典型環境條件下裝備環境適應性的評估方法

武月琴，傅耘，敖亮

（中國航空綜合技術研究所，北京 100028）

環境適應性要求是一個十分復雜的戰技指標，由于這一要求的多樣性和復雜性，在以往裝備的立項論證中往往只能將這一要求系統化和原則化。由于要求過于籠統，承制方不得不根據這一原則要求，自己將其落實到系統、分系統和設備各個等級[1]。各系統、分系統和設備針對各種因素分別提出相應的環境適應性要求，構成了型號工程下層產品合同或協議書中環境適應性要求的內容。由于目前對環境適應的評價尚不夠明確、沒有制訂相應的標準，目前這一要求在研制任務書和合同中往往提得不夠全面和合理，影響了裝備研制和生產過程中環境工程工作開展，因此迫切需要解決環境適應性的評價問題[2]。筆者在系統分析航空裝備環境適應的特點及環境適應性要求類型的基礎上，建立了裝備環境適應性的評估模型，實現了裝備環境適應性的有效評估。

1 環境適應性要求的類型及特點

裝備的環境適應性主要取決于兩方面的因素：1）選用的材料、構件、元器件的耐環境能力；2）采用的耐環境設計措施是否有效。對于航空裝備來說，其環境適應性要求可以分為對材料及其涂鍍層、結構件、連接件的環境適應性要求和功能件(整機、系統、分系統和設備)的環境適應性要求兩種類型。筆者將材料及其涂鍍層的環境適應性放到功能件的環境適應性評估中，對于結構件與連接件可采用其耐久性評估指標。環境適應性要求具有以下特點∶唯一性、綜合性和半定量性。

2 多級模糊綜合評估模型

影響航空裝備的環境因素主要表現在以下3個方面∶1）裝備執行任務隨機;2）工作環境描述模糊;3）環境參數的變化不確定[3]。運用模糊理論建立各因素的模糊隸屬度函數，并采用模糊綜合評估方法對航空裝備的環境適應性進行綜合評價。建立裝備環境適應性的多級模糊綜合評估模型的具體步驟如下。

2.1 建立因素集及因素類集

因素集是影響裝備環境適應性的各種因素所組成的集合。當因素很多時，首先需要根據各因素的特點將因素分為類，記為：

U={u1，u2，…，um}

式中：ui={ui1，ui2，…，uj}，i=1，2，…，m，u表示影響裝備環境適應性的因素，如振動、溫度和鹽霧等。

2.2 建立權重集

在多級模糊綜合評判中,確定權重是其中很重要的一個步驟,直接影響到最后評判結果的準確性。權重集包括因素類權重集和因素權重集。

2.2.1 建立因素類權重集

根據每個類的重要程度，賦予每個因素類以相應的權數。設第i 類因素類ui的權數記為ai=（1，2，…，m），則因素類權重集為：

A={a1，a2，…，am}

2.2.2 因素權重集

每一類因素中，根據各個因素的重要程度，賦予每個因素以相應的權數。設第i類中第j個因素uij的權數記為aij={1，2，…，m}；j=1，2，…，ni，其中ni為第i類元素的個數，則因素權重集為：

Ai={ai1，ai2，…，ain} i=1，2，…，m

2.3 建立評價集

在模糊綜合評價中，評價集是以評判的各種可能的結果為元素所組成的集合。因為目前的環境適應性霉菌及鹽霧的環境適應性分析是定性的，是根據長霉程度及腐蝕程度而定的。而振動環境試驗結果是通過或不通過，即使通過了環境試驗，外場使用還會出現不適應環境的情況。為了綜合分析各單因素的影響，將產品的環境適應性分為5 個等級{0，1，2，3，4}，因此評價集可表為：

V={v1，v2，v3，v4，v5}

2.4 一級模糊綜合評判

按每類中的各個因素進行綜合評判。設按第i類中第j 個因素uij評判，評判對象隸屬于評價集中的第 k 個元素的隸屬度為 rijk（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；k=1，2，…，5），則可得一級模糊綜合評判的單因素評判矩陣。于是，可得各類因素的模糊綜合評判結果。

2.5 二級模糊綜合評判

一級模糊綜合評判僅是對一類中的各因素進行綜合。為了考慮各類因素的綜合影響，還必須在類與類之間進行綜合，這便是二級模糊綜合評判。二級模糊綜合評判時的單因素評判，應為相應的一級模糊綜合評判。因此二級模糊綜合評判的單因素評判矩陣應為一級模糊綜合矩陣。

3 案例分析

某機載產品進行了低溫貯存、低溫工作、高溫工作、高溫貯存、溫度沖擊、加速度、沖擊、振動、濕熱、霉菌和鹽霧試驗。根據試驗結果評估此產品的環境適應性。

3.1 建立因素集

根據產品的各種試驗結果，來評估產品的環境適應性。因素集為各種試驗組成的集合表示為{低溫貯存，低溫工作，高溫工作，高溫貯存，溫度沖擊，加速度，沖擊，振動，濕熱，霉菌，鹽霧}。根據各因素的特點將因素分為3類，記為：

