CN110705856A - 基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法 - Google Patents

基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法 Download PDF

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CN110705856A CN201910902400.4A CN201910902400A CN110705856A CN 110705856 A CN110705856 A CN 110705856A CN 201910902400 A CN201910902400 A CN 201910902400A CN 110705856 A CN110705856 A CN 110705856A
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Abstract

本发明涉及一种基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，包括以下步骤：步骤一：建立锻件材料质量评价递阶层次结构；步骤二：基于锻件材料质量评价递阶层次结构构造判断矩阵；步骤三：对各判断矩阵进行一致性校验；步骤四：计算或指定评价指标的权重系数；步骤五：构建立基于权重系数的锻件材料质量评价数学模型；步骤六：对各项基本评价指标进行评分；步骤七：依据锻件材料质量评价数学模型向前逐级计算得到核电设备锻件材料质量评价指标的评分，从而衡量核电设备锻件材料的制造质量。本发明可以定量地评价核电设备锻件材料制造质量，采用较为客观的权重分配方法，减少了评价的主观性，评价结果具有客观性。

Description

基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法
技术领域
本发明属于核电设备质量评价技术领域，涉及一种基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法。
背景技术
锻件材料被广泛应用于核电设备制造。目前，国内外对于核电设备锻件材料的质量评价主要依据相关核电站设计建造标准，例如美国ASME规范和法国RCCM规范等。这些规范明确了锻件材料各项制造参数的最低或最高数值要求。评价结果一般为合格或者不合格。总体来说，现有的评价方法是一种半定性、半定量的评价方法。
实际上，各制造企业管理水平、技术水平和质量控制能力差距较大。不同厂家生产的最终验收合格的核电设备锻件材料，其内在的制造质量也会存在较大差异，这些差异可能会对后续核电设备运行寿命和使用功能产生影响。
核电设备锻件材料具有安全性要求高、制造工艺复杂，制造周期长等特点。许多采用锻件材料制造的重大核电设备都是非标设备，单件生产，且生产周期长。因此在实际工程中，亟待寻找一种与核电设备锻件材料制造特点相适应的可以较为准确度量质量的评价方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以较为客观准确地对核电设备锻件材料制造质量进行评估的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，用于对核电设备锻件材料的制造质量进行评价，所述基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法包括以下步骤：
步骤一：根据核电设备锻件材料的制造工艺特点和设计规范要求，建立锻件材料质量评价递阶层次结构，然后执行步骤二；
所述锻件材料质量评价递阶层次结构包括依次设置的s个阶梯层级，s为大于或等于3的整数；第1级所述阶梯层级包括一项评价指标，为核电设备锻件材料质量评价指标，第t级所述阶梯层级包括至少一组评价指标，t为大于或等于2且小于或等于s的整数，且第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标与第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标相关联对应而构成层级结构，第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标的数量为2的所述层级结构为第一类层级结构，第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标的数量至少为3的所述层级结构为第二类层级结构；在所述锻件材料质量评价递阶层次结构中，第s级所述阶梯层级中的所述评价指标和不具有关联对应的第t级所述阶梯层级中的所述评价指标的第t-1级所述阶梯层级中的所述评价指标为基本评价指标；
