基于AHP-TOPSIS的履帶式全地形車總體性能指標(biāo)體系評(píng)價(jià)分析

成龍

（滁州永強(qiáng)汽車制造有限公司，安徽 滁州 239000）

0　引言

鉸接履帶式全地形車[1-7]主要用于軍事領(lǐng)域，協(xié)同坦克等裝甲戰(zhàn)車遂行戰(zhàn)斗任務(wù)。其總體性能由履帶式車輛工程設(shè)計(jì)中的眾多技術(shù)指標(biāo)組成，這些指標(biāo)具有各自不同的屬性、量綱和取值范圍，它們對(duì)于車輛總體性能的重要程度也不同，彼此之間又存在著復(fù)雜的關(guān)系。按照系統(tǒng)論觀點(diǎn)，復(fù)雜的履帶式全地形車總體性能具有分層結(jié)構(gòu)，并且基于車輛系統(tǒng)工程的多屬性決策性，本文采用分層分析法[1,8,9]和Topsis法[1,8-11]（逼近于理想值的排序方法）相結(jié)合的復(fù)合評(píng)價(jià)法對(duì)9款全地形車總體性能指標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型建立

基于分層分析理論（AHP），本文將全地形車總體性能指標(biāo)體系分為兩層結(jié)構(gòu)，指標(biāo)層2中的技術(shù)指標(biāo)由車輛工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)給定明確的定義、屬性、量綱和取值范圍，由此向上層遞階綜合，形成承載性、動(dòng)力性、越野通過(guò)性、轉(zhuǎn)向靈活性、驅(qū)動(dòng)（制動(dòng)）穩(wěn)定性、環(huán)保經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境適應(yīng)性等7項(xiàng)能反映全地形車主要性能的指標(biāo)層1，對(duì)這7項(xiàng)再進(jìn)行綜合，可達(dá)到體系最高層。如表1所示為鉸接履帶式全地形車總體性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型。

表1　履帶式全地形車總體性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型Tab. 1 Model of overall performance evaluation index system for tracked all-terrain vehicle

2　權(quán)重系數(shù)確定

根據(jù)分層分析理論，首先，需對(duì)第一節(jié)模型中每一層次因素的相對(duì)重要性，依據(jù)客觀現(xiàn)實(shí)的判斷給予定量表示，構(gòu)造出判斷矩陣。針對(duì)判斷矩陣的準(zhǔn)則，其中兩個(gè)因素兩兩比較哪個(gè)重要，重要多少。相對(duì)于總目標(biāo)而言，構(gòu)造指標(biāo)層1對(duì)總目標(biāo)的成對(duì)比較判斷矩陣為：

利用MATLAB軟件求出矩陣A的最大特征根及對(duì)應(yīng)于λ的正規(guī)化特征向量為：

W的分量W1即是指標(biāo)層1相應(yīng)因素單排序的權(quán)值[12-14]。同理，可得到指標(biāo)層2對(duì)指標(biāo)層1各因素的單排序的權(quán)值特征向量分別為：

以上權(quán)值特征向量都通過(guò)一致性檢驗(yàn)。最后，通過(guò)綜合計(jì)算各層因素相對(duì)重要性的權(quán)值，得到指標(biāo)層2的23個(gè)技術(shù)指標(biāo)因素相當(dāng)于總目標(biāo)的相對(duì)重要性次序的組合權(quán)值[15]為：

基于全地形車特殊用途，其突出技術(shù)特點(diǎn)是高越野通過(guò)性和低接地比壓，所以本文將反映其全地形越野通過(guò)能力的爬坡度和接地比壓兩項(xiàng)指標(biāo)作為其關(guān)鍵性能指標(biāo)。因此，由上式可以看出，這兩項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重較其它性能指標(biāo)權(quán)重占比較大。

3　指標(biāo)及其參數(shù)值確定

本文針對(duì)世界主要輕、中型鉸接履帶式全地形車，選取其中具有代表性的9款車型形成方案集進(jìn)行總體性能評(píng)價(jià)，其指標(biāo)和相應(yīng)參數(shù)值如表2所示。

表2　履帶式全地形車總體性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及參數(shù)值Tab. 2 Index and parameter values of overall performance evaluation for tracked all-terrain vehicle

4　基于Topsis法的加權(quán)規(guī)范化

TOPSIS法[16-22]，即逼近于理想解的方法。 首先，對(duì)第3節(jié)中的參數(shù)值進(jìn)行趨同化處理，將其中指標(biāo)參數(shù)如接地比壓、高寬比、外特性最低油耗等低優(yōu)指標(biāo)全部轉(zhuǎn)化為高優(yōu)指標(biāo)，方法是取其倒數(shù)，適當(dāng)調(diào)整（擴(kuò)大或縮小一定比例）轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)。將最低工作溫度一項(xiàng)取其絕對(duì)值，并將環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)一項(xiàng)中的參數(shù)“歐Ⅰ”用“1”表示，“歐Ⅱ”用“2”表示，以此類推。

