楊　陽， 趙徐成， 劉章龍， 謝千東

(空軍勤務學院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

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基于灰色模糊理論的飛行保障裝備高原環(huán)境適應性評估

楊陽， 趙徐成， 劉章龍， 謝千東

(空軍勤務學院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

結(jié)合飛行保障裝備的功能結(jié)構(gòu)和工作特性，分析了影響飛行保障裝備高原環(huán)境適應性的主要因素，構(gòu)建了飛行保障裝備高原環(huán)境適應性評估指標體系，采用組合賦權(quán)法確定了指標權(quán)重，運用灰色模糊理論建立了評估模型，并結(jié)合裝備分系統(tǒng)實例，驗證了模型的有效性和實用性，為高原飛行保障裝備的環(huán)境適應性設計提供了依據(jù)。

飛行保障裝備； 高原環(huán)境適應性； 灰色模糊評估

隨著我國高原地區(qū)戰(zhàn)略地位的提升，主戰(zhàn)飛機進駐高原機場訓練日趨常態(tài)化。惡劣的高原環(huán)境條件不僅給飛行訓練帶來困難，同時也對飛行保障裝備的保障效能產(chǎn)生了一定影響[1]。因此，迫切需要開展飛行保障裝備環(huán)境適應性評估研究，衡量其高原環(huán)境適應性。由于環(huán)境影響因素數(shù)據(jù)收集難度大，已有數(shù)據(jù)也不完整，且多為定性描述，應用傳統(tǒng)評價方法(如比較分析評價法、試驗評價法等)[2]進行裝備環(huán)境適應性評價時，只簡單地將環(huán)境因素劃分為“有影響”或“無影響”，這種非“0”即“1”的大幅度簡化，使評估結(jié)果很難反映出環(huán)境因素對裝備的具體影響程度?；疑：u估法將灰色評估法和模糊評估法有機結(jié)合，可在收集信息不充足的情況下，較為準確合理地評價模糊因素或現(xiàn)象[3]。為此，筆者采用灰色模糊理論對裝備高原環(huán)境適應性進行評估，以期為裝備的改進、研制提供理論依據(jù)。

1　評估對象與運用環(huán)境分析

飛行保障裝備的保障效能與高原地區(qū)環(huán)境條件密切相關(guān)，評估飛行保障裝備環(huán)境適應性，首先要明確裝備的高原運用環(huán)境，分析高原的地理氣候條件。筆者結(jié)合飛行保障裝備型號多樣及高原環(huán)境錯綜復雜的現(xiàn)實情況，以裝備分系統(tǒng)為評估對象，提出飛行保障裝備高原環(huán)境適應性研究構(gòu)想。

1.1高原環(huán)境適應性評估對象

飛行保障裝備是指為在地面實施飛機和直升機所需的氣源、電源以及液壓能源等技術(shù)支援保障而配備的航空軍事保障裝備[4]。其型號多，數(shù)量大，涉及的專業(yè)技術(shù)面廣，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。按保障功能可分為制氧制氮裝備、制冷充冷裝備、充放電裝備、電源車、空調(diào)車、油泵車和氣源啟動車7大類。

高原環(huán)境條件對裝備各系統(tǒng)的影響機理和程度不盡相同，因此，筆者以裝備分系統(tǒng)為研究對象,依據(jù)系統(tǒng)工程思想，將飛行保障裝備系統(tǒng)按功能結(jié)構(gòu)以及工作特性分為動力系統(tǒng)(S1)、氣源系統(tǒng)(S2)、液壓系統(tǒng)(S3)、電氣系統(tǒng)(S4)和機械系統(tǒng)(S5)。

1.2裝備高原環(huán)境條件影響因素

環(huán)境條件是指在裝備全壽命周期內(nèi)對其功能結(jié)構(gòu)和工作特性產(chǎn)生影響的環(huán)境應力，是確定裝備高原環(huán)境適應性的基礎(chǔ)[5]。根據(jù)飛行保障裝備全壽命周期內(nèi)的環(huán)境影響剖面[6]，可將高原環(huán)境簡化為自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。高原自然環(huán)境是指非人力造成的部分環(huán)境，主要表現(xiàn)為氣壓低、氣溫低、太陽輻射強和風沙強；高原誘發(fā)環(huán)境是指非自然力環(huán)境，主要指路況差引起的較大裝備振動[7-8]。表1為高原環(huán)境對飛行保障裝備分系統(tǒng)的影響分析。

