樊智勇，李國鑫，劉 濤

(1.中國民航大學(xué) 工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300；2.中國民航大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300)

0 引言

王子才院士在21世紀(jì)初期將仿真系統(tǒng)的可信度評(píng)估的概念引入中國[1]，指出可信度評(píng)估與建模與仿真(M&S，modeling and simulation)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該是相輔相成的，兩者具有相同的重要性。隨著建模與仿真應(yīng)用范圍日益廣泛和仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，仿真模型的可信性評(píng)估變得愈發(fā)重要。仿真模型是為特定的目的(或應(yīng)用)開發(fā)的，其目的是回答一系列問題，針對每個(gè)問題確定仿真模型的評(píng)估，它的可信性應(yīng)該根據(jù)其預(yù)期的目的來確定[2-5]。飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)是針對民用飛機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造較為復(fù)雜，維修工作困難，維修訓(xùn)練成本高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的一種低成本，高效率的，新型的仿真系統(tǒng)[6-10]。飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)作為一種仿真系統(tǒng)與傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)相比，具有人在環(huán)路，硬件在環(huán)路的特點(diǎn)，維修訓(xùn)練系統(tǒng)不僅需要將真實(shí)世界的飛機(jī)電子系統(tǒng)進(jìn)行仿真，還需要將飛機(jī)的各個(gè)硬件部分以及工作環(huán)境模擬出來，最大程度達(dá)到與真實(shí)維修環(huán)境相一致的效果，其可信度直接影響維修訓(xùn)練效果，因此本文對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行可信度評(píng)估。

可信度評(píng)估是貫穿復(fù)雜仿真系統(tǒng)的M&S全生命周期，文獻(xiàn)[11]提出基于貝葉斯網(wǎng)的M&S全過程仿真可信度的評(píng)估，雖然從主觀的角度論證了模型的可信度，但是對于已建立完成的仿真系統(tǒng)可信度評(píng)估還有待研究。隨著仿真規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，人們提出利用已有的仿真資源，進(jìn)行模塊化建模?？芍赜媒７绞綐O大的提高仿真模型的靈活性和可拓展性，逐漸成為復(fù)雜仿真系統(tǒng)建模的必然選擇。但是這種建模方式存在難以全生命周期可信度評(píng)估的問題，文獻(xiàn)[12]提出了基于偏差傳播的仿真重用模型可信度計(jì)算方法，并且分析了可重用模型在新的領(lǐng)域和仿真環(huán)境下，能否實(shí)現(xiàn)有效重用的問題，該方法避免對重用模型進(jìn)行大量采樣而造成的時(shí)間冗余問題，從而加快了可信度評(píng)估進(jìn)程。此方法對可重用模型軟件系統(tǒng)的可信度進(jìn)行了較全面的評(píng)估研究，對于軟硬件結(jié)合的仿真系統(tǒng)可信度評(píng)估還有待進(jìn)一步研究。進(jìn)行可信度評(píng)估時(shí)，最重要的一步就是建立可信度指標(biāo)體系，文獻(xiàn)[13]提出構(gòu)建可信度評(píng)估以可用性，正確性，互操作性和有效性為高層指導(dǎo)的可信度指標(biāo)體系。隨著M&S的發(fā)展，進(jìn)行人在回路仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，仿真系統(tǒng)的環(huán)境仿真，硬件模擬與真實(shí)環(huán)境的相似程度也是影響仿真效果的重要因素。為此，本文根據(jù)復(fù)雜仿真系統(tǒng)人在回路的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出可信度評(píng)估的指標(biāo)體系是以可用性，正確性，互操作性，有效性和逼真性為指導(dǎo)建立的可信度指標(biāo)體系。

當(dāng)今仿真模型的可信度評(píng)估是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，涉及數(shù)以百計(jì)的定性和定量指標(biāo)的測量和評(píng)價(jià)，需要分析仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合不同的方法進(jìn)行評(píng)估。在進(jìn)行飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的可信度評(píng)估時(shí)，不僅需要將模糊的，不確定的問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)可量化的問題，還要考慮指標(biāo)體系的建立是否可行。本文全面考慮飛機(jī)虛擬維修系統(tǒng)各個(gè)模型的特點(diǎn)，綜合考慮人與硬件在仿真環(huán)境的特性，將“硬件在環(huán)路”與“人在環(huán)路”加入可信度評(píng)估過程，建立一套基于層次分析法(AHP，analytic hierarchy process)的二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行可信度評(píng)估。AHP可以將飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)可信度評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行定量分析，使最終結(jié)果量化。通過模糊綜合評(píng)價(jià)法與專家評(píng)價(jià)法對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行全面綜合評(píng)估，將仿真系統(tǒng)的可信度這種模糊的問題轉(zhuǎn)化為可視的量化問題。

