劉遠(yuǎn)宏

（武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院，陜西 西安 710086）

基于熵權(quán)理想點(diǎn)法的綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)

劉遠(yuǎn)宏

（武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院，陜西 西安 710086）

針對(duì)綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)選擇時(shí)存在的參數(shù)種類多、參數(shù)選擇缺乏理論指導(dǎo)等問(wèn)題，提出基于熵權(quán)理想點(diǎn)法的綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)方法。其基本思想是依據(jù)綜合傳動(dòng)裝置可靠性、維修性和可用性有關(guān)的使用要求選出待評(píng)價(jià)的測(cè)試性參數(shù)，并將使用要求作為測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)優(yōu)屬度矩陣，計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算加熵權(quán)后的指標(biāo)優(yōu)屬度矩陣的理想點(diǎn)，分析被評(píng)價(jià)參數(shù)與理想點(diǎn)間的貼近度，依據(jù)貼近度的值進(jìn)行排序，獲得各參數(shù)的優(yōu)劣順序。實(shí)例分析結(jié)果表明：該方法通過(guò)指標(biāo)優(yōu)屬度矩陣獲得測(cè)試性參數(shù)的優(yōu)劣順序，為綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)選擇和指標(biāo)制定提供依據(jù)。

測(cè)試性；熵權(quán)；理想點(diǎn)；評(píng)價(jià)指標(biāo)

0 引 言

測(cè)試性定義為系統(tǒng)和設(shè)備能及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其工作狀態(tài)（可工作、不可工作或性能下降），并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特性[1]。測(cè)試性對(duì)裝備的維修性、可靠性、安全性、綜合保障以及全壽命周期費(fèi)用都有直接或間接的影響，因而，在全面權(quán)衡分析各種因素的基礎(chǔ)上，選擇合適參數(shù)確定測(cè)試性要求，指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作，將這些要求及特性設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中，才有可能使裝備具有更好的使用可用度和戰(zhàn)備完好性[2]。國(guó)內(nèi)裝甲車輛傳動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)由引進(jìn)、仿制進(jìn)入到自主研發(fā)階段，傳動(dòng)裝置由單流傳動(dòng)、分列式定軸變速、同步器換擋、二級(jí)行星轉(zhuǎn)向、帶式制動(dòng)為技術(shù)特征的定軸式機(jī)械傳動(dòng)裝置，發(fā)展為雙流傳動(dòng)、液力變矩、行星變速、離合器動(dòng)力換擋、電液自動(dòng)操縱、靜液無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向、聯(lián)合制動(dòng)等技術(shù)特征的液力機(jī)械綜合傳動(dòng)裝置，形成了系列產(chǎn)品。目前，我國(guó)初步解決了綜合傳動(dòng)裝置型號(hào)“有無(wú)”的問(wèn)題，其傳動(dòng)性能基本滿足了作戰(zhàn)使用要求，但在測(cè)試性工程領(lǐng)域，尚未開(kāi)展深入研究。當(dāng)前綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性需求分析理論指導(dǎo)薄弱，訂購(gòu)方也未在研制總要求中提出有關(guān)的測(cè)試性參數(shù)及其量化指標(biāo)要求。經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)測(cè)試性參數(shù)總數(shù)超過(guò)100個(gè)，完全采用也不太現(xiàn)實(shí)[3-4]，因此，必須先對(duì)測(cè)試性參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)選擇提供依據(jù)。

當(dāng)前裝備測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)主要是以其具體使用要求作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此首先需要確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。目前常用的評(píng)價(jià)方法主要包括：層次分析法及其改進(jìn)方法、多層次灰色評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、熵權(quán)法、理想點(diǎn)法等[5-10]。層次分析及其改進(jìn)方法首先構(gòu)建指標(biāo)層判斷矩陣以確定指標(biāo)權(quán)重，然后再構(gòu)建方案層對(duì)于指標(biāo)層的判斷矩陣，以確定各方案對(duì)于各指標(biāo)的權(quán)重，假設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為n個(gè)，方案數(shù)為m個(gè)，則需要構(gòu)建的方案層對(duì)于指標(biāo)層的判斷矩陣數(shù)目為n個(gè)m×n的矩陣，顯然當(dāng)n和m較大時(shí)，該方法太過(guò)繁瑣。灰色關(guān)聯(lián)分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，首先需要依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)主觀確定各指標(biāo)權(quán)重，這種通過(guò)不同專家獲取的權(quán)重往往彼此差異較大，影響了評(píng)價(jià)結(jié)果。本文提出一種基于熵權(quán)理想點(diǎn)的測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)方法。熵權(quán)理想點(diǎn)法是一種在沒(méi)有依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的情況下，根據(jù)被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的特征值矩陣來(lái)確定被評(píng)價(jià)對(duì)象優(yōu)劣順序的方法。

