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        基于改進的關(guān)聯(lián)度矩陣法維修可達性評價方法研究

        2022-06-06 15:04:07史永勝徐凱
        航空維修與工程 2022年4期
        關(guān)鍵詞:評價方法

        史永勝 徐凱

        摘要:為了更好地對產(chǎn)品的維修可達性進行綜合評價,根據(jù)維修可達性的定義確定了評價指標體系,結(jié)合權(quán)的最小平方法對關(guān)聯(lián)度矩陣法進行改進,構(gòu)建了新的維修可達性的評價方法。該方法可對維修可達性進行量化處理,評價結(jié)果更符合實際情況。以貨機貨運系統(tǒng)動力驅(qū)動裝置為例進行實例驗證,結(jié)果表明,該評價方法可為貨運系統(tǒng)維修可達性設(shè)計提供重要參考。

        關(guān)鍵詞:維修可達性;關(guān)聯(lián)度矩陣法;權(quán)的最小平方法;評價方法

        Keywords: maintenance accessibility;correlation degree matrix method;weighted least-square priority method;evaluation method

        維修性是產(chǎn)品完成設(shè)計時具有的衡量產(chǎn)品完成維修能力的特性。維修可達性是維修性中最重要的屬性之一,是指維修或操作時接近產(chǎn)品不同組成部分的相對難易程度[1]。傳統(tǒng)的維修可達性評價主要依靠物理樣機,缺乏配套的維修可達性評估方法,評價結(jié)果受專家主觀影響較大,且產(chǎn)品研發(fā)周期長,經(jīng)濟成本高。

        隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的興起,基于虛擬仿真技術(shù)的維修可達性研究成為重要研究方向。在設(shè)計階段,對產(chǎn)品的維修可達性進行量化評價,及時發(fā)現(xiàn)維修可達性缺陷問題尤為重要。

        構(gòu)建維修可達性評價方法的目的是將可達性定性指標量化處理。崔曉風(fēng)等[2]結(jié)合模糊綜合評價法和專家評估法建立維修難度模型,為車輛研制提供維修可達性的評價手段。吳昊等[3]運用模糊綜合評價法和層次分析法確定評價指標權(quán)重,對民用飛機的維修可達性進行綜合評價;Slavila等[4]運用模糊綜合評價法,對裝備的設(shè)計方案進行維修性評價。以上學(xué)者的評價方法中沒有體現(xiàn)指標之間的關(guān)聯(lián)度,對指標權(quán)重的確定主觀性較強。陳璐等[5]、周亦軍等[6]運用維修性關(guān)聯(lián)度矩陣和積和式算法構(gòu)建了維修性的評價模型,考慮了維修性各指標間的關(guān)聯(lián)度;曾毅[7]、徐達等[8]運用關(guān)聯(lián)度矩陣和積和式算法對裝備維修可達性進行了綜合評價,考慮了維修可達性各指標間的關(guān)聯(lián)度,但本文對兩位作者論述的可達性指標之間的關(guān)聯(lián)度強弱關(guān)系提出了不同見解。以上學(xué)者雖然考慮了指標之間的關(guān)聯(lián)度,但是沒有考慮指標的權(quán)重對評價結(jié)果的影響。

        針對現(xiàn)有維修可達性評價方法的不足,本文綜合考慮指標權(quán)重和指標間的關(guān)聯(lián)度,提出了一種基于關(guān)聯(lián)度矩陣法和權(quán)的最小平方法的維修可達性評價方法,其評價結(jié)果可為貨運系統(tǒng)的設(shè)計提供參考,盡可能在研制初期發(fā)現(xiàn)可能存在的維修可達性問題。

        1 維修可達性評價指標

        根據(jù)維修可達性的定義,可構(gòu)建出以可達性為目標層,以視覺可達性、接觸可達性、操作可達性為指標層的評價體系。

        維修可達性指標均需按照對應(yīng)的評價流程進行評價,先以接觸可達性為例進行說明。首先,通過DELMIA仿真軟件構(gòu)建維修場景,確定需要分析的維修對象。遍歷虛擬人姿勢,判斷虛擬人能否在不產(chǎn)生干涉的前提下通過維修通道,并到達指定的維修位置,按照維修通道評價準則進行評分。設(shè)置人體可達性包絡(luò)膜,包括最佳區(qū)域和最大區(qū)域,觀察維修部位處于的區(qū)域,按照實體可達評價準則進行評分。然后,綜合考慮維修通道和實體可達評分,得出接觸可達性的評分。接觸可達性評價流程如圖1所示。

