基于模糊可靠性理论的矿业工程系统可靠性分析

基于模糊可靠性理论的矿业工程系统可靠性分析

1采空区的可靠性原则矿业工程系统不同于一般的“人机制”系统。矿业工程的对象是埋藏在地下的矿产资源,其作业场所不是固定的,而是移动的。若沿用一般的“人—机”系统理论来研究其可靠性问题,就忽略了矿业工程的特点,避开了矿产资源这一主体。因此,矿业工程系统应归为“人—自然—机器”系统。这一大型复杂系统可以分解为“人—自然”、“人—机器”、“自然—机器”三个子系统。各个子系统的可靠性研究有如下特点:(1)“人—自然”子系统是人认识自然资源物态和物性的过程。矿体的物态和物性是客观存在的,但是由于人们现有的勘探设备及手段尚不臻完善,对矿体的认识既有模糊性,又有随机性。“人—自然”子系统的可靠性可归结为矿产资源可靠性,其研究方法是以模糊技术、数理统计和可靠性理论相结合;(2)“人—机器”子系统是人选择、控制、管理设备及技术的过程。其可靠性可归结为开采工艺系统可靠性,研究方法以传统的可靠性理论为主;(3)“自然—机器”子系统是人选择的工艺、设备与自然资源相配合达到预定目标的过程。其可靠性可归结为采掘工程可靠性,研究方法以模糊技术与可靠性理论相结合。对整个矿业工程系统进行可靠性综合研究,首先要确定三个子系统之间的功能关系。自然资源是开采工艺和采掘工程的作业对象,因而自然资源系统是基础;采掘工程是开采工艺与自然资源相匹配的过程,开采工艺选择的正确与否是能否保证采掘工程顺利推进的关键;采掘工程是完成预定目标(如产量、利润等)的保证,是矿业工程的归宿。三个子系统的逻辑功能关系为串联关系(附图).对这类逻辑串联系统,王光远提出用条件概率的方法求其可靠性。该法的缺陷是仅考虑了随机性,忽略了模糊性。本文采用的模糊可靠性理论则可有效弥补概率方法在复杂系统可靠性分析与综合中的不足。2cf型模糊可靠度传统的可靠性理论是以随机性为基础的,而模糊可靠性理论则把随机性和模糊性有机结合起来进行可靠性研究。模糊可靠性问题有三类(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)。矿业工程系统中各子系统的可靠性问题在一般情况下可近似看作(CF)型。系统的CF型模糊可靠度是指系统在规定的作业条件下,在预期的使用时间内,保持其规定功能的模糊语言概率,用风(ω)表示,其中ω代表某一清晰事件.用来表示概率语言值的模瑚子集称为语言值模糊子集并可分为以下九类:极可靠、很可靠、可靠、较可靠、临界可靠、较不可靠、不可靠、很不可靠、吸不可靠,即用这九个基本模糊子集完全划分模瑚可靠性语言空间ε,可表示为:ε={π1,π2,π3,π4,π5,π6,π7,π8,π9}根据模糊概率论,可以确定这九个基本模糊子集的隶属函数,如其中a是参数,且0.5<a<R。利用(1),可将某一清晰事件的精确可靠度换算成相应的模糊可靠性语言值3基于矿工程系统的分析3.1矿床构造概率自然资源(矿产资源)可靠性是指在一定对间内,在规定勘探条件下,人们准确判断矿体的形态、持性、储量及矿床构造的概率。影响自然资源可靠性的地质因素主要有:(1)矿体自然特征,如矿石硬度、矿床品位、矿体厚度和矿体倾角变化等;(2)围岩特征,如围岩稳定性、含水性等;(3)地质构造,如断层、褶皱、岩浸等。目前自然资源可靠性的研究主要分为储量可靠性研究和地质构造可靠性研究,研究方法多为地质统计学模拟法。3.2工艺系统设计就露天矿而言,其开采工艺系统可以分为间断工艺系统、连续工艺系统、半连续工艺系统和综合工艺系统等。开采工艺系统可靠性是指系统在稳态下的可靠度或可用度。目前开采工艺系统的可靠性研究较多其研究方法是直接采用传统的可靠性理论。3.3矿山生产设计或计划指标的能力采掘工程可靠性是指在规定的时间内及已知的约束条件下,矿山生产能够达到设计或计划指标的能力。设矿山生产实际指标为X,;设计指标Y1,,则第i个生产指标的可靠度为采掘工程可靠性研究方法有模拟法及统计分析法等。4在整体上,建立了模糊可靠性语言值的编码关由自然资源、开采工艺和采掘工程子系统组成的矿业工程系统,是逻辑上或功能上的串联系统,理论上归为成败型串联系统。各子系统及整个系统的状态不能简单地分为“工作”和“失效”状态。在矿业工程实践中,系统安全失效的情况极为罕见。一般是处于低效或高效运行的状态,“工作”与“失效”的状态难以界定,只是若系统处于低效运行状态,完不成设计或计划指标,对矿山经营者来说意味着生产成本增加或利润减少,利用模糊可靠性理论,将清晰事件的精确可靠度换算为模糊可靠性语言值,可以对系统听处的状态做出比较合适的描述。串联系统的模糊可靠度计算公式为其中模糊化处理反映各子系统相互影响的关系,乘积形式反映串联关系。算例。矿业工程系统中三个子系统的精确可靠度分别为R1=0.80,R2=0.65,R3=0.80,将其表示为模糊可靠性语言值分别为(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}归一化为R={0.0026,0.1281,0.4529,0.2088,0.2076,0,0,0}根据最大贴近度原则,可以得出用模糊语言值表示的矿业工程系统的模糊可靠性为可靠(π3),与矿业工程实践相符合。如果按精确可靠度用串联公式求解,即R=R1×R2×R3=0.