基于模糊層次分析法的船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置

劉海松

(海軍駐溫州地區(qū)軍事代表室，浙江 舟山 316000)

TestResourcesAllocationofEngineRoomAutomationSystemBasedonFAHP

LIUHaisong

(MilitaryRepresentativeOfficeofNavyinWenzhou，Zhoushan316000，China)

摘要：針對現(xiàn)有測試資源配置中存在的主要問題，結(jié)合機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源的特點(diǎn)，在對相關(guān)影響因素進(jìn)行全面權(quán)衡的基礎(chǔ)上，采用模糊層次分析法建立了測試資源分配的層次分析模型；以某系統(tǒng)集控站為研究對象，利用模糊層次分析法進(jìn)行測試資源的優(yōu)化配置。結(jié)果表明，該方法能夠在機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置過程中全面均衡各種影響因素，提高了測試資源配置的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：模糊層次分析法；測試資源配置；機(jī)艙自動化系統(tǒng)

中圖分類號：TM93

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-2257(2015)04-0053-05

收稿日期：2014-11-13

作者簡介：劉海松(1985-)，男，安徽馬鞍山人，工程師，博士，主要從事艦船建造中輪機(jī)專業(yè)的檢驗驗收工作。

Abstract：According to the problems of test resource allocation and characteristics of test resource in engine room automation system， the influences of test resource allocation were analyzed thoroughly. Then， the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) model for test resource allocation was built. The model was used to allocate test resources of certain concentration control station. The results show that the proposed method can give a comprehensive consideration for the allocation influences.

Keywords：fuzzyanalytichierarchyprocess；testresourcesallocation；engineroomautomationsystem

0引言

通常情況下，對于一種測試可用多種形式的測試資源或其組合來完成，這就需要對各類測試資源進(jìn)行權(quán)衡分析，為各測試項目分配合適的測試資源。因此，測試資源的配置是測試性設(shè)計工作的重要組成部分，其目的就是通過對有限的測試資源進(jìn)行合理配置，在保證完成測試任務(wù)的同時實(shí)現(xiàn)最大的資源利用率。但在機(jī)艙自動化領(lǐng)域，目前對其測試資源配置方面的研究還不夠深入，在實(shí)際應(yīng)用中主要還是依靠設(shè)計者的經(jīng)驗和主觀判斷，容易對資源配置的影響因素分析不夠全面，而忽略許多重要的約束條件。

1機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置的影響因素

一般來說，機(jī)艙自動化系統(tǒng)的主要測試手段可以分為脫機(jī)自動測試、機(jī)內(nèi)測試和人工測試。實(shí)現(xiàn)這些測試手段需要借助各種軟硬件資源，包括ATE、ATE的測試軟件、BIT裝置、BIT程序、人工測試設(shè)備、測試流程圖和診斷手冊等。為了實(shí)現(xiàn)這些測試資源優(yōu)化配置，必須對各種測試資源進(jìn)行權(quán)衡分析，因此測試資源分配方案是諸多因素影響權(quán)衡的結(jié)果。從測試資源自身特點(diǎn)和裝備維護(hù)保障要求來看，影響機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置的主要因素包括物理制約因素、可靠性與維修性因素、后勤保障因素、人員能力因素以及費(fèi)用因素等。

1.1物理制約因素

船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)布置于船舶機(jī)艙內(nèi)，其測試資源的配置必然受到系統(tǒng)自身的物理約束條件限制。例如，BIT能在系統(tǒng)任務(wù)環(huán)境中獨(dú)立工作，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時監(jiān)測、自動故障檢測與隔離，具有傳統(tǒng)測試手段不具備的優(yōu)勢；但BIT裝置同時也給原系統(tǒng)的重量、體積和功耗等方面帶來額外負(fù)擔(dān)，特別是對于潛艇艙室等對裝備重量、尺寸、功耗限制較多的環(huán)境，其影響尤為顯著。此外，測試資源的配置還受到測試設(shè)備使用環(huán)境的制約。例如，當(dāng)測試對象處于機(jī)艙中某些人員難以觸及的區(qū)域時，則難以連接和使用ATE等測試設(shè)備；當(dāng)艦艇出海執(zhí)行任務(wù)期間，一些大型的脫機(jī)測試設(shè)備無法攜帶，對于航行期間必需的測試應(yīng)盡量采用BIT裝置、便攜式測試設(shè)備完成。

