基于改进TOPSIS法的耐压测试系统风险评估*

2023-02-02廖兴旺李涛徐鼎皓

项目管理技术 2023年1期

廖兴旺李涛徐鼎皓

(1.招商局检测认证(重庆)有限公司，重庆 401121；2.重庆市计量质量检测研究院，重庆 401121)

0 引言

当前，压力设备已广泛应用于工业制造、医疗健康、公共卫生、安全保障等各个领域，压力设备和加压装置的可靠性、安全性受到业界广泛关注。虽然目前加压装置和产品已经在工程设计和研制过程中开展了多种耐压试验，但是压力相关产品的评价试验仍存在一定问题。一旦在实际应用中出现安全事故,将危害人民生命财产安全，导致巨大的经济损失。因此，必须完善检测产品耐压性能，开展风险预警，优化资源配置，提高耐压测试系统的安全性和稳定性。

目前，针对耐压设备风险评估的研究相对较少，相关研究主要集中于交通运输、建筑、煤矿、电学、材料、爆炸危险物等领域。例如，李君等[1]通过FAHP算法结合博弈论确定指标综合权重，应用高斯混合模型模糊聚类算法划分地区山洪灾害风险级别；潘汀超等[2]应用直觉模糊层次分析法和VC-CRITIC法确定指标最终权重，采用二维云模型对箱涵下穿既有运营铁路进行风险评价；钱辉等[3]针对高电压下耐压试验体系中出现的问题，通过各体系隶属度对抗压测试系统进行综合评估；王景春等[4]运用线性加权法，构建风险隶属度矩阵，确定风险等级；赵桂峰等[5]通过研究高层RC框架剪力墙结构安全性，发现隔震设计能够有效减少地震造成的结构可损性；乔万冠等[6]对多要素耦合影响下煤炭公司进行经营风险测评；钱辉等[7]通过灰色关联和D-S证据模型对城市地下综合管廊等PPP工程进行经营风险测评。

本文利用灰色关联系统理论对TOPSIS法进行改良，建立改进的TOPSIS评估模型，确定耐压测试系统风险评估等级，并通过实例对耐压测试系统进行风险评估。

1 耐压测试系统风险评估指标体系构建

1.1 风险评估目标

为了对耐压测试系统进行风险评估，首先需要对耐压测试系统风险指标进行识别和分析。耐压测试系统风险评估指标选择应遵循系统全面性、简洁独立性、动态可拓性等原则，以准确反映风险评估状况。

1.2 评估指标体系构建

本文基于安全系统工程理论，结合安全风险评价指标体系研究成果,从人力、物资、环境、技术、管理等方面展开风险分析,形成包括目标层、标准层、指标层的耐压测试系统风险评价指标体系[7]。经过多次论证,将准则层划分为检测人员、检验系统安全指标性能、检验环境、企业管理4个维度，将指标层细分为25个评估指标。耐压测试系统风险评估指标体系如图1所示。

2 耐压测试系统风险评估流程

2.1 基于模糊层次分析法确定指标权重

模糊层次分析法是一种将模糊综合评价和一般层次分析法相结合的分析方法，与传统的层次分析法相比，模糊层次分析法更贴近实际应用，且无须进行一致性检验，既减少了计算工作量，又提升了决策的可靠性。

通常，模糊层次分析法可以分为两种方式：一种是基于三角模糊数，另一种是基于模糊一致性矩阵。本文采用第二种方式确定各指标权重[8]，具体步骤如下：

(1)构建模糊判断矩阵X=(xij)n×n，其判断公式如下

式中，a(i)和a(j)分别表示指标因素i和j相对上层指标因素的重要程度。

(2)建立模糊一致性判断矩阵D=(dij)n×n，公式如下

(3)计算准则层对总目标层的权重向量以及指标层对准则层的权重向量，将权重向量归一化，得到各指标权重向量，即

wB=(wB1,wB2,wB3,wB4)

wC=(wC1,wC2,…,wC25)

