基于G1法的無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)

邱福生，任春穎

(沈陽航空航天大學(xué) 航空宇航學(xué)院，沈陽 110136)

無人機(jī)(unmanned aerial vehicle，UAV)是通過無線遙控設(shè)備或使用程序控制的無人駕駛飛行器[1]，它無需飛行員駕駛，沒有座艙和生命保障系統(tǒng)，節(jié)省的大量的空間可用來搭載任務(wù)設(shè)備執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，具有體積小、質(zhì)量輕、行動(dòng)靈活、沒有人員傷亡等優(yōu)點(diǎn)。相比于無人偵察機(jī)、電網(wǎng)巡檢無人機(jī)這類使用頻率較高的無人機(jī)而言，軍用無人作戰(zhàn)飛機(jī)在非戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，執(zhí)行任務(wù)的間隔期通常在1年甚至更長(zhǎng)，且只動(dòng)用其中一少部分進(jìn)行訓(xùn)練和小規(guī)模的作戰(zhàn)任務(wù)，大批量的無人機(jī)可能長(zhǎng)期處于停放的狀態(tài)[2]。由于所處的環(huán)境以及維修管理措施等影響，隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，無人機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部材料性能將發(fā)生變化，影響了無人機(jī)的作戰(zhàn)效能，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的維修保障經(jīng)費(fèi)[3]。為了保證無人機(jī)在較長(zhǎng)的停放存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi)的技術(shù)性能和系統(tǒng)完好性，需要規(guī)劃一個(gè)合理的、高效的存儲(chǔ)技術(shù)方案。

存儲(chǔ)技術(shù)是將無作戰(zhàn)任務(wù)、處于休眠狀態(tài)的武器裝備存放于具有環(huán)境敏感應(yīng)力防護(hù)能力的設(shè)備或設(shè)施中，并定期進(jìn)行檢查、維護(hù)、保養(yǎng)等工作，主要針對(duì)的對(duì)象是批量大且使用間隔較長(zhǎng)的武器裝備。飛機(jī)在除濕環(huán)境下存儲(chǔ)，是瑞典、丹麥、英國等歐洲國家的空軍和美國海軍的共同慣例；俄羅斯制定了軍事技術(shù)裝備存儲(chǔ)規(guī)范，明確規(guī)定了對(duì)于航材的存儲(chǔ)環(huán)境應(yīng)不定期保持通風(fēng)干燥，防止潮濕以及日曬和雨淋。美軍在20世紀(jì)50年代就開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)試驗(yàn)，獲得了大量存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)壽命的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)50年代就開始研究彈藥的存儲(chǔ)性能和存儲(chǔ)壽命的問題，到了20世紀(jì)70年代，就擴(kuò)展到了導(dǎo)彈存儲(chǔ)的領(lǐng)域。存儲(chǔ)的概念從20世紀(jì)80年代傳入中國，目前存儲(chǔ)技術(shù)普遍應(yīng)用于軍械、導(dǎo)彈及一些精密器材等方面。因其具有巨大的經(jīng)濟(jì)和軍事價(jià)值，我國在充分分析了美國、俄羅斯等軍事強(qiáng)國的存儲(chǔ)技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，圍繞我國各型號(hào)導(dǎo)彈的存儲(chǔ)問題展開了許多研究工作[5]。我國目前對(duì)于武器裝備的存儲(chǔ)問題還處于起步階段，相比于許多發(fā)達(dá)國家無論是理論基礎(chǔ)還是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都較為薄弱。

本文的研究目的是通過建立無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)無人機(jī)的存儲(chǔ)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果指導(dǎo)無人機(jī)存儲(chǔ)方案的改進(jìn)和完善等問題。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)批量無人機(jī)的高效儲(chǔ)備問題，同時(shí)還可以保證無人機(jī)的技術(shù)性能在存儲(chǔ)過程中不受損失，降低無人機(jī)的任務(wù)響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的快速任務(wù)響應(yīng)。

