基于AHP-FCE模型的智能土方機械綜合性能評價

陳良

摘要：為解決智能土方機械的綜合性能評價問題，促進智能化土方機械產(chǎn)品質(zhì)量提升，運用層次分析法———模糊綜合評價法，提出了完善的綜合性能評估體系框架及其數(shù)學(xué)模型。并以典型的智能土方機械產(chǎn)品XG958i智能裝載機為例，結(jié)合主要的因素進行分析，采用AHP確定了其不同指標的權(quán)重系數(shù)，并從安全性能、作業(yè)性能、控制系統(tǒng)和智能化行為4個評估方案層，評價了該機型的綜合性能。運用此方法可較為準確地對智能土方土方機械的綜合性能進行評定，評價結(jié)果科學(xué)可靠，為智能土方機械產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量提升提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：智能裝載機;層次分析法;模糊綜合評價法;性能評價

0 ?引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息化和機械化得融合越來越緊密，傳統(tǒng)機械工業(yè)也正迎來智能化的升華和質(zhì)變。作為機械工業(yè)的重要分支，土方機械行業(yè)也是如此，智能化已經(jīng)成為一種明顯的趨勢。近年來一些土方機械已經(jīng)逐步具備了智能化，如：山推土方機械股份有限公司無人推土機;廈工的自動找平及遠程控制的智能平地機;三一集合自動作業(yè)規(guī)劃及遠程遙控功能的智能挖掘機[1];山特維克地下自主導(dǎo)航鏟運機等產(chǎn)品（見圖1～圖4）。這些產(chǎn)品的特點是：具有環(huán)境感知、工作狀態(tài)識別、地圖構(gòu)建、遠程控制、機電系統(tǒng)高度集成以及自學(xué)習(xí)功能的控制系統(tǒng)。

智能化土方機械改變了傳統(tǒng)土方機械生產(chǎn)效率低下、技術(shù)含量低等弊端，最大程度上發(fā)揮機械性能，提高作業(yè)效率，減少工程項目對人力的依賴，大大提高土方機械項目施工效率。但是由于試驗方法及標準體系缺乏，導(dǎo)致土方機械智能運行的安全水平、性能水平和智能化水平等綜合性能難于評價，并且其行為技術(shù)可能對人類及環(huán)境造成影響也難以評定。因此本文構(gòu)建以智能裝載機為例構(gòu)建了智能土方機械的評估體系框架，運用層次分析法對智能土方機械綜合性能指標的權(quán)重進行確定，結(jié)合模糊綜合評價法對智能土方機械綜合性能的不同指標進行評估，將原本性能評價轉(zhuǎn)化為定量分析，通過構(gòu)建模型和計算，可以得出土方機械的綜合性能情況，對國內(nèi)設(shè)計、研究、評價智能土方機械具有指導(dǎo)意義。

1 ?AHP-FCE綜合評判法

針對某個產(chǎn)品或項目開展綜合評價，經(jīng)常涉及到一些難以客觀量化的指標，本文涉及到的評價就屬于此類需要采用定性與定量相結(jié)合的問題，為此采用層次分析法[2，3]（AHP）與模糊綜合評判法[4，5]（FCE）來進行智能土方機械性能的分析研究，AHP-FCE模型基本流程如圖5所示。

確定各級指標的權(quán)重是對產(chǎn)品進行綜合性能評估的基礎(chǔ)，應(yīng)用層次分析法（AHP）評價體系，確定指標權(quán)重步驟如下：

①完成對所評價項目的層次結(jié)構(gòu)的建立。根據(jù)評價系框架依次建立1級、2級和3級指標層。

②確定判斷矩陣并對結(jié)構(gòu)層次排序進行分析決策。層次分析法參照Saaty確定的比較尺度表（見表1）對每1層指標層的各指標進行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣。

3 ?基于AHP-FCE智能土方機械綜合性能評價

3.1 綜合評價體系模型建立

為使評價智能土方機械的綜合性能所進行的評價模型設(shè)計得科學(xué)嚴謹，需要充分考慮到土方機械的智能化程度、作業(yè)性能、安全性能，部分指標不能完全量化且無法簡單地描述其優(yōu)劣性，因此，需要構(gòu)建AHP-FCE綜合評價模型解決上述問題。

