張育林，祁金偉，李小虎，柳松瑋

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混合火炸藥改進型BZA-2評估方法

張育林1，祁金偉2，李小虎3，柳松瑋3

（1.西安交通大學(xué)工程坊，陜西 西安，710049；2.西安交通大學(xué)電子與信息學(xué)院，陜西 西安，710049；3.西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院，陜西 西安，710049）

-模糊算法與BZA安全評估方案相結(jié)合，提出一種改進型混合火炸藥BZA-2安全評估數(shù)學(xué)模型。該模型獲得的評價結(jié)果能夠更加科學(xué)地反映實際情況，為火炸藥相關(guān)單位安全性建設(shè)提供指導(dǎo)，保證火炸藥及其相關(guān)制品在安全、穩(wěn)定的環(huán)境中應(yīng)用。

炸藥；BZA法；安全性；模糊算法

目前，BZA評價方案可根據(jù)實際要求對于評價體系中的火炸藥感度進行優(yōu)化，由最初的BZA-1法優(yōu)化至法，已獲得廣泛應(yīng)用[1]。但考慮到實際工業(yè)生產(chǎn)中的情況，BZA-2法依然不能夠客觀地反映不同組分的混合火炸藥的感度特性。本文針對BZA-2評價方法中對評價結(jié)果起關(guān)鍵作用的火炸藥感度系數(shù)進行優(yōu)化，綜合考慮混合炸藥中各組分的配比關(guān)系、火藥特性、單一感度系數(shù)等因素，通過模糊數(shù)學(xué)上的矩陣計算方法對上述影響因素進行綜合運算，獲得更能代表混合火炸藥性能的感度系數(shù)取值，使評價結(jié)果更接近實際情況。

1 火炸藥BZA評估方案

火炸藥安全評價方法BZA-1及BZA-2法（統(tǒng)稱BZA法）的基本思路是根據(jù)“三圓環(huán)”理論，對一個系統(tǒng)在“人的不安全行為” 、 “機器（物料）的不安全狀態(tài)” 、 “環(huán)境的不安全條件”3個方面存在的問題，與有關(guān)安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)相比較，辨別系統(tǒng)的危險、危害因素，進而獲得可量化的評價指標(biāo)[2]。

2 混合火炸藥BZA評估方案模型優(yōu)化

BZA法中和分別表示物性危險系數(shù)和物量危險系數(shù)，及直接由火炸藥及其制品的相關(guān)特性決定，對于安全評估的評價結(jié)果具有最直接的影響。文獻[3]中將BZA模型進行修正優(yōu)化，此處也對模型進行優(yōu)化分析。

BZA-2法的基本數(shù)學(xué)模型為：

在上述模型中，、作為一個整體出現(xiàn)在數(shù)學(xué)模型中，由于物性危險系數(shù)、物量危險系數(shù)都表示整個火炸藥系統(tǒng)火藥的危險性能，因此可將其作為一個整體用于表示系統(tǒng)中火炸藥的危險程度，在改進型模型當(dāng)中用0來表示。

優(yōu)化的BZA-2的數(shù)學(xué)模型如下：

式（2）中：0定義為系統(tǒng)內(nèi)本征可控度，；0為混合炸藥固有危險度。

改進型BZA評估方案

改進型BZA方法中，混合火炸藥的固有危險度0具有0=的形式，且火炸藥的感度系數(shù)存在一定不確定性，上述數(shù)學(xué)模型與模糊綜合評價方法[4]的結(jié)構(gòu)相似。若將0=中的做歸一化處理，就可以采用模糊綜合評價方法。因此在改進型BZA方法中，混合火炸藥系統(tǒng)采用模糊綜合評價原理進行計算。

3.1 模糊綜合評價方法原理

模糊綜合評判[5-6]是從多個因素對被評判事物隸屬度等級狀況進行綜合評判的一種方法。模糊綜合評判包括6個基本要素:被評價對象的因素論域，評語等級論域V，模糊關(guān)系矩陣，評判因素權(quán)向量，模糊合成算子“”，評判結(jié)果向量B。

3.2 混合炸藥系統(tǒng)的固有危險度0的模糊求解

（1）建立評判對象的因素論域：混合炸藥系統(tǒng)中的論域?qū)ο鬄樵谠撛u估系統(tǒng)中的所有參與評估的火炸藥及其危險品，分別記為。

（2）確定評語等級論域V：在BZA法應(yīng)用當(dāng)中選取火炸藥的5s爆發(fā)點T、真空安定性S、摩擦感度S、落錘撞擊感度S、火焰感度S、沖擊波感度S對應(yīng)的6個感度系數(shù)，即熱爆危險性系數(shù)1、熱分解危險性系數(shù)2、撞擊危險性系數(shù)3、摩擦危險性系數(shù)4、起爆危險性系數(shù)5、火焰危險性系數(shù)6。

（3）建立模糊關(guān)系矩陣：在模糊關(guān)系矩陣中r為中因素U對應(yīng)中等級V的隸屬關(guān)系；r是第個因素對該評價對象的單因素評價，構(gòu)成了模糊綜合評判的基礎(chǔ)。在BZA安全評估中，模糊關(guān)系矩陣對應(yīng)于歸一化混合炸藥物性危險系數(shù)矩陣，矩陣中：α為對應(yīng)的論域元素U歸一化后的物性危險系數(shù)，將一種確定火炸藥的感度系數(shù)矩陣進行歸一化處理，，即可得到歸一化混合炸藥物性危險系數(shù)矩陣α的第行參數(shù)。