表1　高原環(huán)境對飛行保障裝備分系統(tǒng)的影響分析

依據(jù)高原環(huán)境的特點和裝備全壽命周期內(nèi)環(huán)境剖面的組成，確定飛行保障裝備的關(guān)鍵高原環(huán)境影響因素主要有：溫濕度、氣壓、沙塵、輻射以及路況(路況差引起裝備較大振動)。

2　飛行保障裝備環(huán)境適應性評估體系

構(gòu)建合理的環(huán)境適應性評估體系是進行飛行保障裝備高原環(huán)境適應性評估的基礎(chǔ)。筆者以關(guān)鍵高原環(huán)境影響因素為評估指標建立評估體系，并采用組合賦權(quán)法[9]確定各指標的權(quán)重。

2.1評估指標

以溫濕度u1、氣壓u2、沙塵u3、輻射u4和路況u5為飛行保障裝備環(huán)境適應性評價指標。

2.2指標權(quán)重

飛行保障裝備環(huán)境適應性評價指標體系中各指標的權(quán)重既反映了各指標的重要度，也體現(xiàn)了環(huán)境因素對裝備的影響程度。

主觀賦權(quán)法分配的權(quán)重帶有一定的主觀色彩，客觀性不足；客觀賦權(quán)法卻難以有效體現(xiàn)評判者對不同屬性指標的重視程度；而組合賦權(quán)法既能滿足層次分析法中專家對指標的主觀偏好，又能減小權(quán)重受主觀因素的影響，將主觀判斷和被評價對象的自身信息量相結(jié)合，實現(xiàn)主客觀的有機統(tǒng)一。為此，筆者采用主客觀相結(jié)合的組合賦權(quán)法來確定各指標的權(quán)重。組合賦權(quán)法確定各項指標權(quán)重時，首先分別采用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法確定各指標的權(quán)重，然后采用加法集成法進行綜合。具體流程[10]如下：

1)主觀賦權(quán)法確定指標權(quán)重

采用層次分析法對各子指標的重要程度進行比較，構(gòu)建判斷矩陣。以動力系統(tǒng)為例，其環(huán)境適應性評價指標的判斷矩陣如表2所示。

表2　動力系統(tǒng)環(huán)境適應性評價指標的判斷矩陣

求解判斷矩陣，并進行一致性檢驗，可得溫濕度、氣壓、沙塵、輻射和路況對動力系統(tǒng)的權(quán)重向量PS1=[0.260.480.120.050.09]。同理，可得各評價指標對分系統(tǒng)S2、S3、S4、S5的影響權(quán)重向量分別為

PS2=[0.110.560.230.030.07]；

PS3=[0.080.500.130.040.25]；

PS4=[0.250.500.080.130.04]；

PS5=[0.140.040.080.240.50]。

2)客觀賦權(quán)法確定指標權(quán)重

收集由關(guān)鍵環(huán)境因素誘發(fā)的飛行保障裝備高原環(huán)境失效信息，統(tǒng)計誘發(fā)裝備失效的各關(guān)鍵環(huán)境因素所占比例，得到關(guān)鍵環(huán)境因素對動力系統(tǒng)的影響權(quán)重向量QS1=[0.280.470.250.000.00]。同理，可得各評價指標對分系統(tǒng)S2、S3、S4、S5的影響權(quán)重向量分別為

QS2=[0.310.250.250.000.19]；

QS3=[0.090.570.090.000.25]；

QS4=[0.340.340.120.120.08]；

QS5=[0.300.100.100.300.20]。

3)組合賦權(quán)法修正指標權(quán)重

針對主客觀賦權(quán)法各自的缺點，將主觀權(quán)重向量P與客觀權(quán)重向量Q進行加權(quán)綜合，對各指標權(quán)重進行修正，即

A=k1P+k2Q。

(1)

在充分征求專家意見的基礎(chǔ)上，對于功能單元(S2、S3、S4)，k1=0.7，k2=0.3；對于機械單元(S1、S5)，k1=0.3，k2=0.7。結(jié)合式(1)可得各指標的最終權(quán)重向量分別為

