真空干燥设计方案的模糊综合评价 - 文章

真空干燥设计方案的模糊综合评价

作者：国家粮食储备局郑州科学研究设计院赵祥涛

摘要：构建了真空干燥模糊综合评价指标体系，运用综合评价法和模糊数学的相关理论建立了模糊综合评价模型，通过对300t/d玉米真空低温连续干燥具体案例进行评价，为真空干燥在设计过程中选择最佳的方案提供了理论依据。
关键词：真空干燥设计方案模糊综合评价

0 引言

模糊综合评价法是一种运用模糊数学原理分析和评价具有“模糊性”的事物的系统分析方法。它是一种以模糊推理为主的定性与定量相结合、精确与非精确相统一的分析评价方法。由于这种方法在处理各种难以用精确数学方法描述的复杂系统问题方面所表现出的独特优越性，近年来已在许多学科领域中得到了非常广泛的应用。

在粮食真空低温连续干燥塔的设计过程中，由于真空干燥塔设计的复杂性，系统模糊性相对增强。真空干燥塔的整体质量基本上取决于设计质量，因此，设计阶段是决定该装置优劣的关键，而在设计阶段时的设计方案又对设计的成败起着决定性的作用。针对真空干燥塔生产能力、稳定性、可靠性、适应性、经济性等诸多因素的影响，真空干燥塔的设计方案是一个多解性及相对性的问题。面对多种的设计方案，设计时通过科学的评价和决策以确定最佳设计方案。通过模拟评价，给出直观清晰的综合评判值，为真空干燥塔的设计来选择合适的方案提供一种参考途径。

1 构建模糊综合评价体系

根据粮食真空干燥塔方案模糊综合评价体系的各项指标评价所属类型，将其划分成不同的指标层，形成一个多层次的结构模型。目标层为理想的结果层，指标层是影响评价的因素层，子指标层为评价准则，方案层为评价对象。真空干燥塔模糊综合评价体系如图1所示。通过建立数学模型，经过分析计算，获得待选方案的评价结果，优选最佳方案。

图1 真空干燥塔模糊综合评价体系

2 模糊综合评价法原理

模糊综合评判的数学模型是建立在模糊数学（Fuzzy mathematics）基础上的一种定量评价模式，它是应用模糊变换原理（Fuzzy transformation principle）和最大隶属度原则（Maximum membership principle），考虑与被评价事物相关的各个因素，对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价，叫做模糊综合评价法(Fuzzy comprehensive evaluating method)。这里评价的着眼点是各个相关因素。

2.1 一级模糊综合评价模型

一级模糊综合评价的主要步骤如下：

（1）建立因素集U

影响真空干燥塔设计方案比选的因素较多，可用统计法和专家评判法，根据模糊综合评价体系将若干项影响较大的比较价值指标列入因素集。本文采用专家评判法，确定设计方案比选的因素集如下：

2）建立评语集V

评语集是评判者对评价对象可能做出的各种总的评价结果所组成的集合。专家评语可用定性评语和定量评分法给出，本文专家评语按照评语集V={很差，差，较差，一般，较好，好，很好}中的评语等级定性给出，用数字表示评语集V={-3，-2，-1，0，1，2，3}。由经验和推理得专家评语对评语集的隶属度(Degree of membership)，如表1所示。

表1 专家评价等级对评语集的隶属度

（3）建立单因素评价矩阵。对每一个被评价的因素建立一个从U到V的模糊关系R，从而组成单因素评价矩阵为：

其中，

，模糊子集，通常称为模糊矩阵（Fuzzy matrix），由各单因素评判结果得到， rji表示j个因素对第 i个评语的隶属度。

（4）建立权重集。在因素集中，各因素的重要程度是不一样的，为了反映各因素的重要程度，需要对各因素赋予一定的权数，由各权数组成的集合成的集合称为权重集，记为：

其中A是U上的模糊子集，常称为关于U上的权向量；权重应满足归一性和非负性，即

，这称为归一化原则。

目前权重的确定方法可分为主观赋权法和客观赋权法两类，主观赋权法是由决策分析者根据各指标的主观重视程度而赋权的一类方法，主要有专家评判法、相邻比较法（环比评分法）、两两赋值法、二项系数法、最小二乘法、层次分析法（AHP）等，由于引进了人为干预，这些方法都难以摆脱人为因素及模糊随机性的影响；客观赋权法一般是根据所选择指标的实际信息形成决策矩阵，在此矩阵基础上通过客观运算形成权重，该方法尽量避免了主观赋权法的人为因素，但权值的求取相对有一定难度，常用的如熵值法等。

