AHP-熵權法在綜合傳動裝置健康狀態(tài)綜合評估中的應用

陳嘉楊， 張洪彥， 王 敏

(中國北方車輛研究所，北京 100072)

AHP-熵權法在綜合傳動裝置健康狀態(tài)綜合評估中的應用

陳嘉楊， 張洪彥， 王 敏

(中國北方車輛研究所，北京 100072)

針對某裝甲車綜合傳動裝置健康狀態(tài)的綜合評估問題，提出了一種基于AHP-熵權法的模糊綜合評價方法.該方法首先利用AHP-熵權法進行綜合傳動裝置各關鍵部件參數(shù)權重的確定，然后利用模糊綜合評價方法對其關鍵部件健康狀態(tài)進行一級評估，最后在此基礎上對綜合傳動裝置的健康狀態(tài)進行二級評估.試驗表明，該方法可以有效地對裝甲車綜合傳動裝置健康狀態(tài)進行綜合評估.

綜合傳動裝置；健康狀態(tài)評估；AHP-熵權法；模糊綜合評價

綜合傳動裝置是裝甲車輛的核心動力傳動機構，在裝甲車輛的運行中起著至關重要的作用，其健康狀態(tài)會直接影響到裝甲車輛的運行安全.因此，對裝甲車輛的綜合傳動裝置健康狀態(tài)進行綜合評估具有重要的意義[1-2].

目前，國內(nèi)外很多學者將預測與健康管理技術應用到了車輛的健康狀態(tài)評估中，根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測到的信息，利用各種健康管理技術，實現(xiàn)了車輛的健康狀態(tài)評估[3].現(xiàn)在被廣泛應用于健康評估的方法有：人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、貝葉斯網(wǎng)絡法、模糊理論、灰色評判法等[4-5].在對車輛狀態(tài)進行綜合評估時，需要對其各關鍵部件的影響因素進行層次結(jié)構的劃分與指標體系的建立，常用的指標評估等級根據(jù)專家經(jīng)驗得到，例如層次分析法(Analytic Hierarchy process，AHP)[6].但是AHP更多的是依賴專家經(jīng)驗來進行等級的確定，具有很大的主觀性因素；而熵權法[7]完全依賴測試數(shù)據(jù)來進行等級的確定，完全是由客觀因素來決定.因此兩種方法單獨進行等級的確定會帶來評估的不準確性.

為了消除AHP和熵權法的缺陷，本研究將這兩種方法相結(jié)合并利用模糊評估方法，提出基于AHP-熵權法的模糊綜合評估模型，并將其應用到某裝甲車輛綜合傳動裝置的健康狀態(tài)評估中，通過試驗驗證了該方法可以有效地實現(xiàn)裝甲車輛綜合傳動裝置狀態(tài)的健康評估.

1 AHP-熵權法

1.1 層次分析法(AHP)

層次分析法(AHP)[6]是美國運籌學家T.H.Sauty針對多目標決策問題提出一種解決方法.其基本原理是根據(jù)具有階梯性的目標、子目標(準則層)、約束條件等對方案進行評估，最后綜合出各方案的優(yōu)劣程度，是一種較好的權重確定方法.其具體步驟如下：

1) 確定目標和評價因素.

運用AHP來決策問題時，首先確定待分析的目標和評價因素，構造一個有層次的機構模型.

2) 構造判斷矩陣.

以A表示目標，ui表示評價因素，ui∈U(i=1,2,…,n).uij表示ui對uj的相對重要性數(shù)值, 構造判斷矩陣W.

(1)

3) 重要性排序.

根據(jù)判斷矩陣W，通過相應計算方法，可求出判斷矩陣的最大特征根及其所對應的特征向量.則所求特征向量即為各評價因素重要性排序，即權數(shù)分配.

4) 一致性檢驗.

一致性指的是判斷思維的一致性，就是專家在判斷指標之間的重要性時，各判斷之間協(xié)調(diào)一致，不致出現(xiàn)互相矛盾的結(jié)果.為使構造的判斷矩陣滿足大體一致的要求，需要對其進行一致性檢驗.判斷矩陣一致性檢驗公式如下：

CR=CI/RI.

(2)

式中：CR為判斷矩陣的隨機一致性比率；RI為判斷矩陣的隨機一致性指標；CI為判斷矩陣的一般一致性指標，由式(3)給出.

.

(3)

利用滿足一致性檢驗要求的判斷矩陣計算各層指標的權重，即：

(4)

1.2 熵權法

在信息論中，信息是系統(tǒng)有序程度的一個度量，熵是系統(tǒng)無序程度的一個度量，二者絕對值相等，方向相反.當系統(tǒng)可能處于幾種不同狀態(tài)，每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為Pi(i=1,2,…,m)時，該系統(tǒng)的熵定義為

(5)

設有m種個體預測方法，n個誤差評價指標，形成被評估對象的原始指標矩陣R=(rij)m×n，對于某個指標rij有：

(6)

式中：j=1,2,…,n.