（4）確定評判因素權(quán)向量：在BZA的優(yōu)化算法中，混合炸藥物量危險系數(shù)反映了論域U的重要程度，因此可用混合炸藥物量危險系數(shù)矩陣作為評判因素權(quán)向量，系數(shù)矩陣如下：

（5）進行綜合決策，獲得評判結(jié)果向量B。

（6）計算混合火炸藥的系統(tǒng)固有危險度0。

在BZA法中，對于某具體單一火炸藥，其對應(yīng)的6個物性感度在感度處理過程中具有相同的權(quán)重，此處的a也可作相同處理，即在矩陣中的各元素取值為1/6。該部分固有危險優(yōu)化系數(shù)矩陣從廣義上說可以代指任意一種算子，即可以用一個更一般意義上的運算代替，例如《火炸藥綜合感度評估方法研究》中的雷達(dá)圖法等優(yōu)化算法，具體算法參見文獻[8]。

4 結(jié)果對比

針對實際的混合炸藥系統(tǒng)，以3種混合火炸藥為例進行安全評估及結(jié)果分析，所選取的混合火炸藥為太安、奧克托今、硝化甘油，上述3種火炸藥的特性如表1所示。

表1 3種火炸藥特性參數(shù)

Tab.1 Characteristic parameters of three explosives

名稱f/fTNTα1α2α3α4α5α6 太安1.607.20.638.18.339.410 奧克托今1.584.790.467.146.664.010 硝化甘油1.577.69109.846.668.010

在結(jié)果分析中選取改BZA安全評估方案與普通權(quán)重相加安全評估方案。改進型評估方案模型見公式（2），其中0表示混合炸藥固有危險度，數(shù)值大小由矩陣模糊運算獲得；普通權(quán)重相加安全評估方案模型見公式（1），其中表示炸藥固有危險度，數(shù)值大小由決定。針對上述3種混合火炸藥，由3種火炸藥權(quán)重及對應(yīng)的感度獲得，3種火炸藥TNT當(dāng)量基本一致，選取1.59作為混合炸藥的TNT當(dāng)量，進而獲得值。分析時3種火炸藥選取不同的組分比，其結(jié)果如表2所示。

表2 不同組分混合炸藥評估結(jié)果對比

Tab.2 Comparison of evaluation results of different mixed explosives

需求分析是軟件計劃階段的重要活動，也是軟件生存周期中的一個重要環(huán)節(jié)，該階段是分析系統(tǒng)在功能上需要“實現(xiàn)什么”，是開發(fā)人員經(jīng)過深入細(xì)致的調(diào)研和分析，準(zhǔn)確理解用戶和項目的功能、性能、可靠性等具體要求，將用戶非形式的需求表述轉(zhuǎn)化為完整的需求定義，從而確定系統(tǒng)必須做什么的過程。

編號m太安/kgm奧克托今/kgm硝化甘油/kg固有危險度/V 普通α權(quán)重改進型BZA 1010013.8313.83 20.0019.9980.00113.8315.68 30.019.980.0113.8417.82 40.19.80.113.9622.37 50.590.514.4528.12 618115.0831.45 727115.5233.11 826216.3235.12 935216.7735.98 1034317.5737.04

由表2可知，改進型BZA安全評估方案對于混合火炸藥的組分比較敏感，而普通的對做簡單加權(quán)處理的方案評估結(jié)果變化不大，當(dāng)混合火炸藥退化為單一火炸藥時兩種評估方案獲得的結(jié)果相同，即針對單一火炸藥系統(tǒng)兩種評估方案一致。在實際中不同的火炸藥組分對于火炸藥系統(tǒng)的影響不同，普通權(quán)重處理方案不能敏感反映出組分對于系統(tǒng)的影響，對于混合火炸藥系統(tǒng)的評估存在缺陷，而改進型BZA評估方案能夠很好地解決上述問題。

5 結(jié)論

針對混合火炸藥及其制品的危險系統(tǒng)，利用模糊算法對BZA法進行改進，為火炸藥的生產(chǎn)及使用單位提供更加科學(xué)的評判標(biāo)準(zhǔn)，更加客觀地區(qū)分和評估火炸藥的安全性。相對于普通BZA安全評估方法，改進型BZA法提高了評估模型的精度，能夠更加科學(xué)地評價混合火炸藥系統(tǒng)。

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Improved BZA-2 Evaluation Method for Mixed Explosives System

ZHANG Yu-lin1，QI Jin-wei2，LI Xiao-hu3，LIU Song-wei3

（1.Engineering Workshop, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049；2.School of Electronics and Information Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049；3.School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049）

Aimed at explosives and its products in a mixed system, an improved BZA-2 security assessment mathematical model is proposed, which combines the uncertain information processing algorithms-fuzzy algorithm and BZA safety assessment programs. The evaluation results obtained by this model can reflect the actual situation more scientifically, and provide guidance for the safety construction of explosives, as well as ensure explosives and related products be used in a secure and stable environment.

Explosive；BZA method；Security；Fuzzy algorithm

TQ564

A

[9]2015-11-03

張育林（1978-），男，講師，主要從事機器人及火工品設(shè)備與安全評價研究。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）課題（2014AA041603)。