基于改進(jìn)AHP和模糊評(píng)價(jià)的裝備測(cè)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(píng)價(jià)的裝備測(cè)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(duì)裝備實(shí)際工程應(yīng)用測(cè)試性參數(shù)多依靠專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題，提出改進(jìn)的層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）和模糊評(píng)價(jià)相結(jié)合的測(cè)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(cè)試性參數(shù)，并將使用要求作為測(cè)試性參數(shù)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用改進(jìn)AHP方法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重，在此基礎(chǔ)上采用模糊評(píng)價(jià)法計(jì)算測(cè)試性參數(shù)優(yōu)先度，優(yōu)選出測(cè)試性參數(shù)集，從而為測(cè)試性指標(biāo)的制定奠定基礎(chǔ)。最后以綜合傳動(dòng)裝置為例，采用該方法優(yōu)選出精簡(jiǎn)的測(cè)試性參數(shù)集。

測(cè)試性參數(shù)；改進(jìn)層次分析法；模糊評(píng)價(jià)

0 引 言

測(cè)試性定義為系統(tǒng)和設(shè)備能及時(shí)、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(jì)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(shí)際工程應(yīng)用中裝備測(cè)試性參數(shù)多依靠專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，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(duì)于復(fù)雜裝備系統(tǒng)，僅用少數(shù)幾個(gè)參數(shù)指標(biāo)來(lái)描述測(cè)試性水平是不全面的，經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，參數(shù)總數(shù)超過(guò)100個(gè)，完全采用也不現(xiàn)實(shí)[3-4]。

目前常用的測(cè)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(lèi)分析法[5-6]。聚類(lèi)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(jià)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(jì)算各指標(biāo)因子的權(quán)重，但對(duì)具體模糊指標(biāo)的評(píng)定不夠準(zhǔn)確，因此結(jié)合模糊評(píng)價(jià)法對(duì)模糊指標(biāo)的評(píng)定較為準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，提出基于改進(jìn)的層次分析（analytical hierarchy process，AHP）和模糊評(píng)價(jià)的測(cè)試性參數(shù)選擇方法。

1 測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

對(duì)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(cè)試性有關(guān)的要求，如連續(xù)工作、準(zhǔn)確報(bào)告系統(tǒng)狀態(tài)、最短的停機(jī)時(shí)間、有限的備件、最低的保障費(fèi)用、特定技術(shù)等級(jí)要求、系統(tǒng)位置、BIT對(duì)系統(tǒng)的影響、聯(lián)機(jī)測(cè)試頻率計(jì)周期、安全性、BIT可靠性、對(duì)維修性的影響等[7-8]。通過(guò)對(duì)每項(xiàng)要求進(jìn)行分析，可列出與該要求密切相關(guān)的測(cè)試性參數(shù)，如表1所示。常用的測(cè)試性參數(shù)主要有故障檢測(cè)率（FDR）、關(guān)鍵故障檢測(cè)率（CFDR）、故障隔離率（FIR）、虛警率（FAR）、平均故障檢測(cè)時(shí)間（MFDT）、平均故障隔離時(shí)間（MFIT）、BIT的平均故障隔離時(shí)間（MTBFB）、BIT/ETE的平均有效運(yùn)行時(shí)間（MBRT）、臺(tái)檢可工作率（BCS）、不能復(fù)現(xiàn)率（CNDR）、重測(cè)合格率（RTOKR）、未檢測(cè)故障率（NDR）、未隔離故障（NIR）、多故障隔離率（FFI）、測(cè)試獨(dú)立性、測(cè)試冗余性（TR）等。對(duì)于某個(gè)具體系統(tǒng)或設(shè)備不可能同時(shí)考慮上述所有要求，在對(duì)其進(jìn)行測(cè)試性分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)其要求確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2 測(cè)試性參數(shù)選擇原理

測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，然后采用模糊評(píng)價(jià)法確定各測(cè)試性參數(shù)優(yōu)先度。

2.1 改進(jìn)AHP方法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

圖1 測(cè)試性參數(shù)選擇流程

改進(jìn)AHP方法中，判斷矩陣表示針對(duì)上一層次某因素對(duì)每一層次各因素的相對(duì)重要性給出的判斷，這些判斷用數(shù)值表示出來(lái)，寫(xiě)成矩陣形式就是判斷矩陣。該方法中，目標(biāo)層（測(cè)試性參數(shù)選擇）與準(zhǔn)則層（評(píng)價(jià)指標(biāo)體系）間的判斷矩陣的判斷尺度為：pij=1評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算流程