1.2可靠性與維修性因素

在測試資源的權(quán)衡分析過程中，必須考慮系統(tǒng)的可靠性和維修性。根據(jù)機(jī)艙自動化系統(tǒng)故障模式的危害程度分析，對于可能影響系統(tǒng)關(guān)鍵功能、危及艦員人身安全的故障模式或故障率高的系統(tǒng)組件應(yīng)該優(yōu)先測試，即根據(jù)可靠性和維修性要求，確定檢測的重點(diǎn)及使用的測試手段。另外，BIT設(shè)備不僅增加了系統(tǒng)的重量、體積和功耗，而且其本身的故障會降低系統(tǒng)可靠性；同時BIT普遍存在的虛警現(xiàn)象會帶來許多無效的維修工作。而使用ATE等脫機(jī)測試設(shè)備，則不會影響系統(tǒng)的可靠性和維修性，但會增加大量測試設(shè)備自身的維修工作。

1.3后勤保障因素

如果大量使用BIT方式將增加機(jī)艙自動化設(shè)備的零部件數(shù)量，導(dǎo)致后勤保障的負(fù)擔(dān)增加。而設(shè)計具備多種測試功能的ATE，則可以避免這樣的問題。但ATE同時也存在無法立即使用、需要搬運(yùn)和要求連接裝置等缺點(diǎn)，而且會增加很多測試設(shè)備自身的維修保障工作。因此，BIT和ATE的使用時機(jī)不同，如果單考慮后勤保障因素，專用測試應(yīng)優(yōu)先考慮BIT，通用測試應(yīng)優(yōu)先考慮ATE。

1.4人員能力因素

BIT設(shè)備能提供較好的顯示和處理能力，對船舶操作和維修人員的技能水平要求較低。但使用ATE的維修人員則需要具有較高的技能水平，通常ATE對于復(fù)雜系統(tǒng)的檢測結(jié)果并不是簡單的“正常”或“故障”，維修人員需要學(xué)會選擇使用合適的測試激勵，對檢測結(jié)果能夠進(jìn)行分析和判斷。人工測試作為機(jī)內(nèi)測試和脫機(jī)自動測試的補(bǔ)充，對那些難以實(shí)現(xiàn)自動檢測的故障模式或部件進(jìn)行測試，要求維修人員具有很高的技能水平和豐富的經(jīng)驗積累。

1.5費(fèi)用因素

不論使用何種測試資源，降低裝備壽命周期費(fèi)用，都是機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試性設(shè)計工作中的重要環(huán)節(jié)。因此，費(fèi)用因素對測試資源配置的影響無法回避，必須予以考慮。從測試設(shè)備的設(shè)計、使用和維護(hù)過程來看，其主要費(fèi)用包括測試設(shè)備設(shè)計費(fèi)用、測試設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)用、測試費(fèi)用和人員培訓(xùn)費(fèi)用。

2測試資源配置的層次分析模型

從上一節(jié)分析可知，機(jī)艙自動化系統(tǒng)的測試資源配置屬于多屬性決策問題，需要綜合考慮多種影響因素。層次分析法(AHP)是解決多屬性決策問題的一種有效方法，但對于測試資源配置這類復(fù)雜的決策問題，由于判斷偏差的存在以及評價標(biāo)準(zhǔn)本身的模糊性和不確定性，使得AHP的決策結(jié)果也具有模糊性和不確定性。為了克服層次分析法的局限性，一種有效的方法是在AHP中引入模糊評判理論，構(gòu)成模糊層次分析方法(FAHP)。將模糊層次分析法應(yīng)用于船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)的測試資源優(yōu)化配置，按以下4個步驟建立系統(tǒng)的測試資源配置層次分析模型。

2.1建立測試資源配置影響因素的遞階層次結(jié)構(gòu)

應(yīng)用AHP分析決策問題時，首先要把問題條理化、層次化，將與問題相關(guān)的各個因素按照不同屬性自上而下地分解為若干個層次，同一層次的元素作為準(zhǔn)則對下一層的某些因素起支配作用，同時它又受上一層次因素的支配。一般可分為3個層次：最上層稱為目標(biāo)層，通常只有1個因素，表示問題的預(yù)定目標(biāo)；最下層為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)可供選擇的各種措施或方案，稱為方案層；中間可以有1個或幾個層次，包括實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所涉及中間環(huán)節(jié)中需要考慮的準(zhǔn)則，稱為準(zhǔn)則層。

