基于模糊可靠性理論的礦業(yè)工程系統(tǒng)可靠性分析

基于模糊可靠性理論的礦業(yè)工程系統(tǒng)可靠性分析

1采空區(qū)的可靠性原則礦業(yè)工程系統(tǒng)不同于一般的“人機(jī)制”系統(tǒng)。礦業(yè)工程的對象是埋藏在地下的礦產(chǎn)資源,其作業(yè)場所不是固定的,而是移動的。若沿用一般的“人—機(jī)”系統(tǒng)理論來研究其可靠性問題,就忽略了礦業(yè)工程的特點(diǎn),避開了礦產(chǎn)資源這一主體。因此,礦業(yè)工程系統(tǒng)應(yīng)歸為“人—自然—機(jī)器”系統(tǒng)。這一大型復(fù)雜系統(tǒng)可以分解為“人—自然”、“人—機(jī)器”、“自然—機(jī)器”三個子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)的可靠性研究有如下特點(diǎn):(1)“人—自然”子系統(tǒng)是人認(rèn)識自然資源物態(tài)和物性的過程。礦體的物態(tài)和物性是客觀存在的,但是由于人們現(xiàn)有的勘探設(shè)備及手段尚不臻完善,對礦體的認(rèn)識既有模糊性,又有隨機(jī)性?！叭恕匀弧弊酉到y(tǒng)的可靠性可歸結(jié)為礦產(chǎn)資源可靠性,其研究方法是以模糊技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和可靠性理論相結(jié)合;(2)“人—機(jī)器”子系統(tǒng)是人選擇、控制、管理設(shè)備及技術(shù)的過程。其可靠性可歸結(jié)為開采工藝系統(tǒng)可靠性,研究方法以傳統(tǒng)的可靠性理論為主;(3)“自然—機(jī)器”子系統(tǒng)是人選擇的工藝、設(shè)備與自然資源相配合達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的過程。其可靠性可歸結(jié)為采掘工程可靠性,研究方法以模糊技術(shù)與可靠性理論相結(jié)合。對整個礦業(yè)工程系統(tǒng)進(jìn)行可靠性綜合研究,首先要確定三個子系統(tǒng)之間的功能關(guān)系。自然資源是開采工藝和采掘工程的作業(yè)對象,因而自然資源系統(tǒng)是基礎(chǔ);采掘工程是開采工藝與自然資源相匹配的過程,開采工藝選擇的正確與否是能否保證采掘工程順利推進(jìn)的關(guān)鍵;采掘工程是完成預(yù)定目標(biāo)(如產(chǎn)量、利潤等)的保證,是礦業(yè)工程的歸宿。三個子系統(tǒng)的邏輯功能關(guān)系為串聯(lián)關(guān)系(附圖).對這類邏輯串聯(lián)系統(tǒng),王光遠(yuǎn)提出用條件概率的方法求其可靠性。該法的缺陷是僅考慮了隨機(jī)性,忽略了模糊性。本文采用的模糊可靠性理論則可有效彌補(bǔ)概率方法在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析與綜合中的不足。2cf型模糊可靠度傳統(tǒng)的可靠性理論是以隨機(jī)性為基礎(chǔ)的,而模糊可靠性理論則把隨機(jī)性和模糊性有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行可靠性研究。模糊可靠性問題有三類(1)模糊事件,清晰概率(FC);(2)清晰事件,模糊概率(CF);(3)模糊事件,模糊概率(FF)。礦業(yè)工程系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的可靠性問題在一般情況下可近似看作(CF)型。系統(tǒng)的CF型模糊可靠度是指系統(tǒng)在規(guī)定的作業(yè)條件下,在預(yù)期的使用時間內(nèi),保持其規(guī)定功能的模糊語言概率,用風(fēng)(ω)表示,其中ω代表某一清晰事件.用來表示概率語言值的模瑚子集稱為語言值模糊子集并可分為以下九類:極可靠、很可靠、可靠、較可靠、臨界可靠、較不可靠、不可靠、很不可靠、吸不可靠,即用這九個基本模糊子集完全劃分模瑚可靠性語言空間ε,可表示為:ε={π1,π2,π3,π4,π5,π6,π7,π8,π9}根據(jù)模糊概率論,可以確定這九個基本模糊子集的隸屬函數(shù),如其中a是參數(shù),且0.5<a<R。