步骤二：基于所述锻件材料质量评价递阶层次结构，针对各个所述第二类层级结构，分别构造反映第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标对其对应的第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标的影响程度的若干个判断矩阵，然后执行步骤三；
步骤三：对各所述判断矩阵进行一致性校验，若通过所述一致性校验则继续执行步骤四，否则返回步骤二重新构造该所述判断矩阵；
步骤四：针对各个所述第二类层级结构，依据各所述判断矩阵分别计算第t级所述阶梯层级中的每组所述评价指标相对其对应的第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标的权重系数；针对各个所述第一类层级结构，分别赋值得到第t级所述阶梯层级中的每组所述评价指标相对其对应的第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标的权重系数，然后执行步骤五；
步骤五：依据所述锻件材料质量评价递阶层次结构建立基于所述权重系数的锻件材料质量评价数学模型，然后执行步骤六；
步骤六：对各项所述基本评价指标进行评分，然后执行步骤七；
步骤七：基于各项所述基本评价指标的评分，依据所述锻件材料质量评价数学模型向前逐级计算除所述基本评价指标以外的各项所述评价指标的评分，从而计算出所述核电设备锻件材料质量评价指标的评分，并依据核电设备锻件材料质量评价指标的评分衡量核电设备锻件材料的制造质量。
所述步骤一中建立的所述锻件材料质量评价递阶层次结构包括4个阶梯层级；第2级所述阶梯层级包括一组所述评价指标，分别为工艺过程控制指标和制造质量验证指标；第3级所述阶梯层级包括一组与所述制造质量验证指标相关联对应的所述评价指标，分别为化学成分指标、力学性能指标、无损检测指标、金相检查指标和尺寸检查指标；第4级所述阶梯层级包括五组分别与所述化学成分指标、所述力学性能指标、所述无损检测指标、所述金相检查指标和所述尺寸检查指标相关联对应的所述评价指标，其中与所述化学成分指标相对应关联的所述评价指标分别为成分分析指标、残余元素含量指标、报告数据比较指标，与所述力学性能指标相对应关联的所述评价指标分别为取样与标识指标、力学性能数据指标、韧脆转变温度指标、复试情况指标，与所述无损检测指标相对应关联的所述评价指标分别为目视检查指标、表面检查指标、体积检查指标，与所述金相检查指标相对应关联的所述评价指标分别为组织结构指标、晶粒度指标、夹杂物指标，与所述尺寸检查指标相对应关联的所述评价指标分别为主要几何尺寸指标、次要几何尺寸指标。
所述步骤二中，针对第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标的数量为n的所述第二类层级结构，所建立的n阶所述判断矩阵为
Figure BDA0002212207520000031
所述判断矩阵的元素aij为一组所述评价指标中的第i个所述评价指标和第j个所述评价指标的重要性之比， i＝1，2，…，n，j＝1，2，…，n。
所述步骤二中，采用1-9标度法确定所述判断矩阵中的元素：依据一个所述评价指标比另一个所述评价指标重要的程度，划分出分别对应标度1-9的9个等级，从而根据所划分的等级对应的标度确定所述判断矩阵中的各个元素。所述判断矩阵中的元素aij与aji互为倒数。
所述步骤三中，对所述判断矩阵的进行一致性校验的方法为：依据
Figure BDA0002212207520000032
计算所述判断矩阵的校验系数C.R.，其中C.I.为所述判断矩阵的一致性指标，R.I.为平均随机一致性指标；所述判断矩阵的一致性指标的计算方法为：其中，λmax为所述判断矩阵的最大特征值，n为所述判断矩阵的阶数；所述平均随机一致性指标通过查表获得；若所述判断矩阵的校验系数C.R.＜0.1，所述判断矩阵通过所述一致性校验。
所述步骤四中针对所述第二类层级结构计算权重系数的方法为：依据所述判断矩阵的最大特征值计算相应的特征向量，所述特征向量中与第i个所述评价指标对应的元素为xi， i＝1，2，…，n，则第i个所述评价指标的权重系数
Figure BDA0002212207520000034
所述步骤五中所建立的锻件材料质量评价数学模型包括：
用于计算第1级所述阶梯层级中所述评价指标的评分的一级模型，所述一级模型为 N＝α1*N1+α2*N2；其中，N为所述核电设备锻件材料质量评价指标的评分，α1、α2分别为第2级所述阶梯层级中各项所述评价指标的权重系数，N1和N2分别为第2级所述阶梯层级中各项所述评价指标的评分；
用于计算第2级所述阶梯层级中所述评价指标的评分的二级模型，所述二级模型为
