基于BP神經網絡的導彈保障人員可靠性分析

王　楊，黃　強，馮竹超

（1.空軍勤務學院航空彈藥系，江蘇徐州221000；2.94754部隊，浙江嘉興314000）

基于BP神經網絡的導彈保障人員可靠性分析

王楊1，黃強1，馮竹超2

（1.空軍勤務學院航空彈藥系，江蘇徐州221000；2.94754部隊，浙江嘉興314000）

文章分析了導彈武器系統的保障可靠性，選取了影響保障人員可靠性的5個因素作為輸入，建立了導彈保障可靠性的神經網絡模型；運用BP算法訓練數據，得出各影響因素的重要度排序；并針對提高導彈保障人員可靠性提出了一系列解決措施。

BP神經網絡；導彈保障；人員可靠性

隨著導彈裝備智能化、精確化程度的不斷提高，其結構變得愈加復雜，一枚精確制導彈藥，其元器件多達成千上萬件。導彈是長期貯存、一次性使用的特殊產品，其系統效能隨著貯存時間的增長而變化，這種變化是在“人-機-環境”大環境下產生的綜合結果[1]。導彈平時的保養與戰時的保障有著極其苛刻的要求，若是當中某個環節出現差錯，不僅影響導彈作戰效能的發揮，甚至有可能導致無法挽回的后果，這就使得保障人員的可靠性問題顯得至關重要。因此，探索改善人的可靠性的理論方法是提高新型導彈裝備綜合保障能力的一條有效途徑。

1 BP神經網絡模型

人工神經網絡（ANN）是算法與結構的統一體，也是硬件與軟件的混合體，具有非線性映射、聯想記憶、分類識別、知識處理和優化計算等功能，主要研究非程序的、自適應的和腦模式的信息處理的本質與能力，廣泛應用于信息、自動化、工程、醫學等領域[2]。

BP神經網絡（Back Propagation Neural Network）即誤差反向傳播神經網絡，它是通過反向傳播學習算法來進行估算[3]。一個由3層模糊神經元組成的BP網絡結構如圖1所示。

圖1 模糊BP網絡結構Fig.1 Structure of Fuzzy BPN

已經證明：任何在閉區間內的一個連續函數都可以用單隱含層的網絡結構去逼近，因而一個3層網絡就可以完成任意的n維到m維的映射。[4]

BP算法即反向傳播算法（Back-Propagation A lgorithm）[5-7]，是監督訓練多層前饋神經網絡的算法，每一個訓練樣本在網絡中經過2遍傳遞計算：一是向前傳播計算，從輸出層開始并傳遞各層處理后，產生一個輸出，得到一個該實際輸出和所需輸出之差的差錯矢量；另一遍是向后的反向傳播計算，從輸出層至輸入層，利用差錯矢量對權值進行逐層修改，從而實現多層前饋神經網絡權值的調節。

設含有n個節點的任意網絡，各節點的作用函數

式（2）中，y?k為網絡實際輸出。定義：

于是，由梯度下降法，可求得權向量的修正量為：

j為輸出節點時，ojk=y?k，

若j不是輸出節點時，有：

這就是著名的BP算法，對于給定的輸入樣本，按照上述過程不斷反復地調整權值，使網絡的輸出接近所希望的輸出。

2 導彈保障人員可靠性分析

2.1導彈保障可靠性問題分析

保障可靠性分析是指通過研究分析保障人員的失誤來預防保障差錯，從而提高保障能力。在可靠性領域有句名言：要出錯的地方遲早會出錯[8]。因此，在保障過程中，不僅要重視導彈裝備的可靠性，還要不斷提高人員的管理水平，加強裝備的保障技能，降低保障差錯率，才能充分實現系統效能。結合“人-機-環境”系統工程理論，保障可靠性是以人作為主導因素，把系統可靠性理論和方法拓展到人、裝備、環境所組成的過程系統中而形成的新的技術[9]。導彈裝備系統的保障可靠性剖面如圖2所示。

導彈保障人員的素質狀況是影響保障可靠性的關鍵因素。然而這種影響是模糊的、非線性的、非定常性的[9]。利用模糊神經網絡的學習功能，可以有效地解決此問題，即以人員可靠性因素作為網絡的輸入、系統在某一時間的保障可靠性作為輸出，其拓撲結構如圖3所示。該網絡是多層前饋式結構，采用反向傳播（BP算法）對導彈保障人員可靠性進行分析。另外，還可以建立數據聚類模型，從而閉合分析系統，為保障人員可靠性評價、人員選拔和訓練提供管理信息與技術方案。

保障差錯是人員在保障活動中，違反保障對象的客觀要求，破壞了“人-機-環境”系統的整體協調性而發生的過失性錯誤，它具有必然性、突發性、可逆性和可積性等特征[10]。保障差錯產生的內部機制是人員行為偏差和裝備結構缺陷的人機客觀矛盾。實踐證明其概率與人員素質有直接的關系，然而這種關系在時空上是多層次的、錯綜復雜的。