其中判斷矩陣P經(jīng)行變換為P*過(guò)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(píng)價(jià)法確定測(cè)試性參數(shù)優(yōu)先度

模糊評(píng)價(jià)法中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的價(jià)值量用評(píng)價(jià)等級(jí)表示，指標(biāo)擬分為5級(jí)，其等級(jí)分別定為0.9，0.7，0.5，0.3，0.1，其價(jià)值量集用E表示，即：

邀請(qǐng)多位專(zhuān)家對(duì)各參數(shù)進(jìn)行評(píng)議，若認(rèn)為參數(shù)的某一評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于哪一等級(jí)，就投一票，統(tǒng)計(jì)各位專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)的票數(shù)，便可獲得參數(shù)評(píng)分表，計(jì)算出參數(shù)的評(píng)價(jià)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(cè)試性參數(shù)間的關(guān)系

3 實(shí)例分析

GJB 5386——2005《履帶式裝甲車(chē)輛綜合傳動(dòng)裝置通用規(guī)范》對(duì)綜合傳動(dòng)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(dòng)裝置能穩(wěn)定工作，沒(méi)有異常噪聲。

2）綜合傳動(dòng)裝置臺(tái)架考核壽命為300～400h，或裝車(chē)后行駛壽命為10000km。

3）平均無(wú)故障間隔里程MKBF≥1500km。

4）綜合傳動(dòng)裝置裝車(chē)后開(kāi)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(diǎn)和測(cè)試點(diǎn)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(duì)綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行初選時(shí)，主要考慮以下9個(gè)指標(biāo)：1）連續(xù)工作；2）準(zhǔn)確報(bào)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(duì)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(duì)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(shí)出現(xiàn)重要程度判斷相悖問(wèn)題（A＞B，B＞C，C＞A），首先依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)測(cè)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?yàn)?）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(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)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(zhuān)家對(duì)FDR評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響進(jìn)行投票，若認(rèn)為FDR對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響屬于哪一等級(jí)，則投一票，如此把各位專(zhuān)家對(duì)各個(gè)指標(biāo)的票數(shù)累計(jì)起來(lái)，獲得的統(tǒng)計(jì)表如表4所示，依據(jù)表1中FDR影響評(píng)價(jià)指標(biāo)5個(gè)，因此專(zhuān)家對(duì)5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分。評(píng)價(jià)指標(biāo)有5個(gè)隸屬度，將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行歸一化，得到FDR的評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度矩陣RFDR，隸屬度矩陣元素的值越大，說(shuō)明對(duì)指標(biāo)pi作出ei等級(jí)評(píng)價(jià)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(zhuān)家評(píng)分統(tǒng)計(jì)（FDR）

同理可得其他測(cè)試性參數(shù)的優(yōu)先度，優(yōu)先度順序?yàn)椋?.506 4，0.481 6，0.4513，0.2378，0.25，0.1706，0.2021）。因此，綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)應(yīng)首先考慮FDR、FIR、FAR等。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）提出了改進(jìn)AHP和模糊評(píng)價(jià)法相結(jié)合計(jì)算測(cè)試性參數(shù)優(yōu)先度的方法，并以綜合傳動(dòng)裝置為例，優(yōu)選出了科學(xué)、合理、精簡(jiǎn)的測(cè)試性參數(shù)集。

2）綜合傳動(dòng)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(cè)試性參數(shù)間的關(guān)系初選相關(guān)測(cè)試性參數(shù)。

3）在采用改進(jìn)AHP方法進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重計(jì)算時(shí)，為避免評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)測(cè)試性參數(shù)選擇的重要程度判斷時(shí)出現(xiàn)相悖問(wèn)題，將評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度進(jìn)行整體排序。

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

[2]馮輔周，從華，劉遠(yuǎn)宏.PHM實(shí)施模式及其對(duì)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(huì)，2012：107-112.

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

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

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

[7]田仲，石君友.系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)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(chē)輛綜合傳動(dòng)裝置通用規(guī)范[S].北京：中國(guó)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?yàn)闄C(jī)電液系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)與故障診斷工作。