Figure BDA0002212207520000035
其中，α2i分别为第3级所述阶梯层级中各项所述评价指标的权重系数，N2i分别为第3级所述阶梯层级中各项所述评价指标的评分；
用于计算第3级所述阶梯层级中所述评价指标的评分的三级模型，所述三级模型包括
Figure BDA0002212207520000041
Figure BDA0002212207520000042
其中，α21i、α22i、α23i、α24i分别为第4级所述阶梯层级中各项所述评价指标的权重系数，N21i、N22i、N23i、N24i分别为第4级所述阶梯层级中各项所述评价指标的评分。
所述步骤六中，依据锻件材料制造过程数据和完工报告对所述基本评价指标进行评分。采用百分制对所述基本评价指标进行评分。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明可以定量地评价核电设备锻件材料制造质量，采用较为客观的权重分配方法，减少了评价的主观性，使用制造过程的实际记录数据来进行评价，评价结果具有客观性，克服了现有方法不能定量评价制造质量的缺点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：在对核电设备锻件材料的制造质量进行评价时，采用基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法。该基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法包括以下步骤一至步骤七：
步骤一：根据核电设备锻件材料的制造工艺特点和设计规范要求，建立锻件材料质量评价递阶层次结构，然后执行步骤二。
该步骤一中建立的锻件材料质量评价递阶层次结构包括依次设置的s个阶梯层级，s为大于或等于3的整数。第1级阶梯层级包括一项评价指标，为核电设备锻件材料质量评价指标，第t级阶梯层级包括至少一组评价指标，t为大于或等于2且小于或等于s的整数，且第 t-1级阶梯层级中的一项评价指标与第t级阶梯层级中的一组评价指标相关联对应而构成层级结构。定义第t级阶梯层级中的一组评价指标的数量为2的层级结构为第一类层级结构，第t 级阶梯层级中的一组评价指标的数量至少为3的层级结构为第二类层级结构。在锻件材料质量评价递阶层次结构中，第s级阶梯层级中的评价指标和不具有关联对应的第t级阶梯层级中的评价指标的第t-1级阶梯层级中的评价指标定义为基本评价指标。
本实施例中建立的锻件材料质量评价递阶层次结构如以下表1所示：
表1锻件材料质量评价递阶层次结构
由上表可以看出，在本实施例中建立的锻件材料质量评价递阶层次结构包括4个阶梯层级，分别为目标层和一级评价指标层、二级评价指标层、三级评价指标层。
第1级阶梯层级，即目标层包括一项评价指标，为核电设备锻件材料质量评价指标。第 2级阶梯层级，即一级评价指标层包括一组评价指标，分别为工艺过程控制指标和制造质量验证指标，该组评价指标与目标层级中的核电设备锻件材料质量评价指标相关联对应。第3 级阶梯层级，即二级评价指标层包括一组评价指标，该组评价指标与一级评价指标层中的制造质量验证指标相关联对应的，该组评价指标分别为化学成分指标、力学性能指标、无损检测指标、金相检查指标和尺寸检查指标。第4级阶梯层级，即三级评价指标层包括五组评价指标，这五组评价指标分别与二级评价指标层中化学成分指标、力学性能指标、无损检测指标、金相检查指标和尺寸检查指标相关联对应。其中，与化学成分指标相对应关联的评价指标分别为成分分析指标、残余元素含量指标、报告数据比较指标；与力学性能指标相对应关联的评价指标分别为取样与标识指标、力学性能数据指标、韧脆转变温度指标、复试情况指标；与无损检测指标相对应关联的评价指标分别为目视检查指标、表面检查指标、体积检查指标；与金相检查指标相对应关联的评价指标分别为组织结构指标、晶粒度指标、夹杂物指标；与尺寸检查指标相对应关联的评价指标分别为主要几何尺寸指标、次要几何尺寸指标。
由此可知，目标层中的核电设备锻件材料质量评价指标和与其关联对应的一级评价指标层中的一组评价指标(包括工艺过程控制指标和制造质量验证指标)构成一个第一类层级结构；二级评价指标层中的尺寸检查指标和与其关联对应的三级评价指标层中的一组评价指标 (包括主要几何尺寸指标和次要几何尺寸指标)也构成一个第一类层级结构。而其余评价指标和与其关联对应的后级阶梯层级中的一组评价指标均构成第二类层级结构。第四级阶梯层级，即三级评价指标层中各个评价指标为基本评价指标；而一级评价指标层中的工艺过程控制指标，由于其不具有关联对应的二级评价指标层中的评价指标，故其也为基本评价指标。
步骤二：基于锻件材料质量评价递阶层次结构，针对各个第二类层级结构，分别构造反映第t级阶梯层级中的一组评价指标对其对应的第t-1级阶梯层级中的一项评价指标的影响程度的若干个判断矩阵，然后执行步骤三。对于一组评价指标中只有两项评价指标的第一类层级结构，不需要构造判断矩阵。
