基于多屬性決策法的鉆具產(chǎn)品性能判定

郭亞琳,杜紅林

(山西北方風(fēng)雷工業(yè)集團(tuán)有限公司侯馬分公司檢測(cè)中心,侯馬043013)

0 引 言

石油在世界能源中占據(jù)核心地位,而與石油相關(guān)的工作,如尋找和證實(shí)油田構(gòu)造、獲得工業(yè)油流、探明石油儲(chǔ)量、取得有關(guān)油田的地質(zhì)資料、進(jìn)行油氣開采等工作均需要由石油鉆具產(chǎn)品來完成.石油鉆具產(chǎn)品的性能關(guān)系到整個(gè)石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而石油鉆具產(chǎn)品的性能如何判定成為關(guān)鍵.

對(duì)于鉆具產(chǎn)品的性能檢測(cè)要求非常嚴(yán)格,美國(guó)石油學(xué)會(huì)2006年9月公布了鉆具產(chǎn)品的一系列規(guī)范,如規(guī)范ANSI/API 7-1就對(duì)鉆具的性能檢測(cè)做了詳細(xì)的描述,其中僅對(duì)鉆鋌的接頭部分,就描述了6種型式,對(duì)每一種接頭都描述了詳細(xì)的要求.

表 1 ANSI/API規(guī)范7-1的接頭型式表

鉆具生產(chǎn)的管理十分關(guān)鍵,同時(shí)由于鉆具產(chǎn)品性能檢測(cè)的復(fù)雜性,性能的判定更加復(fù)雜.在實(shí)際的生產(chǎn)過程中,鉆具及相關(guān)的產(chǎn)品的性能檢測(cè)及判定成為急需重點(diǎn)關(guān)注的問題.國(guó)際鉆具產(chǎn)品 ANSI/API規(guī)范7-1代表了國(guó)內(nèi)鉆具產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì),國(guó)內(nèi)的鉆具產(chǎn)品將要嚴(yán)格執(zhí)行此類標(biāo)準(zhǔn),對(duì)其相應(yīng)的性能判定將成為鉆具產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵.

多屬性決策法也稱有限方案多目標(biāo)決策,普遍應(yīng)用于工程、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等領(lǐng)域中.由于在各領(lǐng)域中有著深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用背景,多屬性決策問題的研究始終是人們關(guān)注的重要課題.多屬性決策法應(yīng)用于管理中較為常見,在應(yīng)用于鉆具產(chǎn)品的性能檢測(cè)中,規(guī)范中要求檢定的性能指標(biāo)僅在一定程度上代表了產(chǎn)品的性能,計(jì)算主觀權(quán)重與計(jì)算客觀權(quán)重的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、基于兩個(gè)模型的目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)集成和一種權(quán)重確定方法,并針對(duì)主、客觀權(quán)重計(jì)算模型的相對(duì)重要程度進(jìn)行了靈敏度分析,將該方法用于鉆具產(chǎn)品的管理將提高企業(yè)的整體管理水平.

1 多屬性決策法

多屬性決策主要解決具有多個(gè)屬性(指標(biāo))的有限決策方案的排序或優(yōu)選問題.多屬性決策問題廣泛存在于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、管理、工程等領(lǐng)域中,如投資決策、項(xiàng)目評(píng)估、質(zhì)量評(píng)估、方案優(yōu)選、工廠選址、科研成果評(píng)價(jià)、人才考核、部門發(fā)展排序、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)效益綜合評(píng)價(jià)等,因此多屬性決策理論及方法有著廣泛的應(yīng)用前景,對(duì)多屬性決策理論、方法及應(yīng)用的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.

多屬性決策程序通常被分解為兩部分,其中第一部分旨在確定屬性的權(quán)值和方案在屬性上的指標(biāo)值,并選擇適當(dāng)?shù)乃阕訉⒍吆铣蔀榇矸桨竷r(jià)值的效用值;第二部分則運(yùn)用屬性集排序方法對(duì)方案的效用集進(jìn)行比較,以確定其中具有最大滿意程度的方案作為決策的結(jié)果.

2 判定指標(biāo)

由于具體指標(biāo)值的多樣性和復(fù)雜性,不同企業(yè)對(duì)于該項(xiàng)管理使用了不同的管理方式和方法,上述方法導(dǎo)致了現(xiàn)行鉆具產(chǎn)品的合格性判定工作中存在一系列問題.根據(jù)檢測(cè)行業(yè)的特色和檢測(cè)內(nèi)容,對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行整合,因此提出具體的決策目標(biāo):

(1)評(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)之間有可能發(fā)生矛盾,例如各評(píng)定指標(biāo)的權(quán)重、方位等指標(biāo)結(jié)果的判定結(jié)果有可能不一致,在遇到這種情況時(shí)決策者往往憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)甚至喜好做出選擇,會(huì)造成決策的盲目性.

(2)單純依靠幾種規(guī)范指定的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),忽略了檢測(cè)過程中的不確定性,從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)不全面.

(3)各種指標(biāo)的簡(jiǎn)單計(jì)算難以彌補(bǔ)指標(biāo)本身的缺點(diǎn).

(4)由于定量指標(biāo)更加直觀,且便于計(jì)算和比較,在當(dāng)前大多數(shù)研究中過多的依賴于定量指標(biāo)的比較,而忽視了定性指標(biāo)對(duì)項(xiàng)目的影響.

(5)對(duì)于鉆具產(chǎn)品的合格性判定缺乏一套科學(xué)、通用、便捷的綜合評(píng)價(jià)體系.

