高速列车传动系统可变模糊安全评价

高速列车传动系统可变模糊安全评价高速列车传动系统可变模糊安全评价摘要:高速列车、又称高速火车，是能够在铁路线上持续高速行驶的列车。因为很多高速列车的车头都属于流线造型的设计，所以又被大众称为火箭头列车。高速列车是如今各种新型科技的结晶，也是世界在陆地领域交通方面的又一重大突破，具有速度快、运量大、安全舒适和清洁环保等诸多优点。高速列车的重要组成部分是传动系统，它是高速列车的核心，它的安全性与高速列车的安全性能和使用寿命息息相关，如何正确评价传动系统安全性能，这个问题值得我们深入研究。在可变模糊理论和层次分析法的基础上，引用了一种评价传动系统安全等级的方法，基于ISM建立一种多层次，多指标的可变模糊集评价模型。利用层次分析法对每个指标进行构权，结合可变模糊级评价方法计算每个指标的隶属度。由隶属度和权重得出评价层的评价值，再由等级特征值确定安全评价结果，最后根据结合实际情况给出合理化建议关键词:可变模糊集；层次分析法；ISM；传动系统Variablefuzzysafetyevaluationofhigh-speedtraintransmissionsystemAbstract:high-speedtrains,alsoknownashigh-speedtrains,aretrainsthatcancontinuetorunathighspeedsonrailwaylines.Becausethefrontofmosthigh-speedtrainsadoptsstreamlineddesign,itisalsocalledthebullettrainorrockettrainbythepublic.High-speedtrainisthecrystallizationofvariousnewtechnologiesandisalsoanothermajorbreakthroughintheworld'slandtransportation.Ithasmanyadvantagessuchasfastspeed,largevolume,safetyandcomfort,cleanandenvironmentalprotection.Theimportantpartofhigh-speedtrainistransmissionsystem,whichisthecoreofhigh-speedtrain.Itssafetydeterminesthesafetyperformanceandservicelifeofhigh-speedtraintoagreatextent.Howtocorrectlyevaluatethesafetyperformanceofthetransmissionsystemisworthourin-depthstudy.e.Basedonvariablefuzzytheoryandanalytichierarchyprocess(AHP),amethodforevaluatingtransmissionsystemsecuritygradeisestablished,andamulti-levelandmulti-indexvariablefuzzysetevaluationmodelisestablishedbasedonISM.AHPisusedtoconstructtheweightofeachindex,andvariablefuzzylevelevaluationmethodisusedtocalculatethemembershipdegreeofeachindex.Theevaluationvalueoftheevaluationlayerisobtainedfromthemembershipdegreeandweight,andthenthesafetyevaluationresultisdeterminedbythegradeeigenvalue,Finally,givereasonablesuggestionsbasedontheactualsituation.Keywords:variablefuzzyset;analytichierarchyprocess;ISM;transmissionsystem目录1绪论 绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景在这个经济迅速发展的时代，人们对交通运输的需求也越来越大。如何缓解巨大的铁路压力是我们面临的重大考验,为此我国近年来不断地提高列车速度，铁路的发展与时俱进，现如今，我国高速列车时速已经达到300km/h左右，世界上最快的列车正是我国的CIT500型号列车，在这项技术的研究上，我国已然是登峰造极。与此同时，中国有245个城市的人口在50万以上,大多都是远距离的出行,因此，铁路运输承受着很大的压力。随着经济的快速的发展和科技的卓越进步，人们的物资交换以及旅游度假的频率也越来越高，而高速铁路的发展,不只是打破城市与城市间的隔阂,更是为人们的出门方式提供了全新的选择。人们对列车速度的不断追求，也让它充满了风险，在高速运行的环境下，哪怕系统内部出现极小的设备故障或者受到一丝丝的外部影响，都会导致无法承担的后果。例如以前震惊全国的7.23事件，甬温线浙江省温州市境内,由北京南站开往福州站的D301次列车与杭州站开往福州南站的D3115次列车发生动车组列车追尾事故[1],造成40人死亡、172人受伤,中断行车32小时35分,直接经济损失19371.65万元。究其原因是中心设备存在严重设计缺陷，上级监督管理的缺失以及上海铁路局的应急处置不力。1.1.2研究意义列车的安全运行是铁路发展的重中之重。因此，不仅列车内部环境要达标，人员的操作因素，设备的定期维护，以及外部环境的预测都要达到安全的水准。