第二步，對(duì)趨同化數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)規(guī)范化處理，設(shè)針對(duì)全地形車總體性能多屬性決策問(wèn)題的決策矩陣為，則其規(guī)范化決策矩陣為再引入第2節(jié)的加權(quán)量, 構(gòu)成加權(quán)規(guī)范決策矩陣D為：

第三步，確定正、負(fù)理想解，正理想解D+由決策矩陣D中每行中的最大值構(gòu)成，負(fù)理想解D?由決策矩陣D中每行中的最小值構(gòu)成，并計(jì)算每一個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與D+和D?的Euclid距離，即

最后，計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解的接近程度Cj，即

Cj約接近1，表明評(píng)價(jià)對(duì)象越優(yōu)。按Cj的大小排序，可以得到評(píng)價(jià)結(jié)果，如表3所示。

表3　鉸接履帶式全地形車總體性能指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab. 3 Result of overall performance evaluation for tracked all-terrain vehicle

5　復(fù)合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

依據(jù)表3的評(píng)價(jià)結(jié)果可知，9款輕、中型鉸接履帶式全地形車的總體性能排序?yàn)锽eowulf＞Bv206＞BvS10＞QC800＞DT-5＞NA140＞Bronco＞JY813＞MSM-2。

其中，BvS10是Bv系列的裝甲基型車，由于加裝了防護(hù)裝甲和武器系統(tǒng)，總重較Bv206增大了近4噸，而載重較Bv206卻只增大不到1噸，使其整備質(zhì)量利用系數(shù)較Bv206反而降低，并且總重的增大必然導(dǎo)致其接地比壓隨之增大。由于上述幾項(xiàng)重要數(shù)據(jù)相比Bv206有不同程度的降低，其總體性能評(píng)價(jià)結(jié)果排在Bv206之后?；诖嗽?，赫格隆公司又在BvS10基型車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)車型載重量達(dá)到5.5噸，自重僅增大到10噸左右，質(zhì)量利用系數(shù)提高到55%，而整車尺寸仍保持與基型車同一水平。Beowulf 是基于BvS10平臺(tái)，整合Bv系列的家族優(yōu)勢(shì)研制的最新型車型，它優(yōu)化了BvS10基型車相比Bv206的劣勢(shì)性能指標(biāo)，很好的平衡了機(jī)動(dòng)性、環(huán)境適應(yīng)性和載重之間的平衡關(guān)系，使其總體性能明顯提升。Bv系列作為全地形車領(lǐng)域的經(jīng)典車型家族，其整體性能發(fā)展水平一直是全地形車領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)。

QC800作為NA140的升級(jí)延續(xù)版，其總體性能稍高于NA140。勇士DT-5、Bronco-1代基型車和JY813同屬5噸系列車型，基于其載重的增大，爬坡度和接地比壓兩項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)相較Bv206和QC800等輕型車有不同程度的降低，另外其轉(zhuǎn)向半徑較輕型車也有不同程度的增大。這三款中型車中，勇士DT-5在爬坡能力、側(cè)坡行駛能力和比轉(zhuǎn)矩方面較Bronco-1代基型車和JY813有一定優(yōu)勢(shì)，整車總重隨比另外兩款車大，但其履帶寬度和接地長(zhǎng)都相應(yīng)增大，這使DT-5的接地比壓也能保持在21Kpa左右，與另外兩款車處于同一水平，同時(shí)也使其跨壕溝寬度相較增大0.5m。總體來(lái)講，DT-5的越野性能稍高于Bronco-1代基型車和JY813。而JY813是基于Bronco-1代基型車的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)的國(guó)產(chǎn)車型，其各項(xiàng)性能參數(shù)參考Bronco-1而定，整體性能稍遜于Bronco-1。MSM-2是基于重型全地形車平臺(tái)研制的輕型版，輕型車優(yōu)越的爬坡能力在該車上沒(méi)有體現(xiàn)，甚至低于大多中型車，而其它參數(shù)并沒(méi)有體現(xiàn)出突出優(yōu)勢(shì)，這導(dǎo)致其排名靠后。通過(guò)與實(shí)際車況比較分析可知，上文的復(fù)合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際車況一致，具有合理性和適用性。

6　結(jié)語(yǔ)

