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(duì)象是埋藏在地下的礦產(chǎn)資源,其作業(yè)場(chǎng)所不是固定的,而是移動(dòng)的。若沿用一般的“人—機(jī)”系統(tǒng)理論來(lái)研究其可靠性問(wèn)題,就忽略了礦業(yè)工程的特點(diǎn),避開(kāi)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(gè)子系統(tǒng)。各個(gè)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(shí)自然資源物態(tài)和物性的過(guò)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(duì)礦體的認(rèn)識(shí)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(guò)程。其可靠性可歸結(jié)為開(kāi)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(guò)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(duì)整個(gè)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(gè)子系統(tǒng)之間的功能關(guān)系。自然資源是開(kāi)采工藝和采掘工程的作業(yè)對(duì)象,因而自然資源系統(tǒng)是基礎(chǔ);采掘工程是開(kāi)采工藝與自然資源相匹配的過(guò)程,開(kāi)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(rùn)等)的保證,是礦業(yè)工程的歸宿。三個(gè)子系統(tǒng)的邏輯功能關(guān)系為串聯(lián)關(guān)系(附圖).對(duì)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(lái)進(jìn)行可靠性研究。模糊可靠性問(wèn)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(wèn)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(shí)間內(nèi),保持其規(guī)定功能的模糊語(yǔ)言概率,用風(fēng)(ω)表示,其中ω代表某一清晰事件.用來(lái)表示概率語(yǔ)言值的模瑚子集稱為語(yǔ)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(gè)基本模糊子集完全劃分模瑚可靠性語(yǔ)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(gè)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(yǔ)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(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(shí)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(gè)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(yǔ)言值的編碼關(guān)由自然資源、開(kāi)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(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)不能簡(jiǎn)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(jiàn)。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(duì)礦山經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)意味著生產(chǎn)成本增加或利潤(rùn)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(yǔ)言值,可以對(duì)系統(tǒng)聽(tīng)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(gè)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(yǔ)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(yǔ)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.