孫玉琳，呂瑞強(qiáng)，田磊，王雙川

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基于FAHP與灰色聚類的航空地面電源車功能損傷狀態(tài)評(píng)估

孫玉琳a，呂瑞強(qiáng)a，田磊b，王雙川a

（空軍勤務(wù)學(xué)院 a.航空四站系；b.科研部，江蘇 徐州 221000）

航空地面電源車戰(zhàn)損情況下的功能損傷狀態(tài)評(píng)估。以電源車的功能結(jié)構(gòu)層次為基礎(chǔ)建立指標(biāo)體系，應(yīng)用改進(jìn)的模糊層次分析法（Fuzzy Analytical Hierarchy Process, FAHP）法確定指標(biāo)權(quán)重。建立灰色聚類評(píng)估模型，并提出指標(biāo)靈敏度分析方法。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了方法的可行性和有效性?；贔AHP與灰色聚類的方法能夠最大限度地利用了有效信息，對(duì)電源車功能損傷狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)、合理和全面的評(píng)估。

功能損傷；狀態(tài)評(píng)估；灰色聚類；FAHP；電源車

裝備在物理狀態(tài)上發(fā)生損傷后，會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)一定程度的功能劣化或喪失[1]。裝備功能損傷狀態(tài)的評(píng)估是物理戰(zhàn)損狀態(tài)的聚合分析，同時(shí)也是單裝損傷定級(jí)和集群裝備戰(zhàn)斗力喪失評(píng)估的基礎(chǔ)，是裝備戰(zhàn)損評(píng)估的重要環(huán)節(jié)。目前針對(duì)航空地面電源車的功能損傷狀態(tài)評(píng)估，多采用粗略的損傷定級(jí)方法，根據(jù)電源車能否完成保障任務(wù)和保障人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷電源車損傷狀態(tài)和損傷等級(jí)，科學(xué)性和準(zhǔn)確性不高。因此，急需研究電源車功能損傷狀態(tài)的評(píng)估方法，以完善電源車戰(zhàn)損評(píng)估理論體系。

裝備功能損傷狀態(tài)評(píng)估的方法主要有：基于DMEA與損傷樹的評(píng)估方法[2-3]；基于案例的評(píng)估方法[4]；基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法[5-6]；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法[7]；基于冪指數(shù)的評(píng)估方法[8-9]；基于多指標(biāo)決策或模糊綜合評(píng)判的評(píng)估方法[10-11]等。其中，基于DMEA與損傷樹的評(píng)估方法是基本的戰(zhàn)損分析方法，應(yīng)用該方法的分析結(jié)果具有典型性，但是不能進(jìn)行精確的量化分析?；诎咐脑u(píng)估方法在數(shù)據(jù)量和案例集較少時(shí)應(yīng)用準(zhǔn)確性不高。基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不全情況下的雙向推理，初步解決了貧信息條件下的戰(zhàn)損評(píng)估問(wèn)題，但是所建網(wǎng)絡(luò)模型適用于精確定位分析，在宏觀上的功能損傷評(píng)估中計(jì)算不夠簡(jiǎn)便。文獻(xiàn)[10]針對(duì)裝甲裝備建立了AHP與冪指數(shù)方法相結(jié)合的功能損傷評(píng)估模型，較好地實(shí)現(xiàn)了功能損傷程度的定量評(píng)估，但是在模型中沒有考慮到評(píng)估的灰色性和模糊性。文獻(xiàn)[11]提出的基于模糊層次分析的評(píng)估方法考慮到了評(píng)估的模糊性，但是在評(píng)估的灰色性上沒有較好的解決。