该步骤中，针对第t级阶梯层级中的一组评价指标的数量为n的第二类层级结构，所建立的n阶判断矩阵为
Figure BDA0002212207520000061
判断矩阵的元素aij为一组评价指标中的第i个评价指标和第j个评价指标对关联对应的第 t-1级阶梯层级中一项评价指标的重要性之比，i＝1，2，…，n，j＝1，2，…，n。
这里采用1-9标度法确定判断矩阵中的元素。标度法的取值如以下表2所示：
表2标度法取值说明
标度 取值说明
1 两项第t级的评价指标对第t-1级的一项评价指标具有同样重要性
3 两个评价指标比较，一评价指标比另一评价指标稍微重要
5 两个评价指标比较，一评价指标比另一评价指标明显重要
7 两个评价指标比较，一评价指标比另一评价指标重要得多
9 两个评价指标比较，一评价指标比另一评价指标极端重要
2、4、6、8 分别表示需要在上述两个标度之间折中时的标度
标度法为：依据一个评价指标比另一个评价指标重要的程度，划分出分别对应标度1-9 的9个等级，若一个评价指标比另一个评价指标重要的程度越高，则标度取值越大。从而根据所划分的等级对应的标度确定判断矩阵中的各个元素。例如，将第一个评价指标作为判断主体，第一个评价指标比第二个评价指标重要，且重要程度为极端重要，则第一个评价指标和第二个评价指标对关联对应的前一阶梯层级中一项评价指标的重要性之比取9。反之，若将第二个评价指标作为判断主体，第二个评价指标未比第一个评价指标重要，则第二个评价指标和第一个评价指标对关联对应的前一阶梯层级中一项评价指标的重要性之比取1/9。据此，判断矩阵中的元素aij与aji互为倒数，即若第i个评价指标与第j个评价指标对关联对应的一项评价指标的重要性之比为aij，第j个评价指标与第i个评价指标对关联对应的一项评价指标的重要性之比为aji，那么aji＝1/aij。上述标度法所获得的判断矩阵中的每一个具体的元素aij可以由使用者根据经验确定。
采用上述标度法对核电设备锻件材料质量评价指标及其关联对应的五项评价指标得到的判断矩阵A2如以下表3所示：
表3核电设备锻件材料质量判断矩阵A2
化学成份 力学性能 无损检测 金相检验 几何尺寸
化学成份 a<sub>11</sub> a<sub>12</sub> a<sub>13</sub> a<sub>14</sub> a<sub>15</sub>
力学性能 a<sub>21</sub> a<sub>22</sub> a<sub>23</sub> a<sub>24</sub> a<sub>25</sub>
无损检测 a<sub>31</sub> a<sub>32</sub> a<sub>33</sub> a<sub>34</sub> a<sub>35</sub>
金相检验 a<sub>41</sub> a<sub>42</sub> a<sub>43</sub> a<sub>44</sub> a<sub>45</sub>
几何尺寸 a<sub>51</sub> a<sub>52</sub> a<sub>53</sub> a<sub>54</sub> a<sub>55</sub>
采用上述标度法对化学成分指标及其关联对应的三项评价指标得到的判断矩阵A21如以下表4所示：
表4化学成分判卷矩阵A21
成份分析 残余元素 报告数据比较
成份分析 a<sub>11</sub> a<sub>12</sub> a<sub>13</sub>
残余元素 a<sub>21</sub> a<sub>22</sub> a<sub>23</sub>
报告数据比较 a<sub>31</sub> a<sub>32</sub> a<sub>33</sub>
采用上述标度法对力学性能指标及其关联对应的四项评价指标得到的判断矩阵A22如以下表5所示：
表5力学性能判卷矩阵A22
取样和标识 力学性能数据 转变温度 复试情况
取样和标识 a<sub>11</sub> a<sub>12</sub> a<sub>13</sub> a<sub>14</sub>
力学性能数据 a<sub>21</sub> a<sub>22</sub> a<sub>23</sub> a<sub>24</sub>
转变温度 a<sub>31</sub> a<sub>32</sub> a<sub>33</sub> a<sub>34</sub>
复试情况 a<sub>41</sub> a<sub>42</sub> a<sub>43</sub> a<sub>44</sub>
采用上述标度法对无损检测指标及其关联对应的三项评价指标得到的判断矩阵A23如以下表6所示：
表6无损检测判卷矩阵A23
目视检测 表面检测 体积检测
