張安理，張　平，鄭士文

(太原衛(wèi)星發(fā)射中心技術(shù)部，太原　030027)

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發(fā)射場產(chǎn)品測試環(huán)境保障效果評估研究

張安理，張平，鄭士文

(太原衛(wèi)星發(fā)射中心技術(shù)部，太原030027)

摘要：依據(jù)提出的環(huán)境保障效果評估流程，介紹了發(fā)射場空調(diào)系統(tǒng)工作原理，分析了溫度、濕度、潔凈度及風(fēng)量等環(huán)境保障參數(shù)的獲取方式，并構(gòu)建了各環(huán)境保障參數(shù)的評價函數(shù)?；凇熬酆稀彼枷虢⒘谁h(huán)境保障效果評估模型，該評估模型全面地考慮了所有環(huán)境保障參數(shù)，并闡釋了模型中用到的單向鏈法權(quán)重確定方法。通過對環(huán)境效果實例的評估，驗證了該評估方法的科學(xué)性與可行性。

關(guān)鍵詞：環(huán)境保障；效果評估；評價函數(shù)；評估模型；單向鏈法

本文引用格式：張安理，張平，鄭士文.發(fā)射場產(chǎn)品測試環(huán)境保障效果評估研究[J].兵器裝備工程學(xué)報，2016(7):173-176.

Citation format:ZHANG An-li, ZHANG Ping, ZHENG Shi-wen.Study on Support Effect Assessment of Product Testing Environment in Launching Site[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(7):173-176.

航天產(chǎn)品運(yùn)輸至發(fā)射場區(qū)后在技術(shù)區(qū)廠房或塔架進(jìn)行地面測試，測試環(huán)境是產(chǎn)品進(jìn)行正常測試的前提與基礎(chǔ)，其保障效果的優(yōu)劣直接影響著產(chǎn)品品質(zhì)，嚴(yán)重時甚至?xí)p傷產(chǎn)品導(dǎo)致發(fā)射任務(wù)失敗，因此對任務(wù)過程中產(chǎn)品測試環(huán)境保障效果進(jìn)行評估具有重要意義，它是發(fā)射任務(wù)事后評價及品質(zhì)管控的重要依據(jù)之一。測試環(huán)境保障貫穿發(fā)射任務(wù)全過程，持續(xù)時間長，且涉及多個保障參數(shù)，因此要合理地評估環(huán)境保障效果是一項復(fù)雜工作。

國內(nèi)外對于效果評估研究已涉及到干擾毀傷[1-2]、攻擊對抗[3]、偽裝識別[4-5]、訓(xùn)練管理[6]等多個方面，評估方法也開展了諸多探索，比較常見的有層次分析法(AHP)、粗糙集法、動態(tài)/靜態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊綜合評判法等。這些方法應(yīng)用背景不同，各有優(yōu)勢與不足。雖然效果評估研究涉及范圍較廣，但在發(fā)射場環(huán)境保障方面仍處于探索階段，作者尚未查找到相關(guān)文獻(xiàn)資料。目前，發(fā)射場環(huán)境保障效果評估缺乏合理有效的評估方法與手段，通用方法是在采集保障期間環(huán)境數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別判斷各類數(shù)據(jù)參數(shù)是否處于指標(biāo)范圍之內(nèi)。這種方法能夠檢驗保障數(shù)據(jù)是否合格，但不能從整體上反映保障效果，這已成為制約任務(wù)事后評價的瓶頸之一。鑒于此，本文提出一種基于“聚合”思想和函數(shù)構(gòu)造法的評估方法，以實現(xiàn)產(chǎn)品測試環(huán)境保障效果評估。

1評估流程

所謂評估是依據(jù)某種目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)或手段，對得到的信息按照一定的程序步驟進(jìn)行分析、研究、判斷的一種活動[7]。環(huán)境保障效果評估采用“聚合”思想開展評估，其核心在于參數(shù)評價函數(shù)構(gòu)建，以及效果評估模型構(gòu)造思路及過程，其具體評估流程如圖1所示。

圖1　環(huán)境保障效果評估流程

(1)保障參數(shù)選取

在環(huán)境保障效果評估中，確定保障參數(shù)集U={u1,u2,…,un}是實施評估的基礎(chǔ)與前提，它直接關(guān)系到環(huán)境評估的合理性與可行性。通過對發(fā)射場中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析，明確空調(diào)保障環(huán)境的關(guān)鍵性參數(shù)，并分析目前發(fā)射場環(huán)境保障時各環(huán)境參數(shù)的獲取方法。