電源車戰(zhàn)損評(píng)估方面的歷史數(shù)據(jù)少、影響因素多，其功能損傷狀態(tài)的評(píng)估具有信息不充分、評(píng)判因素不明確兩個(gè)主要特點(diǎn)。因此，該方面的評(píng)估是一項(xiàng)灰色性和模糊性兼具的復(fù)雜系統(tǒng)工程。針對(duì)此，文中建立了基于模糊層次分析法（Fuzzy Analytical Hier archy Process, FAHP）和灰色聚類法的評(píng)估模型，并對(duì)方法進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)。該模型中FAHP法可以最大限度地利用定性指標(biāo)的模糊有效信息，灰色聚類法能有效處理指標(biāo)的不確定性問(wèn)題，二者綜合應(yīng)用可以使電源車功能損傷狀態(tài)的評(píng)估更加科學(xué)、合理。

1 評(píng)估指標(biāo)體系

裝備的功能損傷具有復(fù)雜的多態(tài)性，因此為描述裝備的功能損傷狀態(tài)，應(yīng)將裝備功能分解成適當(dāng)?shù)墓δ苊枋鰧哟蝃12]。根據(jù)電源車的功能特點(diǎn)和保障任務(wù)，將電源車的功能劃分為總功能、系統(tǒng)級(jí)功能和分系統(tǒng)級(jí)功能三個(gè)層次。以此為基礎(chǔ)，按照層次分析法原理，構(gòu)建電源車功能損傷狀態(tài)評(píng)估的指標(biāo)體系，如圖1所示。其中作戰(zhàn)保障功能為總功能，即評(píng)估總目標(biāo)；行進(jìn)系統(tǒng)功能、發(fā)電系統(tǒng)功能、電力控制系統(tǒng)功能和操作系統(tǒng)功能四個(gè)方面為系統(tǒng)級(jí)功能，即評(píng)估一級(jí)指標(biāo)；四個(gè)方面展開之后的指標(biāo)為二級(jí)指標(biāo)。

圖1 電源車功能損傷程度評(píng)估指標(biāo)體系

2 基于FAHP與灰色聚類的評(píng)估模型

2.1 FAHP法改進(jìn)與指標(biāo)權(quán)重確定

應(yīng)用FAHP法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定。FAHP法是應(yīng)用模糊評(píng)判思想進(jìn)行定性與定量分析的一種方法[13]，相較于傳統(tǒng)的層次分析法，F(xiàn)AHP法能更好地表述因素間的模糊關(guān)系。在該方法的模糊賦值中存在主觀性較強(qiáng)的問(wèn)題，因此決定參考序關(guān)系分析原理對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使元素重要度模糊判斷尺度由關(guān)系排序數(shù)唯一確定，降低模糊賦值判斷的主觀性。改進(jìn)后的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算步驟如下：

1）確定指標(biāo)重要度排序與模糊判斷尺度標(biāo)準(zhǔn)。令一級(jí)指標(biāo)元素為μ，二級(jí)指標(biāo)元素為a，元素間重要度關(guān)系為p（，=1，2，…，）。將指標(biāo)重要度劃分為5個(gè)等級(jí)，見表1，等級(jí)間比較的模糊尺度見表2。

表1 電源車功能損傷程度評(píng)估指標(biāo)元素重要性簡(jiǎn)易表

表2 模糊尺度標(biāo)準(zhǔn)

2）構(gòu)建模糊判斷矩陣。在指標(biāo)模糊重要度排序的基礎(chǔ)上，依據(jù)重要度模糊賦值得出一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣A=(r)×p，其中：

3）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。將一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣A=(r)×p的各個(gè)列向量歸一化，再按行求和取平均，得A對(duì)于目標(biāo)的組合權(quán)重：

同理，經(jīng)過(guò)模糊關(guān)系分析、重要度賦權(quán)、構(gòu)建判斷矩陣，可得二級(jí)指標(biāo)組合權(quán)重值為：

2.2 灰色聚類評(píng)估模型

可以將待評(píng)估對(duì)象看成是個(gè)評(píng)估指標(biāo)，個(gè)不同的灰類，根據(jù)對(duì)象關(guān)于指標(biāo)的樣本實(shí)現(xiàn)值X，對(duì)相應(yīng)的對(duì)象進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程。具體步驟為[14]：