利用(1),可將某一清晰事件的精確可靠度換算成相應(yīng)的模糊可靠性語言值3基于礦工程系統(tǒng)的分析3.1礦床構(gòu)造概率自然資源(礦產(chǎn)資源)可靠性是指在一定對間內(nèi),在規(guī)定勘探條件下,人們準(zhǔn)確判斷礦體的形態(tài)、持性、儲量及礦床構(gòu)造的概率。影響自然資源可靠性的地質(zhì)因素主要有:(1)礦體自然特征,如礦石硬度、礦床品位、礦體厚度和礦體傾角變化等;(2)圍巖特征,如圍巖穩(wěn)定性、含水性等;(3)地質(zhì)構(gòu)造,如斷層、褶皺、巖浸等。目前自然資源可靠性的研究主要分為儲量可靠性研究和地質(zhì)構(gòu)造可靠性研究,研究方法多為地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)模擬法。3.2工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)就露天礦而言,其開采工藝系統(tǒng)可以分為間斷工藝系統(tǒng)、連續(xù)工藝系統(tǒng)、半連續(xù)工藝系統(tǒng)和綜合工藝系統(tǒng)等。開采工藝系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的可靠度或可用度。目前開采工藝系統(tǒng)的可靠性研究較多其研究方法是直接采用傳統(tǒng)的可靠性理論。3.3礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)或計(jì)劃指標(biāo)的能力采掘工程可靠性是指在規(guī)定的時間內(nèi)及已知的約束條件下,礦山生產(chǎn)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)或計(jì)劃指標(biāo)的能力。設(shè)礦山生產(chǎn)實(shí)際指標(biāo)為X,;設(shè)計(jì)指標(biāo)Y1,,則第i個生產(chǎn)指標(biāo)的可靠度為采掘工程可靠性研究方法有模擬法及統(tǒng)計(jì)分析法等。4在整體上,建立了模糊可靠性語言值的編碼關(guān)由自然資源、開采工藝和采掘工程子系統(tǒng)組成的礦業(yè)工程系統(tǒng),是邏輯上或功能上的串聯(lián)系統(tǒng),理論上歸為成敗型串聯(lián)系統(tǒng)。各子系統(tǒng)及整個系統(tǒng)的狀態(tài)不能簡單地分為“工作”和“失效”狀態(tài)。在礦業(yè)工程實(shí)踐中,系統(tǒng)安全失效的情況極為罕見。一般是處于低效或高效運(yùn)行的狀態(tài),“工作”與“失效”的狀態(tài)難以界定,只是若系統(tǒng)處于低效運(yùn)行狀態(tài),完不成設(shè)計(jì)或計(jì)劃指標(biāo),對礦山經(jīng)營者來說意味著生產(chǎn)成本增加或利潤減少,利用模糊可靠性理論,將清晰事件的精確可靠度換算為模糊可靠性語言值,可以對系統(tǒng)聽處的狀態(tài)做出比較合適的描述。串聯(lián)系統(tǒng)的模糊可靠度計(jì)算公式為其中模糊化處理反映各子系統(tǒng)相互影響的關(guān)系,乘積形式反映串聯(lián)關(guān)系。算例。礦業(yè)工程系統(tǒng)中三個子系統(tǒng)的精確可靠度分別為R1=0.80,R2=0.65,R3=0.80,將其表示為模糊可靠性語言值分別為(a=0.60)R1=R3={0.25,05,0.5,0.29,0.23,0,0,0,0}R2={0.0064,0.08,0.2828,0.3878,0.6122,0,0,0,0}由(4)得R=R1×R2×R3={0.0004,0.02,0.0707,0.0326,0.0324,0,0,0,0}歸一化為R={0.0026,0.1281,0.4529,0.2088,0.2076,0,0,0}根據(jù)最大貼近度原則,可以得出用模糊語言值表示的礦業(yè)工程系統(tǒng)的模糊可靠性為可靠(π3),與礦業(yè)工程實(shí)踐相符合。如果按精確可靠度用串聯(lián)公式求解,即R=R1×R2×R3=0.