(2)參數(shù)評價函數(shù)構(gòu)建

獲取各保障參數(shù)數(shù)據(jù)之后，還必須使之量綱一元化和指標(biāo)歸一化，如此方能基于某種評估方法進(jìn)行各參數(shù)的綜合，從而實現(xiàn)環(huán)境保障效果的綜合評估及評價。量綱一元化的最佳方法是無量綱化。本文采用“構(gòu)建參數(shù)評價函數(shù)”的方法獲取各保障參數(shù)歸一化的無量綱評價值。

(3)利用效果評估模型對保障效果實施評估

環(huán)境保障效果評估一是要考慮到各保障參數(shù)的影響，因而要采用聚合模型實現(xiàn)綜合，二是由于保障時間較長，因而要考慮到隨時間變化的特征，三是為更有效的體現(xiàn)任務(wù)保障過程中的保障效果，可將保障效果定義為保障狀況處于最佳狀況的程度，正是基于上述考慮構(gòu)建了效果評估模型。另外，實現(xiàn)各指標(biāo)綜合時，由于每個保障參數(shù)對于保障效果而言，其重要程度不同，因而還要考慮各保障參數(shù)的重要程度。權(quán)重計算方法有層次分析法、德爾菲法、熵值法等[8]，這里采用單向鏈法(也稱G1法)權(quán)重確定方法。

(4)給出效果評價結(jié)果

保障效果評價是開展效果評估的最終目的，這就需要提供評價劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)資料、專家經(jīng)驗及保障實際，按照評價結(jié)果好壞可將評語集確定為R={r1,r2,r3,r4}={差，中，良，優(yōu)}，其中r1∈[0,0.2]，r2∈[0.2,0.5]，r3∈[0.5,0.8]，r4∈[0.8,1.0]。

2保障效果評估

2.1發(fā)射場空調(diào)系統(tǒng)工作原理

發(fā)射場中央空調(diào)系統(tǒng)的基本功能是對外界空氣的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)產(chǎn)品測試廠房、塔架封閉區(qū)、衛(wèi)星整流罩、火箭艙段等測試區(qū)域的環(huán)境保障及通風(fēng)換氣等功能。目前，發(fā)射場中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

圖2　發(fā)射場中央空調(diào)系統(tǒng)工作原理

中央空調(diào)系統(tǒng)的保障環(huán)境參數(shù)包括溫度(Temperature)、濕度(Humidity)、潔凈度(Cleanliness)和風(fēng)量(Air volume)。其中，溫濕度參數(shù)主要是通過測試區(qū)域內(nèi)的溫濕度傳感器進(jìn)行測試來獲??；潔凈度參數(shù)主要通過人工采用粒子計數(shù)器設(shè)備進(jìn)行定期測試獲??；風(fēng)量參數(shù)通常是在產(chǎn)品進(jìn)場之前由參試各方現(xiàn)場測試獲取，任務(wù)期間不再進(jìn)行重測，亦即目前任務(wù)模式采用的是“定風(fēng)量”供風(fēng)方式。

2.2參數(shù)評價函數(shù)

依據(jù)評估步驟，要開展環(huán)境保障效果評估，首先必須構(gòu)建各保障參數(shù)的評價函數(shù)。

2.2.1溫度T與相對濕度H

溫度T和相對濕度H保障要求是依據(jù)航天產(chǎn)品各元器件溫度適應(yīng)范圍以及發(fā)射場中央空調(diào)保障能力，并經(jīng)過發(fā)射任務(wù)參試多方協(xié)調(diào)得到的。溫度T及相對濕度H指標(biāo)要求提出形式為v∈(V±D)，其中，V為目標(biāo)值或理想值，D為偏差值。

(1)

2.2.2潔凈度C

潔凈度C反映潔凈環(huán)境中空氣含塵粒多少的程度，潔凈度C的指標(biāo)要求通常以C≤C1的形式給出，其中，C1通常為萬級或10萬級。潔凈度保障是不允許超標(biāo)的，一旦超標(biāo)便會對產(chǎn)品造成污染，因而其評價函數(shù)Y(c)需滿足如下條件：① 當(dāng)所測試的潔凈度數(shù)據(jù)c低于或等于指標(biāo)要求C1時，潔凈度評價函數(shù)Y(c)輸入值為1；② 當(dāng)c超過C1時，Y(c)輸入值為0。即評價函數(shù)Y(c)模型如下所示：

(2)

