基于灰色模糊理論的飛行保障裝備高原環境適應性評估

楊　陽， 趙徐成， 劉章龍， 謝千東

(空軍勤務學院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

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基于灰色模糊理論的飛行保障裝備高原環境適應性評估

楊陽， 趙徐成， 劉章龍， 謝千東

(空軍勤務學院航空四站系， 江蘇 徐州 221000)

結合飛行保障裝備的功能結構和工作特性，分析了影響飛行保障裝備高原環境適應性的主要因素，構建了飛行保障裝備高原環境適應性評估指標體系，采用組合賦權法確定了指標權重，運用灰色模糊理論建立了評估模型，并結合裝備分系統實例，驗證了模型的有效性和實用性，為高原飛行保障裝備的環境適應性設計提供了依據。

飛行保障裝備； 高原環境適應性； 灰色模糊評估

隨著我國高原地區戰略地位的提升，主戰飛機進駐高原機場訓練日趨常態化。惡劣的高原環境條件不僅給飛行訓練帶來困難，同時也對飛行保障裝備的保障效能產生了一定影響[1]。因此，迫切需要開展飛行保障裝備環境適應性評估研究，衡量其高原環境適應性。由于環境影響因素數據收集難度大，已有數據也不完整，且多為定性描述，應用傳統評價方法(如比較分析評價法、試驗評價法等)[2]進行裝備環境適應性評價時，只簡單地將環境因素劃分為“有影響”或“無影響”，這種非“0”即“1”的大幅度簡化，使評估結果很難反映出環境因素對裝備的具體影響程度。灰色模糊評估法將灰色評估法和模糊評估法有機結合，可在收集信息不充足的情況下，較為準確合理地評價模糊因素或現象[3]。為此，筆者采用灰色模糊理論對裝備高原環境適應性進行評估，以期為裝備的改進、研制提供理論依據。

1　評估對象與運用環境分析

飛行保障裝備的保障效能與高原地區環境條件密切相關，評估飛行保障裝備環境適應性，首先要明確裝備的高原運用環境，分析高原的地理氣候條件。筆者結合飛行保障裝備型號多樣及高原環境錯綜復雜的現實情況，以裝備分系統為評估對象，提出飛行保障裝備高原環境適應性研究構想。

1.1高原環境適應性評估對象

飛行保障裝備是指為在地面實施飛機和直升機所需的氣源、電源以及液壓能源等技術支援保障而配備的航空軍事保障裝備[4]。其型號多，數量大，涉及的專業技術面廣，且系統結構復雜。按保障功能可分為制氧制氮裝備、制冷充冷裝備、充放電裝備、電源車、空調車、油泵車和氣源啟動車7大類。

高原環境條件對裝備各系統的影響機理和程度不盡相同，因此，筆者以裝備分系統為研究對象,依據系統工程思想，將飛行保障裝備系統按功能結構以及工作特性分為動力系統(S1)、氣源系統(S2)、液壓系統(S3)、電氣系統(S4)和機械系統(S5)。

1.2裝備高原環境條件影響因素

環境條件是指在裝備全壽命周期內對其功能結構和工作特性產生影響的環境應力，是確定裝備高原環境適應性的基礎[5]。根據飛行保障裝備全壽命周期內的環境影響剖面[6]，可將高原環境簡化為自然環境和誘發環境。高原自然環境是指非人力造成的部分環境，主要表現為氣壓低、氣溫低、太陽輻射強和風沙強；高原誘發環境是指非自然力環境，主要指路況差引起的較大裝備振動[7-8]。表1為高原環境對飛行保障裝備分系統的影響分析。

表1　高原環境對飛行保障裝備分系統的影響分析

依據高原環境的特點和裝備全壽命周期內環境剖面的組成，確定飛行保障裝備的關鍵高原環境影響因素主要有：溫濕度、氣壓、沙塵、輻射以及路況(路況差引起裝備較大振動)。

2　飛行保障裝備環境適應性評估體系

構建合理的環境適應性評估體系是進行飛行保障裝備高原環境適應性評估的基礎。筆者以關鍵高原環境影響因素為評估指標建立評估體系，并采用組合賦權法[9]確定各指標的權重。

2.1評估指標

以溫濕度u1、氣壓u2、沙塵u3、輻射u4和路況u5為飛行保障裝備環境適應性評價指標。

2.2指標權重

飛行保障裝備環境適應性評價指標體系中各指標的權重既反映了各指標的重要度，也體現了環境因素對裝備的影響程度。

主觀賦權法分配的權重帶有一定的主觀色彩，客觀性不足；客觀賦權法卻難以有效體現評判者對不同屬性指標的重視程度；而組合賦權法既能滿足層次分析法中專家對指標的主觀偏好，又能減小權重受主觀因素的影響，將主觀判斷和被評價對象的自身信息量相結合，實現主客觀的有機統一。為此，筆者采用主客觀相結合的組合賦權法來確定各指標的權重。組合賦權法確定各項指標權重時，首先分別采用主觀賦權法和客觀賦權法確定各指標的權重，然后采用加法集成法進行綜合。具體流程[10]如下：

1)主觀賦權法確定指標權重

采用層次分析法對各子指標的重要程度進行比較，構建判斷矩陣。以動力系統為例，其環境適應性評價指標的判斷矩陣如表2所示。

表2　動力系統環境適應性評價指標的判斷矩陣

求解判斷矩陣，并進行一致性檢驗，可得溫濕度、氣壓、沙塵、輻射和路況對動力系統的權重向量PS1=[0.260.480.120.050.09]。同理，可得各評價指標對分系統S2、S3、S4、S5的影響權重向量分別為