結(jié)合AHP層次分析方法，將智能土方機械進行科學(xué)的層次的劃分，再依此建立體系框架，如圖6所示。在智能土方機械性能評價過程中，將智能土方機械性能分為幾個子系統(tǒng)：安全性能、作業(yè)性能、控制系統(tǒng)、智能化行為。根據(jù)每個產(chǎn)品的性能不同，計算得單個功能的性能評價值，進一步得到子系統(tǒng)的性能評價值，最后通過權(quán)重得到整機的性能評價值。土方機械綜合性能評價的層次結(jié)構(gòu)圖最上層為智能土方機械綜合性能，準則層有4個指標，分別為：安全性能、作業(yè)性能、控制系統(tǒng)和智能化行為，最底層也為方案層。

本文選取一款典型的土方機械產(chǎn)品-廈工品牌的XG958i智能裝載機進行評價，該產(chǎn)品基本性能參數(shù)見表3所示。

各評價指標的含義：

安全性能：反映智能土方機械基本安全指標及人機工程設(shè)計，主要涵蓋：電氣安全、防護等級、電磁兼容性、意外操作防護、致動控制、防過載功能、防傾覆功能。

作業(yè)性能：反映智能土方機械在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的過程的核心指標，主要涵蓋：噪聲、排放、油耗，這些指標也是作為土方機械設(shè)計過程中的重要參考指標。

控制系統(tǒng)：反映智能土方機械在執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的過程的信息化控制模塊的功能，主要涵蓋：終端管理、調(diào)度管理、定位跟蹤、信息互動、自動預(yù)警自主導(dǎo)航智能控制模塊性能指標。

智能化行為：主要涵蓋反映人工智能作業(yè)能力（自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自協(xié)調(diào)、自診斷、自推理、自組織、自校正）、單機種機群協(xié)調(diào)作業(yè)能力、多機種機群協(xié)調(diào)作業(yè)能力。

3.2 層次分析法指標權(quán)重的計算

根據(jù)圖6的層次結(jié)構(gòu)，經(jīng)過項目組專家調(diào)研及討論，并結(jié)合表1相關(guān)指標的比較尺度值，可以分別得到XG958i智能裝載機綜合性能在單一準則下，下層對上層指標的權(quán)重數(shù)值，然后完成一致性檢驗，判斷矩陣及結(jié)果如下：

評價結(jié)果表明，XG958i智能裝載機的綜合性能有“16.63%”的概率屬于“差”這一質(zhì)量等級，有“43.34%”的概率歸屬于“中”這一質(zhì)量等級，“40.03%”的概率屬于“好”這一質(zhì)量等級。采用最大隸屬度原則，該產(chǎn)品最大可能性結(jié)果“43.34%”作為最終評定結(jié)果，即“中”這一質(zhì)量等級作為產(chǎn)品的最終質(zhì)量評價結(jié)果。

4 ?結(jié)論

本文結(jié)合層次分析法（AHP）——模糊綜合評價（FCE），對智能土方機械產(chǎn)品質(zhì)量評價構(gòu)建了科學(xué)而完善的3級指標評價體系。運用該方法，能科學(xué)地完成該類產(chǎn)品的定量綜合評估，為智能化土方機械產(chǎn)品的質(zhì)量改進及提升提供科學(xué)依據(jù)。同時，針對具體智能化機型XG958i智能裝載機開展了綜合性能評價，通過計算得出的評定矩陣，評估該產(chǎn)品處于中等質(zhì)量水平。

參考文獻：

[1]楊華勇.工程機械智能化進展與發(fā)展趨勢[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2017（12）.

[2]李煜華.管理信息系統(tǒng)的模糊綜合評價模型研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004（08）.

[3]康輝，趙凱勛.基于層次分析法的汽車設(shè)計方案評價模型[J].包裝工程，2014（22）.

[4]呂躍進.基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法的排序[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2002（02）.

[5]張倩，王學(xué)平.模糊綜合評價中幾類模糊算子的比較[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2016（03）.

[6]郭弘凌，田懷文，柯小甜.基于層次分析法和相關(guān)性矩陣的先進設(shè)計技術(shù)分類方法[J].機械設(shè)計與研究，2016（01）.