1 相關(guān)理論分析

1.1 飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)

飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)是在一定軟硬件環(huán)境支持下，模擬機(jī)務(wù)人員真實(shí)維修環(huán)境的仿真系統(tǒng)。此仿真系統(tǒng)主要用于對飛機(jī)維修人員的培訓(xùn)，培養(yǎng)民用飛機(jī)維修人員需要消耗大量的時(shí)間與金錢成本，建立飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)可以讓維修人員在虛擬環(huán)境中提前模擬真實(shí)的飛機(jī)維修環(huán)境，起到教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的作用。如圖1所示，仿真系統(tǒng)由仿真軟件系統(tǒng)、飛機(jī)設(shè)備仿真件、人機(jī)界面系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、教員臺(tái)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，使用高分辨率的觸摸屏實(shí)現(xiàn)飛機(jī)駕駛艙各部件的控制和顯示，同時(shí)使用數(shù)據(jù)顯示器顯示教學(xué)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)原理圖。

圖1 A320飛機(jī)維修訓(xùn)練模擬機(jī)

為了使得實(shí)驗(yàn)過程盡量逼近真實(shí)的工作環(huán)境，飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)還需要模擬維修飛機(jī)的工作環(huán)境，在該環(huán)境中有一架?？吭跈C(jī)庫中的虛擬A320飛機(jī)，并且建立了仿真工具、仿真設(shè)備、仿真工具庫、耗材庫、航材庫、仿真電子設(shè)備艙等環(huán)境，具體的環(huán)境及功能如圖2所示。

圖2 虛擬維修環(huán)境

飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)能夠模擬飛機(jī)的故障現(xiàn)象，真實(shí)反映飛機(jī)系統(tǒng)在正常和非正常操作條件下的駕駛艙效應(yīng)。除軟件仿真功能外，維護(hù)模擬機(jī)還配備駕駛桿、油門桿、多功能控制顯示組件、自動(dòng)飛行和顯示系統(tǒng)控制板等硬件仿真件。這些硬件系統(tǒng)可以提高訓(xùn)練的真實(shí)度。教師席位安裝教師實(shí)訓(xùn)管理軟件，學(xué)生席位安裝學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作軟件、動(dòng)態(tài)原理圖軟件、虛擬飛機(jī)軟件和維修手冊，駕駛艙席位安裝駕駛艙軟件。

飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)主要功能是教學(xué)，通過動(dòng)態(tài)原理圖了解飛機(jī)系統(tǒng)，能夠使學(xué)員更加明確飛機(jī)系統(tǒng)的工作方式。動(dòng)態(tài)原理圖具有多層次結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)態(tài)系統(tǒng)邏輯圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖、線路測量圖三層。動(dòng)態(tài)原理圖與虛擬飛機(jī)、駕駛艙同步關(guān)聯(lián)，覆蓋空調(diào)、自動(dòng)飛行、通信、電源、防火、飛行操縱、燃油、液壓、防冰和排雨、指示與記錄、起落架、燈光、導(dǎo)航、氧氣、引氣、輔助動(dòng)力系統(tǒng)(APU，auxiliary power units)和發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)。以動(dòng)態(tài)系統(tǒng)邏輯圖為例，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)邏輯圖能夠與駕駛艙、虛擬飛機(jī)操作同步，通過二維動(dòng)畫實(shí)時(shí)展示維修操作動(dòng)作，呈現(xiàn)機(jī)載系統(tǒng)工作原理，如圖3所示。

圖3 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)邏輯圖

虛擬維修訓(xùn)練具有安全、經(jīng)濟(jì)、可控、可多次重復(fù)、不受氣候與場地約束的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，虛擬維修訓(xùn)練已經(jīng)從最初的空管計(jì)算機(jī)訓(xùn)練系統(tǒng)(CBT，computer based tranining)級(jí)別發(fā)展到現(xiàn)在的全尺寸模擬器的級(jí)別，其復(fù)雜度也是與日俱增，也給對該系統(tǒng)的可信度評(píng)估帶來難題。中國民用航空總局在2013年頒布了《民用航空機(jī)務(wù)維修模擬機(jī)等級(jí)要求》[14]，該標(biāo)準(zhǔn)從真實(shí)飛機(jī)，操縱行程，性能測試，操縱特性，功能檢查五個(gè)方面對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)提出了不同的要求。在進(jìn)行飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)可信度評(píng)估時(shí)要以此標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)來展開工作。

