劉洪賀

（92538部隊，遼寧大連116041）

0 引言

可靠性問題對船舶來說具有特別重要的意義，這是由船舶的使用特點決定的。船舶出航后長期地遠離基地，在發(fā)生故障時不能及時得修理。在另一方面，艦船可靠性的不足會額外增加維修勞動量和延長艦船停航維修時間，從而導致艦船的使用效率的降低。因而，現(xiàn)代艦船在從研制立項開始，就十分重視其可靠性。為了有效地研制、管理和使用艦船系統(tǒng)，有必要對艦船可靠性做出科學合理的評估。

然而，隨著現(xiàn)代艦船系統(tǒng)設備日復雜，給評估工作增加了難度和不確定性因素。傳統(tǒng)的評估方法如層次分析法、概率風險分析等，已經(jīng)不能滿足評估精度的需要[1-2]，本文把模糊推理技術[3]引入到AHP中[1]，通過建立合理的規(guī)則庫來直接確定各因素的權重，進而用來對整個艦船系統(tǒng)進行可靠性評估。

1 評估模型的建立

1.1 影響艦船可靠性的因素

可靠性的定義為：產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)、規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。艦船可靠性的影響因素由對艦船的使用和維修存在影響的各種結構、設備及性能因素組成。由于現(xiàn)代艦船是一個復雜的、系統(tǒng)綜合體，因此在進行艦船系統(tǒng)的可靠性影響因素分析時，主要考慮的是艦船自身的物理固定條件，而技術上可變化的艦船條件僅作為參考因素。經(jīng)過調(diào)查和科學分析，影響艦船系統(tǒng)可靠性的因素可以用圖1表示。

1.2 可靠性等級的確定

在可靠性評估中，通常用如下的模糊語言變量來表達可靠的等級（SL）[4-5]：不可靠、一般可靠、比較可靠和非常可靠。假定論域為[0，10]，以上四個等級可以視為論域上的模糊集，分別用L1，L2，L3，L4來表示，定義其隸屬度函數(shù)曲線如圖2所示。

圖1 艦船可靠性的影響因素

圖2 隸屬度函數(shù)

L1，L2，L3，L4的隸屬度函數(shù)分別為：

對艦船系統(tǒng)而言，可靠等級SL=W1·SL1+W2·SL2+W3·SL3+W4·SL4，其中W1、W2、W3、W4分別為四個子系統(tǒng)（船體部分、機械設備、電器部分、電子設備）的權重，SL1、SL2、SL3、SL4分別為四個子系統(tǒng)相應的可靠性指標。

1.3 引入模糊推理的AHP法

傳統(tǒng)層次分析法在系統(tǒng)評價與決策過程中具有重要的作用，但這種方法仍存在其局限性，主要表現(xiàn)在：1)評價過程中下一層要素與上一層要素的線性或非線性關系難以確定，不同的評價者可能得出不同的結果；2)對系統(tǒng)進行評價時，容易出現(xiàn)判斷上的邏輯錯誤，必須進行一致性檢驗；3)實際運用過程中，檢驗判斷矩陣的一致性非常困難，當判斷矩陣不具有一致性時，要經(jīng)過若干次的調(diào)整、檢驗、再調(diào)整、再檢驗的反復過程才能使判斷矩陣具有一致性。因此，運用傳統(tǒng)層次分析法進行系統(tǒng)評價與決策時，系統(tǒng)目標和評價指標的關系難以確定，而且評價過程中存在許多人為因素，影響評價的可靠性、準確性和客觀性，進而影響整個決策過程。

結合人的思維和語言的模糊性，把模糊推理引入到傳統(tǒng)的AHP中可以很好地解決上述問題。其基本思想是：首先確定一個參照因素，然后用其他因素與之進行比較，得出用模糊語言表達的相對權重，再通過建立合理的規(guī)則庫，使模糊語言變量能在規(guī)則庫中進行匹配，從而得到各自的相對參照因素的權重，最后轉化為各自的權重。一般可以確定基準的方案A0（其含義并非最優(yōu)的方法，只是為了便于與其他方案進行比較），其對上層因素的權重為W0。具體實現(xiàn)過程如下：

定義A1，A2，…，Am為同一級別下的可靠性子因素，以Ai為基準，其對上層因素的權重為W，可以建立模糊推理的規(guī)則庫如下：（i，j=1，2，…m.)