PS2=[0.110.560.230.030.07]；

PS3=[0.080.500.130.040.25]；

PS4=[0.250.500.080.130.04]；

PS5=[0.140.040.080.240.50]。

2)客觀賦權法確定指標權重

收集由關鍵環境因素誘發的飛行保障裝備高原環境失效信息，統計誘發裝備失效的各關鍵環境因素所占比例，得到關鍵環境因素對動力系統的影響權重向量QS1=[0.280.470.250.000.00]。同理，可得各評價指標對分系統S2、S3、S4、S5的影響權重向量分別為

QS2=[0.310.250.250.000.19]；

QS3=[0.090.570.090.000.25]；

QS4=[0.340.340.120.120.08]；

QS5=[0.300.100.100.300.20]。

3)組合賦權法修正指標權重

針對主客觀賦權法各自的缺點，將主觀權重向量P與客觀權重向量Q進行加權綜合，對各指標權重進行修正，即

A=k1P+k2Q。

(1)

在充分征求專家意見的基礎上，對于功能單元(S2、S3、S4)，k1=0.7，k2=0.3；對于機械單元(S1、S5)，k1=0.3，k2=0.7。結合式(1)可得各指標的最終權重向量分別為

AS1=[0.270.480.150.040.06]；

AS2=[0.170.470.230.020.11]；

AS3=[0.080.520.120.030.25]；

AS4=[0.280.450.090.130.05]；

AS5=[0.250.080.100.280.29]。

3　基于灰色模糊理論的環境適應性評估模型

3.1評估模型構建

3.1.1確定評判因素集和評語集

因素集U是由影響保障裝備效能的關鍵環境因素構成的集合，即U={u1，u2，u3，u4，u5}={溫濕度，氣壓，沙塵，輻射，路況}；評語集V是由保障裝備環境適應性評判等級構成的集合，一般可分為5個等級，V={v1，v2，v3，v4，v5}={優，良，中等，較差，差}={100，90，80，70，60}；飛行保障裝備高原環境適應度H={h1，h2，h3，h4，h5}={優，良，中等，較差，差}={100，95，85，75，65}，評價結果定量化標準如表3所示。

表3　評價結果定量化標準

3.1.2確定權重集

灰色模糊評價中權重集是指因素集與被評對象之間的灰色模糊關系，由模糊部分和灰色部分構成，可表示為

(2)

表4　灰度打分標準

3.1.3 建立灰色模糊評估矩陣

(3)

邀請N位相關領域專家對裝備各分系統耐環境影響的等級進行投票，并統計隸屬度μij，即

(4)

N位專家根據灰度打分標準分別對環境指標u1、u2、u3、u4、u5進行灰度評分，對應第i個指標分值為ri1、ri2、…、riN。為減少專家主觀偏見，去除評分最大值和最小值，求平均值后可得各指標的評分灰度值為

(5)

3.2評估結果計算

(6)

3.3評估結果處理

(7)

4　實例分析及環境設計措施

以典型的飛行保障裝備空調車為例，對其動力、氣源、電力和機械4個分系統進行高原環境適應性評估，先依據評估結果提出空調車高原環境適應性設計措施。

4.1評估結果

根據高原環境條件下收集的裝備失效信息的充足程度，對各指標權重所對應的灰度賦值。以動力系統為例，將指標權重對應的灰度賦值為0.3，得到動力系統的評估指標權重集為

(0.04,0.3)(0.06,0.3)]；

依據專家打分結果統計各指標隸屬度，與灰度進行組合得到空調車動力系統的灰色模糊評估矩陣為

根據式(6)可得評估結果為

B=[0.110.120.130.330.31]。

根據公式H=B·VT，可得空調車動力系統的評估得分為73.9。

同理，可得空調車其他分系統的環境適應性評估得分，根據裝備對環境的適應度等級劃分H={優，良，中等，較差，差}={100，95，85，75，65}，可判定各分系統環境適應度等級。各分系統高原環境適應性評估指標權重、評估得分和適應度如表5所示。

表5　空調車分系統高原環境適應性評估結果

4.2環境適應性設計措施

飛行保障裝備的高原環境適應性設計的重點是提高裝備分系統對關鍵環境因素的適應能力。根據評估結果，分系統關鍵環境因素為權重大的指標，因此，應針對關鍵環境影響因素采取相應的環境適應性設計措施，以提高飛行保障裝備的環境適應能力。空調車環境適應性設計措施[12]如表6所示。

表6　空調車環境適應性設計措施

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(責任編輯: 王生鳳)

Plateau Environment Adaptability Evaluation of Flight Support Equipment Based on Grey-fuzzy Theory

YANG Yang, ZHAO Xu-cheng, LIU Zhang-long, XIE Qian-dong

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

Combined with the functional structure and working characteristic of the flight support equipment, main factors which influence plateau environment adaptability of aircraft support equipment are ana-lyzed. The index system of plateau environment adaptability of flight support equipment is established, and index weight through combination weighting method is confirmed. Based on gray-fuzzy theory, evaluation model is built and effectiveness and practicability of the model are validated in combination with actual case of partial system of support equipment, which provides basis for plateau environment adaptability design of flight support equipment.

flight support equipment; plateau environment adaptability; gray-fuzzy evaluation

1672-1497(2016)04-0030-05

2016-01-04

楊陽(1992-)，男，碩士研究生。

E239.4

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.04.006