2.2構(gòu)造三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣

遞階層次結(jié)構(gòu)反映了影響因素之間的關(guān)系，但準(zhǔn)則層中的各因素在目標(biāo)衡量中所占的比重并不一定相同，而確定所占比重的主要困難在于這些比重不易量化。此外，當(dāng)影響某因素的因子較多時，如果直接考慮各因子對該因素的影響程度，常常會因考慮不周全、顧此失彼而使決策者提出與實(shí)際重要程度不一致的數(shù)據(jù)，甚至有可能提出1組隱含矛盾的數(shù)據(jù)。為解決這一問題，以每個層次各因素對上一層次因素的影響程度進(jìn)行兩兩比較，并按1~9標(biāo)度對重要性程度賦值，構(gòu)造成對比較判斷矩陣。

(1)

基本AHP方法通常采用1~9標(biāo)度對影響因素間的重要性程度賦值，這種標(biāo)度方式應(yīng)用最廣泛且具有較強(qiáng)的心理學(xué)基礎(chǔ)，但缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致判斷矩陣一致性與思維一致性不等價。考慮到這一問題，改用0.1~0.9標(biāo)度，這種標(biāo)度方法繼承了1~9標(biāo)度的優(yōu)點(diǎn)，并發(fā)揚(yáng)了0~1標(biāo)度的長處，在FAHP中的模糊判斷矩陣計算方面具有較大優(yōu)勢。

2.3排序權(quán)重向量的計算

進(jìn)行各影響因素兩兩比較后，根據(jù)得出的模糊判斷矩陣計算各影響因素的排序權(quán)重，首先需要定義三角模糊數(shù)的運(yùn)算法則。設(shè)a=(al， am， au)，b=(bl， bm， bu)是2個三角模糊數(shù)，可以求出模糊判斷矩陣的單排序權(quán)重向量W=(w1，w2，…，wn)T，其中wi為某一層的第i個因素相對于上一層因素的模糊權(quán)重：

(2)

先根據(jù)式(2)計算出單權(quán)重向量，再組合為總模糊權(quán)重向量。然后將得出的權(quán)重wi進(jìn)行兩兩比較，根據(jù)式(2)求出wi≥ wj的可能度p(wi≥ wj)，并進(jìn)一步建立可能度矩陣P=(pij)n×n。則將三角模糊數(shù)權(quán)重問題轉(zhuǎn)化成求解可能度矩陣的排序向量，對矩陣P按行求和并歸一化，就可以得到各因素最終的排序權(quán)重向量W′=(w′1，w′2，…，w′n)T。

(3)

2.4一致性檢驗

在判斷矩陣的構(gòu)造過程中，并沒有要求判斷具有傳遞性和一致性，即不要求aij·aik=aik嚴(yán)格成立，這是由客觀事物的復(fù)雜性與人們認(rèn)識的多樣性所決定的。但判斷矩陣應(yīng)該具有大體上的一致性，否則可能出現(xiàn)“甲比乙重要，乙比丙重要，而丙又比甲重要”這樣違反常識的判斷，一個混亂的經(jīng)不起推敲的判斷矩陣有可能導(dǎo)致決策上的失誤。因此，需要對判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗，具體步驟為：

a.計算一致性指標(biāo)CI，即

(4)

(5)

b.查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI。

本文首先采用熵權(quán)TOPSIS模型測度了新型城鎮(zhèn)化視角下新疆產(chǎn)城融合發(fā)展水平，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)發(fā)展、人的發(fā)展和產(chǎn)城人協(xié)同四個維度進(jìn)行更深層次的分析，以期能夠為新疆產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)提供參考。此外，文章從六個方面分析了新疆產(chǎn)城融合發(fā)展水平的決定因素，并進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗，檢驗結(jié)果表明本文實(shí)證結(jié)論是穩(wěn)健的。研究發(fā)現(xiàn)：農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的提升、市場化程度的加深、持續(xù)的科技進(jìn)步、對外開放程度的提高和人力資本的積累，對產(chǎn)城融合發(fā)展水平具有顯著的促進(jìn)作用；而金融支持水平的提升雖然對產(chǎn)城融合發(fā)展水平的提升具有促進(jìn)作用，但是卻并不顯著。

c.計算一致性比例CR，即

(6)

