基于動態(tài)權(quán)重和雙枝模糊的航空四站保障安全評價(jià)

胡宗順，黃之杰，劉慎洋

(空軍勤務(wù)學(xué)院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

● 基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)BasicScience&Technology

基于動態(tài)權(quán)重和雙枝模糊的航空四站保障安全評價(jià)

胡宗順，黃之杰，劉慎洋

(空軍勤務(wù)學(xué)院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

為深入研究航空四站保障安全評價(jià)方法，在建立航空四站保障安全評價(jià)指標(biāo)體系和確定指標(biāo)分值的基礎(chǔ)上，根據(jù)指標(biāo)具有的動態(tài)特性和模糊性，分別引入自然權(quán)重法和變權(quán)理論，對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算調(diào)整，有效解決部分權(quán)值較低因素被其他因素中和而降低系統(tǒng)危險(xiǎn)性的問題。然后利用可拓理論對關(guān)聯(lián)性進(jìn)行規(guī)整，并根據(jù)雙枝模糊模型確定正負(fù)指標(biāo)域?qū)Π踩燃壍膬?yōu)屬度矩陣，優(yōu)化和顯示某些因素在評價(jià)體系中的重要性。某機(jī)場四站保障的實(shí)例驗(yàn)證表明，該評價(jià)結(jié)果合理準(zhǔn)確。

航空四站保障；自然權(quán)重；變權(quán)；雙枝模糊；安全評價(jià)

現(xiàn)代空中作戰(zhàn)樣式的更新和高技術(shù)武器裝備的廣泛運(yùn)用，對航空四站保障的依賴性越來越大。現(xiàn)役飛機(jī)的作戰(zhàn)、飛行訓(xùn)練和日常的機(jī)務(wù)維修，需要地面大量的基礎(chǔ)性保障工作，包括實(shí)施氣、液、電和肼燃料等的航空四站保障[1]。

目前，航空四站保障安全評價(jià)研究多處于定性分析階段，部分學(xué)者提出了模糊層次分析、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等評價(jià)模型[2-3]，但這些方法主觀性強(qiáng)、缺乏針對性，評價(jià)結(jié)果不理想。為此，本文在根據(jù)航空四站實(shí)際情況建立評價(jià)指標(biāo)體系和安全評價(jià)等級的基礎(chǔ)上，引入基于風(fēng)險(xiǎn)概率的自然權(quán)重法。同時(shí)，對于人員、環(huán)境、管理等模糊性較大及動態(tài)擬合性較差的因素，引入變權(quán)理論，對指標(biāo)常權(quán)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。最后利用可拓理論和雙枝模糊模型構(gòu)造優(yōu)屬度矩陣，計(jì)算系統(tǒng)綜合聯(lián)系數(shù)，得出定量評判等級。

1 綜合權(quán)重

目前，航空四站安全評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重多是由層次分析法和熵權(quán)法確定的常權(quán)，具有主觀隨意性和局限性，難以滿足四站保障系統(tǒng)安全狀態(tài)的動態(tài)性和變化性需求[4-5]。

1.1 自然權(quán)重法

自然權(quán)重理論最早應(yīng)用于煤礦安全評價(jià)中，本文采用直接法確定權(quán)重。引入正半升正態(tài)分布函數(shù)與正半降正態(tài)分布函數(shù)[5-6]：

(1)

裝備等因素具有極強(qiáng)的動態(tài)性和可測性，可依據(jù)自然權(quán)重原理建立模糊分布函數(shù)求取動態(tài)權(quán)值。

1.2 變權(quán)原理

變權(quán)理論由李洪興提出，后續(xù)研究中提出了局部變權(quán)的公理化定義，并建立了基于均衡度的綜合模型[7]。劉文奇[8]給出了更明確實(shí)用的變權(quán)函數(shù)：

對于人員、環(huán)境、管理等因素，具有模糊性且難以用相關(guān)數(shù)據(jù)擬合求解指標(biāo)權(quán)重。將變權(quán)理論引入四站保障的安全評價(jià)中，對層次分析法求解指標(biāo)常權(quán)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，能有效平衡各指標(biāo)安全等級狀態(tài)，解決因評價(jià)指標(biāo)過多或部分指標(biāo)權(quán)重過小而影響系統(tǒng)評價(jià)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果失真的現(xiàn)象[9]。

2 安全評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 安全等級劃分

為提高安全狀況優(yōu)劣的識別程度，將安全等級論域劃分為5級(見表1)。其中定義“正”域?yàn)椤皟?yōu)、良、中”3個(gè)等級，“負(fù)”域?yàn)椤拜^差、極差”兩個(gè)等級。