分層分析法，對(duì)于多因素復(fù)雜系統(tǒng)而言，它具有思路清晰、方法簡(jiǎn)便、系統(tǒng)分析性強(qiáng)等特點(diǎn)，運(yùn)用該方法對(duì)全地形車輛復(fù)雜工程系統(tǒng)進(jìn)行分層分析，確定各指標(biāo)因素對(duì)總目標(biāo)的相對(duì)重要性權(quán)重系數(shù)，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)驗(yàn)證了分層分析的合理性。Topsis法對(duì)原始性能指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行同趨化和規(guī)范化處理，消除了不同類型指標(biāo)量綱和數(shù)值大小差別對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，對(duì)各評(píng)價(jià)單元的優(yōu)劣程度進(jìn)行了定量分析。兩種方法的復(fù)合運(yùn)用，使評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際車況相一致，是一種科學(xué)、系統(tǒng)的復(fù)合評(píng)價(jià)方法。

[1] 張珂, 法云智, 徐池, 等. 基于TOPSIS法的全地形履帶車效能評(píng)估研究[J]. 研究論著, 2012, 33(7):16-17.ZHANG Ke, FA Yun-zhi, XU Chi, et al. Effectiveness evaluation for all-terrain tracked vehicle based on TOPSIS[J]. Thesis﹠Research Report, 2012, 33(7):16-17.

[2] 曲學(xué)春, 姚丁元, 張?jiān)? 國(guó)外履帶式全地形車發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 國(guó)外坦克, 2014(3):32-39.QU Xue-chun, YAO Ding-yuan, ZHANG Yun. Development of all-terrain tracked vehicle in foreign countries [J]. ForeignTanks,2014(3):32-39.

[3] 張國(guó)斌, 張琳. BvS10全地形裝甲車[J]. 戰(zhàn)車新銳, 2014(12):17-21.ZHANG Guo-bin, ZHANG Lin. BvS10 all-terrain armored vehicle [J]. Chariot New, 2014(12):17-21.

[4] 于海鵬. “北歐海盜”BvS10型裝甲全地形車[J]. 汽車運(yùn)用, 2014 (3): 52.YU Hai-peng. “Viking” BvS10 armored ATV [J]. Car Use, 2014 (3): 52.

[5] 李補(bǔ)蓮, 葉曉彤. 俄羅斯鉸接式全地形車[J]. 國(guó)外坦克, 2011 (10): 53-55.LI Bu-lian , YE Xiao-tong. Russia articulated all-terrain vehicle [J]. Foreign Tanks, 2011 (10): 53-55.

[6] 左鵬. 全地形鉸接履帶車行走系統(tǒng)研究[D]. 吉林: 吉林大學(xué), 2012.ZUO Peng. Research on traveling system of articulated tracked all-terrain vehicle [D]. Jilin: Jilin University, 2012.

[7] 馮付勇, 洪萬(wàn)年, 張勇. 雙節(jié)全地形履帶車輛發(fā)展探討[J]. 車輛與動(dòng)力技術(shù), 2011, (3): 57-60.FENG Fu-yong, HONG Wan-nian, ZHANG Yong. Discussion on the development of double-section tracked all-terrain vehicle [J]. Vehicle and Power Technology, 2011, (3): 57-60.

[8] 王智遠(yuǎn), 李國(guó)棟, 王勇華. 基于AHP-TOPSIS的橋梁設(shè)計(jì)方案優(yōu)選決策模型[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2017, 47(2): 478-482.WANG Zhi-yuan, LI Guo-dong, WANG Yong-hua. Optimal decision model of bridge design based on AHP - TOPSIS[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2017, 47(2): 478-482.

[9] 秦健春, 李業(yè)輝, 文留海. AHP-TOPSIS評(píng)判模型在采礦方法轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代礦業(yè). 2015 (2):1-5.QIN Jian-chun, LI Ya-hui, WEN Liu-hai. Application of AHP-TOPSIS Judgment model in conversion of mining methods [J]. Modern Mining. 2015 (2):1-5.

[10] 喬麗芳, 齊安國(guó), 張毅川. 基于AHP-TOPSIS組合模型的植物園景觀方案優(yōu)選[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào). 2012, 27(4):238-241.QIAO Li-fang, QI An-guo, ZHANG Yi-chuan. Landscape optimization of botanical garden based on AHP - TOPSIS combination model [J].Journal of Northwest Forestry University. 2012, 27(4):238-241.

[11] 周亞. 多屬性決策中的TOPSIS法研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2009. ZHOU Ya. Research on TOPSIS in multi-attribute decision making [D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2009.