传动系统属于列车的核心，其部件运行状况直接影响到系统的安全，这就要求工作人员在审核时一丝不苟，不能放走任意一件不合格的部件。可在实际运行中，还会受到天气的影响，自身的振动以及各种各样突发情况。传动系统安全问题愈发严重,我们必须要采取措施将风险降至最低。安全评价就是通过一些途径对列车进行调查，再运用相关的理论知识构建科学的评价模型，并且作出分析评价，最后基于评价状况给出相应的建议，为铁路的运营和列车的构造提供相应的决策依据。1.2国内外研究现状传动系统也是列车的核心动力输出部件，它对于列车就好比水对于鱼儿，有着不可估量的作用，二者是无法分割的。孙刚[2]从仿真角度研究出加速度随时间变化关系，对传动系统动力学特性有了更进一步的了解。宫海彬[3]在已有研究的基础上创新提出了列车的实验台模型对列车可靠性进行探索，并且开展了对系统振动环境探索的先河。在上个世纪，我国陈守煜教授提出了可变模糊集理论，用于解决动态的模糊性问题。虽然看起来与模糊评价方法有点形似，但实际还是有所区别的，它赋予这个方法可变的系数，使得动态的模糊问题也可以在隶数函数面前迎刃而解。一经提出，该理论的提出震惊了当时的各大学者，随后被用到地理，工程以及环境和日常生活领域，并且得到了不错的反馈。地理学当面，张珍华[4]从各种方面综合考虑，运用可变模糊知识对洛阳地区暴风雨进行脆弱性评价，并且针对评价状况提出了相应的措施。工程学方面，张彦霞[5]对平衡计分卡进行了改进，然后结合实际状况构建模型，并且选取实际案例进行分析，研究出绩效评价随区间变化而变化的曲线。环境学方面，何冠洁[6]在已有研究的基础上，用可变模糊方案另辟蹊径提供了一种全新的思维模式，对溃坝进行风险研究。日常生活方面，罗景峰[7]将可变模糊和粗糙理论结合，简化了工作量，经过证明该方法是客观且有效的，因此也适用于预警领域的其他对象研究。国外也有许多评价方法的研究，Mohajeri

M[8]等人把后果分析和潜在失效模式与模糊方法结合起来，应用在安全事故评价之中，在建筑风险筛选事件中提供了一个有效可以的方法。Shen

Y,

Hermans

E[9]等人用数据包括法对欧盟成员国家的道路进行了事故分析，为了清楚自己国家和他国的差距，从而结合国情对本国道路加强管理。IwasakiR[10]等人在概率研究的基础上研究出建筑物抗震的评价方法，并选取建筑进行分析，得到的结果与原文献一致，证明了方法的科学性和客观性。1.3主要研究内容基于可变模糊级对高速列车传动系统进行多级安全评价，需要传动系统进行分级，而对于传动系统而言，影响因素有很多，我们要通过查阅资料找到合适的指标。本文利用ISM模型建立模型，随后用层次分析法计算权重，紧接着用可变模糊方法获取特征值，得到安全评价等级。所做工作如下:a)阅读相关文献，选择指标，按层次结构建立起传动系统的安全评价体系。b)通过层次分析法确定评价指标的权重，以期指标权重的确定更加合理准确。c)将各种评价方法进行对比，从而选用可变模糊安全评价模型，使计算过程比较方便，所得结果更加客观。d)论文在建立可变模糊模型后，选取某一列车传动系统实例分析，证明该模型的科学性和合理性。e)根据评价状况找到列车存在的问题，给出合理的建议。1.4本章小结本章介绍了课题选取的背景，当代高速列车的流行以及故障的频发。随后引出该课题研究的意义，可以通过安全评价对列车的状况提出针对性的建议，从而保障旅客人身安全。2安全评价及研究方法概述2.1安全性评价概念安全评价在国外被称为风险评估或危害评估，目的是实现工程和系统的安全。运用安全系统工程的原理和方法，对工程和系统中存在的危害和有害因素进行识别和分析，判断工程和系统中事故和职业危害的可能性和严重性，为制定预防措施和管理决策提供科学依据。安全评价技术的有效应用可以帮助我们随时了解系统的安全状况，掌握系统安全的发展趋势，根据安全评价结果制定预防措施，减少安全风险和不必要的损失。摘要安全评价的实际作用促使许多政府和生产经营单位加强对安全评价的研究，制定自己的安全评价方法，对事件前后的安全评价体系进行评估，对系统的安全性和可靠性进行分析和预测，尽量避免不必要的损失。2.2安全性内涵安全是指系统在给定的条件和时间内，没有人员伤亡、财产损失等事故，能够完成给定的功能。安全直接关系到人民生命财产的安全，是衡量和判断一个系统性能的重要指标之一。传动系统的安全性是指传动系统在其制造和使用寿命内能够正常运行，不会造成列车人员生命财产安全事故的性能。2.3解释结构模型解释结构模型法，简称ism方法。它是将一个复杂的系统分解成多个子系统，利用人们的实践经验和知识，借助计算机的帮助，形成多层次的层次结构模型。该模型主要建立在定性分析的基础上，属于结构模型。它可以将模糊的思想和观点转化为一个具有良好结构关系的直观模型。特别适用于变量多、关系复杂、结构不明确的系统分析。它也可用于排序方案。它具有广泛的应用范围，从能源问题到区域经济发展、企业甚至个人问题等国际问题。它对于揭示系统的结构，特别是教学资源的内容结构分析、学习资源的设计与开发、教学过程模式的探索等方面起着非常重要的作用，也是教育技术研究中的一种特殊的研究方法。2.4高速列车高速列车、也叫高速火车，指那些可以高速行驶的列车，最快行驶速度一般要达到200km/h之上。高速列车属于现代化的高速交通工具，是火车顶尖科学技术的集中体现，可以大幅提高列车旅行速度从而提高火车运输效率。高速列车快捷舒适、平稳安全、节能环保，深得广大群众的心，世界各国都大力支持用新型高速列车来满足日益增长的出行需求。2.5列车传动系统特点及故障因素高速列车比起一般大巴有移速快，安全性高，载量大的特点。缺点是:全车造价昂贵、维护成本很高、技术难度极大、基本依赖电力、对铁路系统的要求苛刻。高速列车不同于高速铁路，前者是车后者是路，高速列车在不同的铁路线上的速度是会因铁路的限制而不同。