導彈保障差錯除了設計缺陷、環境條件等因素引發以外，在保管、測試和維修等各項操作與管理過程中，由于人的因素的影響，而造成的故障占相當大的比例。據統計，在航空維修差錯中，作風型差錯約占70%，技能型差錯約占25%，管理型差錯約占5%[11]。導彈保障差錯如圖4所示。

2.2導彈保障人員可靠性神經網絡計算

導致出現故障的直接因素是保障人員的行為，主要包括：認識偏差、判斷偏差和動作偏差。導致出現故障的人員間接因素主要包括：①生理狀況——人的身體的健康程度；②心理素質——人的情緒控制能力；③知識水平——專業學習程度；④專業技能——工作時間及接受培訓的情況；⑤工作態度——對工作任務的認同程度，態度決定行為[12-14]。因素與行為之間的關系如圖5所示。

圖2 導彈保障可靠性剖面圖Fig.2 Section of the reliability ofmissile sopport

圖3 導彈保障可靠性神經網絡分析示意圖Fig.3 NN diagrammatic draw ing of the reliability ofmissile sopportpersonnel

圖4 保障差錯示意圖Fig.4 Diagrammatic draw ing of supporterrors

圖5 因素與行為的關系Fig.5Relationshipbetweenfactorsandactions

影響因素與可靠性問題的非線性關系，與神經網絡模型的輸入層和中間層的關系相吻合，故采用BP神經網絡模型，建立基于保障人員可靠性因素的人員可靠性模型如圖6所示。其中，模型的輸入是影響保障人員可靠性的因素，輸出是系統在某時間的人員可靠性。

圖6BP神經網絡模型Fig.6BPNNModel

以某型空地導彈制導系統為例分析，利用Delphi法得到保障人員可靠性影響因素的原始數據，再利用建立的隸屬度函數，得到原始數據對于影響因素的隸屬度，如表1所示。

表1 實際數據對于影響因素的隸屬度Tab.1Actualdata’smembershipwithfactors

應用C語言編制BP神經網絡模型的計算機程序進行計算，選取表1中前面7組數據作為訓練數據，后3組作為仿真數據，訓練次數為1000次，可容忍誤差為0.1。訓練后，對模型進行驗證，結果如表2所示。

表2 模型驗證數據分析1Tab.2Analysisofmodelvalidationdata1

表2中，測試樣本的1、2、3分別對應表1中的8、9、10組數據。由表2可知，仿真數據與原始數據的誤差在可接受范圍之內，故該模型可用。選取原始數據的前3組進行仿真，在該模型下得到的仿真結果為：0.5765，0.6512，0.5339。進一步對仿真數據的各項指標分別進行幅度變化，變化幅度在±10%，得到結果如表3所示。

表3 模型驗證數據分析2Tab.3Analysisofmodelvalidationdata2

顯然，在保障過程中對人的可靠性影響程度由大到小的因素依次為：工作態度、專業技能、生理狀況、心理素質、知識水平。

分析結果表明：工作態度、專業技能和生理狀況這3個因素是相對重要的。因此，在保障人員選擇、培訓過程中，可有針對性地進行選拔和訓練，以提高保障人員的能力和可靠性。

3 提高導彈保障人員可靠性的措施

3.1制度教育并舉，端正工作態度

態度指個體對外界事物的一種較持久而又一致的內在的心理和行為傾向。態度具有指向性包括態度主體和態度客體。正所謂態度決定一切，保障人員的工作態度在很大程度上決定了裝備保障質量[16-17]。要端正保障人員工作態度可采取以下一些措施。

1）加強彈藥保障人員的思想修養、責任意識、工作作風和職業道德教育。用教育和培訓來提高保障人員的職業道德水平、抱負水準，加強責任心，形成嚴肅認真的工作作風和遵章守紀的自覺性。對少數工作極不端正，暫不適合此項工作的應當暫停其參與導彈的保障。

2）嚴格監督管理，建立激勵機制。對導彈保障過程中出現的一切違章現象，要敢于當場糾正、嚴肅查處，堅決同保障工作中的懶惰、隨意、蠻干等不端正工作態度作斗爭，同時對保障過程中兢兢業業，履職盡責的人員給予獎勵[18]。

3）營造良好環境。注重人性化管理，通過合理安排任務、作業時間和強度，確保保障人員有充沛的精力投入到工作中；對于人才、骨干要優先列入立功受獎、晉職晉銜、入黨提干和士官選改計劃，努力營造“政策留人、事業留人、待遇留人、親情留人”的環境，體現上級對保障人員的關心，讓他們無后顧之憂，盡心盡力地從事彈藥保障工作。

3.2注重專業訓練，提高技能水平

導彈保障是一項專業性極強的工作，要求保障人員必須具備足夠的專業技能才能從事此項工作[19]。對加強自身專業技能提出了如下一些措施。

1）強化選人用人標準。首先，在人才的選取上下功夫，對于部分不適合從事此項工作，技能不達標的人員，不讓其進入到保障隊伍中。要強調一專多能，學有所長，在求精上下功夫。彈藥保障涉及業務技能廣，要根據任務和人員的現狀，結合專業分工，培養一批具有領頭作業的專家型技術骨干隊伍。