目视检测 a<sub>11</sub> a<sub>12</sub> a<sub>13</sub>
表面检测 a<sub>21</sub> a<sub>22</sub> a<sub>23</sub>
体积检测 a<sub>31</sub> a<sub>32</sub> a<sub>33</sub>
采用上述标度法对金相检查指标及其关联对应的三项评价指标得到的判断矩阵A24如以下表7所示：
表7金相检查判卷矩阵A24
组织结构 晶粒度 夹杂物
组织结构 a<sub>11</sub> a<sub>12</sub> a<sub>13</sub>
晶粒度 a<sub>21</sub> a<sub>22</sub> a<sub>23</sub>
夹杂物 a<sub>31</sub> a<sub>32</sub> a<sub>33</sub>
步骤三：对各判断矩阵(A2、A21、A22、A23、A24)进行一致性校验，若通过一致性校验则继续执行步骤四，否则返回步骤二重新构造该判断矩阵。
该步骤中，对判断矩阵的进行一致性校验的方法为：依据
Figure BDA0002212207520000081
计算判断矩阵的校验系数C.R.。
式(3.1)中，C.I.为判断矩阵的一致性指标，R.I.为平均随机一致性指标。
判断矩阵的一致性指标的计算方法为：
Figure BDA0002212207520000082
式(3.2)中，λmax为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵的阶数。
平均随机一致性指标通过查下表获得：
表8平均随机一致性指标
n 3 4 5 6 7 8 9
R.I. 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45
判断矩阵的校验系数C.R.值越小，说明所涉及的判断矩阵的一致性程度越好。若计算出的判断矩阵的校验系数C.R.＜0.1，判断矩阵通过一致性校验；若C.R.≥0.1，则需返回步骤二重新构建相应的判断矩阵。
步骤四：针对各个第二类层级结构，依据各判断矩阵分别计算第t级阶梯层级中的每组评价指标相对其对应的第t-1级阶梯层级中的一项评价指标的权重系数；针对各个第一类层级结构，分别赋值得到第t级阶梯层级中的每组评价指标相对其对应的第t-1级阶梯层级中的一项评价指标的权重系数，然后执行步骤五。
该步骤中，针对第二类层级结构计算权重系数的方法为：假设某第二类层级结构有一个 n阶的判断矩阵A，n≥3，则依据判断矩阵的最大特征值λmax计算相应的特征向量X，λmax和 X满足如下公式：
AX＝λmaxX；X＝[x1,x2,…xn]T (4.1)
特征向量X中与一组评价指标中的第i个评价指标对应的元素为xi，i＝1，2，…，n，则第i 个评价指标的权重系数αi根据如下公式计算得到：
Figure BDA0002212207520000091
对于第一类层级结构，可以根据经验直接指定权重系数。例如，一级评价指标层只有两个指标：N1和N2，可以依据经验直接指定N1和N2相对于目标层N的权重系数α1和α2。
步骤五：依据锻件材料质量评价递阶层次结构建立基于权重系数的锻件材料质量评价数学模型，然后执行步骤六。
该步骤中所建立的锻件材料质量评价数学模型包括一级模型、二级模型和三级模型。
一级模型用于计算第1级阶梯层级中评价指标的评分。一级模型为：
N＝α1*N1+α2*N2 (5.1)
式(5.1)中，N为核电设备锻件材料质量评价指标的评分(总得分)，α1、α2分别为第2级阶梯层级中各项评价指标的权重系数，N1和N2分别为第2级阶梯层级中各项评价指标的评分。
二级模型用于计算第2级阶梯层级中评价指标的评分。二级模型为：
式(5.2)中，α2i分别为第3级阶梯层级中各项评价指标的权重系数，N2i分别为第3级阶梯层级中各项评价指标的评分。
三级模型用于计算第3级阶梯层级中评价指标的评分。三级模型包括：
Figure BDA0002212207520000103
Figure BDA0002212207520000104
Figure BDA0002212207520000105
Figure BDA0002212207520000106
式(5.3a)～(5.3e)中，α21i、α22i、α23i、α24i分别为第4级阶梯层级中各项评价指标的权重系数，N21i、N 22i、N 23i、N 24i分别为第4级阶梯层级中各项评价指标的评分。
步骤六：对各项基本评价指标进行评分，然后执行步骤七。
该步骤中，依据锻件材料制造过程数据和完工报告，并采用百分制对基本评价指标进行评分。评分的基本原则入下：
(1)70～85分：符合适用标准或规范的基本质量要求。
(2)85分及以上：评价指标数据符合或优于技术规格书的基本质量要求。
