阀门轴质量可靠性综合评价与研究

石冬喜

(苏州经贸职业技术学院 江苏 苏州：215009)

合金钢是制造承受大载荷、大弯扭等各种机器(如阀门轴、齿轮轴、曲轴、汽轮发电机)的重要零件[1]。合金钢的性能直接关系到这些产品的质量。在评价某一产品是否可靠的过程中，有些问题是模糊不清的。比如：如何判断石油管道中使用的阀门轴质量是否可靠？轴的物理、化学和机械等性能虽然符合质量要求，但是否在性能最佳的状态下工作？阀门轴是阀门能否可靠工作的主要零件之一。在检验阀门轴质量的过程中存在着大量不确定的问题，如何来评价阀门轴质量的可靠性，这是很多企业目前普遍存在的问题[2]。文中尝试采用评价简单且容错性好的模糊综合评价法，对阀门轴质量可靠性进行综合评价。

1 数学模型

美国科学家L.A.zadeh教授(扎德先生)在上世纪六十年代创立了一门新兴的学科——模糊理论。该理论主要包括：模糊集合理论、模糊推理、模糊逻辑及其模糊控制等内容。在扎德先生提出模糊理论之前，二十世纪二十年代，著名的哲学家和数学家B.Russell就发表一篇关于“模糊性”的论文。B.Russell教授在论文中首先提出现在使用的任何语言都是带有模糊性的，比如“高的”、“瘦的”、“小的”、“美丽的”等该类词语所表达的内容信息都存在不确定性，把这些称为不明确的和模糊的。但是在一些特定的环境中，用这些词语来描述某个具体的对象时，人们又能明白其具体的含义，不会引起大家的误解或歧义。扎德教授首次提出了用隶属函数来描述模糊性事物的概念，奠定了模糊理论的基础[3]。到目前为止模糊理论的应用非常广泛，无论是人文科学、社会科学、数学科学还是自然科学等领域，几乎所有的领域都可以用模糊理论去研究。

1.1 因素集的建立

U={u1,u2,…,um}式中μi={ui1,ui2,…,uip},(i=1,2,…,m)记为因素集U。

1.2 权重集的建立

G={G1,G2,…,Gm},评价者对评价对象可能做出的各种总的评价所组成的集合，记为评价集，用G表示。

1.3 评价集的建立

R={R1,R2,…,Rm},各因素之间的评价形成评价集，记为R。

1.4 模糊综合评判矩阵的建立

计算各个指标的隶属度，对于第i个评价指标来说，每个评语的隶属度都为R上的模糊子集(U到V的模糊映射)，Ri={Ri1,Ri2,…,Rin}

1.5 模糊评判

根据以上分析可得综合评判的结果为：

B=G·R=(b1,b2,…,bn)

1.6 评判结果计算

2 建评价模型

文中以模糊理论为计算方法，对35CrMo阀门轴质量可靠性进行综合评价。若直接对35CrMo阀门轴质量进行可靠性进行评价，影响阀门轴产品质量的因素较多，在评价之前需要先利用灰色关联法来确定阀门轴和各影响因素的关联程度。根据建立的评价指标体系对各指标赋予权重系数，最后再通过采用专家打分法，最终确定各指标的权重系数。

2.1 评价指标体系的建立

评价指标体系的确定是最关键的环节，评价指标体系选择是否合理是评价能否成功的关键。指标选取的时候不能盲目追求过多的指标，指标选取太多会造成重复性评价；指标选取太少会造成对所评价的内容不具有代表性。只有科学而合理地选取评价指标，才能获得合理的评价结果。

在综合评价前，我们把不同材料的性能按不同项目进行分类，然后再逐级计算权重系数[5]，最终得到需要的结果，详见表1。

35CrMo阀门轴材料的硬度需要符合以下表2的要求，表2为材料布氏硬度评价指标的量化标准表。

2.2 评价软件的编写

文中通过VB编辑语言，编写了“基于模糊理论的阀门轴质量可靠性评价系统”，该软件可以代替人工计算，对阀门轴类质量可靠性进行综合的评价[6]。该软件可以对阀门轴的力学、物理、化学三大性能进行评价和分析，该评判软件编写简单﹑可操作性强。