表1 安全等級劃分

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)四站保障特點(diǎn)，從“人、機(jī)、環(huán)、管”4個(gè)方面建立評價(jià)指標(biāo)體系。本文通過匯總分析相關(guān)資料和專家咨詢，依據(jù)科學(xué)性、全面性、可行性、可比性和針對性原則，初步構(gòu)建了航空四站保障安全評價(jià)指標(biāo)體系。然后將該指標(biāo)體系交由航空四站保障人員，在四站保障實(shí)際中進(jìn)行對照判斷，對不符合實(shí)際的指標(biāo)進(jìn)行修改，最終確定航空四站保障安全評價(jià)指標(biāo)體系見表2。

表2 航空四站保障安全評價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

表2(續(xù))

3 基于雙枝模糊和聯(lián)系度的航空四站保障安全評價(jià)模型

將模糊數(shù)學(xué)和可拓理論的基本思想引入安全評價(jià)中，建立基于雙枝模糊聯(lián)系度的安全評價(jià)模型[10]。

3.1 基于雙枝模糊理論的聯(lián)系度分析

定義1[11]v為實(shí)域上一點(diǎn)，A=[α，β]為實(shí)域上任一區(qū)間，稱η=|v-(α+β)/2|-(β-α)/2為點(diǎn)v和區(qū)間A之間距離。d(v,A,B)=η(v,A)-η(v,B)，定義為點(diǎn)v與實(shí)域A和B組成區(qū)間的位置關(guān)系。建立初等函數(shù)ξ=d(v,A,B)/η(v,A)，計(jì)算點(diǎn)與區(qū)間關(guān)聯(lián)系數(shù)。

定義2[12]設(shè)X為論域，X+、X-分別為X的上域和下域。

定義3[12]給定映射S：X∈[-1，1]，x∈S(x)，S(x)確定一個(gè)X上的雙枝模糊集S，S(x)為x關(guān)于S的模糊接吻函數(shù)，對于給定的x1∈X，S(x1)稱作x1關(guān)于S的模糊接吻度。

基本步驟[13]：

(1)建立一級指標(biāo)所屬二級指標(biāo)評價(jià)因素集Mi={Mi1，Mi2，…，Mik}。

(2)建立可拓關(guān)聯(lián)系數(shù)。定義關(guān)聯(lián)系數(shù)：

ηij=|vij-(αi+βi)/2|-(βi-αi)/2

(4)對評判集進(jìn)行域的分類。定義評判集：U={U1，U2，U3，U4，U5}= {優(yōu)，良，中，較差，極差}。其中：“正”域U+={U1，U2，U3}；“負(fù)”域U-={U4，U5}。

3.2 評價(jià)模型構(gòu)建

評價(jià)集中“優(yōu)、良、中”對應(yīng)的聯(lián)系度為(a，b，c)=ω+·R+；“較差、極差”對應(yīng)的聯(lián)系度為(d，e)=ω-·R-。該指標(biāo)對應(yīng)安全等級聯(lián)系度向量為Uk=(a，b，c，d，e)。

(1)一級評價(jià)。一級指標(biāo)的權(quán)重向量ω=(ωk)與指標(biāo)對應(yīng)安全等級聯(lián)系度矩陣Uj相乘確定評價(jià)系統(tǒng)對安全等級聯(lián)系度向量為

φ(Nj)=ωk·Uj=

(2)二級評價(jià)。專家權(quán)重向量ω=(ωN)與專家對系統(tǒng)安全等級聯(lián)系度向量相乘確定系統(tǒng)評價(jià)安全等級聯(lián)系度向量φ為

(3)確定安全等級。安全水平定量評判。根據(jù)系統(tǒng)安全聯(lián)系度向量φ，由特征公式φsum=(5，4，3，2，1)·φT對系統(tǒng)安全水平進(jìn)行定量評判，劃分系統(tǒng)安全評價(jià)等級。

4 實(shí)例應(yīng)用

利用本文建立的四站保障指標(biāo)體系和評價(jià)方法，選取某機(jī)場進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。

4.1 評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)獲取

在確定自然權(quán)重方面，對近10年器材損耗和裝備型號等信息進(jìn)行匯總；在評分方面，邀請裝備部門的專家、航空四站裝備修理廠成員共5人組成評價(jià)小組，對航空四站保障安全評價(jià)指標(biāo)賦予分值，取5位專家權(quán)重ωN=(0.25，0.2，0.2，0.2，0.15)。評價(jià)以問卷形式開展，按照百分制進(jìn)行，分值越低說明該指標(biāo)在保障中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素越大。專家評分結(jié)果見表2。

4.2 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

(1)自然權(quán)重。以指標(biāo)“蓄電池性能達(dá)標(biāo)率”為例確定自然權(quán)重，劃分等級見表3。

表3 蓄電池性能分類

當(dāng)額定容量為182 Ah時(shí)，蓄電池性能較高，安全性能較好，對應(yīng)自然權(quán)值等于0.9；額定容量小于173 Ah時(shí)，蓄電池性能較差，存在安全隱患，易出現(xiàn)保障安全事故，其自然權(quán)值小于0.1；額定容量等于178 Ah時(shí)，蓄電池性能一般，對應(yīng)自然權(quán)值取0.5。