1 存儲(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 典型存儲(chǔ)方式

20世紀(jì)60年代英國首先研究出了Driclad封套系統(tǒng)，用于包裝長(zhǎng)期存儲(chǔ)的坦克、裝甲車輛、無人機(jī)等武器裝備。美國恩維歐·派克公司在Driclad封套系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研制出Driguard 1127和1527兩種封套系統(tǒng)，用來存儲(chǔ)坦克、裝甲車輛等裝備，并逐漸應(yīng)用于飛機(jī)、火箭和人造衛(wèi)星的存儲(chǔ)上[6-7]。隨著現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，不僅研制和采購費(fèi)用大大增加，維修保障的費(fèi)用也隨之急劇增加，將存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)系統(tǒng)不僅能夠降低無人機(jī)內(nèi)部材料失效的概率，保證無人機(jī)的作戰(zhàn)效能，還可以很大程度上減少無人機(jī)的維修和保障費(fèi)用，節(jié)約大量材料和能源的消耗。選擇合適的存儲(chǔ)方式，可以為無人機(jī)提供很好的停放環(huán)境，一定程度上降低了無人機(jī)在存儲(chǔ)過程中的故障幾率，檢查、維修等費(fèi)用可以降低50%～80%，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

傳統(tǒng)的防護(hù)包裝普遍存在防護(hù)效果差、環(huán)境適應(yīng)能力差、存儲(chǔ)時(shí)間短、包裝結(jié)構(gòu)、尺寸不合理等問題，近年來我國逐漸意識(shí)到了防護(hù)包裝的重要性，并對(duì)此展開了深入的研究，引入新材料、新工藝，大大提高了防護(hù)包裝的技術(shù)水平。常用的存儲(chǔ)方式包括封套包裝存儲(chǔ)[8-9]、可剝橡塑防護(hù)存儲(chǔ)[10-11]、氣相緩蝕劑防銹存儲(chǔ)[12-13]、防銹油脂包裝存儲(chǔ)[14]、真空包裝防護(hù)存儲(chǔ)[15]、溫濕度控制防護(hù)存儲(chǔ)等[16]。對(duì)于無人作戰(zhàn)飛機(jī)而言，任務(wù)響應(yīng)的速度很大程度上決定了任務(wù)的成敗，因此，在選擇存儲(chǔ)方式時(shí)，就要求防護(hù)包裝的防護(hù)能力優(yōu)秀的同時(shí)，不能過于復(fù)雜。若過于復(fù)雜，不僅經(jīng)濟(jì)性較低，還會(huì)影響無人機(jī)快速投入戰(zhàn)斗使用。

1.2 檢修周期的確定

無人機(jī)定期檢查與維修的目的是為了保證無人機(jī)在存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi)能夠保持戰(zhàn)斗要求的可用度，將故障發(fā)生的概率控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，保證使用安全和任務(wù)能力[17]。間隔期的確定一般可根據(jù)類似產(chǎn)品以往的經(jīng)驗(yàn)以及制造方在使用說明上給出的建議時(shí)間，結(jié)合有經(jīng)驗(yàn)的工作人員或?qū)＜业呐袛鄟泶_定。在能獲得合適的數(shù)據(jù)時(shí)，也可通過分析計(jì)算確定。

假設(shè)無人機(jī)的瞬態(tài)可用度為A(t)，檢查間隔為TC，則平均可用度為

(1)

(2)

由此可見，若要求平均可用度越高，就需要檢查間隔時(shí)間越短。

對(duì)于無人機(jī)的檢查工作開展，必須要有經(jīng)濟(jì)效益，即這項(xiàng)工作費(fèi)用少于故障導(dǎo)致的損失，因此檢查的間隔時(shí)間不能過短，否則不僅增加工作量造成，人力物力的浪費(fèi)，而且還可能因高頻率的檢測(cè)，造成許多環(huán)境因素和人為因素引起的失效，不利于無人機(jī)的存儲(chǔ)。但間隔時(shí)間也不能過長(zhǎng)，否則許多隱藏的潛在故障不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，影響無人機(jī)的戰(zhàn)備水平，并且故障增多會(huì)導(dǎo)致維修困難，維修費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)增加。對(duì)于存儲(chǔ)狀態(tài)的無人機(jī)，通常是經(jīng)過了較為復(fù)雜的包裝進(jìn)行存放的，如果想要進(jìn)行維修工作，就需要先進(jìn)行解封工作，并且投入大量的人力物力資源，維修成本會(huì)大量增加。因此對(duì)于潛在故障，如果故障發(fā)生概率在能接受的范圍內(nèi)，通常是不進(jìn)行維修或進(jìn)行不完全維修；對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的故障，尤其是安全性故障，就必須進(jìn)行完全維修。