高速列车不等同于高速机车。机车是牵引或推送铁路车辆运行但本身不装载营业载荷的自推进车辆，又叫火车头。列车是由至少一节机车或动力车厢与若干节车厢或车皮编组后形成的一列车辆。高速机车只有牵引功能，高速列车才有载客运营功能。轨道的修建对于列车是非常重要的，高速行驶的过程中轨道不够坚固会导致车体的倒塌。如果轨道不够平滑会产生更多的阻力，在高速运行时，这种摩擦会加剧车体的损坏，使乘客处于危险的边缘。对于列车来说，定期的维修是列车安全的保证，但在实际行动中，会由于人员的粗心大意，或者玩忽职守导致列车隐患没能被查出。因此，维修制度对于列车人员的督促至关重要，需要我们建立完善的维修制度。列车本身零部件的问题也会导致故障。比如内部的温度过高过一定限度时甚至会有火灾的风险，零部件之间传递效率不够会导致零件与零件间没法在同一步调上共同协作，长此以往会引起部件的损坏，以至于列车的报废。另外，狂风暴雨等气候因素都会或多或少对列车造成影响，会对人员的操作出现影响，也会对列车内部的温度湿度有不同的负面作用，比如7.23甬温特大的铁路事故，其中部分原因就是雷击使得列控中心和铁路在通信方面出现故障，造成了严重的后果。2.6本章小结对论文中出现的研究方法进行概述，同时针对性的指出列车传动系统特点还有故障的原因，为下文传动系统安全评价的指标选取作铺垫。3传动系统指标选取及权重确定3.1解释结构模型法的步骤(a)成立一个实施解释结构模型法的小组设定问题(b)选择组成系统的要素(c)建立邻接矩阵和可达矩阵(d)层次化处理可达矩阵获得结构模型(e)在结构模型基础上建立解释结构模型3.2评价指标的选取原则评价指标的选取是否合适，直接关系到能否准确有效的反映齿轮传动系统的某方面性能，而且会直接影响评价结果。在选取评价指标时，可以结合机械产品特点和评价目的进行选择。选择评价指标时应注意以下几个原则:(1)全面性原则高速列车传动系统安全评价是一种全面性的评价，所以选取指标就应该尽可能包括评价的所有内容，使所选取的指标确实能全面的反映被评对象的安全性。这样在中间筛选的环节才有足够的空间给予筛选，最后得到的指标才足够客观。(2)目的性原则选取指标前要考虑自己评价的目的，不同的目的选取的指标是有所不同的。比如要评价某建筑的安全性时，就要选取安全性能指标，不能把与其无关的性能也选进去。(3)代表性原则即选取指标时应该选取只有代表性的典型指标。通常而言，系统的性能可以用多个评价指标来描述，但往往这些指标间所蕴含的信息又有大量交叉，这就需要在建立评价指标体系的过程中，进行科学筛选，选择对被评对象影响明显的、同时又相对独立的指标。这样就有利于提高评价结果的合理性和准确性。(4)科学性原则科学性是任何指标体系的重要原则[11]。高速列车传动系统安全评价指标体系应该建立在科学的基础上。严格的选取指标，明确指标概念的内涵，是我们必须遵守的规矩。(5)层次化原则所选指标经过层次化处理后形成一种层层递进的关系模型，能够由浅入深的对评价对象进行剖析，不管从逻辑上还是内容上都有较好的说服力。3.3指标的选取及模型构建基于第二章传动系统经常出现的故障分析以及上述系列原则，将事故原因分为以下几块，分别是S1高速列车传动系统、S2人员状况、S3传动系统部件运行状况、S4基础设施状况、S5环境状况、S6管理状况、S7维修状况。接着引入以下指标S8技术水平生理、S9心理素质、S10安全意识、S11操作规范程度、S12牵引电机运行状况、S13齿轮箱运行状况、S14联轴器运行状况、S15轴箱运行状况、S16轮轴运行状况、S17线路安全状况、S18供电系统安全状况、S19信号系统安全状况、S20通信系统安全状况、S21内部作业环境状况、S22外部自然环境安全状况、S23人员及组织机构设置情况、S24安全教育培训水平、S25规章制度完善状况、S26质量管理体系状况、S27安全资金投入水平、S28指挥调度管控水平、S29维修质量、S30维修人员技术水平、S31维修制度规范程度、S32备件品质。可达矩阵MS1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17S18S19S20S21S22S23S24S25S26S27S28S29S30S31S32S110000000000000000000000000000000S211000000000000000000000000000000S310100000000000000000000000000000S410010000000000000000000000000000S510001000000000000000000000000000S610000100000000000000000000000000S710000010000000000000000000000000S811000001000000000000000000000000S911000000100000000000000000000000S1011000000010000000000000000000000S1111000000001000000000000000000000S1210100000000100000000000000000000S1310100000000010000000000000000000S1410100000000001000000000000000000S1510100000000000100000000000000000S1610100000000000010000000000000000S1710010000000000001000000000000000S1810010000000000000100000000000000S1910010000000000000010000000000000S2010010000000000000