2.2.3風(fēng)量a

風(fēng)量a主要反映產(chǎn)品測試區(qū)域單位時間內(nèi)的換氣次數(shù)，風(fēng)量a指標(biāo)要求給出形式通常為A1～A2。當(dāng)機(jī)組所送風(fēng)量a滿足指標(biāo)要求時，該參數(shù)評價函數(shù)值為1，當(dāng)風(fēng)量aA2時，則易造成產(chǎn)品損傷，其評價函數(shù)值為0。即評價函數(shù)Z(a)模型如下所示：

(3)

2.3保障效果評估模型

測試區(qū)域的環(huán)境保障效果不僅與空調(diào)系統(tǒng)自身保障能力有關(guān)，而且與航天產(chǎn)品的保障要求密切相關(guān)。要開展環(huán)境效果評估，就需要從發(fā)射任務(wù)中所獲取的保障參數(shù)，即溫度、濕度、潔凈度及風(fēng)量中來進(jìn)行。在發(fā)射任務(wù)保障過程中，其保障效果E是一個隨時間t時刻變化的變量。但對于某次特定的發(fā)射任務(wù)而言，空調(diào)系統(tǒng)對測試區(qū)域的總保障效果應(yīng)為“恒定”的量，且可通過某種聚合方法，將整個發(fā)射任務(wù)過程中的瞬時保障效果進(jìn)行聚合獲取，進(jìn)而實現(xiàn)環(huán)境保障效果評估。

保障效果是一個模糊性概念，為開展保障效果評估，此處定義保障效果為[0,1]之間的數(shù)值。在任務(wù)保障期間[t1,t2]內(nèi)，空調(diào)系統(tǒng)對產(chǎn)品測試區(qū)域的保障效果與其保障參數(shù)，即溫度、濕度、潔凈度以及風(fēng)量等密切相關(guān)，且其主效應(yīng)均為正，即該參數(shù)評價值越大，保障效果就越好。綜上所述，空調(diào)系統(tǒng)的瞬時環(huán)境保障效果可作如下假設(shè)：

(4)

式中，“～”表示相關(guān)，T(t)為溫度評價函數(shù)，H(t)為濕度評價函數(shù)，C(t)為潔凈度評價函數(shù)，A(t)為風(fēng)量評價函數(shù)。

通常情況下，聚合模型主要包括兩種：加權(quán)積模型(冪函數(shù)法)和加權(quán)和模型[9]。其中，加權(quán)積模型主要應(yīng)用于上下層指標(biāo)關(guān)系相當(dāng)密切的情況中。考慮到環(huán)境保障的四個參數(shù)中任一參數(shù)值發(fā)生變化都會嚴(yán)重影響其保障效果，因此本文聚合時采用加權(quán)積模型，即：

(5)

式中，y為上層指標(biāo)，xi為組成這一指標(biāo)的各下層指標(biāo)，wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重值。

若在整個發(fā)射任務(wù)過程中，其評價函數(shù)值始終保持為1，則其保障效果為最佳，本文定義環(huán)境保障效果E為瞬時保障效果曲線下包絡(luò)的面積Sf與整個環(huán)境保障過程中評價函數(shù)值恒為1時所圍成的矩形面積S之比。即

(6)

2.4基于單向鏈法的權(quán)重確定

單向鏈權(quán)重確定方法(也稱G1法、序關(guān)系分析法)計算量較少，計算過程簡便直觀，該方法的計算步驟[10]如下：

(1)對各指標(biāo)參數(shù)的重要性進(jìn)行排序。假設(shè)環(huán)境保障的指標(biāo)參數(shù)分別為x1,x2,x3,…,xn，若xi的重要性大于xj，則記為：xi>xj。

(2)通過分析獲取指標(biāo)參數(shù)xk-1、xk之間相對重要性比值。假設(shè)決策者評價xk-1、xk之間相對重要性之比的理想判斷值為：wk-1/wk=rk，k=2,3,4,…,m-1,m，則rk-1與rk必須滿足：rk-1×rk>1。其中，rk的賦值可以參考表1。

表1　rk賦值參考表

(3)確定各指標(biāo)的權(quán)重。若決策者給出的rk滿足(2)，則指標(biāo)參數(shù)xm的權(quán)重值wm為：

(7)

其他指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重值為：wk-1=rk·wk，k=2,3,4,…,m-1,m。