        接觸可達性評價準則如下。

        1)維修通道

        當維修人員可通過維修通道順利到達維修位置時,評分為0.9~1;當維修人員通過維修通道會產(chǎn)生干涉,但經(jīng)調(diào)整姿勢能到達維修位置時,評分為0.75~0.9;當維修人員借助少量簡單輔助工具(梯子、照明設(shè)備等)能夠到達維修位置時,評分為0.6~0.75;當維修人員無法到達維修位置時,評分為0。

        2)實體可達

        當維修部位位于維修人員最佳操作區(qū)域時,評分為0.9~1;當維修部位位于人手最大操作區(qū)域內(nèi)且未在最佳操作區(qū)域時,評分為0.75~0.9;當維修人員借助少量簡單輔助工具能夠得著維修部位時,評分為0.6~0.75;當維修人員無法夠得著維修部位時,評分為0。

        按照此思路,對視覺可達性和操作可達性進行定量評價,最終得到3個指標的自身評價結(jié)果。特別注意的是,在制定評價準則時,低于0.6表示不能滿足正常的使用需求,需要對設(shè)計方案進行改進。

        2 維修可達性綜合評價

        2.1 關(guān)聯(lián)度矩陣法

        指標間所具有的關(guān)聯(lián)關(guān)系叫做關(guān)聯(lián)度[9]。維修可達性的3項評價指標不是相互獨立的,可采用關(guān)聯(lián)度矩陣法對維修可達性進行綜合評價。

        美國軍用標準MIL-HDBK-47 Maintainability Prediction中對維修性評價指標的打分標準進行了明確定義。該打分標準分為優(yōu)、中、劣三個等級,評分分別為4、2、0。參考該標準的打分思路,在這里采用1、0.5、0來表示強、弱、無的關(guān)聯(lián)度關(guān)系。由維修經(jīng)驗和維修可達性定義可得到維修可達性指標間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,如下所述。

        1)視覺可達性和接觸可達性

        視覺可達性會影響人員接觸維修部位的難度,但不能完全決定接觸可達性好壞,關(guān)聯(lián)度可定義為弱;接觸可達性好,則維修部位結(jié)構(gòu)和布局好,對視覺可達性有積極影響,但不能完全決定視覺可達性好壞,關(guān)聯(lián)度可定義為弱。

        2)操作可達性和接觸可達性

        操作可達性好,則操作空間大,對接觸可達性有積極影響,但增大的操作空間不一定在人員的接觸范圍內(nèi),關(guān)聯(lián)度可定義為弱;接觸可達性雖然對操作空間沒有影響,但接觸維修部位的手臂姿勢會影響手臂的操作范圍,關(guān)聯(lián)度可定義為弱。

        3)操作可達性和視覺可達性

        操作可達性好,則操作空間大,對視覺可達性有積極影響,但增大的操作空間不一定在人員的可視域內(nèi),關(guān)聯(lián)度可定義為弱;視覺可達性對操作空間無影響,關(guān)聯(lián)度可定義為無。

        維修可達性指標間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如表1所示。

        從表1中可以看出每個指標與另外兩個指標對應(yīng)的關(guān)聯(lián)度強弱關(guān)系情況。例如,b表示視覺可達性對接觸可達性的關(guān)聯(lián)度為弱,對應(yīng)得分為0.5分?!?”表示該行對應(yīng)指標與另外兩個指標無關(guān)聯(lián)度強弱關(guān)系。

        關(guān)聯(lián)度矩陣由兩部分組成,分別是評價指標間的關(guān)聯(lián)度矩陣和評價指標自身分值矩陣。

        1)評價指標間的關(guān)聯(lián)度矩陣

        該矩陣既可反映出各個指標自身的好壞,又能反映出各評價指標之間的關(guān)聯(lián)度強弱關(guān)系,對維修可達性的評價更加全面。

        3)基于關(guān)聯(lián)度矩陣積和式評價模型積和式是數(shù)學(xué)上常用的一種計算式。對維修可達性的綜合評價矩陣求積和式,可綜合考慮各評價指標的好壞和各評價指標之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,其結(jié)果數(shù)值的大小可作為衡量維修可達性的依據(jù)。