001000000000000S2110001000000000000000100000000000S2210001000000000000000010000000000S2310000100000000000000001000000000S2410000100000000000000000100000000S2510000100000000000000000010000000S2610000100000000000000000001000000S2710000100000000000000000000100000S2810000100000000000000000000010000S2910000010000000000000000000001000S3010000010000000000000000000000100S3110000010000000000000000000000010S3210000010000000000000000000000001对可达矩阵进行层次化处理S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17S18S19S20S21S22S23S24S25S26S27S28S29S30S31S32S110000000000000000000000000000000S211000000000000000000000000000000S310100000000000000000000000000000S410010000000000000000000000000000S510001000000000000000000000000000S610000100000000000000000000000000S710000010000000000000000000000000S811000001000000000000000000000000S911000000100000000000000000000000S1011000000010000000000000000000000S1111000000001000000000000000000000S1210100000000100000000000000000000S1310100000000010000000000000000000S1410100000000001000000000000000000S1510100000000000100000000000000000S1610100000000000010000000000000000S1710010000000000001000000000000000S1810010000000000000100000000000000S1910010000000000000010000000000000S2010010000000000000001000000000000S2110001000000000000000100000000000S2210001000000000000000010000000000S2310000100000000000000001000000000S2410000100000000000000000100000000S2510000100000000000000000010000000S2610000100000000000000000001000000S2710000100000000000000000000100000S2810000100000000000000000000010000S2910000010000000000000000000001000S3010000010000000000000000000000100S3110000010000000000000000000000010S3210000010000000000000000000000001层次化处理后可得传动系统要素分为三个层次:S1为第一层次S2到S7为第二层次S8到S32为第三层次通过上述的指标层次分析，得到以下关系模型人员状况人员状况第二层管理状况高速列车传动系统安全评价第一层环境状况维修状况基础设施状况传动系统部件运行状况技术水平生理心理素质第三层供电系统安全状况安全意识规章制度完善状况牵引电机运行状况线路安全状况内部作业环境状况人员及组织机构设置情况维修质量齿轮器运行状况安全教育培训水平维修人员技术水平外部自然环境安全状况维修制度规范程度联轴器运行状况信号系统安全状况备件品质质量管理体系状况通信系统安全状况轴箱运行状况操作规范程度轮轴运行状况安全资金投入水平指挥调度管控水平由上图可清晰看到，高速列车传动系统分为三个层次，接下来通过层次分析法和可变模糊法可得到每层的安全评价等级。3．4层次分析法的原理3.4.1产生与发展许多评估问题具有不同的属性和复杂的结构，如果只使用定量的方法进行评估，不仅过程难以表述，而且结果没有说服力，更何况很少有评价对象只有一种单一的层次结构。这时，有必要首先建立一个多要素，多层次的评价体系，采用定性和定量相结合的方法或定性信息的定量化方法，以弄清复杂的评价问题。使用层次分析法时，把要素分成几个层次，使不同的子系统和要素之间层次分明，理清相互作用关系以及建立多层次的关系模型，最后计算相互之间的权重比例。最高层：目标层，表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标。中间层:包括准则层和指标层。表示采取某一方法来实现预定总目标所涉及的中间环节。最底层:是方案层，表示要选用的解决问题的各种措施、策略、方案等。3.4.2基本思想和实施步骤AHP方法将复杂的问题分解为各个组成部分，然后根据它们的控制关系将它们分为层次结构。通过列举两两比较矩阵，表示出因素与因素之间相对重要程度。