則有第j個指標的熵權ωj定義為

(7)

由以上各式可知某個誤差指標的信息熵越小，表明其指標的變異程度越大，提供的信息量越大，在綜合評估中所起的作用越大，則該指標的權重也應越大；反之，某個指標的信息熵越小，在綜合評估中所起的作用越小，則該指標的權重也應越小.

1.3AHP-熵權法

(8)

2 AHP-熵權法在綜合傳動裝置健康狀態(tài)綜合評估中的應用

根據(jù)專家維修經(jīng)驗，并結(jié)合綜合傳動裝置的實際工作狀態(tài)和健康特征信息情況的長期統(tǒng)計，將裝甲車輛綜合傳動裝置的健康狀態(tài)劃分為“健康”、“亞健康”、 “故障”、“嚴重故障”4個等級.

構建裝甲車輛綜合傳動裝置健康狀態(tài)綜合評估指標體系，要保證所構建的評估指標體系能夠合理、準確地反映綜合傳動裝置健康狀態(tài).選取綜合傳動裝置中的液力變矩器和液壓操縱系統(tǒng)為對象，構建的健康狀態(tài)綜合評估指標體系如圖1所示.

圖1 液力變矩器和液壓操縱系統(tǒng)的健康狀態(tài)綜合評估指標體系

2.1 數(shù)據(jù)預處理

對綜合傳動裝置臺架試驗中所采集到的三組評估指標數(shù)據(jù)進行分析.由于能反映綜合傳動裝置健康狀態(tài)的各指標的標度類型和量綱都不相同，為便于各指標進行比較，所以對試驗數(shù)據(jù)進行歸一化處理，得到的結(jié)果如表1所示.

表1 綜合傳動裝置健康狀態(tài)評估指歸一化處理的結(jié)果

2.2 確定權重

根據(jù)專家經(jīng)驗，取θ=0.3時可以很好地將主客觀權重進行組合，并極大地削弱主客觀賦權法確定權重中的不利因素的影響.利用AHP-熵權法，由式(8)計算得到上述兩個關鍵部件指標的權重分別為：

ω1=[0.3723 0.2671 0.2057 0.1549]，

ω2=[0.2246 0.4185 0.3045 0.0524].

2.3 關鍵部件健康評估

然后選用加權平均型模型，利用模糊綜合評判法，可求得綜合傳動裝置兩個關鍵部件的健康狀態(tài)，結(jié)果如表2所示.

表2 各關鍵部件健康狀態(tài)評價結(jié)果

2.4 綜合傳動裝置健康狀態(tài)評估

由表2可知，兩個關鍵部件都處在健康狀態(tài)下，然后以兩個關鍵部件的健康狀態(tài)評價結(jié)果作為綜合傳動裝置的評價指標，利用AHP-熵權法計算得到綜合傳動裝置的權重為

ω=[0.2841 0.7159].

最后再利用模糊綜合評判法對綜合傳動裝置進行二級健康評估，得到的結(jié)果如表3所示.

表3 綜合傳動裝置健康狀態(tài)評價結(jié)果

由表3可知，該傳動裝置處于健康狀態(tài).通過上述的分析，所創(chuàng)建的健康評估模型能夠?qū)崿F(xiàn)對裝甲車輛綜合傳動裝置系統(tǒng)健康狀態(tài)進行綜合評估，所得到的結(jié)果具有良好的準確性和客觀性，能實現(xiàn)對裝甲車輛進行實時的健康狀態(tài)監(jiān)測.

3 結(jié)束語

針對某裝甲車輛綜合傳動裝置的健康評估問題，提出了基于AHP-熵權法的模糊綜合健康評估模型方法.采用AHP-熵權法有效解決了專家打分方法的主觀不確定性，使得評估指標的權重更具有意義，提高了評估的準確性.試驗研究表明，采用AHP-熵權法進行計算所得到的綜合傳動裝置健康與亞健康所占比重之和大于80%，與預期結(jié)果相符，表明該方法可以準確地對裝甲車輛綜合傳動裝置的健康狀態(tài)進行評估.

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[3] 吳明強, 防紅征, 伊大偉. 復雜系統(tǒng)故障預測方法與應用技術研究[J]. 計算機測量與控制, 2010, 18(1): 70-72.

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Application of the AHP-Entropy Method on Health StatusAssessment of the Integrated Transmission Device

CHEN Jia-yang, ZHANG Hong-yan, WANG Min

(China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)

Aiming at the comprehensive evaluation problems of the integrated transmission device’s health condition of the certain model of armored vehicles, a fuzzy comprehensive evaluation method based on AHP-Entropy weight is proposed. Firstly, AHP-Entropy weight method is used to determine the parameter weight of each key component of integrated transmission devices; then, fuzzy comprehensive evaluation method is applied to make the first-level assessment of the health condition of the key components; finally, the second-level assessment of the health condition of the integrated transmission device is made. The experimental results prove that the proposed method can make comprehensive assessment of the health condition of the integrated transmission device effectively.

integrated transmission device; health status assessment; AHP-Entropy method; fuzzy comprehensive evaluation

1009-4687(2017)01-0038-04

2016-07-01.

陳嘉楊(1991-)，男，碩士研究生，研究方向為傳動專用測試技術.

TJ81+0.32；TJ81+0.6

A