1.2 AHP與模糊綜合評(píng)價(jià)法

校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(VV&A，verification validation and accreditation)是M&S開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，仿真系統(tǒng)的可信度評(píng)估在VV&A過程中占有決定性的地位[15-17]。不同的仿真系統(tǒng)的復(fù)雜程度，仿真?zhèn)戎攸c(diǎn)和基本特性各不相同，因此衍生出多種可信度評(píng)估方法，每種評(píng)估方法都有其自己的特點(diǎn)以及適用范圍。目前主流的評(píng)估方法有相似度評(píng)估法、置信度評(píng)估法、逼真度評(píng)估法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估法、灰色綜合評(píng)估法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、模糊層次分析法等。對不同的仿真系統(tǒng)來說，沒有任何一種可信度評(píng)估方法能夠嚴(yán)格的與之對應(yīng)。因此，在對仿真系統(tǒng)進(jìn)行可信度評(píng)估時(shí)，首先綜合分析仿真系統(tǒng)的研究對象、特點(diǎn)、目標(biāo)以及復(fù)雜程度等因素的影響，然后選取合適的方法，最后進(jìn)行可信度評(píng)估。并且根據(jù)不同的仿真實(shí)驗(yàn)出具不同的可信度評(píng)估結(jié)果。

飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜仿真系統(tǒng)，AHP可以將虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)分為若干層次，自上而下評(píng)估可信度，其基本思路是將復(fù)雜仿真系統(tǒng)的影響可信度的影響因素按照隸屬關(guān)系分為幾個(gè)不同的層次，對每個(gè)層次的可信度分別進(jìn)行計(jì)算，通過方根法計(jì)算出權(quán)重，為后面的計(jì)算做基礎(chǔ)[18-19]。模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)判方法[20-21]。對于復(fù)雜仿真系統(tǒng)具有極高的可重用性，難以按照M&S全生命周期評(píng)估，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法可以很好的解決此類問題，并且模糊綜合評(píng)價(jià)法還可以對可信度問題進(jìn)行量化。另外需要注意的是，層次分析法與模糊綜合評(píng)估法一起應(yīng)用并不是模糊層次分析法。因此根據(jù)飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)，仿真目標(biāo)以及復(fù)雜程度，采用AHP與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方法對其進(jìn)行評(píng)估。

2 可信度評(píng)估

2.1 可信度評(píng)估流程

用層次分析法進(jìn)行可信度評(píng)估時(shí)，需先將飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行層次分析，并建立二級(jí)層次模型和可信度指標(biāo)體系。請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍γ恳粚蛹?jí)中任意兩個(gè)元素對比重要性，建立指標(biāo)層判斷矩陣A，二級(jí)指標(biāo)層判斷矩陣U1、U2、U3、U4、U5。對已建立完成的矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性檢驗(yàn)的作用是判斷所計(jì)算的權(quán)重是否符合客觀規(guī)律，不同的專家評(píng)判是否一致。如果一致就計(jì)算權(quán)重，不一致則重新審核判斷矩陣，進(jìn)行修改。根據(jù)層次分析法建立的指標(biāo)體系創(chuàng)建評(píng)語集，請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行打分。充分利用學(xué)科專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來評(píng)估仿真系統(tǒng)的可信度，專家對二級(jí)指標(biāo)層各影響因素進(jìn)行打分。建立隸屬度矩陣Ri，最后加入層次分析法中計(jì)算得出的權(quán)重向量，得出最終可信度評(píng)估量化結(jié)果，整體評(píng)估流程如圖4所示。

2.2 建立可信度指標(biāo)體系

飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的仿真目的是模仿真實(shí)的維修環(huán)境，完成對學(xué)員的模擬訓(xùn)練。傳統(tǒng)的仿真可信度研究主要研究軟件系統(tǒng)是否可信，飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)不只有軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)也是其重要組成部分。飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，不僅需要將飛機(jī)的各種電子系統(tǒng)模擬出來，還需要對維修環(huán)境，物理環(huán)境，具體操作步驟以及飛機(jī)的各種顯示裝置模擬出來，以達(dá)到與真實(shí)維修環(huán)境一致。進(jìn)行仿真建模時(shí)，首先在接到建模仿真需求后先建立概念模型，接著再進(jìn)行具體化，加入現(xiàn)實(shí)世界的物理模型；最后進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，得出最終仿真結(jié)果。因此，考慮到飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)具有“硬件在回路”的特點(diǎn)，將飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的一級(jí)指標(biāo)層分為概念模型、物理模型、軟件模型、硬件模擬系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)結(jié)果。