(3)70分及以下：缺少质量记录，没有相关资料和数据，造成评分项质量不确定，引起评分困难，或者评价指标数据不符相关规范。
表9～表14分别为各基本评价指标的评分参考表，具体包括化学成分相关指标N21i评分表、力学性能相关指标N22i评分表、无损检测相关指标N23i评分表、金相检查相关指标 N24i评分表、尺寸检查相关指标N25i评分表和锻件工艺过程指标N1评分表。
表9化学成份评价指标评分表
Figure BDA0002212207520000111
表10力学性能指标评分表
Figure BDA0002212207520000112
表11金相检查指标评分表
Figure BDA0002212207520000113
表12无损检查指标评分表
Figure BDA0002212207520000121
表13尺寸检查指标评分表
Figure BDA0002212207520000122
表14工艺过程指标评分表
Figure BDA0002212207520000123
步骤七：基于各项基本评价指标的评分，依据锻件材料质量评价数学模型向前逐级计算除基本评价指标以外的各项评价指标的评分，从而计算出核电设备锻件材料质量评价指标的评分，并依据核电设备锻件材料质量评价指标的评分衡量核电设备锻件材料的制造质量。
以下为实例：
步骤一：根据核电设备锻件材料的制造工艺特点和相关设计规范要求，建立如表1所示的锻件材料质量评价递阶层次结构。该锻件材料质量评价递阶层次结构共包含4个层次：目标层N、一级评价指标层Ni(i＝1,2)、二级评价指标层N2i(i＝1,2,3,4,5)和三级评价指标层 N21i(i＝1,2,3)、N22i(i＝1,2,3,4)、N23i(i＝1,2,3)、N24i(i＝1,2,3)、N25i(i＝1,2)。
目标层N是核电设备锻件材料质量，其分解为N1工艺过程控制指标和N2制造质量验证指标。其中N2制造质量验证指标又可以细分为N21化学成分指标、N22力学性能指标、N23 无损检测指标、N24金相检查指标和N25尺寸检查指标。
化学成分指标N21进一步细分为N211成份分析指标、N212残余元素含量指标、N213报告数据比较指标。
力学性能指标N22进一步细分为N221取样与标识指标、N222力学性能数据指标、N223 韧脆转变温度指标和N224复试情况指标。
无损检测指标N23进一步细分为N231目视检查指标、N232表面检查指标和N233体积检查指标。
金相检查指标N24进一步细分为N241组织结构指标、N242晶粒度指标和N243夹杂物指标。
尺寸检查指标N25进一步细分为N251主要几何尺寸指标和N252次要几何尺寸指标。
步骤二：采用1-9标度法建立制造质量验证指标N2的判断矩阵A2。假设分析人员采用的数据如下：
Figure BDA0002212207520000131
采用1-9标度法建立化学成分指标N21的判断矩阵A21。假设分析人员采用的数据如下：
Figure BDA0002212207520000132
采用1-9标度法建立力学性能指标N22的判断矩阵A22。假设分析人员采用的数据如下：
Figure BDA0002212207520000133
采用1-9标度法建立无损检测指标N23的判断矩阵A23。假设分析人员采用的数据如下：
Figure BDA0002212207520000134
采用1-9标度法建立金相检查指标N24的判断矩阵A24。假设分析人员采用的数据如下：
Figure BDA0002212207520000141
步骤三：
首先校验判断矩阵A2的一致性。计算结果显示判断矩阵A2的最大特征值为5.0445，校验系数C.R.为0.0099，满足一致性要求。
然后校验判断矩阵A21～A24的一致性。计算结果如下：
判断矩阵 A21 A22 A23 A24
特征值λ<sub>max</sub> 3.0324 4.0484 3.0183 3
检验系数C.R. 0.0279 0.0179 0.0158 0
步骤四：逐层计算确定各层级结构的权重系数。对于某层级结构只有两个指标的情况 (即第一类层级结构)，可以根据经验直接指定权重系数。对于有三个及以上指标的情况(即第二类层级结构)，权重系数依据判断矩阵的最大特征值λmax和相应的特征向量X得到。
对于本实例，首先，确定N1和N2对N的权重系数，依据经验直接指定如下数据：
然后，计算指标N2对应的权重系数，结果为：
Figure BDA0002212207520000143
再然后，计算指标N21～N24对应的权重系数，结果为
Figure BDA0002212207520000144
最后，确定N251和N252对N25的权重系数，依据经验直接指定数据：
Figure BDA0002212207520000145
步骤五：建立锻件材料质量评价数学模型，具体模型参加公式5.1～5.3。