接着，综合相关人员的认知，得出子系统之间的整体相对重要程度的排名。整个过程先将庞大的体系逐步分解，最后再合并分析，将层次分析的精髓体现的淋漓尽致。使用AHP方法进行评估或决策时，可以将其大致分为以下四个步骤：a）分析所选指标间的相互关系，建立层次结构。b）相对于上一级别中的某个标准，对同一级别中每个元素的重要性进行两两比较，构建两两比较判断矩阵，并进行一致性检查。c）从判断矩阵计算比较元素相对于标准的相对权重。d）计算系统目的（总目标）上每层元素的综合（总）权重，并对每种替代方案进行排序。表3-1构造判断矩阵AkB1B2……BnB1b11B12……B1nB2B21B22……B2n…………Bnbn1bn2……bnn表3-2判断矩阵标度及含义标度含义1表示两个元素相比，具有同样重要性3表示两个元素相比，一个元素比另外一个元素稍微重要5表示两个元素相比，一个元素比另外一个元素明显重要7表示两个元素相比，一个元素比另外一个元素强烈重要9表示两个元素相比，一个元素比另外一个元素极端重要极差→很差→差→较差→同等优劣→略优→优→很优→极优1/9→7/1→5/1→3/1→1→3→5→7→93.4方根法计算权重a）A的元素按行相乘得一新向量B=j=1nab)将新向量的每个分量开n次方wi=nBi=1,2,…,nc)将所得向量归一化即为权重向量W0i=wii=1nd)计算一致性指标C.I.λmax≈1ni=1n(AW)iWiC.I=λmax−nn−1(3-4)e）查找相应的平均随机一致性指标。表3-3给出了1—14阶矩阵计算1000次得到的平均随机一致性一致性指标。表3-3随机一致性指标n1234567R.I.000.520.891.121.261.36n891011121314R.I.1.411.461.491.521.541.561.58R.I.是同阶随机判断矩阵的一致性指标平均值，其引入可以在一定程度上克服一致性指标随n增大而增大的明显弊端。（f）计算一致性比例C.R.C.R.=C.I.R.I.<0.1(3-5)3.5传动系统指标权重计算传动系统的部件运行状况比较矩阵为：由式3-1式3-2式3-3得传动系统部件运行状况指标权重为（0.208,0.573,0.042,0.099,0.078）由式3-4得λmax=5.057C.I.=5.057−55−1=已知n=5由表3-3得R.I.=1.12由式3-5得C.R.=≈0.013<0.1一致性检验通过同理其他指标也通过一致性检验基础设施状况的比较矩阵为基础设施状况权重向量为（0.260,0.080,0.520,0.140）且通过一致性检验维修状况比较矩阵维修状况权重向量为（0.205,0.181,0.409,0.205）且通过了一致性检验管理状况比较矩阵管理状况权重向量为（0.115,0.444,0.060,0.037,0.115,0.229）且通过一致性检验环境状况比较矩阵环境状况系统权重向量为（0.333,0.667）且通过了一致性检验人员状况比较矩阵人员状况权重向量为（0.267,0.533,0.133,0.067）且通过一致性检验综合考虑每个子系统对整体的重要程度可得到整体的比较矩阵整体的权重向量为（0.132,0.132,0.405,0.042,0.253,0036）且通过了一致性检验3.6本章小结本章建立了传动系统指标模型，然后层次化处理后清晰可见三个层次，再用层次分析法构建判断矩阵，从而计算权重，为下文安全评价作铺垫。4可变模糊集理论及安全评价4.1安全评价方法对比选择4.1.1模糊综合评价法模糊综合评价法[12]采取了隶属度理论将定性转变成定量上的评价手段，以处理数据不明确以及去量化较为困难的不足之处。模糊综合评价法具备两类特征：一、各类要素的互相对照：确认最佳评价值，其次依照互相之间的关系程度，明确出给各类要素的评价值；二、函数关系：基于各项评价要素的特点，值与评价值之间的函数关系。缺点：a）有较为繁琐的计算量和较强的主观性

b）对于风险评价类型的评估，模糊评价法还有很大的缺陷。4.1.2可拓综合评价法

可拓综合评价法[13]的理论基础是可拓理论。可拓理论是由蔡文在1983年首先提出来的一种新的理论。该理论通过引入物元R=

(P,

c，V)=(物，特征，量值)概念，将事物的质和量有机结合起来。该理论通过将定性分析和定量分析相结合，来研究和解决不相容问题存在的规律和方法，反映了质量互变关系。可拓综合评价法是基于可拓理论的评价方法，在定义了物元、事元及关系元的基础上，确定评价等级的经典域和节域并构造合适的可拓关联函数，最后计算待评物元关于各评价等级的可拓关联度，在此基础上进行综合评价。运用可拓综合评价法应用的一般步骤为:a）确定衡量条件b）建立关联函数c）关联函数规范化d）确定权重系数e）加权合成关联函数f）求得综合评价值缺点：在选择关联函数时比较困难，并且对于最优点不在区间中间的处理较为麻烦。4.1.3灰色关联度分析法灰色关联度分析法是一种多因素统计分析方法，它是以各因素的样本数据为依据用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序，若样本数据反映出的两因素变化的态势(方向、大小和速度等)基本一致，则它们之间的关联度较大；反之，关联度较小。优点：工作量比较少，不需要太多的数据，逻辑明确。缺点：有些指标最优秀的值很难确定，同时也有很强的主观性。4.1.4安全评价方法选择通过上述方法优缺点比较，从易操作，方法适用性以及客观性来判断，最终我们选择可变模糊方法。可变模糊理论优点如下：a)计算过程易操作，可以使用excel公式计算，大大的减少了许多不必要的计算。b)对隶属度的确定更加科学。从事物的对立面考虑问题[14]，从点的位置关系研究事物属性，有明确的物理意义c)将评价标准变换成区间而不是点的形式，充分的体现了事物本身的模糊性。