仿真系統(tǒng)的可信度指標(biāo)體系是進(jìn)行可信度評(píng)估的基礎(chǔ)，作為一種參數(shù)指標(biāo)，需要反映出仿真系統(tǒng)的屬性，并且能夠反映出評(píng)估對象可信度。創(chuàng)建復(fù)雜仿真系統(tǒng)可信度評(píng)估指標(biāo)體系是一項(xiàng)冗長，困難的工作，是可信度評(píng)估過程中的難題。建立過程不僅要全面，還要能夠在某一方面能夠影響仿真系統(tǒng)可信程度。因此，在建立仿真系統(tǒng)的可信度指標(biāo)體系時(shí)要以可用性、正確性、互操作性、有效性，逼真性為指導(dǎo)進(jìn)行建立。在具體實(shí)施過程中會(huì)存在各種問題，比如各個(gè)影響因素之間存在冗余問題，不同指標(biāo)可能含有相同的可信度影響因素，在建立過程中需要將冗余影響因素進(jìn)行處理。對于指標(biāo)體系的邏輯層次關(guān)系也要考慮到，構(gòu)建二級(jí)層次模型需要具有遞階的層次結(jié)構(gòu)，同一可信度影響因素可能出現(xiàn)在不同的層級(jí)結(jié)構(gòu)中，需要對此類指標(biāo)進(jìn)行處理。在建立指標(biāo)體系時(shí)還要考慮指標(biāo)中的可信度影響因素對被評(píng)估對象所產(chǎn)生的可信度的表達(dá)，其中包括已有體系中通用的指標(biāo)，飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的特有因素。最終建立如表1可信度指標(biāo)體系。

表1 飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)可信度指標(biāo)體系

2.3 層次分析法確定權(quán)重

2.3.1 構(gòu)造判斷矩陣

層次分析法構(gòu)造兩兩判斷矩陣，并要經(jīng)過一致性檢驗(yàn)。這種方法具體操作步驟就是避免將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)放在一起進(jìn)行比較，而是在建立的層次結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，對同一層面內(nèi)的任意兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相互比較確定其重要性。在層次分析法建立矩陣過程中，影響因子或評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對重要性，一般都是用1到9及其倒數(shù)來表示，1表示相同重要，9表示其中一個(gè)因素比另一個(gè)因素極端重要。例如，二級(jí)指標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)u11與二級(jí)指標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)u12的重要性之比為a，那么二級(jí)指標(biāo)u12與相對二級(jí)指標(biāo)u11的重要性就是a的倒數(shù)1/a。請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥鶕?jù)描述的評(píng)判方法，對構(gòu)造好的矩陣進(jìn)行評(píng)判，分析目標(biāo)層的5種影響因素，進(jìn)行兩兩因素對比，構(gòu)建出正互反矩陣的判斷矩陣A，矩陣的行元素與列元素相同。

(1)

式中，滿足aij>0，aijaji=1，aii=1。

2.3.2 一致性檢驗(yàn)

在計(jì)算權(quán)重之前需要先進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，這一步驟是為了使構(gòu)造的判斷矩陣在判斷思維上具備基本的一致性，能夠找出不同的專家是否判斷一致，或者同一專家在進(jìn)行判斷時(shí)邏輯上是否出現(xiàn)不一致的情況，并且能夠在一定程度上判斷矩陣中是否存在奇異值。一致性檢驗(yàn)的步驟如下。

第一步，計(jì)算一致性指標(biāo)CI，λmax表示矩陣的最大特征值，計(jì)算公式如(4)，W表示特征向量，n表示矩陣階數(shù)，計(jì)算公式如下公式(2)；

第二步，查表確定相應(yīng)的矩陣隨機(jī)一致性指標(biāo)，跟據(jù)判斷矩陣不同階數(shù)查表2RI取值，n代表階數(shù)，一階矩陣與二階矩陣的RI=0；

表2 RI取值

第三步，計(jì)算一致性比例CR(consistency ratio)，CR計(jì)算公式如公式(3)，并進(jìn)行判斷，判斷規(guī)則如下：當(dāng)CR=0時(shí)，此矩陣為一致陣，當(dāng)00.1時(shí)，則認(rèn)為判斷矩陣完全不符合一致性要求，就需要對該判斷矩陣重新建立。

