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基于博弈论-云物元模型的煤矿机电系统安全状态评价研究.pdf
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1、第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期:;责任编辑:郭海霞 :作者简介:贾丰华(),男,宁夏中宁人,高级工程师,现从事煤矿机电管理工作。引用格式:贾丰华 基于博弈论云物元模型的煤矿机电系统安全状态评价研究 能源与环保,():,():基于博弈论云物元模型的煤矿机电系统安全状态评价研究贾丰华(国家能源集团 宁夏煤业公司麦垛山煤矿,甘肃 灵武 )摘要:煤矿机械大型化和智能化的发展,给煤矿机电系统带来新的风险。为了准确评价煤矿机电系统的安全状态,辨识存在的隐患问题,提高煤矿安全水平,提出了基于博弈论云物元理论的煤矿机电系统安全状态评价模型。依据机电系统安全状态影响因素的分析,构建煤矿机电系统安全状态的
2、评价指标体系。针对煤矿机电系统安全性具有随机和模糊性的特点,采用层次分析法和熵权法分别确定评价指标的主观权重和客观权重,并基于博弈论确定指标综合权重的大小顺序。引入云物元理论,确定煤矿机电系统安全状态的云物元模型及评价过程,得出评价定量结果。将该模型应用于某煤矿进行机电系统的安全状态评价分析,评价结果与该煤矿实际安全状态相符,证实了该评价方法的合理可行性。关键词:煤矿机电系统;安全评价;博弈论;云物元理论;组合赋权中图分类号:文献标志码:文章编号:()(,):,:;随着煤矿智能化和机械化的发展,机电系统对煤矿生产和安全的重要性日益凸显。但由于矿井井下条件恶劣,设备长期处于高温高湿和高浓度粉尘的
3、环境中运行,容易出现不同程度的故障,不仅会影响正常生产,还会造成安全事故。有研究表明,近年煤矿机电事故数占煤矿事故总量有所增加,机电运 年第 期贾丰华:基于博弈论云物元模型的煤矿机电系统安全状态评价研究第 卷输事故也时有发生,造成了重大损失 。因此,及时准确掌握煤矿机电系统的安全状态,确定机电系统的不安全因素,并采取针对性措施,对于保障煤矿安全生产具有重要意义。当前,国内外学者对于煤矿机电设备安全的研究主要有 种方法。一种是利用设备的传感监测数据,并进行信号分析和处理,实现设备的故障诊断和运行状态判断 。另一种是构建相应的指标体系,结合指标权重进行整体性评价。邢志刚 依据机电事故致因理论构建了
4、煤矿机电安全评价指标体系模型,并结合 算法,实现了机电安全的定量评价;李小利 通过贝叶斯分类方法,建立了机电设备安全状态的动态量化评价模型;谢雪 通过评价单元划分,围绕性能指标、机电安全、机电管理、文明生产 个一级指标,构建了煤矿机电安全评价指标体系,并利用模糊综合评价法,建立了煤矿机电安全的综合评价模型。相较于前者需要复杂的大数据算法,只能得到单独机电设备的安全状态,通过建立指标体系对机电系统安全状态进行评价,更有利于发现整个机电系统的不安全因素,快速掌握当前的机电安全水平。基于此,建立煤矿机电系统安全评价指标体系,引入博弈论和云物元理论建立评价模型,收集煤矿企业机电系统的相关数据对该模型进
5、行有效性验证。基于博弈论的主客观组合赋权法指标权重的确定是综合评价中的关键环节,权重的确定将直接影响评价的准确性。当前权重的确定方法主要分为主观赋权和客观赋权 种,前者可以反映出评价专家的决策意图,且数据获取简单方便,但具有随意性和倾向性;后者完全基于数据本身的属性,但对数据的来源要求高,且并不能反映出决策者在本领域的知识和经验。因此,本文采用主客观组合赋权的方法,综合确定煤矿机电系统安全状态指标的权重。其中,采用常用的层次分析法作为主观赋权方式,采用熵权法作为客观赋权方式,具体计算方法和可参照相关文献 。对于组合权重的确定,引入博弈论中合作博弈的思想,将主客观赋权法得到的权重视为同一联盟下的
6、不同决策,实现两种权重的综合互补 。具体做法为:()假设 和 分别为主客观权重的向量,则有权重向量集 ,令 ,为线性组合系数,则可以得到任意线性组合。()()对任意线性组合系数、进行优化,并以离差极小化为目标,得到最合理的权重,确定目标函数。,()()根据矩阵的微分性质,将等式()变换,得到优化一阶导数条件的线性方程组。()()()归一化处理后,得到基于博弈论的综合权重。()其中,();()。煤矿机电系统安全状态评价指标体系构建对煤矿机电安全事故进行致因分析,在总结煤矿机电系统安全主要影响因素的基础上,并结合当前煤矿智能化的安全可靠性评价 ,从人的因素、机电设备、管理因素、环境因素 个方面总结
7、出 项评价指标,构建煤矿机电系统安全状态评价指标体系,如图 所示。煤矿机电系统安全状态评价模型建立煤矿机电系统的安全状态受内外因素影响,具有复杂性和非线性,对其评价也会产生不确定性,包括随机性和模糊性,因为机电事故的发生具有一定的随机性,安全状态的“好”和“坏”并无明确界限,且定性指标需要进行主观打分评价,这些均具有模糊性。因此,本文引入云物元理论,根据物元可拓理论,定义事物的基本元 (,),用云模型中的特征值(,)来代替 ,构建煤矿机电系统安全状态评价的云物元模型 :()式中,为事物名称,表示煤矿机电系统的安全状态;为事物特征,为安全状态的评价指标;为事物特征的值,用云模型的特征值代替,为评
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