3實例應(yīng)用

衛(wèi)星整流罩是空調(diào)保障的關(guān)鍵部位之一，這里以某次任務(wù)中對衛(wèi)星整流罩的空調(diào)保障數(shù)據(jù)為例對其保障效果進(jìn)行評估。據(jù)《**任務(wù)對發(fā)射場的技術(shù)要求》，整流罩溫度保障要求為20±5℃(目標(biāo)值為20℃)，相對濕度保障要求為30%～60%(目標(biāo)值為45%)，潔凈度≤1萬級，風(fēng)量3 000～4 000m3/h。

在整流罩環(huán)境10天保障期間，整流罩溫濕度測試數(shù)據(jù)(采集間隔為4h)如圖3所示。

任務(wù)環(huán)境保障期間，整流罩潔凈度及風(fēng)量測試數(shù)據(jù)如表2所示。

圖3　整流罩溫濕度測試數(shù)據(jù)

表2　整流罩潔凈度及風(fēng)量測試數(shù)據(jù)

利用3.4節(jié)的單向鏈法權(quán)重確定方法，可得到溫度T、濕度H、潔凈度C及風(fēng)量a等環(huán)境保障參數(shù)的權(quán)重向量為：

(0.315 2, 0.262 7, 0.225 1, 0.197 0)

通過3.2節(jié)參數(shù)評價函數(shù)以及3.3節(jié)保障效果評估模型，采用Matlab軟件仿真可獲取整流罩環(huán)境保障效果曲線如圖4所示。

圖4　整流罩環(huán)境保障效果曲線

由于潔凈度保障數(shù)據(jù)滿足任務(wù)指標(biāo)要求，致使其評價函數(shù)值恒為1；發(fā)射任務(wù)中采用定風(fēng)量供風(fēng)方式，其評價函數(shù)值亦為恒值(數(shù)值為0.956 7)，由此可知，整流罩環(huán)境保障效果曲線變化主要來自于溫濕度保障數(shù)據(jù)變化。從圖4可以看出，起始階段由于溫度較低，而相對濕度較高，兩者均偏離目標(biāo)值較遠(yuǎn)，造成其保障效果較差，此后隨著溫度的升高，而與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的相對濕度則開始降低，兩者均接近目標(biāo)值附近時，保障效果隨之上升并達(dá)到較好程度，此后溫度繼續(xù)上升，濕度繼續(xù)下降，兩者偏離目標(biāo)值越來越遠(yuǎn)，保障效果也隨之下降。隨后當(dāng)溫濕度保障數(shù)據(jù)又逐步趨向目標(biāo)值時，保障效果又呈現(xiàn)出上升趨勢。由此可見，環(huán)境保障效果曲線良好地反映了所有保障參數(shù)帶來的影響。另外，依據(jù)保障效果評估模型，可得到在此次任務(wù)中，整流罩的環(huán)境保障效果為0.918，等級評價可為“優(yōu)”，進(jìn)而為發(fā)射任務(wù)事后評價提供依據(jù)。

4結(jié)束語

本文提出了一種基于“聚合”思想的效果評估方法。結(jié)合具體實例分析，對所構(gòu)建的各保障參數(shù)評價函數(shù)，以及效果評估模型進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明該評估思路與方法切實可行，能夠有效反映發(fā)射場中央空調(diào)系統(tǒng)對產(chǎn)品測試區(qū)域的環(huán)境保障效果。由于模型的優(yōu)劣直接影響到評估結(jié)果的可靠性，下一步應(yīng)在模型細(xì)化及完善方面繼續(xù)開展研究。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

收稿日期：2016-02-09；修回日期：2016-03-05

作者簡介：張安理(1979—)，男，碩士，工程師，主要從事航天發(fā)射研究。

doi:10.11809/scbgxb2016.07.037

中圖分類號：V555

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)07-0173-04

Study on Support Effect Assessment of Product Testing Environment in Launching Site

ZHANG An-li, ZHANG Ping, ZHENG Shi-wen

(Technology Department, Taiyuan Satellite Launch Center, Taiyuan 030027, China)

Abstract:According to the evaluation process of the environmental support effect, the working principle of air conditioning system was introduced. The access of environment support parameters such as temperature, humidity, cleanliness and air volume were analyzed. The evaluation function of each environment support parameter was constructed. The assessment model of environment support effect based on the idea of polymerization was established. The assessment model involved all environment support parameters. The method for determining weight that was one-way chain used in this model was expounded. The assessment method was proved to be scientific and feasible by the assessment of practical example on the environment support effect.

Key words:environment support; effect assessment; evaluation function; assessment model; one-way chain

【基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究】