步骤六：依据是锻件材料制造过程数据和完工报告等资料，参考表9～表14，对基本评价指标进行评分。假设对本实例各指标得分如下：
基本评价指标 评分
工艺过程N1 85
成份分析N211 90
残余元素N212 90
报告数据比较N213 90
取样和标识N221 85
力学性能数据N222 85
韧脆转变温度N223 85
复试情况N224 85
目视检测N231 90
表面检测N232 90
体积检测N233 90
组织结构N241 85
晶粒度N242 85
夹杂物N243 85
主要尺寸N251 90
次要尺寸N252 90
步骤七：依据步骤五建立的公式，逐层级向上计算，最终可以计算出核电设备锻件材料质量总得分。对本示例假设各指标得分如下：
首先根据公式5.3计算二级指标N21～N25得分：
二级指标 N21 N23 N23 N24 N25
得分 90 85 90 85 90
然后根据公式5.2计算第一级指标N得分：
一级指标 N1 N2
得分 85 87.5
最后根据公式5.1计算出目标层N得分，即该锻件的质量总得分：
N＝α1×N1+α2×N2＝0.3×85+0.7×87.5＝86.75
从而即可以根据总得分衡量该锻件的质量情况。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，用于对核电设备锻件材料的制造质量进行评价，其特征在于：所述基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法包括以下步骤：
步骤一：根据核电设备锻件材料的制造工艺特点和设计规范要求，建立锻件材料质量评价递阶层次结构，然后执行步骤二；
所述锻件材料质量评价递阶层次结构包括依次设置的s个阶梯层级，s为大于或等于3的整数；第1级所述阶梯层级包括一项评价指标，为核电设备锻件材料质量评价指标，第t级所述阶梯层级包括至少一组评价指标，t为大于或等于2且小于或等于s的整数，且第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标与第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标相关联对应而构成层级结构，第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标的数量为2的所述层级结构为第一类层级结构，第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标的数量至少为3的所述层级结构为第二类层级结构；在所述锻件材料质量评价递阶层次结构中，第s级所述阶梯层级中的所述评价指标和不具有关联对应的第t级所述阶梯层级中的所述评价指标的第t-1级所述阶梯层级中的所述评价指标为基本评价指标；
步骤二：基于所述锻件材料质量评价递阶层次结构，针对各个所述第二类层级结构，分别构造反映第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标对其对应的第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标的影响程度的若干个判断矩阵，然后执行步骤三；
步骤三：对各所述判断矩阵进行一致性校验，若通过所述一致性校验则继续执行步骤四，否则返回步骤二重新构造该所述判断矩阵；
步骤四：针对各个所述第二类层级结构，依据各所述判断矩阵分别计算第t级所述阶梯层级中的每组所述评价指标相对其对应的第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标的权重系数；针对各个所述第一类层级结构，分别赋值得到第t级所述阶梯层级中的每组所述评价指标相对其对应的第t-1级所述阶梯层级中的一项所述评价指标的权重系数，然后执行步骤五；
步骤五：依据所述锻件材料质量评价递阶层次结构建立基于所述权重系数的锻件材料质量评价数学模型，然后执行步骤六；
步骤六：对各项所述基本评价指标进行评分，然后执行步骤七；
步骤七：基于各项所述基本评价指标的评分，依据所述锻件材料质量评价数学模型向前逐级计算除所述基本评价指标以外的各项所述评价指标的评分，从而计算出所述核电设备锻件材料质量评价指标的评分，并依据核电设备锻件材料质量评价指标的评分衡量核电设备锻件材料的制造质量。
