=a1，a2，…，apr11r12…r1mr21r22…r2m………… rp1rp2…rpm

=b1，b2，…，bm=B

其中b1由A与R的第j列运算得到，其表示被评事物从整体上看对vj等级模糊子集的隶属程度，采用层次分析法确定其值。

2 模型求解

2.1 确定设备运行性能的多级模糊综合评价指标

在建立设备运行性能指标体系时，依据工作实际需要采用四级语义学标度，确定表1所示评价定量分级标准。

通过对影响设备运行性能的各个主要素进行分析，确定评价对象的要素集，建立设备运行性能评价指标体系。设备故障停机时间直接反应设备效能，设备频繁起停增加安全隐患、质量隐患、增大原辅材料消耗，因此设备故障停机时间、设备故障停机次数都是影响设备性能发挥的主要技术指标。

由于设备月开动时间不同，同一机台月度故障停机总时间没有可比性，同样月故障停机总次数之间也没有可比性。把单台设备的月故障停机总时间、月故障停机总次数折算成设备实际运行100小时对应的标准故障停机时间、标准故障停机次数，统计口径统一后不同机台不同月份的上述指标就可以直接比较。设备标准故障停机时间长就表示设备运行效能较差，设备标准故障停机次数多也表示设备运行效能较差。

把月故障停机时间、月故障停机次数折算成设备实际运行100小时对应的数据。以T净表示月实际运行时间，T故障表示月故障停机时间，T0表示标准月故障停机时间，则有：

T0=100×（T故障/T净 ）

取T0的最大值5，对上式做归一化处理，以T表示处理后的标准故障停机时间，则有：

T=1-20×（T故障/T净 ）

同理，取以N0的最大值5，以N表示标准化后的标准故障停机次数，则有：

N=1-20×（N故障/T净）

随着设备使用年限的增加，机械磨损、电气老化和零部件的疲劳失效等因素使设备的实际效率与验收时客观存在一定差距。在计算设备运行性能时增加设备年限系数，修正使用年限对设备有效作业率的影响部分，符合设备“成熟、衰退”的寿命周期规律。因此计算设备平均有效作业率时，增加设备年限系数作为修正效率要素，更能准确反映实际的设备运行性能，年限修正系数取值见表2。

经过以上分析，确定从设备故障停机时间、设备故障停机次数、设备使用年限三个方面为设备运行性能体系建立评价指标，构造评价向量R，且有R=TNf（x）T，所构造的设备运行性能评价体系见表3。

2.2 层次分析法指标权重求解

确定设备运行性能评价体系的对象集，记作E=设备运行指数。构造设备运行性能评价体系要素集：

u=u1，u2，u3，={设备故障停机时间，设备故障停机次数，设备运行年限}

采用层次分析法求设备运行性能评价体系要素权重。为确定各要素的权重系数，需依据评价因子集构造判断矩阵S=uijp×p即：

S=123 1213 13131

通过计算，可得到判断矩阵S对应的特征向量为：

A0=0.825672，0.520141，0.218446

对其作归一化处理：

A=0.528，0.332，0.140

向量A即是采用层次分析法确定的设备运行性能评价体系三个一级要素的权重值，要素权重系数的计算是应用模糊综合评价法的关键。

2.3 设备运行性能的多级模糊综合评价

依据加权平均算法，求得设备运行性能模糊综合评价指标。

E=A°R=0.5280.3320.140°TNf（x）T

=0.528T+0.332N+0.140f（x）

2.4 應用实例

以河南中烟工业有限责任公司新郑卷烟厂2013年12月份6号机台的实际运行数据（见表4）为例，计算设备运行指数，则有：

E=A°R=0.5280.3320.140°0.531.1334T=0.757

由上述计算可知，该机台12月份的设备运行指数为0.757，对照表1的评价标准可得其属于E2级，评价结果为“良好”。

3 结论

采用模糊综合评价法计算单机台月度设备运行指数，把其按照降序排序，可直接筛选出设备运行效率较差的机台，通过对重点机台设备维修记录进行分析，确定制约设备效能提升的因素，能够迅速掌握设备运行状况。由于计算设备运行指数时对设备故障停机时间、设备故障停机次数进行了标准化处理，单机台设备运行指数可在月度、年度的维度上直接进行比较，并且其在纵向和横向也有较好的可比性。

采用模糊综合评价法，从设备故障停机时间、设备故障停机次数、设备运行年限三方面对设备运行性能进行综合评价，与设备运行效率、设备利用率、设备开动率、设备综合效率等指标相比，该评价方法得到的设备运行指数指标在设备运行性能表达方面更全面、更高效。

参考文献

[1] 王新洲.模糊空间信息处理[M].武汉：武汉大学出版社，2003：130-131.

[2] 景海生.谈设备管理考核指标优化和考核要素标准化[A].上海.上海市烟草专卖局2007年度获奖论文集（工程技术类）[C].2007：289-291.