基于FAHP與灰色聚類的航空地面電源車功能損傷狀態評估

孫玉琳，呂瑞強，田磊，王雙川

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基于FAHP與灰色聚類的航空地面電源車功能損傷狀態評估

孫玉琳a，呂瑞強a，田磊b，王雙川a

（空軍勤務學院 a.航空四站系；b.科研部，江蘇 徐州 221000）

航空地面電源車戰損情況下的功能損傷狀態評估。以電源車的功能結構層次為基礎建立指標體系，應用改進的模糊層次分析法（Fuzzy Analytical Hierarchy Process, FAHP）法確定指標權重。建立灰色聚類評估模型，并提出指標靈敏度分析方法。通過實例驗證了方法的可行性和有效性。基于FAHP與灰色聚類的方法能夠最大限度地利用了有效信息，對電源車功能損傷狀態進行科學、合理和全面的評估。

功能損傷；狀態評估；灰色聚類；FAHP；電源車

裝備在物理狀態上發生損傷后，會導致其出現一定程度的功能劣化或喪失[1]。裝備功能損傷狀態的評估是物理戰損狀態的聚合分析，同時也是單裝損傷定級和集群裝備戰斗力喪失評估的基礎，是裝備戰損評估的重要環節。目前針對航空地面電源車的功能損傷狀態評估，多采用粗略的損傷定級方法，根據電源車能否完成保障任務和保障人員個人經驗來判斷電源車損傷狀態和損傷等級，科學性和準確性不高。因此，急需研究電源車功能損傷狀態的評估方法，以完善電源車戰損評估理論體系。

裝備功能損傷狀態評估的方法主要有：基于DMEA與損傷樹的評估方法[2-3]；基于案例的評估方法[4]；基于貝葉斯網絡的評估方法[5-6]；基于神經網絡的評估方法[7]；基于冪指數的評估方法[8-9]；基于多指標決策或模糊綜合評判的評估方法[10-11]等。其中，基于DMEA與損傷樹的評估方法是基本的戰損分析方法，應用該方法的分析結果具有典型性，但是不能進行精確的量化分析。基于案例的評估方法在數據量和案例集較少時應用準確性不高。基于貝葉斯網絡的評估方法和基于神經網絡的評估方法可以實現數據不全情況下的雙向推理，初步解決了貧信息條件下的戰損評估問題，但是所建網絡模型適用于精確定位分析，在宏觀上的功能損傷評估中計算不夠簡便。文獻[10]針對裝甲裝備建立了AHP與冪指數方法相結合的功能損傷評估模型，較好地實現了功能損傷程度的定量評估，但是在模型中沒有考慮到評估的灰色性和模糊性。文獻[11]提出的基于模糊層次分析的評估方法考慮到了評估的模糊性，但是在評估的灰色性上沒有較好的解決。

電源車戰損評估方面的歷史數據少、影響因素多，其功能損傷狀態的評估具有信息不充分、評判因素不明確兩個主要特點。因此，該方面的評估是一項灰色性和模糊性兼具的復雜系統工程。針對此，文中建立了基于模糊層次分析法（Fuzzy Analytical Hier archy Process, FAHP）和灰色聚類法的評估模型，并對方法進行了針對性的改進。該模型中FAHP法可以最大限度地利用定性指標的模糊有效信息，灰色聚類法能有效處理指標的不確定性問題，二者綜合應用可以使電源車功能損傷狀態的評估更加科學、合理。

1 評估指標體系

裝備的功能損傷具有復雜的多態性，因此為描述裝備的功能損傷狀態，應將裝備功能分解成適當的功能描述層次[12]。根據電源車的功能特點和保障任務，將電源車的功能劃分為總功能、系統級功能和分系統級功能三個層次。以此為基礎，按照層次分析法原理，構建電源車功能損傷狀態評估的指標體系，如圖1所示。其中作戰保障功能為總功能，即評估總目標；行進系統功能、發電系統功能、電力控制系統功能和操作系統功能四個方面為系統級功能，即評估一級指標；四個方面展開之后的指標為二級指標。