4.2可变模糊集理论4.2.1相对隶属函数定义4.1[15]设论域X上的模糊概念A，给A处于共维差异中介过渡段的左、右两个端点分别赋以0和1的数值。因此就在0到1的数轴上构成了一个[0,1]区间的连续统（相对于某一时空条件的参考系）。对于U中的任意元素x（x∈X）,在该连续统上确定了一个数μA（x），称为x对A的相对隶属度，映射为：A1：A[0,1](4-1)μ|μA（x）∈[0,1]称为A的相对隶属函数。4.2.2对立模糊集和相对差异度定义4.2[16]论域X上的对立模糊概念，分别以A和Ac来表示吸引性质和排斥性质，在连续统区间（相对于某一时空条件的参考系）[1,0]（对A）与[0,1]（对Ac）的任一点上，对于任意元素xX对吸引与排斥的相对隶属度分别μA（x）和μAc（x），且μA（x）+μAc（x）=1。当μA（x）＞μAc（x）时，事物以表现吸引性质为主，当μA（x）＜μAc（x）时，事物以表现排斥性质为主；μA（x）=μAc（x）为吸引性质与排斥性质相互转化的质变点。令A={x，μA（x），μAc（x）|x∈U}（4-2）满足μA（x）+μAc（x）=1，0≤μA（x），μAc（x）≤1，称A为X的对立模糊集。左极点P1：μA（x）=1，μAc（x）=0；右极点Pr：μA（x）=0，μAc（x）=1。P1MPrμA（x）=1μA（x）=0μA（x）=μAc（x）μA（x）＞μAc（x）μA（x）＜μAc（x）对立模糊集A示意图4.1M为渐变式质变点即μA（x）=μAc（x）=0.5。定义4.3[17]设DA(x)=μA（x）—μAc（x）(4-3)DA(x)称为x对模糊概念A的相对差异度，映射：DA：D[-1，1]X|DA(x)∈[-1，1](4-4)称为x对A的相对差异函数。4.2.3模糊可变集合和相对差异函数模型定义4.4[18]论域X上的对立模糊概念，对于任意元素x∈X对吸引与排斥的相对隶属度分别为μA（x）和μAc（x），满足对立模糊集定义（4.2）时，令V={(x,D)|x∈X,DA(x)=μA（x）-μAc（x）,D∈[-1,1]}(4-5)称V为X的可变模糊集合。设区间[a,b]是模糊可变集合V的吸引域，[c,d]是包含区间[a,b]的某一上下界区间，由模糊可变集合V的定义可知，区间[c,a],[b,d]为模糊可变集合V的排斥域，x与各区间及质变点M的关系如下图4.2[19]：CxaMbd点x、M与各区间的位置关系图4.2x落在不同的位置时，相对应的相对差异函数模型定义为[20]：当x落在M点左侧时，相对差异函数模型为：当x落在M点右侧时，相对差异函数模型为：DA4.3基于可变模糊集理论评价模型的评价步骤基于可变模糊集理论评价模型的评价步骤如下[21,22]：a）确定待评价对象的特征值设待评价对象有n个评价指标，则待评价对象的特征值向量为：X={x1,x2,x3,x4,...xi...}T（4-8）式中，i=1,2,...,n。b）确定等级评价区间矩阵将待评价对象评价指标按等级划分为c个评价等级区间，使等级一优于等级二，等级二优于等级三，依次类推，c级最差。则可得到指标等级评价区间矩阵IabIab=（4-9）c）根据Iab确定可变区间矩阵IcdIcd=（4-10）[aih-1,bih+1]，h-1＞0，h＜c式中，[cih,dih]=[aih,bih+1]，h-1=0[aih-1,bic]，h=cd）确定吸引域区间[a,b]中相对差异度DA(x)=1的点值矩阵MM矩阵如下：M=（4-11）式中，Mih=c−ℎc−1aih+ℎ−1c−1be）确定相对隶属度矩阵由DA(x)=μA（x）—μAc（x）和μA（x）+μAc（x）=1可得μA（x）=（1+DA(x)）/2(4-12)再根据指标特征值x与M点的位置关系，将对应的相对差异函数模型（4-6）、（4-7）带入到式（4-12）中，可得相对隶属函数：1）当xi＜Mih时，相对隶属函数计算公式为μA（xi）h=(1+xi−aiℎMiℎ−aiℎ)/2,xi∈μA（xi）h=(1-xi−aiℎciℎ−2）当xi=Mih时，DA(x)=1则μA（xi）=13）当xi＞Mih时，相对隶属函数计算公式为μA（xi）h=(1+xi−biℎMiℎ−bμA（xi）h=(1-xi−biℎdiℎ−按（4-13）、（4-14）求得的各指标对各级别的隶属度经归一化处理后可得归一化后的相对隶属度矩阵U：U=(4-15)f）确定综合相对隶属度待评价对象对级别h的综合相对隶属度公式为：（4-16）式中，h=1,2,3,...,c;α为优化标准参数，当α=1和2时，分别对应最小一乘方准则和最小二乘方准则；wi为指标权重；p为距离参数，当p取值1和2时分别对应海明距离和欧氏距离；α和p共有四种组合方式：1）α=1，p=1；2）α=1，p=2；3）α=2，p=1；4）α=2，p=2。将根据四种参数组合得到的四个综合相对隶属度矩阵进行归一化处理可以得到归一化后的综合相对隶属度矩阵U’=(uh)。g）综合评价待评价对象的级别特征值为H=(1,2,...,c)·U’T（4-17）则最终的综合评价结果为H=式中，t为参数的四种组合方式，t=1,2,3,4。再根据级别判别准则（4-19）判断待评价对象的安全等级。4.4高速列车传动系统安全评价实例高速列车传动系统实例的数据采用文献[23]的数据，运用可变模糊理论知识对其进行安全评价。将传动系统划分为6个子系统：人员状况，传动系统部件状况，基础设施状况，环境状况，管理状况，维修状况。待评价传动系统的各个指标数据见表4-1，评价标准见表4-2。