1、 本科毕业论文 （ 20 届） 基于模糊综合评判法的中小型油泵站建设工程评价指标体系的构建 所在学院 专业班级 油气储运工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 摘要 . 错误 !未定义书签。 ABSTRACT . 错误 !未定义书签。 1 前言 . 1 1.1 选题的背景和意义 . 1 1.2 模糊综合评判法在安全评价中的应用 . 1 1.3 本文研究的主要内容 . 2 2 模糊综合评判方法理论 . 2 2.1 模糊数学理论 . 2 2.2 模糊综合评判概述 . 4 2.3 层次分析法理论 . 7 3 中小型油泵站模 糊综合评判模型 . 11 3.1 综合评价指标体系 .
2、 11 3.2 中小型油泵站建设工程评价指标体系的建立 . 12 3.3 各指标权重的确定 . 16 3.4 中小型油泵站综合评价 . 19 4 某油泵站模糊综合评判举例 . 20 4.1 单层模糊综合评判 . 20 4.2 双层模糊综合评判 . 22 5 结论与展望 . 23 5.1 结论 . 23 5.2 展望 . 23 参考文献 . 24 I 摘要 油泵站是石油库的心脏，采用科学合理的评价方法来评价油泵站的安全等级对提高油库安全管理水平具有重要意义。本文采用了定量评价方法，建立了中小型油泵站建设工程模糊综合评判模型，以期通过此模型来对油泵站的安全做出合理的评价。 本文首先对 模糊数学、模
3、糊综合评判法、层次分析法基本 理论做了简单的介绍。然后 结合 石油库设计规范（ GB50074- 2002），参考学院老师的调研成果，对影响油泵站安全运行的因素做了较为全面的分析，建立了中小型油泵站建设工程评价指标体系。通过分析复杂系统所包含的因素及其相互关系，在专家评分的基础上建立判断矩阵，通过求解判断矩阵的最大特征值和对应的特征向量来确定权重向量。在此基础上，根据综合评价给出油泵站的等级。最后通过举例来说明如何运用模糊综合评判模型对油泵站进行评价，根据专家的评分建立模糊评语矩阵，运用加权平均模型求取模糊综合评判结果，根据最大隶属原则对 油泵站的安全状况进行评价。本文对中小型油泵站的建设和评
4、价具有一定的参考价值。 关键词 油泵站；指标体系；模糊综合评判法；层次分析法 II Abstract Pump station is the heart of the oil depot.Using scientific and reasonable evaluation method to appraise the safety degree of oil pump station plays a very important role in elevating the oil depot safety technical level.In this paper,the quantitati
5、ve evaluation method is adopted and the fuzzy comprehensive evaluation model for the small and medium sized oil pump station construction projeet is established,through the model to make reasonable evaluation for the oil pump station safety. Firstly,the basic theory of fuzzy maths,fuzzy comprehensiv
6、e evaluation and analytical hierarchy process is introduced in this paper.Secondly, combining with the “Code for design of oil depots” (GB50074-2002) and referencing to the research achievements of college teacher,the small and medium sized oil pump station construction project evaluation index syst
7、em is built after the analysis of the risk factors of oil pump station.By analyzing factors and relativities in complex system,the judgment matrix is established based on grades of experts,and through calculating the maximum characteristic value and corresponding characteristic vector of judgment ma