公式如下：

(2)

(3)

(4)

2.3.3 計(jì)算權(quán)重

計(jì)算權(quán)重向量，采用方根法確定權(quán)重，計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

2.4 模糊綜合評(píng)價(jià)

2.4.1 建立評(píng)語集

評(píng)語集C是對各個(gè)最底層指標(biāo)做出的評(píng)判結(jié)果所組成的集合，僅用于最后計(jì)算，專家在打分時(shí)并不知道分值，用C=(c1，c2，…，cm)表示。表3顯示了1個(gè)較嚴(yán)格的可信度評(píng)價(jià)集，采用了100分制。按照人們基于7等級(jí)自然語言判斷的習(xí)慣，將“比較可信”定位于60分，向上和向下依次以10分為1個(gè)等級(jí)，分別延展至“不可信”的30分和“可信”的90分。

表3 百分制可信度指標(biāo)

2.4.2 確定隸屬度函數(shù)

根據(jù)上表做調(diào)查問卷，請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行打分，為充分利用學(xué)科專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來評(píng)估系統(tǒng)的可信度，要求專家從可用性、正確性、互操作性、有效性，逼真性五個(gè)方面對每一個(gè)二級(jí)層次指標(biāo)綜合分析后進(jìn)行打分。根據(jù)層次分析法建立的因素集U和模糊層次分析法建立的評(píng)語集C，請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行打分。建立隸屬度矩陣Ri，將每個(gè)影響因子量化，即從最底層可信度影響因素確定被評(píng)價(jià)對象對各影響因素對自己的隸屬程度。

(7)

二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)將隸屬矩陣與同級(jí)的權(quán)重系數(shù)矩陣相乘，可得出上一級(jí)評(píng)價(jià)因素層的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，再將該級(jí)因素的評(píng)價(jià)結(jié)果作為更高一級(jí)的隸屬矩陣，再運(yùn)用同樣的方法進(jìn)行相乘，可算出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，公式如下：

Bi=ωUiRi

(8)

Di=ωiBiCT

(9)

式中，Bi為一級(jí)指標(biāo)層可信度；ωUi為二級(jí)指標(biāo)層權(quán)重向量；Ri為相應(yīng)的隸屬矩陣，Di為模型可信度。

3 實(shí)例分析

在對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行整體可信度評(píng)估時(shí)，應(yīng)先選取準(zhǔn)確的維修訓(xùn)練項(xiàng)目，對維修訓(xùn)練項(xiàng)目中包含的所有模塊進(jìn)行可信度評(píng)估。由于飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，本文根據(jù)《民用航空機(jī)務(wù)維護(hù)模擬機(jī)等級(jí)要求(MH/T 3028—2013)》中的功能測試模塊，結(jié)合《飛機(jī)維修手冊(AMM，aircraft maintenance manual)》中實(shí)際的飛機(jī)維護(hù)例程，選取空調(diào)組件測試實(shí)驗(yàn)，多功能控制顯示組件(MCDU，multipurpose control and display unit)操作實(shí)驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)正常試車實(shí)驗(yàn)進(jìn)行可信度評(píng)估。選取這三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)覆蓋了硬件模擬模塊，飛機(jī)駕駛艙面板、飛機(jī)電子系統(tǒng)、虛擬維修環(huán)境等飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的主要模塊，計(jì)算過程以空調(diào)組件測試實(shí)驗(yàn)為例。

實(shí)驗(yàn)所用維修訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件由觸摸板模擬，如圖5所示為模擬空調(diào)面板截圖，圖6為空調(diào)顯示面板。

圖5 模擬空調(diào)控制面板

圖6 模擬空調(diào)控制面板

3.1 計(jì)算權(quán)重向量

根據(jù)以上方法請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行評(píng)價(jià)建立一級(jí)指標(biāo)層判斷矩陣：

二級(jí)指標(biāo)層判斷矩陣U1、U2、U3、U4、U5也按照上述方式建立。

一級(jí)指標(biāo)層構(gòu)建出5階判斷矩陣，查表2得到隨機(jī)一致性RI值為1.120 0。計(jì)算得λmax=5.351 1，代入算得CR=0.078 1<0.1，可知判斷矩陣滿足一致性檢驗(yàn)，計(jì)算所得權(quán)重具有一致性。同理一級(jí)指標(biāo)層的五個(gè)矩陣都進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算均符合一致性。

代入公式算得權(quán)重：

ωA=(0.1142，0.3269，0.3269，0.0896，0.1423)