表4-1传动系统安全性指标的专家评分结果准则层指标层分值人员状况技术水平83生理、心理素质84安全意识90操作规范程度88传动系统部件运行状况牵引电机运行状况84齿轮箱运行状况81联轴器运行状况80轴箱运行状况83轮轴运行状况87基础设施状况线路安全状况91供电系统安全状况90信号系统安全状况93通信系统安全状况92环境状况内部作业环境状况82外部自然环境安全状况76管理状况人员及组织机构设置情况78安全教育培训水平84规章制度完善状况80质量管理体系状况86安全资金投入水平85指挥调度管控水平83维修状况维修质量82维修人员技术水平87维修制度规范程度90备件品质89表4-2传动系统安全性等级定义安全性等级定义评判标准L1安全状况良好，风险水平低90-100L2安全状况较好，风险水平较低70-89L3安全状况中等，风险水平中等，但勉强接受，能够正常运行60-69L4安全状况较差，风险等级较高0-594.4.1高速列车传动系统第3层指标可变模糊安全评价a）确定指标等级评价区间矩阵Iab，可变区间矩阵Icd，点值矩阵M根据表4-1和式(4-9)可得Iab=Icd=M=c)相对隶属度确定以人员状况为例由表4-1可得，技术水平指标x1=83,相对隶属度计算过程如下：1）83∈（89,70）此时h=2,a12=89,b12=70,c12=100,d13=60,M=79.5,x1在M左侧，且x1∈（a,m）,由式4-13得μA（x1）2=0.8162）h=3时，a13=69,b13=60,c13=89,d13=0,M=64.5,x1在M左侧，且x1∈（c,a）由式4-13得μA（x1）3=0.153)h=1时,a11=100,b11=90,c11=100,d11=70,M=100,x1在M右侧，且x1∈（b，d）,由式4-13得μA（x1）1=0.325h=4与h=2不相邻，因此隶属度为0综上所述，牵引电机温度指标的相对隶属度分量为（0.325,0.816,0.15,0）生理、心理素质指标x2=84,相对隶属度计算过程如下：1）84∈（89,70）此时h=2,a22=89,b22=70,c22=100,d22=60,M=79.5,x2在M左侧，且x2∈（a,m）,由式4-13得μA（x2）2=0.7632）h=3时，a23=69,b23=60,c23=89,d23=0,M=64.5,x2在M左侧，且x2∈（c,a）由式4-13得μA（x2）3=0.1253)h=1时,a21=100,b21=90,c21=100,d21=70,M=100,x2在M右侧，且x2∈（b，d）,由式4-14得μA（x2）1=0.35h=4与h=2不相邻，因此隶属度为0综上所述，生理、心理素质指标的相对隶属度分量为（0.35,0.763.0.125,0）安全意识指标x3=90，相对隶属度计算如下：1）90∈（100,90）此时h=1,a31=100,b31=90,c31=100,d31=70,M=100,x3在M右侧，且x3∈（m，b）,由式4-14得μA（x3）1=0.52）h=2时，a32=89,b32=70,c32=100,d32=60,M=79.5,x3在M左侧，且x3∈（c,a）由式4-13得μA（x3）2=0.455h=3和h=4都与h=1不相邻，因此隶属度都为0综上所述，安全意识指标的相对隶属度分量为（0.5,0.455,0,0）操作规范程度指标x4=88，相对隶属度计算如下：1）88∈（89,70）此时h=2,a42=89,b42=70,c42=100,d42=60,M=79.5,x4在M左侧，且x4∈（a,m）,由式4-13得μA（x4）2=0.5532）h=1时，a41=100,b41=90,c41=100,d41=70,M=100,x4在右侧，且x4∈（b,d）由式4-14得μA（x4）1=0.453）h=3时，a43=69,b43=60,c43=89,d43=0,M=64.5,x4在M左侧，且x4∈（c,a）由式4-13得μA（x4）3=0.025h=4和h=2不相邻，因此隶属度为0综上所述，操作规范程度指标的相对隶属度分量为（0.45,0.553,0.025,0）由此可得人员状况隶属度矩阵U人员状况=同理可得传动系统部件运行状况矩阵U传动系统部件=基础设施状况隶属度矩阵U基础设施状况=环境状况隶属度矩阵U环境状况=管理状况隶属度矩阵U管理状况=维修状况隶属度矩阵U维修状况=4.4.2高速列车传动系统第2层指标的可变模糊评价由第三章可得传动系统部件运行状况权重为（0.208,0.573,0.042,0.099,0.078），由式4-17,4-18计算评价对象的级别特征值。计算结果见表4-3表（4-3）传动系统部件运行状况综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.3060.8550.16901.897归一化隶属度0.2300.6430.1270α=1p=2相对隶属度0.2880.8810.19001.928归一化隶属度0.2120.6480.1400α=2p=1相对隶属度0.1630.9720.04001.895归一化隶属度0.1390.8270.0340α=2p=2相对隶属度0.1400.9820.05201.925归一化隶属度0.1190.8360.0440传动系统部件运行状况H值分别对应H=1.897,H=1.928,H=1.895,H=1.925。最终求其平均值为1.911,根据（4-19）得传动系统部件运行状况安全评价等级属于2级，偏1级。