圖1 電源車功能損傷程度評估指標體系

2 基于FAHP與灰色聚類的評估模型

2.1 FAHP法改進與指標權重確定

應用FAHP法進行指標權重的確定。FAHP法是應用模糊評判思想進行定性與定量分析的一種方法[13]，相較于傳統的層次分析法，FAHP法能更好地表述因素間的模糊關系。在該方法的模糊賦值中存在主觀性較強的問題，因此決定參考序關系分析原理對其進行改進，使元素重要度模糊判斷尺度由關系排序數唯一確定，降低模糊賦值判斷的主觀性。改進后的指標權重計算步驟如下：

1）確定指標重要度排序與模糊判斷尺度標準。令一級指標元素為μ，二級指標元素為a，元素間重要度關系為p（，=1，2，…，）。將指標重要度劃分為5個等級，見表1，等級間比較的模糊尺度見表2。

表1 電源車功能損傷程度評估指標元素重要性簡易表

表2 模糊尺度標準

2）構建模糊判斷矩陣。在指標模糊重要度排序的基礎上，依據重要度模糊賦值得出一級指標判斷矩陣A=(r)×p，其中：

3）計算指標權重。將一級指標判斷矩陣A=(r)×p的各個列向量歸一化，再按行求和取平均，得A對于目標的組合權重：

同理，經過模糊關系分析、重要度賦權、構建判斷矩陣，可得二級指標組合權重值為：

2.2 灰色聚類評估模型

可以將待評估對象看成是個評估指標，個不同的灰類，根據對象關于指標的樣本實現值X，對相應的對象進行評估的過程。具體步驟為[14]：

1）確定指標體系中各指標的權重。

圖2 三角白化權函數

2.3 指標權重靈敏度分析

由于賦權存在一定的主觀性，權重的變化可能會引起評估結果的變化。基于此，對指標權重進行靈敏度分析，量化表示權重對于評估結果的影響。

由式（2）可得：

圖3 指標權重靈敏度區間

3 實例分析

以某次戰損搶修試驗中的某型損傷電源車為例進行評估分析。通過專家評估、裝備檢測與數據分析獲取電源車狀態的初始數據值，運用灰色聚類的方法來評估其功能損傷程度。

根據指標參數的變化范圍，列出各指標的閾值、延拓值。將各指標劃分為完好、輕損、中損、重損等4個灰類。應用德爾菲法對電源車初始進行評價打分，以各專家裝備功能狀態評分的均值作為其實現值，見表3。

根據表3中的數據，將其代入對應的灰類白化權函數隸屬度計算公式，從而得到各分類指標灰類的白化權函數值[16]，見表4。

表3 各指標灰類、閾值、延拓值及實現值

表4 分類指標灰類白化權函數值

表5 綜合聚類系數

4 結果分析

4.1 定權評估結果

4.2 指標權重變化對結果的影響

5 結語

文中提出的基于FAHP與灰色聚類法的電源車功能損傷狀態評估方法，能夠最大限度地利用有效信息，對電源車功能損傷狀態進行科學、合理和全面的評估。為電源車的功能損傷狀態評估提供了理論基礎和方法依據，同時也為裝備戰損評估的研究提供了新思路。下一步應重點研究評估初始數據信息的來源問題，以及指標體系的擴展與優化。

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Function Damage Condition Evaluation of Power Truck Based on FAHP and Grey Clustering

SUN Yu-lina, LYU Rui-qianga, TIAN Leib, WANG Shuangchuana

(Air Force Logistics College a. Department of Aviation Ground; b. Scientific Department, Xuzhou 221000, China)

To evaluate function damage condition of aircraft power truck.An index system was established based on the functional structure layer of power truck. The FAHP (Fuzzy Analytic Hierarchy Process) was adopted to determine the weight of index. An evaluation model for gray clustering was established. And methods for analysis of index sensitivity were proposed.The applicability and the effectiveness of this model were verified by an example.The method of FAHP and grey clustering can make full use of the information to evaluate the function damage condition of power truck.

function damage; condition evaluation; grey clustering; FAHP; power truck

10.7643/ issn.1672-9242.2017.10.021

TJ07；TG147

A

1672-9242(2017)10-0110-05

2017-05-12；

2017-05-12

孫玉琳（1992—），男，河北唐山人，碩士，主要研究方向為航空四站保障技術。

呂瑞強（1964—），男，江蘇徐州人，博士，教授, 主要研究方向為裝備保障理論與應用。