AS1=[0.270.480.150.040.06]；

AS2=[0.170.470.230.020.11]；

AS3=[0.080.520.120.030.25]；

AS4=[0.280.450.090.130.05]；

AS5=[0.250.080.100.280.29]。

3　基于灰色模糊理論的環(huán)境適應性評估模型

3.1評估模型構(gòu)建

3.1.1確定評判因素集和評語集

因素集U是由影響保障裝備效能的關(guān)鍵環(huán)境因素構(gòu)成的集合，即U={u1，u2，u3，u4，u5}={溫濕度，氣壓，沙塵，輻射，路況}；評語集V是由保障裝備環(huán)境適應性評判等級構(gòu)成的集合，一般可分為5個等級，V={v1，v2，v3，v4，v5}={優(yōu)，良，中等，較差，差}={100，90，80，70，60}；飛行保障裝備高原環(huán)境適應度H={h1，h2，h3，h4，h5}={優(yōu)，良，中等，較差，差}={100，95，85，75，65}，評價結(jié)果定量化標準如表3所示。

表3　評價結(jié)果定量化標準

3.1.2確定權(quán)重集

灰色模糊評價中權(quán)重集是指因素集與被評對象之間的灰色模糊關(guān)系，由模糊部分和灰色部分構(gòu)成，可表示為

(2)

表4　灰度打分標準

3.1.3 建立灰色模糊評估矩陣

(3)

邀請N位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍ρb備各分系統(tǒng)耐環(huán)境影響的等級進行投票，并統(tǒng)計隸屬度μij，即

(4)

N位專家根據(jù)灰度打分標準分別對環(huán)境指標u1、u2、u3、u4、u5進行灰度評分，對應第i個指標分值為ri1、ri2、…、riN。為減少專家主觀偏見，去除評分最大值和最小值，求平均值后可得各指標的評分灰度值為

(5)

3.2評估結(jié)果計算

(6)

3.3評估結(jié)果處理

(7)

4　實例分析及環(huán)境設計措施

以典型的飛行保障裝備空調(diào)車為例，對其動力、氣源、電力和機械4個分系統(tǒng)進行高原環(huán)境適應性評估，先依據(jù)評估結(jié)果提出空調(diào)車高原環(huán)境適應性設計措施。

4.1評估結(jié)果

根據(jù)高原環(huán)境條件下收集的裝備失效信息的充足程度，對各指標權(quán)重所對應的灰度賦值。以動力系統(tǒng)為例，將指標權(quán)重對應的灰度賦值為0.3，得到動力系統(tǒng)的評估指標權(quán)重集為

(0.04,0.3)(0.06,0.3)]；

依據(jù)專家打分結(jié)果統(tǒng)計各指標隸屬度，與灰度進行組合得到空調(diào)車動力系統(tǒng)的灰色模糊評估矩陣為

根據(jù)式(6)可得評估結(jié)果為

B=[0.110.120.130.330.31]。

根據(jù)公式H=B·VT，可得空調(diào)車動力系統(tǒng)的評估得分為73.9。

同理，可得空調(diào)車其他分系統(tǒng)的環(huán)境適應性評估得分，根據(jù)裝備對環(huán)境的適應度等級劃分H={優(yōu)，良，中等，較差，差}={100，95，85，75，65}，可判定各分系統(tǒng)環(huán)境適應度等級。各分系統(tǒng)高原環(huán)境適應性評估指標權(quán)重、評估得分和適應度如表5所示。

表5　空調(diào)車分系統(tǒng)高原環(huán)境適應性評估結(jié)果

4.2環(huán)境適應性設計措施

飛行保障裝備的高原環(huán)境適應性設計的重點是提高裝備分系統(tǒng)對關(guān)鍵環(huán)境因素的適應能力。根據(jù)評估結(jié)果，分系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)境因素為權(quán)重大的指標，因此，應針對關(guān)鍵環(huán)境影響因素采取相應的環(huán)境適應性設計措施，以提高飛行保障裝備的環(huán)境適應能力?？照{(diào)車環(huán)境適應性設計措施[12]如表6所示。

表6　空調(diào)車環(huán)境適應性設計措施

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(責任編輯: 王生鳳)

Plateau Environment Adaptability Evaluation of Flight Support Equipment Based on Grey-fuzzy Theory

YANG Yang, ZHAO Xu-cheng, LIU Zhang-long, XIE Qian-dong

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

Combined with the functional structure and working characteristic of the flight support equipment, main factors which influence plateau environment adaptability of aircraft support equipment are ana-lyzed. The index system of plateau environment adaptability of flight support equipment is established, and index weight through combination weighting method is confirmed. Based on gray-fuzzy theory, evaluation model is built and effectiveness and practicability of the model are validated in combination with actual case of partial system of support equipment, which provides basis for plateau environment adaptability design of flight support equipment.

flight support equipment; plateau environment adaptability; gray-fuzzy evaluation

1672-1497(2016)04-0030-05

2016-01-04

楊陽(1992-)，男，碩士研究生。

E239.4

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.04.006