基于改進(jìn)AHP和模糊評價的裝備測試性參數(shù)選擇

劉遠(yuǎn)宏，劉建敏，江鵬程，馮輔周

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

基于改進(jìn)AHP和模糊評價的裝備測試性參數(shù)選擇

劉遠(yuǎn)宏，劉建敏，江鵬程，馮輔周

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

針對裝備實際工程應(yīng)用測試性參數(shù)多依靠專家經(jīng)驗或行業(yè)常規(guī)進(jìn)行選擇，導(dǎo)致所選參數(shù)適用范圍小、隨機(jī)性大等問題，提出改進(jìn)的層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）和模糊評價相結(jié)合的測試性參數(shù)選擇方法。即依據(jù)裝備可靠性、維修性和可用性初選出測試性參數(shù)，并將使用要求作為測試性參數(shù)定性評價指標(biāo)，采用改進(jìn)AHP方法計算評價指標(biāo)因子權(quán)重，在此基礎(chǔ)上采用模糊評價法計算測試性參數(shù)優(yōu)先度，優(yōu)選出測試性參數(shù)集，從而為測試性指標(biāo)的制定奠定基礎(chǔ)。最后以綜合傳動裝置為例，采用該方法優(yōu)選出精簡的測試性參數(shù)集。

測試性參數(shù)；改進(jìn)層次分析法；模糊評價

0 引 言

測試性定義為系統(tǒng)和設(shè)備能及時、準(zhǔn)確地確定其工作狀態(tài)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計特性[1]。它與可靠性、維修性、安全性和保障性一樣是決定裝備效能的關(guān)鍵因素[2]。實際工程應(yīng)用中裝備測試性參數(shù)多依靠專家經(jīng)驗，或按照行業(yè)常規(guī)選擇，導(dǎo)致所選參數(shù)集適用范圍小，隨機(jī)性大，存在重新增減參數(shù)的情況。對于復(fù)雜裝備系統(tǒng)，僅用少數(shù)幾個參數(shù)指標(biāo)來描述測試性水平是不全面的，經(jīng)不完全統(tǒng)計，參數(shù)總數(shù)超過100個，完全采用也不現(xiàn)實[3-4]。

目前常用的測試性參數(shù)優(yōu)化選擇方法主要有改進(jìn)的層次分析法和聚類分析法[5-6]。聚類分析法中，重要程度必選下限、重要程度折衷系數(shù)、參數(shù)研制代價折衷系數(shù)等需要人為設(shè)定，帶有較大的主觀性。層次分析法比較適合于計算各指標(biāo)因子的權(quán)重，但對具體模糊指標(biāo)的評定不夠準(zhǔn)確，因此結(jié)合模糊評價法對模糊指標(biāo)的評定較為準(zhǔn)確的優(yōu)點，提出基于改進(jìn)的層次分析（analytical hierarchy process，AHP）和模糊評價的測試性參數(shù)選擇方法。

1 測試性參數(shù)評價指標(biāo)體系

對于給定的系統(tǒng)或設(shè)備，一般都有比較明確的可靠性、維修性和可用度目標(biāo)要求，列出與測試性有關(guān)的要求，如連續(xù)工作、準(zhǔn)確報告系統(tǒng)狀態(tài)、最短的停機(jī)時間、有限的備件、最低的保障費用、特定技術(shù)等級要求、系統(tǒng)位置、BIT對系統(tǒng)的影響、聯(lián)機(jī)測試頻率計周期、安全性、BIT可靠性、對維修性的影響等[7-8]。通過對每項要求進(jìn)行分析，可列出與該要求密切相關(guān)的測試性參數(shù)，如表1所示。常用的測試性參數(shù)主要有故障檢測率（FDR）、關(guān)鍵故障檢測率（CFDR）、故障隔離率（FIR）、虛警率（FAR）、平均故障檢測時間（MFDT）、平均故障隔離時間（MFIT）、BIT的平均故障隔離時間（MTBFB）、BIT/ETE的平均有效運行時間（MBRT）、臺檢可工作率（BCS）、不能復(fù)現(xiàn)率（CNDR）、重測合格率（RTOKR）、未檢測故障率（NDR）、未隔離故障（NIR）、多故障隔離率（FFI）、測試獨立性、測試冗余性（TR）等。對于某個具體系統(tǒng)或設(shè)備不可能同時考慮上述所有要求，在對其進(jìn)行測試性分析時，應(yīng)根據(jù)其要求確定評價指標(biāo)體系。