2 無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

考察一個(gè)無人機(jī)存儲(chǔ)方案是否合理，首先要看所選防護(hù)包裝的防護(hù)能力，主要是針對(duì)存儲(chǔ)過程中經(jīng)歷的環(huán)境因素和環(huán)境應(yīng)力的影響；其次要考慮長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)后，系統(tǒng)的可用度是否會(huì)受到影響，還要考慮存儲(chǔ)年限、任務(wù)響應(yīng)時(shí)間等問題。對(duì)無人機(jī)開展存儲(chǔ)技術(shù)的最終目的就是用低成本保證高的無人機(jī)系統(tǒng)可用度，因此費(fèi)用因素也應(yīng)該與防護(hù)包裝防護(hù)能力、系統(tǒng)可用度等指標(biāo)一樣，是無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過以上分析并結(jié)合無人機(jī)存儲(chǔ)的實(shí)際工程需求，建立無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示，分別對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了編碼，便于后續(xù)更加方便的表述。

3 G1法權(quán)重分配

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是反映指標(biāo)之間聯(lián)系的量化關(guān)系，是對(duì)指標(biāo)相對(duì)重要程度的主觀評(píng)定和客觀測(cè)度的綜合反映。指標(biāo)權(quán)重具有隨機(jī)性和模糊性，其數(shù)值也并非唯一，因?yàn)榫_的權(quán)重值獲得較為困難。主觀權(quán)重確定方法主要有頭腦風(fēng)暴法[18]、層次分析法[19]、Delphi法[20]、序關(guān)系分析法(G1法)[21]等。序關(guān)系法中所有的權(quán)重都是將比較值進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算得到的，因此無需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，避免了一致性檢驗(yàn)不能通過需要反復(fù)調(diào)整判斷矩陣的麻煩，過程簡(jiǎn)單，計(jì)算量較小，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)也沒有限制，因此，本文選取序關(guān)系法為評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)。

(1)建立層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)所需評(píng)價(jià)的問題，建立遞階指標(biāo)層次體系，同樣分為指標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。

(2)利用集值迭代法對(duì)目標(biāo)層下每層的指標(biāo)進(jìn)行序關(guān)系排列。

記指標(biāo)集為X={x1,x2,…,xn}，專家集為P={p1,p2,…,pL}，由于專家打分結(jié)果受專家本身經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的影響，具有一定的主觀性，為減小這種主觀性對(duì)結(jié)果的影響，提高結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性，專家組中的專家數(shù)量應(yīng)在5～15人，并引入專家權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。L位專家的權(quán)重為(λ1,λ2,…,λL)，每位專家在指標(biāo)集中選擇其認(rèn)為最重要的s(1≤s≤m)個(gè)準(zhǔn)則。考慮專家權(quán)重的影響，則有

(3)

表1 無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)計(jì)算出的g(xj)的數(shù)值對(duì)各個(gè)指標(biāo)排序，得到新的排序集

(4)

(3)構(gòu)造相鄰準(zhǔn)則比較矩陣

(5)

(6)

以表2為標(biāo)準(zhǔn)，由L位專家對(duì)相鄰的準(zhǔn)則進(jìn)行重要性比較，獲得比較值。但在實(shí)際比較中，取點(diǎn)值會(huì)比較困難，通常區(qū)間值更符合人們的判斷思維，則可以得到比較矩陣如表3所示。

(4)區(qū)間值轉(zhuǎn)化為點(diǎn)值

比較區(qū)間值通過計(jì)算得到點(diǎn)值。

表2 rk的賦值參考表

表3 相鄰評(píng)價(jià)指標(biāo)比較區(qū)間值

(7)

(5)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

(8)

ωk-1=rkωk,k=m,m-1,…,3,2

(9)

