姬麗靜，萬 紅，考希賓，陳亞妮，羅思源，王延琦，楊巧麗，閆金海，孔 巍

(兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國兵器工業(yè)集團(tuán)人機(jī)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065)

裝甲車輛艙室不同于一般密閉艙室或工作場所環(huán)境，由于艙室密閉性差、作戰(zhàn)環(huán)境惡劣、加之連續(xù)作戰(zhàn)特性使艙室存在有害氣體、高溫、振動、噪聲、高濕等有害因素，這些因素皆影響著乘員的作業(yè)工效，目前對這些因素的評價方式主要有兩種：(1)結(jié)合國家軍用標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)等對單因素進(jìn)行評價[1-3]，如總裝備部發(fā)布的GJB5834—2006《裝甲車輛艙室內(nèi)有害氣體濃度限值》，規(guī)定了不引起乘載員有害健康影響或工效降低的有害氣體容許溶度；國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會發(fā)布的GJB2935—1997《特種車輛車內(nèi)噪聲允許限值》規(guī)定在混凝土路面直線跑道上以2/3最大速度閉窗勻速行駛時，車內(nèi)乘員位置的噪聲不應(yīng)超過113 dB等。(2)針對影響艙室環(huán)境的因素進(jìn)行多因素綜合評價。如王和平等[4]通過分析研究乘載員戰(zhàn)斗力的微環(huán)境因素，結(jié)合振動、噪聲、溫濕度、有害氣體因素建立了基于指標(biāo)的特種車內(nèi)環(huán)境模糊綜合評價模型，萬紅等[5]基于對振動、噪聲、高溫、有害氣體的主觀感受調(diào)查問卷與模糊評價方法,構(gòu)建了艙室環(huán)境對乘員作業(yè)安全影響的綜合模型。

本文提出模糊層次評價法在裝甲車輛艙室環(huán)境評價中的應(yīng)用,以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，將影響環(huán)境的溫度、濕度、振動、噪聲、有害氣體因素進(jìn)行量化并分級，更有效地為評價提供科學(xué)依據(jù)。

1 模糊層次分析法

模糊層次分析法是基于層次分析法擴(kuò)展延伸的一種方法，應(yīng)用層次分析法確定評價體系中各指標(biāo)的權(quán)重，模糊評價法對各指標(biāo)進(jìn)行評價[6-8]。其中層次分析法是一種解決多目標(biāo)復(fù)雜問題的定性與定量相結(jié)合的決策分析方法；模糊評價法是用模糊數(shù)學(xué)理論，將評價中的模糊信息數(shù)值化，再進(jìn)行定量評價的方法。

本文將兩種方法相結(jié)合，構(gòu)建模糊層次分析模型用于裝甲車輛艙室環(huán)境的綜合評價，使用該方法進(jìn)行評價的具體思路如下：

① 確定綜合評價目標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)。

② 建立模糊集合。包括因素集和評價集。

③ 利用層次分析法計算各目標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。即通過兩兩比較判斷的方式確定每個層次中目標(biāo)的相對重要性，并用定量的方法表示。

④ 確定各因素評判標(biāo)準(zhǔn)。

⑤ 建立各因素隸屬函數(shù)與隸屬度矩陣。

⑥ 模糊綜合評價，對工效等級進(jìn)行評定。

2 裝甲車輛乘員作業(yè)工效評價

根據(jù)以上所述，影響裝甲車輛乘員作業(yè)工效評價的因素主要有溫度、濕度、振動、噪聲、有害氣體因素，以此構(gòu)建指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.1 建立模糊集合

1) 建立因素集。根據(jù)2.1章節(jié)裝甲車輛乘員工效評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建影響乘員作業(yè)工效的因素集，U={u1,u2,u3,u4,u5}={溫度、濕度、振動、噪聲、有害氣體}。

2) 建立評價集。根據(jù)裝甲車輛艙室環(huán)境因素評價標(biāo)準(zhǔn)建立裝甲車輛乘員作業(yè)工效評價集，V={v1,v2,v3,v4}={很小，小，大，很大}。

圖1 裝甲車輛乘員工效評價指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

2.2 確定各評價指標(biāo)的權(quán)重

裝甲車輛艙室環(huán)境的每個因素對乘員作業(yè)工效影響的程度并不相同，因此在評價時，首先應(yīng)計算各指標(biāo)的權(quán)重。本文應(yīng)用層次分析法，首先采用兩兩比較方法，即引入函數(shù)f(x,y)，通過專家詢問確定x與y因素哪個更為重要，采用Saaty提出的1～9標(biāo)度方法構(gòu)造判斷矩陣A,根據(jù)判斷矩陣A求最大特征值對應(yīng)的特征向量[9]，同時為避免專家出現(xiàn)邏輯性錯誤，對所求最大特征值進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[10]。

根據(jù)層次分析法編制《裝甲車輛乘員作業(yè)工效影響因素專家調(diào)查意見表》，邀請了8所單位的15名專家參評者(分別從事裝甲車輛總體設(shè)計、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計、測試評價的專家參評者)，對溫度、濕度、振動、噪聲、有害氣體通過兩兩重要性對比進(jìn)行打分，以下為專家一得到的判斷矩陣：

采用“和積法”進(jìn)行計算，求得各矩陣的特征向量、特征值和檢驗(yàn)值分別為：

W1=(0.391 0.279 0.192 0.092 0.046)，

λ=5.14,CR=0.031

由此判斷矩陣具有良好的一致性，同理可得其他14名專家指標(biāo)權(quán)值的咨詢結(jié)果，如表1所示，在這一過程中，如果沒有滿足一致性檢驗(yàn)，則由該專家重新評價。