[12] 韓華, 李金鋒, 孫輝. 基于熵權(quán)TOPSIS法的多方案保障性評(píng)價(jià)研究[J]. 指揮控制與仿真, 2011,3 (33): 61-64.HAN Hua, LI Jin-feng, SUN Hui. Research on multi - scheme supportability evaluation based on entropy weight TOPSIS method [J].Command Control﹠Simulation, 2011,3 (33): 61-64.

[13] 劉壯. 基于熵權(quán)TOPSIS的高速公路隧道運(yùn)營(yíng)安全性評(píng)價(jià)[J]. 公路交通技術(shù), 2017, 33 (1): 107-110.LIU Zhuang. Evaluation of expressway tunnel operation security based on entropy weight TOPSIS [J]. Road Traffic Technology, 2017, 33 (1) :107-110.

[14] 豐茂秀, 胡堅(jiān)堃. 基于熵權(quán)-TOPSIS和DEA算法的港口綜合實(shí)力評(píng)價(jià)及作業(yè)效率研究[J]. 華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017,51 (3): 356-363.FENG Mao-xiu, HU Jian-kun. Research on the port comprehensive strength evaluation and operation efficiency analysis based on the entropy-weighted-TOPSIS and DEA method. The Journal of Huazhong Normal University (Natural Science), 2017, 51(3): 356-363.

[15] 王偉. 裝備保障系統(tǒng)效能綜合評(píng)估方法研究[D]. 長(zhǎng)沙: 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2009.WANG Wei. Research on comprehensive evaluation method of equipment support system effectiveness [Master Thesis]. Changsha: National University of Defense Technology, 2009.

[16] 周澤云, 王斌, 孫劍橋, 等. 基于TOPSIS法的裝備綜合水平評(píng)估研究[J]. 兵器裝備工程學(xué)報(bào), 2016,6(37): 102-106.ZHOU Ze-yun, WANG Bin, SUN Jian-qiao, et al. Research of equipment overall level evaluation based on TOPSIS [J]. The Journal of Weapon - Equipment Engineering, 2016,6(37): 102-106.

[17] 汪正西, 楊華, 傅鈺. 基于改進(jìn)的AHP-TOPSIS法車輛裝備維修器材保障能力綜合評(píng)價(jià)[J]. 學(xué)習(xí)與研究, 2015 (1): 35-37.WANG Zheng-xi, YANG Hua, FU Yu. Comprehensive evaluation of vehicle equipment maintenance equipment support capability based on improved AHP - TOPSIS method [J]. Study﹠Research , 2015 (1): 35-37.

[18] 杜文忠, 崔艷麗. 裝備制造業(yè)上市公司競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)—基于因子分析與改進(jìn)的TOPSIS法[J]. 財(cái)會(huì)通訊, 2017 (2): 56-59.DU Wen-zhong, CUI Yan-li. Competitiveness evaluation of equipment manufacturing listed companies - TOPSIS method based on factor analysis and improvement [J]. Accounting Communication, 2017 (2): 56-59.

[19] 邢彪, 曹軍海, 宋太亮, 等. 基于TOPSIS的裝備保障網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性綜合評(píng)價(jià)方法[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2017,31 (3): 28-34.XING Biao, CAO Jun-hai, SONG Tai-liang, et al. Method for evaluating the node importance of equipment support network based on TOPSIS [J]. The Journal of Armored Force Engineering College, 2017,31 (3): 28-34.

[20] 胡宗順, 黃之杰, 朱倩, 等. 基于TOPSIS的航空四站裝備維修質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[J]. 艦船電子工程, 2016, 36 (11): 103-106.HU Zong-shun, HUANG Zhi-jie, ZHU Qian, et al. Study on the maintenance quality evaluation of aviation four station equipment based on TOPSIS [J]. Ship Electronic Engineering, 2016,36 (11): 103-106.

[21] 王菁,郭小玉,咸伯誠(chéng),等. 集合圖像識(shí)別及3D技術(shù)的軌道車輛底部裝備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[J].新型工業(yè)化,2017,7(3):83-87.WANG Jing, GUO Xiao-yu, XIAN Bo-cheng, et al. Rail Vehicle Bottom Equipment Automatic Detection System Integrated with Image Recognition and 3D Technology[J]. The Journal of New Industrialization, 2017,7 (3): 83-87.

[22] 詹昕, 詹孝和. 基于可靠性加權(quán)靈敏度法的微電網(wǎng)脆弱性評(píng)估[J]. 新型工業(yè)化, 2017,17 (5): 32-38.ZHAN Xin, ZHAN Xizo-he. Vulnerability Assessment of Microgrid Based on Reliability and Weighted Sensitivity Method [J]. The Journal of New Industrialization, 2017,17 (5): 32-38.