(4)计算各指标权重向量wFAHP，公式如下

wFAHP=wB×wC

2.2 引入灰色关联改进TOPSIS法

TOPSIS法是一种多目标、多准则、多决策的评价方法，通过构造各评估指标的最优解和最劣解，按照与理想化最接近程度对决策指标进行综合排序。灰色关联法是一种根据指标之间发展趋势的相互依存度衡量指标之间关联度的方法。

本文采用模糊层次分析法确定综合指标权重。在TOPSIS法的基础上，引入灰色关联改进TOPSIS法评价模型，从而解决了原有TOPSIS法无法判断内部因素变化态势的问题，最后利用该模型计算最终评估结果。具体步骤如下：

(1)假设有m个评估指标集，每个评价集有n个评估指标，其中，aij为第i个评价集的第j个指标值。由于评价集的评估指标量纲各不相同，为便于统一分析，对原始数据进行无量纲化处理[9]，得到标准化决策矩阵Y=(yij)m×n(i=1,2,…,m；j=1,2,…,n)，计算公式如下

图1 耐压测试系统风险评估指标体系

(2)将模糊指标权重向量WFAHP乘以规范化决策矩阵Y=(yij)m×n得到加权的规范化决策矩阵Z=(wjyij)m×n，即

式中，ρ为分辨系数，ρ∈[0,1]，一般取ρ=0.5。

式中，λ1和λ2表示决策者对位置和形状的偏好程度，并且满足λ1+λ2=1。

(7)确定各评价集的灰色关联相对贴近度Di，公式如下

(8)对各评价集的相对接近度进行排序，数值越大，评价值越接近理想解，说明系统安全等级越高，风险性越低。

3 案例应用

3.1 系统概况

某研究中心为了完善产品耐压安全防护检测工作，专门设置了多个测试系统体系，其产品检测内容主要涵盖超压、交变压力、耐工作环境振动、抗运输环境性能、抗被测介质脉动性能动性等。该耐压测试系统由控制室、操作室和实验区等区域组成，由于高压下存在较大的安全隐患，必须单独对各系统安全风险进行评估。采用智能全自动压力校验台检测系统，将压力控制器检测系统、手动压力试验台检测系统、活塞式压力计检测系统组成评价集，用符号B=(B1,B2，B3，B4)表示。

3.2 确定指标权重

确定准则层各指标对目标层(B-C)以及指标层各指标对准则层(C1-A、C2-A、C3-A、C4-A)的评价指标模糊一致性判断矩阵，并根据公式确定耐压测试系统各指标最终权重wFAHP，结果如下

wFAHP=(0.043，0.045，0.041，0.037，0.046，0.039，0.037，0.034，0.034，0.034，0.034，0.032，0.032，0.032，0.032，0.045，0.042，0.050，0.043，0.044，0.048，0.048，0.048，0.046，0.051)

3.3 基于改进TOPSIS法的耐高压测试系统安全风险评估

邀请10名相关专家对各耐压测试系统进行打分，得到评分一览表，见表1。

分别计算耐压测试系统B1,B2,B3,B4,B5的欧式距离，得到

分别计算各耐压测试系统的灰色关联相对贴近度DB1,DB2,DB3,DB4,DB5，得到

DBi=(0.561,0.536,0.469,0.438)

通过模糊层次分析法确定耐压系统风险评估权重，在考虑风险因素相同的情况下，基于灰色关联改进的TOPSIS法计算结果对耐压测试系统安全等级进行排序。从上述计算结果可知，智能全自动压力校验系统、智能压力控制器系统、自动压力试验台系统、活塞式压力计系统4个耐压测试系统的灰色关联相对近似度为DB1>DB2>DB3>DB4，说明智能全自动压力校验系统的灰色关联相对贴近度最高，其安全性能等级最高；压力控制器系统、手动压力试验台系统、活塞式压力计系统安全性能等级略低，此计算结果与实际情况基本一致。