2.根据权利要求1所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述步骤一中建立的所述锻件材料质量评价递阶层次结构包括4个阶梯层级；第2级所述阶梯层级包括一组所述评价指标，分别为工艺过程控制指标和制造质量验证指标；第3级所述阶梯层级包括一组与所述制造质量验证指标相关联对应的所述评价指标，分别为化学成分指标、力学性能指标、无损检测指标、金相检查指标和尺寸检查指标；第4级所述阶梯层级包括五组分别与所述化学成分指标、所述力学性能指标、所述无损检测指标、所述金相检查指标和所述尺寸检查指标相关联对应的所述评价指标，其中与所述化学成分指标相对应关联的所述评价指标分别为成分分析指标、残余元素含量指标、报告数据比较指标，与所述力学性能指标相对应关联的所述评价指标分别为取样与标识指标、力学性能数据指标、韧脆转变温度指标、复试情况指标，与所述无损检测指标相对应关联的所述评价指标分别为目视检查指标、表面检查指标、体积检查指标，与所述金相检查指标相对应关联的所述评价指标分别为组织结构指标、晶粒度指标、夹杂物指标，与所述尺寸检查指标相对应关联的所述评价指标分别为主要几何尺寸指标、次要几何尺寸指标。
3.根据权利要求2所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述步骤二中，针对第t级所述阶梯层级中的一组所述评价指标的数量为n的所述第二类层级结构，所建立的n阶所述判断矩阵为
Figure FDA0002212207510000021
所述判断矩阵的元素aij为一组所述评价指标中的第i个所述评价指标和第j个所述评价指标的重要性之比，i＝1，2，…，n，j＝1，2，…，n。
4.根据权利要求3所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：采用1-9标度法确定所述判断矩阵中的元素：依据一个所述评价指标比另一个所述评价指标重要的程度，划分出分别对应标度1-9的9个等级，从而根据所划分的等级对应的标度确定所述判断矩阵中的各个元素。
5.根据权利要求4所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述判断矩阵中的元素aij与aji互为倒数。
6.根据权利要求3所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述步骤三中，对所述判断矩阵的进行一致性校验的方法为：依据
Figure FDA0002212207510000022
计算所述判断矩阵的校验系数C.R.，其中C.I.为所述判断矩阵的一致性指标，R.I.为平均随机一致性指标；所述判断矩阵的一致性指标的计算方法为：
Figure FDA0002212207510000031
其中，λmax为所述判断矩阵的最大特征值，n为所述判断矩阵的阶数；所述平均随机一致性指标通过查表获得；若所述判断矩阵的校验系数C.R.＜0.1，所述判断矩阵通过所述一致性校验。
7.根据权利要求6所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述步骤四中针对所述第二类层级结构计算权重系数的方法为：依据所述判断矩阵的最大特征值计算相应的特征向量，所述特征向量中与第i个所述评价指标对应的元素为xi，i＝1，2，…，n，则第i个所述评价指标的权重系数
Figure FDA0002212207510000032
8.根据权利要求6或7所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述步骤五中所建立的锻件材料质量评价数学模型包括：
用于计算第1级所述阶梯层级中所述评价指标的评分的一级模型，所述一级模型为N＝α1*N1+α2*N2；其中，N为所述核电设备锻件材料质量评价指标的评分，α1、α2分别为第2级所述阶梯层级中各项所述评价指标的权重系数，N1和N2分别为第2级所述阶梯层级中各项所述评价指标的评分；
用于计算第2级所述阶梯层级中所述评价指标的评分的二级模型，所述二级模型为
Figure FDA0002212207510000033
其中，α2i分别为第3级所述阶梯层级中各项所述评价指标的权重系数，N2i分别为第3级所述阶梯层级中各项所述评价指标的评分；
用于计算第3级所述阶梯层级中所述评价指标的评分的三级模型，所述三级模型包括
Figure FDA0002212207510000034
其中，α21i、α22i、α23i、α24i分别为第4级所述阶梯层级中各项所述评价指标的权重系数，N21i、N22i、N23i、N24i分别为第4级所述阶梯层级中各项所述评价指标的评分。
9.根据权利要求8所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：所述步骤六中，依据锻件材料制造过程数据和完工报告对所述基本评价指标进行评分。
10.根据权利要求9所述的基于层次分析法的核电设备锻件材料制造质量评估方法，其特征在于：采用百分制对所述基本评价指标进行评分。
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