當(dāng)CR<0.1時，認(rèn)為判斷矩陣的不一致程度在容許范圍之內(nèi)；當(dāng)CR≥0.1時，應(yīng)該對判斷矩陣做適當(dāng)修正。

圖2　測試資源分配的層次結(jié)構(gòu)

3某系統(tǒng)集控站測試資源配置實(shí)例

為了驗證測試資源優(yōu)化配置方法在船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用可行性和效果，應(yīng)用本文方法對某系統(tǒng)集控站進(jìn)行測試資源配置，其最優(yōu)測試集Ts={t1，t4，t5，t6，t9，t11，t12，t15，t16，t17，t18，t19}。主要算法通過Matlab軟件編程實(shí)現(xiàn)，程序基本流程如圖1所示。

圖1　模糊層次分析法程序流程

根據(jù)對機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置影響因素的分析，結(jié)合所研究系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，添加目標(biāo)層、方案層和準(zhǔn)則層中的要素，并依次建立各要素間的連接關(guān)系，可構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)如圖2所示?？紤]到該系統(tǒng)從國外引進(jìn)，在測試資源配置中需另外考慮接口設(shè)計問題。為便于表述，圖2將方案層中的備選測試資源簡要概括為機(jī)內(nèi)測試設(shè)備、脫機(jī)自動測試設(shè)備和人工測試設(shè)備。

對可能度矩陣P按行求和并歸一化，得到各因素最終的排序權(quán)重向量W′=449 3， 0.230 3， 0.320 4〗。對于該測試項目可選擇其中權(quán)重值最大的測試資源，即應(yīng)采用機(jī)內(nèi)測試設(shè)備進(jìn)行測試。同理，對于該集控站的最優(yōu)測試集Ts中的其他測試項目，可以采用同樣的方法進(jìn)行測試資源分配決策，得到各測試項目的排序權(quán)重向量如表1所示。

表1　最優(yōu)測試集的排序權(quán)重向量

根據(jù)各測試項目的排序權(quán)重向量，可以為每個測試項目選擇最佳的測試資源類型：t1(機(jī)內(nèi)測試設(shè)備)，t4(機(jī)內(nèi)測試設(shè)備)，t5(機(jī)內(nèi)測試設(shè)備)，t6(機(jī)內(nèi)測試設(shè)備)，t9(自動測試設(shè)備)，t11(自動測試設(shè)備)，t12(自動測試設(shè)備)，t15(機(jī)內(nèi)測試設(shè)備)，t16(機(jī)內(nèi)測試設(shè)備)，t17(自動測試設(shè)備)，t18(自動測試設(shè)備)，t19(自動測試設(shè)備)。這樣就為該集控站的每個測試項目配置了相應(yīng)的測試資源。

從上述分析結(jié)果可以看出，在船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)的測試性設(shè)計時，用于LRU模塊的測試項目應(yīng)盡量選用機(jī)內(nèi)測試或脫機(jī)自動測試設(shè)備實(shí)現(xiàn)，人工測試方式主要用于SRU和SSRU的測試。

4結(jié)束語

測試資源配置是測試性設(shè)計工作的重要組成部分，其目的是通過對有限的測試資源進(jìn)行合理配置，以實(shí)現(xiàn)最大的資源利用率。根據(jù)裝備測試資源的分類和特點(diǎn)，從物理制約因素、可靠性與維修性因素、后勤保障因素、人員能力因素以及費(fèi)用因素等方面分析了機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置問題，并利用模糊層次分析法建立了測試資源分配的層次分析模型，用于測試資源的分配決策。以某系統(tǒng)集控站為研究對象，針對其實(shí)際特點(diǎn)完善評價準(zhǔn)則，利用模糊層次分析法進(jìn)行了測試資源的優(yōu)化配置。實(shí)例研究表明，該方法能夠在機(jī)艙自動化系統(tǒng)測試資源配置過程中全面均衡各種影響因素，提高了測試資源配置的科學(xué)性。

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