2）通過專業技術培訓，保證官兵不斷提升自己專業技能，使保障人員有能力無差錯地完成自己的工作。進行專業培訓和復訓工作，每年至少安排1個月的專職培訓，使人員對自己的工作做到“心中有底”，為減少人為差錯打下堅定基礎。

3）強化實際操作技能訓練，實踐才是提高專業技能最好的辦法，結合本單位實際，嚴格組織好各級、各類、各專業人員學標、用標、達標活動，采取骨干帶教、崗位練兵、觀摩學習、比武競賽等形式，開展實際操作技能訓練，不斷增強保障人員的防差錯能力。

4）改進訓練方法。要重視發揮多媒體教學以及實裝操作演練的優勢，不斷增強教學效果。

3.3科學組織訓練，增強生理素質

保障人員的生理狀況對導彈保障起著至關重要的作用。一個身體素質低，經常生病請假，不能從事體力勞動的人，是不適合擔任保障工作的。人的身體狀況是一個動態的過程，與其日常生活習慣，平時鍛煉和訓練強度息息相關。因此，提出一些措施增強保障人員生理素質就顯得極為必要。

1）按照規定，適時組織官兵體檢。對于身體有疾病或其他因素暫不適合從事此項工作的，應當安排及時治療或休息，待其恢復后，經過必要專業訓練，重新安排上崗。

2）加強鍛煉，增強體魄。一個良好的身體素質不是天生的，而是通過平時堅持不懈的鍛煉得來的。鍛煉不僅能增強人身體素質，對人的意志品質也是一種磨練。軍人應當積極參加到日常各項訓練工作中去，嚴格把控事假病假人員，避免部分人員因缺少鍛煉出現身體素質嚴重下降。

3）在保障過程中注意加強保障人員自身保護，避免保障過程中出現意外或因工作強度大，對身體造成傷害。

3.4強化心理訓練，提高心理素質

現代軍事活動對軍人的心理素質要求越來越高，由于保障人員對導彈武器裝備操作時需要精力高度集中，如果再加以戰爭的壓力，對保障人員的心理影響越來越大。軍人的心理訓練已經得到了重視，部隊已經配發了成套的心理行為訓練設施，對增強官兵的心理素質起到了一定的作用。同時，心理訓練應該是全方位的，應該綜合運用訓練設施、宣傳資料、心理輔導、心理干預等手段對官兵的心理進行訓練[20]。

3.5采取技術措施，防止人為差錯

出錯是難免的，尤其是人參與的工作，這也是由人的可靠性特征所決定的。因此，需要采取一些手段來提高人的可靠性。

1）實行持證上崗。為確保導彈保障人員崗位專業能力素質水平，嚴格按照持證上崗制度要求，嚴密組織崗位資格認證，嚴把上崗條件，確保不合格、不達標人員不上崗。

2）設立安全監督員。在導彈保障實際工作中，準確把握導彈的構造特點，采取在裝卸運輸、儲存保管、技術保障和供應保障等各個環節設立安全監督員的措施，通過及時提醒、標識警示、讀卡操作和現場督導等方法，嚴防人為差錯事件的發生。

3）嚴把第一手工作質量。在彈藥發付、啟封、測試、對接、待發、外場保障等環節，按照維護規程和安全規定的要求操作，嚴格技術標準；認真做好技術工作的履歷文書的填寫工作，防止錯填、漏填、忘填，做好導彈的壽命控制，杜絕使用超期、報廢彈藥。

4 結束語

提高人的可靠性是提高裝備綜合保障能力的重要途徑之一。目前，需要解決的可靠性問題主要集中在2個方面：一是在人的可靠性已低于技術裝備可靠性的情況下，需要開拓新的可靠性研究方法；二是可靠性信息缺乏，成為制約可靠性分析應用的瓶頸，必須推動可靠性信息系統的建設，這些問題還有待于將來的進一步研究。

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Human Reliability AnalysisofMissile Guarantee Based on Back Propagation Network

WANGYang1,HUANGQiang1,FEN Zhuchao2

（1.DepartmentofAviation Ammunition,Air Force Logistic College,Xuzhou Jiangsu 221000,China; 2.The94754thUnitof PLA,Jiaxing Zhejiang314000,China）

In this paper,selecting 5 influence factors ofhuman reliability,the NN(Neural Network)modelofmissile guar?anteewasgiven.The seqencing of the 5 factors’significance is obtained using BPalgorithm to train data.Besides,a series ofsuggestionsandmeasureson improvinghuman reliabilitywerehuman.

back propagation(BP)network;missile guarantee;shuman reliability

TP183

A

1673-1522（2016）02-0173-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.02.015

2015-10-15；

2016-01-14

王楊（1993-），男，碩士生。