帶入正半升正太分布函數(shù)式(1)，求得：

(2)

將該機(jī)場調(diào)研得蓄電池性能C=172代入式(2)，求得μA(C)=0.070。其他因素可依此求取，并進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果見表2。

(2)變權(quán)求解。根據(jù)層次分析法，確定人員、管理、環(huán)境因素對應(yīng)二級指標(biāo)常權(quán)(見表2)。

以指標(biāo)“業(yè)務(wù)能力素質(zhì)”為例，其常權(quán)為0.227，同一系統(tǒng)內(nèi)其他指標(biāo)的常權(quán)及評分也已給出，其變權(quán)為

其他指標(biāo)的權(quán)重同樣求取，變權(quán)結(jié)果見表2。

4.3 測評過程

以裝備因素指標(biāo)為例，計(jì)算得裝備因素聯(lián)系度向量φ2=(0.11，0.40，0.47，-0.17，-0.04)。進(jìn)而可得其他一級指標(biāo)聯(lián)系度向量：

φ1=(0.02，0.13，0.19，-0.13，-0.53)，

φ3=(0，0.16，0.31，-0.20，-0.14)，

φ4=(0.17，0.36，0.22，-0.12，-0.23)，

φ5=(0.06，0.08，0.03，-0.35，-0.41)。

結(jié)合專家權(quán)重，計(jì)算得到該機(jī)場四站保障安全狀況總體評價(jià)聯(lián)系數(shù)為φ=(0.16，0.29，0.32，-0.12，-0.17)。

最后計(jì)算基本特征值：φsum=2．52，安全等級為2級，偏向3級。多種評價(jià)方法對該機(jī)場四站保障安全評價(jià)結(jié)果見表4。

表4 多種評價(jià)方法的評價(jià)結(jié)果

(1)由方法1、2對比看出，使用常權(quán)確定的機(jī)場安全等級為3，與實(shí)際狀況差距較大，即掩蓋了評價(jià)對象部分指標(biāo)惡化的現(xiàn)象。

(2)由方法1、3對比，F(xiàn)uzzy評價(jià)模型較難處理等級交叉問題，易造成極值掩蓋；雙枝評價(jià)模型能將處于相鄰等級間的分值進(jìn)行區(qū)分，能根據(jù)總體的安全狀態(tài)找到底層的“問題”指標(biāo)，由此確定針對性的整改措施，提升評價(jià)效果。

同時(shí)，該機(jī)場四站保障安全工作有待完善，應(yīng)根據(jù)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行針對性改進(jìn)。

5 結(jié) 語

本文根據(jù)機(jī)場實(shí)際情況構(gòu)建的指標(biāo)體系能很好反映四站保障安全狀況，完善了四站保障安全評價(jià)工作。綜合權(quán)重確定方法能將航空四站保障危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)程度量化為權(quán)重值，提高了信息利用率。并動態(tài)地對部分指標(biāo)進(jìn)行“獎勵”和“處罰”，充分反映各指標(biāo)在評價(jià)系統(tǒng)中的作用，具有物理意義明確、針對性強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)，基于雙枝模糊的聯(lián)系度評價(jià)法，合理地劃分了論域，突出“負(fù)指標(biāo)”對航空四站保障安全等級聯(lián)系度的影響，使評價(jià)更符合人的邏輯思維，為航空四站保障安全評價(jià)提供了新途徑。

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SafetyEvaluationofAviationFourStationsSupportBasedonDynamicWeightandBoth-branchFuzzySet

HU Zongshun, HUANG Zhijie, LIU Shenyang

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

In order to study the safety evaluation method of aviation four stations support, after establishing safety evaluation index system of aviation four stations support and determining the index score, the paper firstly introduces natural weight and variable weight theory to calculate and adjust the index weight according to the dynamic and fuzzy nature of the index, which can solve the problem of reducing system risk because of lower weight factors be neutralized by other factors. Then, it regulates the relevance with extension theory, and determines subordinate degree matrix of positive and negative index fields to safety level based on both-branch fuzzy model, which can optimize and reveal the importance of some factors in the evaluation system. The example of some airport four stations support proves that the evaluation result is reasonable and accurate.

aviation four stations support; natural weight; variable weight; both-branch fuzzy; safety evaluation

2017-05-05；

2017-06-02.

空軍裝備部項(xiàng)目(KJ2016A1082).

胡宗順(1992—)，男，碩士研究生；

黃之杰(1978—)，男，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.12.018

X928

A

1674-2192(2017)12- 0080- 05

(編輯：史海英)