（5）模糊综合评价。权重系数A与隶属矩阵R做合成运算。合成矩阵

，其中B是V上的模糊子集，常称为综合评判结果向量；“。”为合成运算，可取为（＋，×）。模糊数学理论的创始人，美国控制论专家L.A.Zadeh将模糊“与” 算子记为“×”，模糊“或” 算子记为“+”。但“+”符号并非是求和，“×”符号也不是乘的意思。

当确定综合评判的结果属于哪个评语时，采取最大隶属度原则

时，则断定评判结果为第个评语。综合评判值最大者即为最佳方案。

一级模糊综合评价是模糊综合评价法的最基本形式，对于较简单的问题，可得到较科学的结果。但对于复杂的问题，由于要考虑诸多的因素，各因素往往又有不同层次，还需要采用多级模糊综合评价法。

2.2 多级模糊评判方法

在复杂系统中，由于要考虑的因素很多，并且各因素之间往往还有层次之分。在这种情况下，应该考虑将着眼因素集合U按某些属性分成几类，先对每一类做综合评判，然后再对评判结果进行“类”之间的高层次的综合评判。下面以二级模糊综合评价模型为例介绍其构成过程：

（1）划分因素集U。对因素集U按某种属性划分成N个子集合，即

此结果再根据最大隶属度原则，所得结果即为最后评判结果。按照同样方法还可以建立三级、四级和多级综合评价模型，这些统称为多层次评价模型。

2.3 模糊综合评价指标量化

由前所述评语集数字化为：V={-3，-2，-1，0，1，2，3}，评价对象模糊综合评价可以量化为：

，由各设计方案模糊综合评价的量化值可以进行综合比选，量化值越大，则设计方案越佳。

3 实例分析

以300t/d东北玉米真空低温连续干燥设计方案的模糊综合评价为例。结合作业现场实际和干燥作业能力的要求，在项目可行性研究报告中提出了两种设计方案，现对其进行二级模糊综合评价，确定出最佳设计方案。

专家在研究过项目可行性论研究告后，对每一种方案中的每一个评价因素作出评价，给出专家评价等级如表2所示。

表2 专家给定各评价因素的评价等级

由专家评价等级对评语集的隶属度（见表1），可以得出方案Ⅰ的单因素评价矩阵。

一级模糊综合评价计算：

二级模糊综合评价计算：

将四个子集的评判值

组成新矩阵：

由上述计算结果，方案Ⅱ更优，结果更为可靠，更加符合生产实际需求，对后续工作中具体零部件设计有一定的指导作用。
3 结束语
本文为真空干燥塔的设计方案提供了一个有效的细化指标体系和量化方法，采用多因素多级模糊综合评判方法，详细地介绍了建立数学模型的方法和步骤，在层次分析法的基础上来确定各项指标的权重，提高了评价结果的客观性和准确性，因此，能够比较科学地、客观地反映各个评价指标的相对重要性和对设计方案的贡献及影响，从而能够客观有效地选择出更加合理及令人满意的方案，设计出更加合适的真空干燥塔。
参考文献
[1] 彭祖赠，数学模型与建模方法，大连海事大学出版社，大连，1997.
[2] 陈鸣钊、张志烈、樊宝康，模糊数学及其应用，河海大学出版社，1992.5
[3] 谢季坚，刘承平，模糊数学方法及其应用，华中科技大学出版社，2006.8
[4] 汪应洛，系统工程，机械工业出版社，1997.
[5] 赵祥涛, 新型节能高效保质粮食干燥工艺与设备研究与设计，中国粮油学会第三届学术年会论文集，2004,9.
[6] 赵祥涛, 粮食干燥品质质量AHP综合评价，干燥技术与设备，2007.3
[7] 赵祥涛，真空技术在粮食行业的应用与发展，四川：粮食储藏，2006,4
[8] 赵祥涛，高水分玉米真空低温干燥工艺生产性试验研究，杭州：干燥技术与设备，2007，4
[9] 赵祥涛，真空干燥设计方案的模糊综合评价，北京：第11届全国干燥会议论文集，2007，8
[10] 赵祥涛，粮食干燥企业工艺优选的模糊综合评价，北京：北京：第11届全国干燥会议论文集，2007，8
[11] 赵祥涛，粮食干燥整体效益AHP综合评价，北京：北京：第11届全国干燥会议论文集，2007，8
[12] 赵祥涛等，低温真空干燥技术与设备的发展前景与适用范围，河南：粮食流通技术,2004,4
[13] 赵祥涛等，东北玉米颗粒破碎敏感性分析报告，河南：粮食流通技术,2005,5

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划“粮食干燥新技术装备和设施研究开发与示范”项目（2006BAD08B06）。(end)

(投稿) (2007-8-22，阅读2256次)

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