2 測試性參數(shù)選擇原理

測試性參數(shù)選擇流程如圖1所示，首先采用改進(jìn)AHP方法確定各評價指標(biāo)的權(quán)重，然后采用模糊評價法確定各測試性參數(shù)優(yōu)先度。

2.1 改進(jìn)AHP方法確定評價指標(biāo)權(quán)重

圖1 測試性參數(shù)選擇流程

改進(jìn)AHP方法中，判斷矩陣表示針對上一層次某因素對每一層次各因素的相對重要性給出的判斷，這些判斷用數(shù)值表示出來，寫成矩陣形式就是判斷矩陣。該方法中，目標(biāo)層（測試性參數(shù)選擇）與準(zhǔn)則層（評價指標(biāo)體系）間的判斷矩陣的判斷尺度為：pij=1評價指標(biāo)pi與pj一樣重要；pij=3，pi比pj稍微重要，pij=5，pi比pj重要得多；pij=9，表示pi比pj極端重要；pij=2，4，6，8則表示重要程度介于其中。其中參數(shù)評價指標(biāo)權(quán)重計算流程如圖2所示。

圖2 測試性參數(shù)評價指標(biāo)權(quán)重計算流程

其中判斷矩陣P經(jīng)行變換為P*過程為

經(jīng)歸一化后的判斷矩陣按行相加歸一化后得到各指標(biāo)權(quán)值向量為

2.2 模糊評價法確定測試性參數(shù)優(yōu)先度

模糊評價法中各評價指標(biāo)的價值量用評價等級表示，指標(biāo)擬分為5級，其等級分別定為0.9，0.7，0.5，0.3，0.1，其價值量集用E表示，即：

邀請多位專家對各參數(shù)進(jìn)行評議，若認(rèn)為參數(shù)的某一評價指標(biāo)屬于哪一等級，就投一票，統(tǒng)計各位專家對各指標(biāo)的票數(shù)，便可獲得參數(shù)評分表，計算出參數(shù)的評價指標(biāo)歸一化隸屬度矩陣Ri，由此可得各參數(shù)的優(yōu)先度Ni為

表1 使用要求與測試性參數(shù)間的關(guān)系

3 實例分析

GJB 5386——2005《履帶式裝甲車輛綜合傳動裝置通用規(guī)范》對綜合傳動裝置的可靠性、維修性等要求[9]為

1）在任一檔位0～100%的負(fù)荷下，綜合傳動裝置能穩(wěn)定工作，沒有異常噪聲。

2）綜合傳動裝置臺架考核壽命為300～400h，或裝車后行駛壽命為10000km。

3）平均無故障間隔里程MKBF≥1500km。

4）綜合傳動裝置裝車后開箱檢查更換易損件的行駛里程一般不小于6000km。

5）需要檢查、維護(hù)、分解和修理的零部件，應(yīng)具有良好的可達(dá)性。

6）檢查點和測試點等應(yīng)布置在便于接近的位置。

因此依據(jù)以上可靠性和維修性要求，對綜合傳動裝置測試性參數(shù)評價指標(biāo)進(jìn)行初選時，主要考慮以下9個指標(biāo)：1）連續(xù)工作；2）準(zhǔn)確報告狀態(tài)；3）有限的備件；4）維修人員具有一定的技術(shù)水平；5）BIT對可靠性的影響；6）安全性；7）BIT可操作性；8）系統(tǒng)和設(shè)備的位置；9）對維修性的影響。為避免傳統(tǒng)層次分析方法在構(gòu)建判斷矩陣時出現(xiàn)重要程度判斷相悖問題（A＞B，B＞C，C＞A），首先依據(jù)評價指標(biāo)對測試性參數(shù)選擇的重要程度從高到低進(jìn)行總體排序，整體順序為9）4）5）7）3）8）2）1）6），依據(jù)整體排序構(gòu)建的判斷矩陣如表2所示。

表2 判斷矩陣

依據(jù)表1選擇及測試性參數(shù)評價指標(biāo)初選的參數(shù)集合TC為：TC={FDR，F(xiàn)IR，F(xiàn)AR，MFDT，CNDR，BCS，RTOKR}。

