馮宏偉，何祖軍，楊奕飛

（江蘇科技大學 電 子信息學院，江蘇 鎮(zhèn) 江212003）

動力定位系統(tǒng)效能評估，是建立在對動力定位系統(tǒng)認識基礎上的一套復雜的系統(tǒng)工程，實質上是人們認識動力定位系統(tǒng)的一種方法，是人們以一定的尺度和標準來衡量動力定位成效的觀念活動。對動力定位系統(tǒng)效能進行評估，從根本上看，是為了規(guī)范動力定位系統(tǒng)設計實踐活動，通過評估發(fā)現問題，總結經驗，從而提高系統(tǒng)設計，改善決策質量，完善動力定位系統(tǒng)運作機制，最終全面提高定位效能。因此，評估動力定位效能日益顯得重要。

本文從分析動力定位系統(tǒng)的工作流程入手,在指標的框定、指標體系的構建、評估方法的確定等各環(huán)節(jié),綜合考慮上述的相互聯(lián)系、相互影響的復雜關系及其對綜合效能的影響,對這類復雜系統(tǒng)綜合效能的評估進行了探索。

1 指標體系的建立原則

系統(tǒng)效能,是預期一個系統(tǒng)能滿足一組特定任務要求的程度的度量[1]。而效能的評估則需要一個指標作為評定的依據，指標體系建立的準則如下所示：

1)科學性原則

科學性主要體現在以下幾個方面：一是指評價指標與評價目標的一致性；二是同一評價體系內各評價指標的相容性；三是各評價指標的相互獨立性[2]。

2)獨立性原則

指標體系間應減少重疊和相關性，相互間應該相對獨立，這樣做的不僅降低了指標的復雜程度，而且減少評估時對同一性能的重復評估[3]。

3)層次性

動力定位系統(tǒng)效能評價指標體系是一個復雜的系統(tǒng)。為了降低評估的復雜度，應使該系統(tǒng)具有可分解性。即，系統(tǒng)指標可分解為若干子系統(tǒng)指標，子系統(tǒng)指標又可再次分解。

4)完備性原則

評價指標體系要全面反映整體要求，要涉及評價對象的各個方面，并且合理地構造層次框架和指標數量。首先評價指標體系不能偏廢，對于重要的評價指標不能遺漏。其次評價指標體系既要考慮正效應指標，也要考慮負效應指標[4]。

2 建立評估指標體系結構

動力定位系統(tǒng)包括位置測量系統(tǒng)、控制器和推力器。位置測量系統(tǒng)主要用于測量船舶的實際位置和環(huán)境干擾力；控制器根據實際位置和目標位置的偏差，計算出船舶定位到目標位置所需要的推力；推力器的功能是根據控制器傳來的推力指令，產生相應的推力，來抵抗環(huán)境干擾力，使船舶處于目標位置或者保持一定的航跡[5]，其工作流程如圖1所示。

圖1 動力定位系統(tǒng)工作流程圖Fig.1 The block diagram of dynamic positioning system

動力定位系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和推力系統(tǒng)3個系統(tǒng)組成。因此，動力定位系統(tǒng)效能E由方位測量能力B1，計算機控制能力 B2和動力系統(tǒng)推力能力 B3構成，B11、B12、B13和B21、B22、B23以及 B31、B32、B33為第 2 準則層。 其評估體系模型結構如圖2所示。

圖2 動力定位系統(tǒng)指標體系Fig.2 The index system of dynamic positioning systems

動力定位系統(tǒng)的測量、控制和推力3種能力是控制船舶懸停在某一確定位置(定點控制)或沿著一定的預定航跡(倨跡)的根本保證，任何一種能力的缺失都將嚴重影響動力定位系統(tǒng)的整體效能。因此，要通過這三者的有機協(xié)調才能保持船舶的穩(wěn)定性。

3 動力定位效能評估模型

目前層次分析法普遍運用數值1-9作為衡量標度[6]，這具有模糊性和不確定性。例如對A比B“稍好”進行量化時，9標度法數值由于過于接近，不同人可能給出相近卻又不同的判斷數值。為了使標度取值具有唯一性，本文改用三標度法,即將準則的按照重要等級由低到高分為{普通，重要，很重要}，并依次賦值{1,2,3}，最后邀請專家對指標重要等級進行評分。

根據各指標準則評分情況計算第一層準則相對于目標層的權重值，令Bi對目標層E影響的重要程度數為Ui(i=(i=1,2,3)，式中 W 是 B 關于目標層 E 的ii權重。同理，令Bij對第一層的指標Bi影響的重要程度數為(j=1,2,3)，式中 V 是 B 相對于第一層指標ijijBi的權重。最終得到最底層指標相對于目標層的綜合權重Wij，即 Wij=Vij×Wi(i,j=1,2,…,n)。

4 綜合評估

設動力定位系統(tǒng)效能E的滿分為P，用滿分值乘以底層指標的相對于綜合效能的混合權重即可。首先建立評價準則集 {好、較好、一般、差}，規(guī)定所占分值的依次為1，0.75，0.5，0.25。

4.1 底層指標的量綱統(tǒng)一

系統(tǒng)評價的最終得分依賴于能夠觀測和測量的量。第三層指標指標是動力定位系統(tǒng)可以觀測和測量到的數據,是評估時的重要參數。針對各分指標屬性不同的情況,在評估前需要統(tǒng)一底層因子的量綱。本文采用德爾菲法統(tǒng)一量綱。用德爾菲法獲取定量指標的標準值,然后將各指標的評價值與其對應的標準值進行對比,所得百分數即為標準化后的指標；針對定性指標,可以直接采用此方法,評估底層指標的百分比[7]。

4.2 應用舉例

采用專家評判對某耙吸式挖泥船為研究對象進行評估。并請專家判斷該動力定位系統(tǒng)指標體系中各指標對動力定位效果影響程度，評判結果如表1所示。

表1 影響程度評判Tab.1 The extent of influence

同時判斷各指標的表現力，評判結果如表2所示。

經計算得：

假設在該次效能評估中滿分P=100，則：

表2 表現力評判Tab.2 Performance evaluation

利用VisualBasic v6.0軟件編程實現動力定位系統(tǒng)綜合評價，軟件截圖如圖3～圖6所示。

圖3 動力定位系統(tǒng)方位測量能力Fig.3 Dynamic positioning system bearings-only measurement capability

最后根據專家提供的系統(tǒng)效能等級評價標準得出該DP系統(tǒng)效能的評估結果為81.05分，屬于良好，由于該挖泥船對動力定位系統(tǒng)的要求較高，所以評估結果與實際運行情況相符。

5 結束語

1)文中改進的層次法使專家對動力定位系統(tǒng)進行評價時能輕松地做出判斷，不用建立繁瑣的對比矩陣和計算權重，所以更容易被評價者接受。

圖4 系統(tǒng)控制能力Fig.4 The ability to control

圖5 動力定位系統(tǒng)推進能力Fig.5 Propulsion capability of Dynamic positioning system

圖6 動力定位系統(tǒng)綜合評價Fig.6 Comprehensive evaluation system of Dynamic positioning system

2)改進的層次分析法不僅可對某一艘挖泥船整個或某一子系統(tǒng)效能進行評估，而且可對其他船舶的不同定位系統(tǒng)效能進行排序。

3)改進的層次分析法僅要求評估者直接給出的評判信息，且評價準確度并不低于層次分析法，避免了同一層指標較多而造成的判斷矩陣的不一致性。

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