8、trix, the weight vector is determined.Thirdly,define the grade of oil pump station based on comprehensive evaluation.Finally,illustrate how to use the fuzzy comprehensive evaluation model to evaluate pump station by an exampe,including fuzzy comments matrix established according to the grades of exp
9、erts,the fuzzy comprehensive evaluation result obtained by the weighted average model,and the evaluation of pump station on the basis of maximum subjection principle.This paper can give the reference to the construction and evaluation of the oil pump station. Key words oil pump station; index system
10、; fuzzy comprehensive evaluation; analytical hierarchy process1 1 前言 1.1 选题的背景和意义 随着我国经济的快速发展，对石油的需求日趋旺盛。同时随着科学技术水平的发展，我国石油库的建设也在不断提速，新建、改建、扩建工程逐年增多。油库作为国家和军队储存油料的主要基地，确保其安全是油库建设的最基本要求。而油泵站又是 油库的心脏，一旦失效就会直接影响整个油库的安全，降低油库的运作效率。此外，学院老师通过对百余座成品油销售企业油泵站进行调研，发现某些油泵站的建设不符合规范，存在一定的安全隐患。因此加强油泵站的安全建设，建立有效的油泵
11、站建设工程评价指标体系，对油泵站做好安全评价具有重要意义。 安全评价 1，国外也称风险评价，是以实现系统安全工程为目的，运用安全系统工程原理和方法对系统中寻在的危害因素进行辨识与分析，判断各类事故发生的可能性及其严重程度，确定风险值，为制定防范措施和管理决策提供科学依据的方法与技术。 油泵站安 全评价可以有效地预防油泵站事故的发生，减少财产损失和人员伤亡，有助于判断油泵站是否具备必要的安全生产条件，同时有助于油库管理层总结经验教训，及时发现隐患，找出不足，采取措施，预防事故等。总之做好油泵站的安全评价不仅对提高油泵站而且对提高油库的安全管理水平都具有十分重要的意义。 油泵站系统由于受多个风险因
12、素的影响，如油泵的密封形式、使用年限及类型等都会对运行工况产生一定的影响，另外各个风险因素的影响又不是相互独立的，它会随时间、地点的转变而发生变化，因此具有很大的模糊性，导致评价者不能对各种风险因素进行精确地 量化给出一个合理的评价。目前对于这种模糊因素的安全评价，模糊综合评判法已经引入到该领域。综合考虑各类影响因素的模糊性，把影响油泵站安全构成的模糊因素纳入油泵站事故后果安全评价体系之中，可以更为准确地描述客观事实，提高油泵站安全评价结果的准确性。 1.2 模糊综合评判法在安全评价中的应用 模糊综合评判法是一种基于模糊数学理论的综合评判方法。模糊数学是 1965 年由美国加利福尼亚大学控制论
13、专家扎德教授所开创的，此后的 40 多年里发展非常迅速，并且运用到许多科学技术领域 2。这里主要介绍模糊集理论在风险评价方面的应用 。 Kangari 通过对逻辑集合的使用提出了一个完整的知识库系统来进行风险处理建设。 Chun 和 Ahn 提议用模糊集合理论对分级事件树中一些不确定和无法准确判定的事件进行定量化。 Ross 和 Donald以模糊逻辑及与此相似的方式为根据设计了一套风险评估的方法。然而这些方法没有通用性， V.Carr 和 J.H.M.Tah.又在他们的基础上运用模糊集理论提出了一个知识表示法， 将建筑风险数字模型化，描述了一个划分风险与补救的方案，此方法 在实践运用中具有稳
14、定性和通用性的特点 4。对于这些模糊因素，在综合评判过程中，各个 因素的权重很难确定，美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于 20 世纪 70 年代初，提出了一种简便、灵活的层次权重决策分析方法。 Metin Dagdeviren 和 Ihsan Yuksel 将此方法运用于安全管理上，开发了模糊层析分析法模型 5。 模糊数学于 1976年传入我国，基于模糊数学理论的各种方法也在许多科学技术领域广泛2 应用。其中模糊综合评判法在安全评价方面的应用更为显着。 王芳以江苏省盐城市大套一站为例，从机电设备、建筑物两方面对大型泵站进行系统的研究，应用 Delphi7.0语言建立了大型泵站综合评价系统 6。