以FDR為例，采用5位專家對FDR評價指標(biāo)的影響進(jìn)行投票，若認(rèn)為FDR對評價指標(biāo)的影響屬于哪一等級，則投一票，如此把各位專家對各個指標(biāo)的票數(shù)累計起來，獲得的統(tǒng)計表如表4所示，依據(jù)表1中FDR影響評價指標(biāo)5個，因此專家對5個評價指標(biāo)打分。評價指標(biāo)有5個隸屬度，將每個評價指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行歸一化，得到FDR的評價指標(biāo)隸屬度矩陣RFDR，隸屬度矩陣元素的值越大，說明對指標(biāo)pi作出ei等級評價的可能性越大，由此得到FDR的優(yōu)先度NFDR為

表3 行變換后的判斷矩陣P*

表4 專家評分統(tǒng)計（FDR）

同理可得其他測試性參數(shù)的優(yōu)先度，優(yōu)先度順序為（0.506 4，0.481 6，0.4513，0.2378，0.25，0.1706，0.2021）。因此，綜合傳動裝置測試性參數(shù)應(yīng)首先考慮FDR、FIR、FAR等。

4 結(jié)束語

1）提出了改進(jìn)AHP和模糊評價法相結(jié)合計算測試性參數(shù)優(yōu)先度的方法，并以綜合傳動裝置為例，優(yōu)選出了科學(xué)、合理、精簡的測試性參數(shù)集。

2）綜合傳動裝置一般都有比較明確的可靠性、維修性和與可用性有關(guān)的使用要求，為保證達(dá)到規(guī)定的使用要求，就需要依據(jù)使用要求與測試性參數(shù)間的關(guān)系初選相關(guān)測試性參數(shù)。

3）在采用改進(jìn)AHP方法進(jìn)行評價指標(biāo)因子權(quán)重計算時，為避免評價指標(biāo)對測試性參數(shù)選擇的重要程度判斷時出現(xiàn)相悖問題，將評價指標(biāo)重要程度進(jìn)行整體排序。

[1]GJB 2547—1995裝備測試性大綱[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.

[2]馮輔周，從華，劉遠(yuǎn)宏.PHM實施模式及其對裝甲裝備建設(shè)的影響 [C]∥裝甲兵工程學(xué)院第十三屆學(xué)術(shù)年會，2012：107-112.

[3]David M B，Brian A K，Alony H，et al.Automated testability decision tool[R].ADA241865，1991.

[4]Jerome K.A Rational and approach for defining and structuring testability requirements[R].ADA 162617，1985.

[5]張延生，黃考利，連光耀.基于改進(jìn)AHP法的導(dǎo)彈裝備測試性參數(shù)選擇方法研究[J].計算機(jī)測量與控制，2011，19（2）：412-414.

[6]王剛，劉冠軍，蘇永定.基于聚類分析的測試性參數(shù)優(yōu)化建模方法[C]∥仿真年會，2010.

[7]田仲，石君友.系統(tǒng)測試性設(shè)計分析與驗證[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2003：69-70.

[8]Adel A A，Jon C B.Analytical procedures for testability [R].ADA 126167，1983.

[9]GJB 5386—2005履帶式裝甲車輛綜合傳動裝置通用規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

Selection of equipment testability parameters based on improved AHP and fuzzy evaluation

LIU Yuanhong，LIU Jianmin，JIANG Pengcheng，F(xiàn)ENG Fuzhou
（Academy of Armored Force Engineering，Beijing 100072，China）

A novelmethod of equipmenttestability parameters based on the improved AHP（analyticalhierarchy process） and fuzzy evaluation is presented aiming atovercoming the shortcomings of traditional selection methods in practical testability project，where the parameters are chose by expertise and trade rules，resulting in the random parameters and little adaptive scope.Firstly，primary selection of testability parameters is carried out based on the reliability，maintainability and availability requirements，which are used to serve as qualitative evaluation indexes.Then，the indexes weight is calculated by the improved AHP，based on which the testability parameters priority is obtained using fuzzy evaluation.Finally，the subtle testability parameters of integral transmission are selected using improved AHP and fuzzy evaluation.

testability parameters；improved AHP；fuzzy evaluation

A

：1674-5124（2015）07-0024-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.07.006

2014-10-15；

：2014-12-02

劉遠(yuǎn)宏（1987-），男，江西萍鄉(xiāng)市人，博士，研究方向為機(jī)電液系統(tǒng)測控技術(shù)與故障診斷工作。