        指標評價結(jié)果在0.6分以上才能滿足使用需求,故不考慮評分低于0.6的情況。設(shè)維修可達性指標評價結(jié)果的區(qū)間范圍均為[0.6,1],且該積和式結(jié)果隨著各指標評價分數(shù)的增大而增大,可知Per(RF)的取值范圍為[0.641,1.625]。當Per(RF)為0.641時,維修可達性剛好滿足要求;當Per(RF)為1.625時,維修可達性最好。

        計算式(4)的結(jié)果是非線性的,可設(shè)定若干參考點,將相鄰參考點區(qū)間數(shù)據(jù)近似擬合為線性函數(shù),歸一化后的評分為維修可達性最終評分。

        Per(RF)與維修可達性分值G的關(guān)系如表2所示。

        關(guān)聯(lián)度矩陣法雖然考慮了各指標之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,但是默認評價指標的權(quán)重相同,忽略了同一級指標對上層指標的影響[10]。

        2.2 權(quán)的最小平方法

        權(quán)的最小平方法由Chu等[11]提出,是層次分析法中的一種新的權(quán)重排序方法,用來確定評價指標的權(quán)重。相比于層次分析法,權(quán)的最小平方法容易理解,概念相對清楚,不需要進行繁瑣的一致性檢驗,受主觀因素影響較小,計算過程更為簡便,權(quán)重分配結(jié)果也更加客觀合理。權(quán)的最小平方法的主要步驟如下[12]。

        1)權(quán)的最小平方法首先對n個評價指標的重要度進行兩兩比較,共需比較C2n=n(n-1)/2次,將比較結(jié)果構(gòu)建出判斷矩陣A,設(shè)其為:

        由維修經(jīng)驗可知,首先,維修的前提條件是維修人員能夠接觸到維修部位;其次,需要有一定的操作空間;視覺可達性相比接觸可達性和操作可達性重要性較低。參考文獻[14]中的判斷矩陣賦值表,對三個指標重要度兩兩比較后,建立指標之間的相對重要性的判斷表,如表3所示。

        改進的關(guān)聯(lián)度矩陣法計算式(16)與式(4)相比,加入了對各指標的加權(quán)求和,在對可達性量化評估時考慮了各指標權(quán)重的影響,彌補了關(guān)聯(lián)度矩陣法的缺陷。

        3 實例驗證

        以某型貨機貨運系統(tǒng)兩種不同設(shè)計方案的動力驅(qū)動裝置為例,使用改進的關(guān)聯(lián)度矩陣法進行綜合評價。兩種設(shè)計方案中的安裝方式不同,維修可達性也有所差異,根據(jù)各指標評價準則進行評分,結(jié)果如表5所示。

        將兩種方案指標評價結(jié)果代入式(15),結(jié)合表4進行綜合評價,結(jié)果如表6所示。

        經(jīng)過計算,方案1的綜合評分較高,維修可達性較好。方案2中因動力驅(qū)動裝置的安裝方式使下貨艙電纜部分產(chǎn)生纏繞,插拔電纜時會產(chǎn)生視野上的影響,導(dǎo)致視覺可達性較差,對操作空間也有一定影響。為驗證評價結(jié)果的合理性,在虛擬環(huán)境中對兩種設(shè)計方案的動力驅(qū)動裝置進行拆卸仿真。結(jié)果表明,方案1的拆卸時間要少于方案2,與評價結(jié)果一致。

        4 結(jié)束語

        本文結(jié)合權(quán)的最小平方法對關(guān)聯(lián)度矩陣法進行了改進,得到改進的維修可達性評價模型,得出以下結(jié)論。

        1)經(jīng)過改進的關(guān)聯(lián)度矩陣法綜合考慮了指標權(quán)重的影響和指標之間的關(guān)聯(lián)度,可以實現(xiàn)貨機貨運系統(tǒng)維修可達性的量化處理,結(jié)果符合實際。通過評價結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計缺陷,從而提早改進設(shè)計。

        2)可為其他裝備維修可達性或維修性的定量化評價或驗證提供參考。

        參考文獻

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