由第三章可得其他几个子系统权重分别为基础设施状况权重向量为（0.260,0.080,0.520,0.140）维修状况权重向量为（0.205,0.181,0.409,0.205）管理状况权重向量为（0.115,0.444,0.060,0.037,0.115,0.229）环境状况系统权重向量为（0.333,0.667）人员状况权重向量为（0.267,0.533,0.133,0.067）同理可得其他几个子系统级别特征值分别如下表（4-4）基础设施状况综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.6050.359001.372归一化隶属度0.6280.37200α=1p=2相对隶属度0.6250.341001.353归一化隶属度0.6470.35300α=2p=1相对隶属度0.7010.239001.254归一化隶属度0.7460.25400α=2p=2相对隶属度0.7360.211001.223归一化隶属度0.7770.22300表（4-5）维修状况综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.4400.5760.04501.628归一化隶属度0.4150.5430.0420α=1p=2相对隶属度0.4590.5370.06701.631归一化隶属度0.4320.5050.0630α=2p=1相对隶属度0.3820.6490.00201.632归一化隶属度0.3700.6280.0020α=2p=2相对隶属度0.4180.5730.00501.585归一化隶属度0.4200.5750.0050.187表（4-6）管理状况综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.3260.7960.14901.861归一化隶属度0.2560.6260.1170α=1p=2相对隶属度0.3640.7880.15201.837归一化隶属度0.2790.6040.1170α=2p=1相对隶属度0.1890.9380.03001.863归一化隶属度0.1630.8110.0260α=2p=2相对隶属度0.2460.9320.03101.822归一化隶属度0.2030.7710.0260表（4-7）环境状况综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.1840.8330.27502.070归一化隶属度0.1420.6450.2130α=1p=2相对隶属度0.1600.8250.29902.108归一化隶属度0.1250.6430.2330α=2p=1相对隶属度0.0480.9620.12602.071归一化隶属度0.0440.8420.1150α=2p=2相对隶属度0.9570.0430.15301.303归一化隶属度0.8300.0370.1330表（4-8）人员状况综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.3700.7220.10801.782归一化隶属度0.3080.6020.090α=1p=2相对隶属度0.3540.7490.12601.814归一化隶属度0.2880.6090.1020α=2p=1相对隶属度0.2560.8710.01501.789归一化隶属度0.2240.7630.0130α=2p=2相对隶属度0.2310.8990.01501.811归一化隶属度0.2020.7850.0130综上所述得表（4-9）各子系统汇总表子系统名称H级别传动系统部件运行状况1.911从属于二级，偏一级基础设施状况1.301从属于一级维修状况1.619从属于二级，偏一级管理状况1.846从属于二级，偏一级环境状况1.888从属于二级，偏一级人员状况1.799从属于二级，偏一级4.4.3高速列车传动系统第一层指标可变模糊安全评价求每个子系统相对隶属度归一化的和，然后求平均值。从而得到高速列车传动系统整体对隶属度矩阵U整体=由第三章得整体权重向量为（0.132,0.132,0.405,0.042,0.253,0036），由式（4-17）（4-18）得表4-10表4-10高速列车传动系统整体综合相对隶属度及级别特征值计算表参数组合隶属度1级2级3级4级级别特征值α=1p=1相对隶属度0.3350.5500.07201.725归一化隶属度0.3500.5750.0750α=1p=2相对隶属度0.3330.5520.08901.749归一化隶属度0.3420.5670.0910α=2p=1相对隶属度0.2020.5990.00601.757归一化隶属度0.2500.7420.0070α=2p=2相对隶属度0.2000.6030.00901.765归一化隶属度0.2460.7420.0110H=1.749，根据综合评判标准式（4-19）得，高速列车传动系统安全评价等级为2级，偏一级.4.5结果分析本文的安全等级特征值为1.749，属于二级偏一级。虽然文献评价方法与本文不同，但最终评价等级都是二级，说明此列车安全情况较好，风险等级较低，但仍有需要改进的地方。外部环境指标得分较低，应该及时对天气进行测定，进一步减小行车风险。人员及组织机构设置也是短板，工作人员应该加强这方面知识的学习，从而对其进行合理的配置。4.6本章小结在第三章用ism方法建立模型和层次分析法计算权重的基础上，将各种安全评价方法进行对比从而选择可变模糊安全评价方法。再将实例代入计算安全等级，最后与文献计算结果相比对。5总结与展望5.1总结高速列车越来越普及，车速越来越快，今天已经成为人们出旅游最常见的交通工具，所以高速列车的安全问题是我们必须要重视的，对列车传动系统进行安全评价是十分有意义的。本文在查阅大量文献的基础上概括出安全性的内涵，通过分析列车安全的各种故障因素，选取了最能代表列车安全方面的几个指标，而后建立模型计算权重。在安全评价选择时，懂得灵活变通，对比各种方法优缺点，选择最合适的可变模糊方法，让结果更加的科学合理。最后，计算出安全评价等级后，与原文献比较。5.2展望我国在高速列车传动系统安全评价方面的研究少之又少，本文中我是通过目前发生的各种列车故障来确定每个指标，而实际情况中可以影响列车安全的因素多如牛毛，并且这些因素也是会相互影响的，导致列车安全评价工作存在很多