表1 指标权重

表2 材料布氏硬度评价指标的量化标准表 (HB)

评价软件采用了人机对话式的操作界面，操作比较简单。界面可以很好的显示评价所需的指标参数及对话框[7]，具体有以下几个功能：评价指标体系﹑评语﹑评价对象、权重计算﹑模糊评判﹑结果显示等，下面选取了计算隶属度函数的几条条件性判断语句[8]。

Private Sub Command1_Click()

If Text1 = 0.38 Or Text1 = 0.40 Then

Text3.Text = 1

ElseIf Text1 = 0.32 Or Text1 = 0.37 Then

Text3.Text = 2

ElseIf Text1 = 0.33 Or Text1 = 0.36 Then

Text3.Text = 3

ElseIf Text1 = 0.34 Or Text1 = 0.35 Then

Text3.Text = 4

ElseIf Text1 = 0.34 Then

Text3.Text = 5

End If

End Sub

将已经输入的原始数据进行模糊综合评价，再对模糊综合评价的结果归一化处理查看各个评语的隶属度，则可以计算出该评价对象的最终分值，如图1。

图1 模糊评判

在所有的数据录入评价软件后,可以得出最终结果，还可以按照需要修正数据再次评价。根据软件得出的评价值可以与实验测出的实际值进行对比，来判断评价是否科学合理。表3为阀门轴主要指标统计图，其中各类元素含量的单位按质量百分比折算。

表3 阀门轴主要性能指标

2.3 评价模型

文中聘请了10名在供应、质检﹑采购﹑仓管、预算、生产﹑设计﹑装配等方面具有丰富经验的专家，在专家们评价打分的时候，各专家都是相互独立的，保证分数的真实性。通过对这10名专家打分的内容进行归类，然后计算出各因素的权重，最终得出隶属度矩阵，表4为一级评价指标权重和评分表。

表4 一级评价指标权重和评分

对评语中的各个元素量化处理，对该阀门轴质量的可靠性进行打分，如果该材料分数越靠近100分，说明该材料可靠性非常的高，反之如果靠近0分则说明该材料的可靠性越低。依次可以实现二级综合评价和三级综合评价[9]。

2.4 结果的分析

通过阀门轴主要指标(表3)、模糊理论的评价标准和实验得出的数据，可以判断35CrMo阀门轴质量的可靠性较好，进一步分析还可以得出以下结论：

该阀门轴材料的断面收缩率实际值有点高，断面收缩率高说明了该材料的塑性变形能力好和材料的加工性能好，这样反而有利于提高材料的安全使用性能。该材料的屈服强度刚超过标准最小值，可以对材料进行再次热处理，提高该材料的屈服强度。屈服强度是说明了材料受到应力后，从弹性状态非均匀性向弹塑性状态过渡，这样标志着宏观塑性变形的开始。该材料的布氏硬度值偏低，刚刚符合最小硬度值，这很有可能在阀门轴使用的过程中发生疲劳断裂。

综上所述，可以得出这个阀门轴质量的可靠性相对较好。

3 结语

在对轴类零件可靠性评价过程中，存在着很多不确定性和模糊性的问题，很难用一般的方法来表述，模糊理论可解决传统方法不能解决的问题。模糊理论的最大优点是：通过少量数据就能得到精确地数值，从而可以弥补阀门轴质量评价研究中数据偏少的问题[10]。文中建立基于模糊理论的阀门轴综合评价模型，评价的指标体系还需进一步完善，评价指标体系需要更全面和合理，基于VB语言编写的评价软件系统还不够稳定，实验过程中的数据还要更全面些，以贴近产品实际工作条件。