通過層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重為：

A={溫度，濕度，振動，噪聲，有害氣體}=

[ 0.186 0.086 0.193 0.201 0.335]

2.3 確定各因素評判標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合2.1節(jié)構(gòu)建的評價集，依據(jù)裝甲車輛作業(yè)環(huán)境測試評價相關(guān)國家軍標(biāo)確定因素集的等級標(biāo)準(zhǔn)值，將影響因素分為越低越優(yōu)型指標(biāo)和越高越優(yōu)型指標(biāo)，需要特別說明的是由于裝甲車輛行駛或武器射擊狀態(tài)時一氧化碳皆是裝甲車輛艙室內(nèi)最主要的有害因素，因此本文中以一氧化碳為代表確定有害氣體等級標(biāo)準(zhǔn)值。

1) 溫度。選擇GJB3991中維持舒適、工效保證、工效降格、安全耐受4個等級對應(yīng)的溫度限值作為溫度各等級的標(biāo)準(zhǔn)值。

2) 濕度。在查閱相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及國家軍用標(biāo)準(zhǔn)、研究報告、技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)研究結(jié)果，確定了相對濕度對乘員作業(yè)工效等級的標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 15名專家指標(biāo)權(quán)值咨詢結(jié)果

3) 振動。根據(jù)GJB 59.15中規(guī)定的8 h、4 h、2 h、1 h允許暴露時間對應(yīng)的加速度加權(quán)均方根值作為振動各等級標(biāo)準(zhǔn)值。

4) 噪聲。在選擇GJB50A規(guī)定的噪聲暴露8 h、4 h、2 h、1 h四個容許限值基礎(chǔ)上，按照GJB2935規(guī)定的乘員工作帽的平均衰減不用低于20 dB的要求，將四個容許限值均增加20 dB作為噪聲各等級標(biāo)準(zhǔn)值。

5) 一氧化碳。將GJB5834規(guī)定的艙室內(nèi)一氧化碳(CO)的8h加權(quán)平均容許濃度限值20 mg/m3作為等級“很小”的標(biāo)準(zhǔn)值，并按相關(guān)公式計算得到4h、2h、1h接觸持續(xù)時間艙室內(nèi)空氣中CO濃度限值分別作為一氧化碳(CO)“小”、“大”、“很大”3個等級的標(biāo)準(zhǔn)值。

各影響因素的等級標(biāo)準(zhǔn)值如表2所示。

2.4 構(gòu)建各因素隸屬函數(shù)與隸屬度矩陣

根據(jù)各影響因素類型以及對應(yīng)的特征曲線，利用三角函數(shù)法得出各影響因素評價的隸屬度函數(shù)，分別構(gòu)建“越高越優(yōu)”、“越低越優(yōu)”兩種類型隸屬函數(shù)，其中D1、D2、D3、D4分別對應(yīng)評判標(biāo)準(zhǔn)的四個分界值，對于越高越優(yōu)型指標(biāo)，采用升半梯形分布函數(shù)和線性三角形函數(shù)，D4

圖2 越高越優(yōu)型指標(biāo)特征曲線

圖3 越低越優(yōu)型指標(biāo)特征曲線

影響因素影響程度很小小大很大備注溫度/℃高溫29343844越低越優(yōu)低溫100-5-22越高越優(yōu)相對濕度/%高氣濕60708090越低越優(yōu)低氣濕2015105越高越優(yōu)振動/(m·s-2)0.3150.530.8251.18越低越優(yōu)噪聲/dB(A)105108111114越低越優(yōu)一氧化碳/(mg·m-3)204666108越低越優(yōu)

1) “越高越優(yōu)”型隸屬函數(shù)

2) “越低越優(yōu)”型隸屬函數(shù)

2.5 構(gòu)建單因素矩陣，模糊綜合評價

1) 單因素評價

根據(jù)對應(yīng)的隸屬函數(shù)，對影響乘員作業(yè)工效的因素逐一評價，通過子因素集ui和與之對應(yīng)的評價集V，確定隸屬度矩陣R。

其中，矩陣元素rjk表示因素集U={u1，u2u3,u4,u5}中ui個因素第j個子因素uij在評價集上對應(yīng)的等級k的隸屬度。

2) 模糊綜合評價

將權(quán)向量A與模糊關(guān)系矩陣R合成，模糊算子“ ° ”采用加權(quán)平均型求解模型[14]，得到模糊綜合評價結(jié)果向量B。

B=(b1,b2,…,bk)=A°R=(a1,a2,…,aj)°

2.6 計算綜合評判值G，并判斷工效等級。

假設(shè)評價集各等級分別的對應(yīng)值為D=(4 3 2 1)，計算乘員作業(yè)安全性評價值G[5]，影響工效等級的判定如表3所示。

G=4b1+3b2+2b3+b4

2.7 應(yīng)用案例

以某裝甲輸送車為例，乘員作業(yè)工效評價結(jié)果如表4所示。

綜合評價結(jié)果表明該型車的艙室環(huán)境對駕駛員、車長工效影響等級分別為很小、小，經(jīng)計算，與文獻(xiàn)[5]中基于主觀感受調(diào)查問卷建立模糊綜合評價方法所評判的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本文采用層次分析法確定權(quán)重，模糊評價方法對裝甲車輛乘員作業(yè)工效進(jìn)行評價，構(gòu)建了裝甲車輛乘員作業(yè)工效評價模型，在對影響裝甲車輛乘員作業(yè)工效的艙室環(huán)境分級時依據(jù)了相關(guān)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)，相對比基于主觀問卷的評價方法更具信服力，該方法可為提高裝甲車輛乘員安全性，設(shè)計改進(jìn)艙室提供參考。

表4 乘員作業(yè)工效綜合評價結(jié)果