15、辛 艳通过对南三油库改造工程安全因素的分析，建立了该油库的模糊评价指标体系，并应用层次分析法求的权重，通过单层、双层模糊综合评判法对南三油库进行评价，分析评价结果对南三油库改造工程作出判断 7。郑贤斌等也结合了层次分析法和模糊综合评判法，从人员、设备、环境、管理四个方面出发，建立了油库评价指标体系 8。朱丽丽从影响成品油库安全因素出发，参考专家的意见，对原有成品油库的评价指标体系进行修正，构建了较为完善的成品油库安全评价指标体系 9。赵晓刚运用层次分析法对油库的环境作出决策提供了油库综合治理的方案 10。 模糊综合评判法一个最关键的步骤就是权重的确定，常用的方法有专家评分法，层次分析法。层次分
16、析法是一种比较科学的权重确定方法，但 这种方法往往需要验证判断矩阵一致性，如果不一致就要调整判断矩阵，这样导致计算过程复杂、繁琐。 黄坤、苏欣等人采用了改进的层次分析法确定权重，使评价更为客观便捷，并将此方法运用于油库安全评价中，对油库的安全状况进行了安全评价 11。 1.3 本文研究的主要内容 本课题油泵站建设工程指标体系的建立将结合石油库设计规范 （ GB50074 2002）（以下简称规范），参考学院老师的调研结 果 ，全面分析，确定影响油泵站安全的各种风险因素，将各种风险因素分类、分层，运用模糊综合评判法，形成合理的评价指标体系。以系统观点为指导，将定性与定量分析有机结合，使对油泵站的
17、安全评价更科学、合理。 层次分析法理论是本文的又一研究内容，通 过两两比较判断，确定每一层中因素的相对重要性，建立判断矩阵，计算判断矩阵最大特征值及其相应的特征向量，得到各层次要素对上层次某要素的重要性次序，从而建立权重向量。这种方法与专家评分确定权重相比，减少了主观臆断带来的弊端。本文主要内容包 括 : （ 1）介绍模糊数学、模糊综合评判法、 层次分析法基本理论； （ 2）分析影响中小型油泵站建设工程安全的因素； （ 3）根据指标体系构建原则建立油泵站模糊评价指标体系； （ 4）应用层次分析法求取一级、二级指标权重向量； （ 5）对某油泵站做出综合评价，分析评价结果，判断该油泵站的安全现状。
18、 2 模糊综合评判方法理论 对事物的评价常常会涉及到多个指标，比如对油泵站的评价经常需要评价油泵站的建筑物、机泵设备及其附件、管理等方面的指标，并且对这些指标的评判是模糊的，这就需要对多个指标对事物进行综合评判。而模糊综合评判是将有关的模糊概念用模糊集合表示，然后进入 评判的运算过程，通过模糊运算获得用模糊集合表示的评价结果。这种方法所表示的结果清晰，能较好的解决一些难以量化的问题，评价结果较科学。 2.1 模糊数学理论 2 2.1.1 模糊集合的概念 3 普通集合是我们最熟悉的集合，某一元素只有属于或不属于某一集合两种情况，而模糊集合则不同。模糊集合的元素具有不确定性，比如当我们说“高高的、
19、瘦瘦的、黑黒的”，到底多少高才算高，瘦到什么程度才算瘦，怎么个黑头才算黒，所以都具有不确定性，我们把这些概念称之为模糊概念，将这些模糊概念作为元素的集合叫做模糊集合。 在模糊数学理论里，有 如下表述： 对论域 U 上的模糊集合 A ,指定一个从 U 到 0,1 的映射： : 0,1A U （ 2-1） ( 0,1 )Auu （ 2-2） 式中 A 就是 A 的隶属函数， ()Au 为 u 对 A 的隶属度。 当 ( ) 1A u 时， uA ；当 ( ) 0A u 时， uA 。当 ()Au 仅取 0、 1 两值时，隶属函数 A 转化为普通集合的特征函数， A 转化为普通集合。 模糊集合 A
20、完全由隶属函数 A 来刻画，可以有 ( ) ( )AA u u （ 2-3） 也就是说模糊集合 A 与隶属函数 A 可以不加区别的，记作 AA 。这与普通集合中存在AAf 是一样的。 2.1.2 模糊关系与模糊矩阵的概念 （ 1）模糊关系 模糊关系是普通关系的推广。设论域 U 和 V，则 UV 的一个模糊子集 R 就是从 U 到 V的模糊关系，记作 RUV （ 2-4） 这里的模糊关系 R 是属于模糊二元关系。其隶属函数为映射 : 0,1R UV ,这时隶属度 00,R uv 表示 0u 与 0v 具有关系 R 的程度。特别地，当 UV 时， R 称之为 U 上的模糊关系。 （ 2）模糊矩阵
21、对于有限论域 12, , , mU u u u ， 12, , , nV v v v ，则 U对 V 的模糊关系 R 的隶属4 函数 ,R uv 可以用 mn 的模 糊矩阵 R 表示，即 ij mnR R r （ 2-5） 其中 , 0,1ij i ir R u v表示 ,iiuv 对模糊关系 R 的相关程度。 由于存在 RR ，通过对模糊矩阵的运算可以得出模糊关系。因为模糊矩阵运算比较方便而且很直观，所以将模糊关系转化为模糊矩阵 在实际运用中是很普遍的。 2.1.3 最大隶属原则 设论域 U 上的 n 个模糊子集 12, , , nA A A 构成一个标准模型库，若对任一元素 0uU有 12