1）確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。

圖2 三角白化權(quán)函數(shù)

2.3 指標(biāo)權(quán)重靈敏度分析

由于賦權(quán)存在一定的主觀性，權(quán)重的變化可能會(huì)引起評(píng)估結(jié)果的變化?；诖?，對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行靈敏度分析，量化表示權(quán)重對(duì)于評(píng)估結(jié)果的影響。

由式（2）可得：

圖3 指標(biāo)權(quán)重靈敏度區(qū)間

3 實(shí)例分析

以某次戰(zhàn)損搶修試驗(yàn)中的某型損傷電源車為例進(jìn)行評(píng)估分析。通過(guò)專家評(píng)估、裝備檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析獲取電源車狀態(tài)的初始數(shù)據(jù)值，運(yùn)用灰色聚類的方法來(lái)評(píng)估其功能損傷程度。

根據(jù)指標(biāo)參數(shù)的變化范圍，列出各指標(biāo)的閾值、延拓值。將各指標(biāo)劃分為完好、輕損、中損、重?fù)p等4個(gè)灰類。應(yīng)用德爾菲法對(duì)電源車初始進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，以各專家裝備功能狀態(tài)評(píng)分的均值作為其實(shí)現(xiàn)值，見表3。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，將其代入對(duì)應(yīng)的灰類白化權(quán)函數(shù)隸屬度計(jì)算公式，從而得到各分類指標(biāo)灰類的白化權(quán)函數(shù)值[16]，見表4。

表3 各指標(biāo)灰類、閾值、延拓值及實(shí)現(xiàn)值

表4 分類指標(biāo)灰類白化權(quán)函數(shù)值

表5 綜合聚類系數(shù)

4 結(jié)果分析

4.1 定權(quán)評(píng)估結(jié)果

4.2 指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)結(jié)果的影響

5 結(jié)語(yǔ)

文中提出的基于FAHP與灰色聚類法的電源車功能損傷狀態(tài)評(píng)估方法，能夠最大限度地利用有效信息，對(duì)電源車功能損傷狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)、合理和全面的評(píng)估。為電源車的功能損傷狀態(tài)評(píng)估提供了理論基礎(chǔ)和方法依據(jù)，同時(shí)也為裝備戰(zhàn)損評(píng)估的研究提供了新思路。下一步應(yīng)重點(diǎn)研究評(píng)估初始數(shù)據(jù)信息的來(lái)源問(wèn)題，以及指標(biāo)體系的擴(kuò)展與優(yōu)化。

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Function Damage Condition Evaluation of Power Truck Based on FAHP and Grey Clustering

SUN Yu-lina, LYU Rui-qianga, TIAN Leib, WANG Shuangchuana

(Air Force Logistics College a. Department of Aviation Ground; b. Scientific Department, Xuzhou 221000, China)

To evaluate function damage condition of aircraft power truck.An index system was established based on the functional structure layer of power truck. The FAHP (Fuzzy Analytic Hierarchy Process) was adopted to determine the weight of index. An evaluation model for gray clustering was established. And methods for analysis of index sensitivity were proposed.The applicability and the effectiveness of this model were verified by an example.The method of FAHP and grey clustering can make full use of the information to evaluate the function damage condition of power truck.

function damage; condition evaluation; grey clustering; FAHP; power truck

10.7643/ issn.1672-9242.2017.10.021

TJ07；TG147

A

1672-9242(2017)10-0110-05

2017-05-12；

2017-05-12

孫玉琳（1992—），男，河北唐山人，碩士，主要研究方向?yàn)楹娇账恼颈Ｕ霞夹g(shù)。

呂瑞強(qiáng)（1964—），男，江蘇徐州人，博士，教授, 主要研究方向?yàn)檠b備保障理論與應(yīng)用。