ωU1=(0.2493，0.5936，0.1571)

ωU2=(0.2583，0.6370，0.1047)

ωU3=(0.1692，0.4434，0.3874)

ωU4=(0.0528，0.5494，0.2452，0.1526)

ωU5=(0.2500，0.5000，0.2500)

3.2 建立隸屬度矩陣

對已建立的飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)指標(biāo)體系建立隸屬度矩陣，請10名本領(lǐng)域?qū)＜覍Ω髦笜?biāo)進(jìn)行打分，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算，建立以下隸屬度矩陣，如表4所示。

表4 維修性設(shè)計(jì)方案各指標(biāo)參數(shù)

即：

R2，R3，R4，R5與R1相同，就不再贅述。從專家打分結(jié)果可以看出，硬件系統(tǒng)中，飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)對于真實(shí)維修環(huán)境中的聲音系統(tǒng)模仿的比較相似；難以模擬出真實(shí)維修環(huán)境下的阻尼反饋，專家一致認(rèn)為不可信。

3.3 結(jié)果分析

第一步代入公式(8)計(jì)算一級(jí)指標(biāo)層可信度向量，代入數(shù)據(jù)得：

B1=(0，0，0，0.0594，0.5003，0.3062，0.1935)

B2=(0，0，0，0.1292，0.2314，0.3588，0.2816)

B3=(0，0.0169，0.1669，0.0782，0.4000，0.2605，0.0775)

B4=(0.0528，0.0610，0.1193，0.4186，0.3483，0.0490，0)

B5=(0，0，0，0.1500，0.3750，0.2750，0.2000)

第二步代入公式(9)得出飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的可信度：DA=73.787 2。DA表示飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的可信度。從圖7，7標(biāo)度模糊評(píng)價(jià)隸屬度曲線表中可以看出，其可信任程度介于“一般可信”和“基本可信”之間，而且對于“一般可信”的隸屬度高于“基本可信”。

圖7 7標(biāo)度模糊評(píng)價(jià)隸屬度曲線

代入數(shù)據(jù)可以算出一級(jí)指標(biāo)層可信度分別為DU1=80.493 8，DU2=77.909 2，DU3=69.528 6，DU4=63.407 6，DU5=75.250 0。DUi表示一級(jí)指標(biāo)層每個(gè)元素的可信度。從數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：在進(jìn)行空調(diào)組件調(diào)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，仿真系統(tǒng)可信度為73.787 2，屬于一般可信，其中硬件系統(tǒng)可信度最低為63.407 6，存在薄弱點(diǎn)。查看隸屬度矩陣，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行虛擬維修訓(xùn)練時(shí)仿真系統(tǒng)不能很好的模擬出真實(shí)維修環(huán)境下硬件的阻尼感。

同時(shí)，結(jié)合隸屬度矩陣與實(shí)際實(shí)驗(yàn)分別對MCDU操作實(shí)驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)正常試車實(shí)驗(yàn)同樣進(jìn)行可信度評(píng)估。求得可信度分別為81.423 3和71.265 9。在進(jìn)行MCDU實(shí)驗(yàn)時(shí)，飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的MCDU沒有選用觸摸板進(jìn)行仿真，而是選用與真實(shí)飛機(jī)一樣的硬件按鈕，整體可信度較高，視景系統(tǒng)的可信度還存在缺陷。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，仿真系統(tǒng)可以模擬出較為準(zhǔn)確的摁鍵操作聲音，但是對于發(fā)動(dòng)機(jī)的試車聲音不能很好的模擬出來。

4 結(jié)束語

本文對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的可信度評(píng)估進(jìn)行研究，建立了二級(jí)層次模型。利用層次分析法建立一套針對飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的可信度評(píng)估指標(biāo)體系，解決了指標(biāo)體系建立過程中時(shí)間冗余的問題。針對可重用仿真模型可信度難以評(píng)估，以及“人在環(huán)路”與“硬件在環(huán)路”的仿真系統(tǒng)可信度評(píng)估因素難以確定的問題，運(yùn)用模糊綜合評(píng)估方法將模糊問題轉(zhuǎn)化為定量問題。最終評(píng)估結(jié)果不僅可以量化，還可以根據(jù)評(píng)估結(jié)果反推仿真系統(tǒng)仿真需要改進(jìn)的地方。并通過多個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，證明此方法是可用的。為復(fù)雜仿真系統(tǒng)的可信度評(píng)估提供了借鑒，也為飛機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)化提供了理論支持。