我們的目標(biāo)需要實(shí)現(xiàn)多批量鉆具產(chǎn)品性能的綜合判定,根據(jù)該目標(biāo)進(jìn)行判定指標(biāo)的選擇.依據(jù)ANSI/API規(guī)范7-1對(duì)于鉆具產(chǎn)品的性能的判定現(xiàn)狀,有多方面要求.首先,是尺寸要求;力學(xué)性能要求有抗拉,抗拉性能應(yīng)按ISO6892,0.2%補(bǔ)償法規(guī)定的圓柱試樣來確定.硬度試驗(yàn)應(yīng)在每個(gè)鉆鋌上進(jìn)行,要求按ISO6506-1布氏硬度;磁性能要具有小于1.010的相對(duì)磁導(dǎo)率,新鉆鋌孔中應(yīng)具有偏離均勻磁場(chǎng)最大偏差超過0.05UT;抗腐蝕要求應(yīng)受由ASTM A262條例E規(guī)定的腐蝕試驗(yàn)以此來證明抗晶間腐蝕.此外,還有其它鉆具產(chǎn)品的檢測(cè)數(shù)據(jù),以及規(guī)范未能明確的定性指標(biāo).

對(duì)于鉆具產(chǎn)品的性能判定,需要保證判定結(jié)果的合理性、可靠性、功能的完備性、安全性和可擴(kuò)充性,得到如下指標(biāo):

(1)環(huán)境類:室溫、試驗(yàn)溫度;

(2)尺寸類:原始標(biāo)距、直徑、斷后標(biāo)距、斷后伸長(zhǎng)率;

(3)拉伸類:屈服力、屈服強(qiáng)度、最大力、抗拉強(qiáng)度;

(4)沖擊類:沖擊功.

3 鉆具產(chǎn)品的多屬性決策判定方法

首先,針對(duì)鉆具產(chǎn)品的多屬性指標(biāo),在實(shí)際當(dāng)中,選擇在系統(tǒng)中需要對(duì)龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理,如何高效有序地對(duì)系統(tǒng)中涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作是衡量方法好壞的關(guān)鍵之一.

(1)對(duì)鉆具產(chǎn)品的性能檢測(cè)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集.如3.5＇加長(zhǎng)接頭的性能檢測(cè)原始數(shù)據(jù)表,對(duì)于該試樣,共檢測(cè)多次,并記錄.

(2)因數(shù)據(jù)多樣化,將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化.

(3)對(duì)各屬性權(quán)值進(jìn)行估計(jì)和分析,調(diào)用計(jì)量器具周期管理表確定權(quán)值是否可知,并通過屬性全部未知的情形,分析權(quán)值.

需要說明的是,估計(jì)各屬性權(quán)值時(shí),需要考慮檢測(cè)用到的各類計(jì)量器具,與計(jì)量器具緊密相關(guān)的規(guī)格型號(hào)、測(cè)量范圍、分度值、制造廠名、編號(hào)、存放地點(diǎn)、使用者、啟用日期、檢定部門等一系列關(guān)鍵信息直接決定了檢測(cè)的準(zhǔn)確度,雖然這個(gè)準(zhǔn)確度符合規(guī)范的要求.

計(jì)量器具周期管理表中的檢定時(shí)間與周期的接近度;而對(duì)于屬性權(quán)值未知的情形,主觀偏好的權(quán)值與客觀偏好的權(quán)值往往存在偏差,因此權(quán)值確定的目標(biāo)將是主觀偏好與客觀偏好的總偏差最小.

表2 在用計(jì)量器具管理明細(xì)示例表

(4)建立單目標(biāo)優(yōu)化模型:

(6)計(jì)算綜合屬性期望值,判斷是否合格.

4 性能檢測(cè)的實(shí)例

例如,在鉆具生產(chǎn)過程中,3.5″加長(zhǎng)接頭屬于較常見的接頭.典型的性能檢測(cè)原始數(shù)據(jù)表,對(duì)于該試樣,共檢測(cè)3次,檢測(cè)結(jié)果如表3所示.

表3 3.5″加長(zhǎng)接頭的性能檢測(cè)原始數(shù)據(jù)表

利用鉆鋌接頭的多屬性決策判定方法,應(yīng)用式(1)和(3)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

該試樣的權(quán)值全部未知,應(yīng)用式(2)進(jìn)行求解.

得到該試樣的綜合期望值的數(shù)據(jù)表,如表4所示.

表4 綜合期望值數(shù)據(jù)表

本次測(cè)試的結(jié)果可認(rèn)為是:合格.

經(jīng)分析,可得其關(guān)鍵屬性為:屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功,與實(shí)際相符.因此,該試樣的力學(xué)試驗(yàn)報(bào)告單如圖1所示.

圖1 相關(guān)的輸出結(jié)果--力學(xué)試驗(yàn)報(bào)告單

根據(jù)企業(yè)對(duì)鉆具產(chǎn)品檢測(cè)的具體要求及計(jì)量器具周期管理系統(tǒng)的實(shí)際情況.在符合整體檢測(cè)過程,“以器具為基礎(chǔ)”與所有計(jì)量器具的檢定周期同樣密切相關(guān),得到的結(jié)論與實(shí)際相符合.

今后,將基于多屬性決策方法建立一個(gè)開放的、安全的、穩(wěn)定的、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的鉆具產(chǎn)品性能判定平臺(tái).對(duì)于企業(yè)而言,檢測(cè)中心各部門職位的動(dòng)態(tài)配備狀況,對(duì)缺編、超編情況隨時(shí)分部門匯總,以便從各個(gè)層面控制檢測(cè)資源分布.應(yīng)用該平臺(tái)可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率,為企業(yè)達(dá)到戰(zhàn)略目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支持和支撐.

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