22、0 0 0 0m a x , , ,inA A A Au u u u 则认为 0u 相对隶属于 iA 。 2.2 模糊综合评判概述 2 模糊综合评判法的基本思想 7是在确定评价因素集的评价等级标准和权重值的基础上，运用 模糊变换原理，以隶属度描述各因素及因子的模糊界线，构造模糊评价矩阵，通过多层的复合运算，最终确定评价对象所属等级。其基本过程 7为：（ 1）建立评价指标体系；（ 2）确定因素集；（ 3）确定权重集；（ 4）确定评语集；（ 5）建立模糊评语矩阵；（ 6）计算评价结果；（ 7）根据一定的原则给出评价报告。 2.2.1 评价指标体系的构成 对于不同的系统，评价指标体系的构成 6也不同
23、，一般可分为单层模糊综合评判和多层模糊综合评判。对于单层模糊综合评判，评价指标体系由目标层和第一层构成，构成如下示意图 2-1.对于复杂的评价问题 ，评价指标的层次还要排下去，形成多层模糊综合评判，构成如下示意图 2-2. 图 2-1 单层模糊综合评判 Figure 2-1 single-layer fuzzy comprehensive evaluation 5 图 2-2 多层模糊综合评判 Figure 2-2 multi-layer fuzzy comprehensive evaluation 2.2.2 单层模糊综合评判 （ 1）模糊变换法 以 R 表示模糊评价矩阵， W 表示权重向量
24、，要求 W 的各个元素之和为 1，即 1iW ，通过模糊变换的方式即“最大最小”原则获取评价结果向量，计算公式为 1()nj i ijib W r ( 1,2,., )jm （ 2-6） 此时无论 ijr 的值如何， i ijWr 的结果都不能大于 iW ， iW 实际上没有起到加权的作用，而是起到“过滤”、“限制”的作用。在下一步运算中通过取大，在 n 个 i ijWr 中取一个最大值，淘汰了其它因素，只是主要因素在起决定作用，比较适用于单项评判最有就能作为综合评判最优的状况。 （ 2）以“乘”代替“取小” 计算公式为 1()nj i ijib Wr( 1,2,., )jm （ 2-7） 这
25、时的 iW 不再起“过滤”、“限制”的作用，确实是在“加权”，但下一步仍然是取大运算， W 仍未能全部进入 jb ，主因素的作用仍然突出。此模型适用于模糊变换法失效，需要“加细”的情况。 （ 3）以“加 ”代替“取大” 计算公式为 1 ()nj i ijib W r( 1,2,., )jm （ 2-8） 6 这时的 iW 仍然起“过滤”、“限制”的作用，但以求和代替取大，各个因素都有参加作用的机会，主因素的作用不再那么突出了。 （ 4）加权平均 计算公式为 1nij i ijib Wr( 1,2,., )jm （ 2-9） 在加权平均算法中按普通矩阵乘法计算权重向量与评价矩阵的乘积。这种算法在
26、评价结果向量中包括所有因素的共同作用，具有很强的综合性。 2.2.3 多层模糊综合评判 由于影响油泵房安全的因素众多，如何权重分配比较均衡，由于权重要满足其之和为 1，当因素 10n ，其中会有很多因素的权重值小于 1，为了更好的分析各个因素对油泵站的影响， 须采用多层模糊综合评判。这里对多级模糊综合评判模型做一介绍，以图 2-2 三层评价体系为例。 最高层 A 表示要进行综合评价的问题，第一层 12, ,., kB B B 表示一级评价指标，第二层ijC 表示二级评价指标。 （ 1）设 12( , ,., )mB B B B 是由一级评价指标组成的因素集。设 12( , ,., )mW W
27、W W 是一个权重集，其中 iW 是对应因素 的权重，1 1mii W 。 （ 2）设 12( , ,., )i i i irC C C C 是一级评价指标 iB 对应的二级评价指标所组成的因素集。设 12( , , ., )i i i irW W W W 是权重集，其中 ijW 表示 ijC 在 iC 中的权重，1 1rijj W 。 （ 3）权重的确定可以通过专家打分法和层次分析法。 （ 4）设 12( , ,., )nV V V V 是一个评语集。 V 是一个全序集，即对 V 中任意两个评语之间总存在等差别。常见的评语集有： V=优秀，良好，中等，较差，差 ， V=优，良，中等，合格，不合格 ， V=5,4,3,2,1（分） 等。 （ 5）对 iC 中每一个因素 ijC 进行评判，得出每一因素属于各种评语的程度，从而得到模糊 评价矩阵如下： 1 1 1 2 12 1 2 2 212mmn n nmr r rr r rRr r r（ 2-10）