R1：ifAj與Ai同樣重要，thenAj對上層因素的權重Wj為W；R2：ifAj比Ai稍重要，thenAj對上層因素的權重Wj為3W；R3：ifAj比Ai的重要程度介于同樣重要與稍重要之間，thenAj對上層因素的權重Wj為2W；R4：ifAj比Ai明顯重要，thenAj對上層因素的權重Wj為5W；R5：ifAj比Ai的重要程度介于稍重要與明顯重要之間，thenAj對上層因素的權重Wj為4W；R6：ifAj比Ai強烈重要，thenAj對上層因素的權重Wj為7W；R7：ifAj比Ai的重要程度介于明顯重要與強烈重要之間，thenAj對上層因素的權重Wj為6W；R8：ifAj比Ai極端重要，thenAj對上層因素的權重Wj為9W；R9：ifAj比Ai的重要程度介于強烈重要與極端重要之間，thenAj對上層因素的權重Wj為8W；R10：if 以上規(guī)則中的Ai和Aj互換位置，thenA對上層因素的權重W為W前的系數(shù)改為相應的倒數(shù)倍。

經(jīng)過上述符合人的思維和語言模糊性的描述，專家們給出的意見在上述規(guī)則庫中很容易進行匹配。匹配完成后，將得到的各個可靠性因素的權重Wj代入式（1），可求得W的值，進而可得到各個權重Wj的值。

2 應用實例與結果分析

結合具體的某型艦船，作者分別請了艦船評估領域的四位專家對該艦船系統(tǒng)的四個子系統(tǒng)進行權衡和比較。各位專家在對該型艦船的四個子系統(tǒng)的可靠性指標SLj進行描述時，分別對其具體的可靠性情況進行打分（SLj∈[0,10]）；在對四個子系統(tǒng)的可靠性權重進行描述時，是以船體部分A1為基準，機械設備、電氣部分、電子設備分別用A2、A3、A4表示。分別將各位專家的描述（即模糊輸入）與規(guī)則庫進行匹配，便可得到各個可靠性影響因素的權重Wj，再由式（1）可以求得Wj的具體值，最后將所得數(shù)值代入SL=W1·SL1+W2·SL2+W3·SL3+W4·SL4，可以求得可靠性等級SL的值。四位專家給出的四個子系統(tǒng)的可靠性指標SLj和權重描述及經(jīng)過匹配和計算后的結果分別見表1 ~ 表4。

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四位專家的評判是客觀公正的，我們可以認為他們的權重是相同的，將得到的四個SL值平均后可得SL的均值為4.26。再由圖2可知該艦船系統(tǒng)所屬的可靠性等級為比較可靠，隸屬度為1。

由上面的具體實現(xiàn)過程和評判結果可以看出，該方法比較符合人的思維和語言描述的模糊性，在實際的評估過程中易于運用，其結果是可靠有效的。

3 結束語

本文針對傳統(tǒng)層次分析法在評估過程中存在的一些不足，把產(chǎn)生式知識表示和模糊推理機制應用到AHP中，并運用此方法對某艦船系統(tǒng)進行可靠性評估，避免了確定權重時的主觀片面性，取得了較好的評估效果。在實際的運用過程中，可以將可靠性因素劃分得更加詳細（比如說利用圖1的最下層子系統(tǒng)）和聘請更多的有實際經(jīng)驗的專家，將會得到更加客觀公正的效果。

[1] 許樹柏, 王蓮芬. 層次分析法導論[M]. 北京: 中國人民大學出版社, 1990.

[2] Tim Bedford, Roger Cooke. Probabilistic risk analysis:Foundations and Methods [M]. Cambridge University Press, 2003.

[3] 楊綸經(jīng), 高英倫. 模糊數(shù)學原理及應用[M]. 廣州:華南理工大學出報社, 2001.

[4] 林少芬, 陳映秋. 散裝貨船模糊綜合安全性評估的實現(xiàn)方法[J]. 艦船工程, 2000（3）.

[5] How Sing Sii, Tom Ruxton, Jin Wang. A fuzzy-logicbased approach to qualitative safety modeling for marine systems [J]. Reliability Engineering and System Safety, 2001.