(6)重復(fù)以上步驟，依次計(jì)算出不同準(zhǔn)則層下各指標(biāo)的權(quán)重。

(7)采用加權(quán)算法求出各指標(biāo)的綜合權(quán)重。

4 實(shí)例分析

本文以長(zhǎng)期存儲(chǔ)的某型無人機(jī)編隊(duì)為例進(jìn)行實(shí)例分析。該無人機(jī)編隊(duì)裝備數(shù)量為72架，具體存儲(chǔ)方案如下：

(1)將氣相緩蝕劑涂抹到塑料薄膜上，用薄膜包裹在無人機(jī)外部；

(2)將包裹好的無人機(jī)置于聚氯乙烯包裝袋內(nèi)，袋內(nèi)放置干燥劑，袋內(nèi)放置溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)袋內(nèi)溫濕度變化；

(3)封口后，放置于有溫度控制的機(jī)庫內(nèi)；

(4)配備通電檢查裝置，便于進(jìn)行定期通電檢查。

包裝內(nèi)濕度控制在60%以下，每2年進(jìn)行一次檢查；機(jī)庫溫度控制在40℃以下，每4個(gè)月對(duì)無人機(jī)進(jìn)行一次充電，始終保持無人機(jī)電池的電量不少于30%。

4.1 權(quán)重分配

邀請(qǐng)8位專家，對(duì)應(yīng)的專家權(quán)重λi為[0.15,0.12,0.08,0.15,0.16,0.18,0.08,0.08]。對(duì)無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行賦權(quán)。

所有專家給出的相鄰指標(biāo)比較值區(qū)間如表4所示。

表4 相鄰評(píng)價(jià)指標(biāo)比較區(qū)間

則一級(jí)指標(biāo)B1、B2的權(quán)重為[0.5671,0.432 9]。

同理可對(duì)二級(jí)、三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，最終結(jié)果如表5所示。

表5 指標(biāo)綜合權(quán)重表

4.2 綜合評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)10位有相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)和從事存儲(chǔ)保障工作的工作人員，對(duì)無人機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，由于對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)分別確定了權(quán)重，因此在對(duì)各指標(biāo)打分時(shí)無需考慮重要性的差別，統(tǒng)一采用百分制，由10位專業(yè)人員分別進(jìn)行打分，再進(jìn)行匯總計(jì)算。

根據(jù)最終得分結(jié)果，將存儲(chǔ)技術(shù)方案的優(yōu)劣進(jìn)行等級(jí)劃分，結(jié)果見表6所示。

表6 存儲(chǔ)方案等級(jí)劃分

10位專家的打分統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7所示。

表7 存儲(chǔ)方案專家打分表

對(duì)10位專家的打分取平均數(shù)，再考慮指標(biāo)權(quán)重計(jì)算最后得分。該存儲(chǔ)方案最終得分為91.021 8，則可以得出該無人機(jī)的存儲(chǔ)技術(shù)方案等級(jí)為優(yōu)秀，此結(jié)果說明，在無人機(jī)存儲(chǔ)期間，該存儲(chǔ)方案可以很好維持無人機(jī)的工作性能和技術(shù)狀態(tài)，滿足日后的工作任務(wù)需求。

5 結(jié)論

(1)本文通過對(duì)無人機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)、典型存儲(chǔ)方式以及存儲(chǔ)狀態(tài)無人機(jī)檢修的周期進(jìn)行分析，建立了無人機(jī)存儲(chǔ)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并應(yīng)用G1法對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算；

(2)本文所建立的指標(biāo)體系具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；指標(biāo)體系建立并對(duì)所有指標(biāo)賦權(quán)后，就可以結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行定量打分，對(duì)實(shí)際存儲(chǔ)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過實(shí)例應(yīng)用，驗(yàn)證了本文指標(biāo)體系的可行性；

(3)評(píng)價(jià)工作是一個(gè)不斷調(diào)整、完善指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的過程。因此，在未來的實(shí)際應(yīng)用中，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐步完善無人機(jī)存儲(chǔ)方案的評(píng)價(jià)工作，使其能夠更加準(zhǔn)確和可靠。