U={u1，u2，u3}

其中u1={低溫工作，低溫貯存，高溫工作，高溫貯存，濕熱，溫度沖擊}；u2={霉菌，鹽霧}；u3={沖擊，加速度，振動}。

3.2 確定各層次權重

根據各環境因素的特點，采用基于判斷矩陣的權重確定方法。具體步驟如下：

1）每次取 2 個因素 xi和 xj，以 pij表示 xi和 xj對環境適應性影響大小之比，全部比較結果用判斷矩陣p=（pij）n×n表示。

2）將判斷矩陣p 的n個行向量歸一化后的算術平均值，作為權重向量，即權向量為：p=（a1，a2，…，an），滿足：

3）建立因素類權重集

設因素類ui的權數為ai（i=1，2，3），則因素類權重集為：

A=（a1，a2，a3）

根據分析得因素類權重集對應的判斷矩陣為：

4）因素權重集

每一類因素中，根據各個因素的重要程度，賦予每個因素以相應的權數。設第i類中第j個因素的權數為aij，則因素權重集為：

A1={a11，a12，a13，a14，a15，a16}，A2={a21，a22}，A3={a31，a32，a33}

為了得到因素權重集，構建每個因素集對應的判斷矩陣。

因素集u1={低溫工作，低溫貯存，高溫工作，高溫貯存，濕熱，溫度沖擊}對應的判斷矩陣為：

因素集u1的權重集為：A1=[0.366，0.293，0.166，0.089，0.055，0.033]

因素集u2={霉菌，鹽霧}對應的判斷矩陣為：

因素集u3={沖擊，加速度，振動}對應的判斷矩陣為：

因素集 u3的權重集為：A3=[0.106 1，0.633 4，0.260 5]

3.3 建立評價集

評價集為：V={v1，v2，v3，v4，v5}，其中vk=k-1，k=1，2，3，4，5。

3.4 單因素模糊評估

根據每種試驗的試驗條件，分別評估產品對單因素的環境適應性，并分別得到產品對單環境因素適應性的評價矩陣，如下：

1）低溫工作：工作溫度為：-55 ℃，單因素評價值為：r11=0.422。

2）濕熱：相對濕度為：85%，單因素評價值為：r12=0.012。

3）霉菌：按照MIL-STD-810F 中長霉程度評定準則建立模糊集：

A4={μ（0），μ（1），μ（2），μ（3），μ（4）}

式中：μ（i）表示該航空裝備材料的長霉程度隸屬于等級i的概率（可以通過歷史數據或相似產品的信息得到）。由專家確定的各等級對應的環境適應程度為：

B=（1，0.6，0.3，0，0）

則該航空裝備材料對環境因素霉菌的適應程度為：

將評估結果等級1帶入，求得r21=0.6。

4）鹽霧：建立鹽霧（沙塵）的梯形隸屬函數為∶

式中：x為腐蝕程度。將腐蝕程度按照從輕到嚴重劃分為4 個等級：a=1，b=2，c=3，Smax=4。在此試驗中x=1.6，求得r22=0.85。

5）振動：振動量級為18，單因素評價值為r33=0.078。

3.5 一級模糊評估

利用單因素評估結果，按照因素類的劃分，對每個因素集分別調用其對應的一級權重向量，進行一級模糊評估。各因素集的一級評估結果如下：

r1=a11r11+a12r12+L+a16r16=0.4，r2=a21r21+a22r22=0.66，r3=a31r31+a32r32+a33r33=0.11

3.6 二級模糊綜合評估

一級模糊評估僅是對一類中的各個因素進行綜合。為了考慮各類因素的綜合影響，還必須在類之間進行綜合，這便是二級模糊綜合評估。利用一級模糊評估的結果，再調用二級權重向量，完成二級模糊綜合評估。

r=a1r1+a2r2+a3r3=0.392

因此，該產品的環境適應性為2級。

4 案例分析

裝備環境適應性雖然取決于選材和采取的耐環境措施，但對不同的環境，產品適應環境的程度不同。在產品不適應環境時定義其環境適應程度為0，然后用0與1之間的數描述產品適應環境的程度。為了說明方法的有效性，將案例中產品的一些環境條件改善，看產品的環境適應性變化情況。將低溫工作試驗中的溫度由-55 ℃升高到-40 ℃；將高溫工作試驗中的溫度由70 ℃降到50 ℃，振動由18降到5，其他試驗條件不變，然后評估此產品的環境適應性。

表1 不同環境條件對產品環境適應性評估結果的影響對比Table 1 Influence of environmental condition on evaluation results of product environmental worthiness

從表1可知案例中的產品在改善后的環境下的得到的綜合評估結果為：0.549是3級，而原來的評價結果為0.392 是2 級。很明顯環境適應性比原來提高了。

[1]祝耀昌，常文君，傅耘.武器裝備環境適應性與環境工程[J].裝備環境工程，2005，2（1）：14—19.

[2]武月琴，傅耘.裝備環境適應性表征方法研究[J].裝備環境工程，2008，5（6）：52—55.

[3]李安貴，張志宏，孟艷，等.模糊數學及其應用[M].冶金工業出版社，2005.