1 綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于給定的系統(tǒng)或設(shè)備，一般都有比較明確的可靠性、維修性和可用度目標(biāo)要求，列出與測(cè)試性有關(guān)的要求，如連續(xù)工作、準(zhǔn)確報(bào)告狀態(tài)、停機(jī)時(shí)間最短、有限的備件、最低的保障費(fèi)用、特定技術(shù)等級(jí)要求、系統(tǒng)位置、BIT對(duì)可靠性影響、聯(lián)機(jī)測(cè)試頻率計(jì)周期、安全性、BIT可操作性、對(duì)維修性的影響等[11]。通過(guò)對(duì)每項(xiàng)要求進(jìn)行分析，可列出與該要求關(guān)系密切的測(cè)試性參數(shù)，如表1所示[12]。常用的測(cè)試性參數(shù)主要有故障檢測(cè)率（FDR）、故障隔離率（FIR）、虛警率（FAR）、平均故障檢測(cè)時(shí)間（MFDT）、平均故障隔離時(shí)間（MFIT）、BIT的平均故障間隔時(shí)間（MTTRB）、BIT的平均故障隔離時(shí)間（MTBFB）、BIT/ETE的平均有效運(yùn)行時(shí)間（MBRT）、臺(tái)檢可工作率（BCS）、不能復(fù)現(xiàn)率（CNDR）、重測(cè)合格率（RTOKR）、多故障隔離率（FFI）、測(cè)試獨(dú)立性（TU）、測(cè)試冗余性（TR）等。對(duì)于某個(gè)具體系統(tǒng)或設(shè)備不可能同時(shí)考慮上述12種要求，在對(duì)其進(jìn)行測(cè)試性分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)其要求確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。如某些裝備要求由故障引起的停機(jī)時(shí)間盡可能短，與該要求相關(guān)的測(cè)試性參數(shù)主要有FIR、MFIT、MBRT和MTTRB等。如要求盡量少的維修和保障費(fèi)用，該要求有關(guān)的參數(shù)主要有FIR、FAR、FDR等。GJB 5386——2005《履帶式裝甲車輛綜合傳動(dòng)裝置通用規(guī)范》對(duì)綜合傳動(dòng)裝置的可靠性、維修性等要求為[13]：

1）在任一擋位0%～100%的負(fù)荷下，綜合傳動(dòng)裝置能穩(wěn)定工作，沒(méi)有異常噪聲。

2）綜合傳動(dòng)裝置臺(tái)架考核壽命為300～400h，或裝車后行駛壽命為10000km。

3）平均無(wú)故障間隔里程不小于1500km。

4）綜合傳動(dòng)裝置裝車后開(kāi)箱檢查更換易損件的行駛里程一般不小于6000km。

5）需要檢查、維護(hù)、分解和修理的零部件，應(yīng)具有良好的可達(dá)性。

表1 使用要求與測(cè)試性參數(shù)間的關(guān)系

6）檢查和測(cè)試點(diǎn)等應(yīng)布置在便于接近的位置上。

因此依據(jù)以上可靠性和維修性要求，對(duì)綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行初選時(shí)，主要考慮以下10 個(gè)指標(biāo)：1）連續(xù)工作；2）準(zhǔn)確報(bào)告狀態(tài)；3）停機(jī)時(shí)間最短；4）最低保障費(fèi)用；5）有限的備件；6）BIT 對(duì)可靠性的影響；7）安全性；8）BIT 可操作性；9）系統(tǒng)和設(shè)備的位置；10）對(duì)維修性的影響。

2 熵權(quán)理想點(diǎn)法評(píng)價(jià)模型

設(shè)對(duì)有n個(gè)待評(píng)價(jià)的測(cè)試性參數(shù)，每個(gè)參數(shù)用m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)描述，則有n個(gè)測(cè)試性參數(shù)的指標(biāo)特征值矩陣為 X=（xij）m×n（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），對(duì)特征值矩陣進(jìn)行歸一化即可獲得相對(duì)優(yōu)屬度矩陣R=（rij）m×n。 對(duì)于 xij越大參數(shù)越優(yōu)的評(píng)價(jià)指標(biāo)而言，相對(duì)優(yōu)屬度的計(jì)算方法為

對(duì)于xij越小參數(shù)越優(yōu)的指標(biāo)而言，相對(duì)優(yōu)屬度的計(jì)算方法為

其中 max（xij）和 min（xij）分別為同一指標(biāo)下不同參數(shù)的指標(biāo)值xij中最大值和最小值。按照傳統(tǒng)熵的概念可以定義指標(biāo)的熵值為

當(dāng)rij=0時(shí)，則lnfij沒(méi)有意義，為了使lnfij有意義，不悖于熵的含義，對(duì)fij修正為

因此第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)XSi定義為

考慮熵權(quán)后的指標(biāo)屬性矩陣P為

理想點(diǎn) P*=（P1*，P2*，…，Pm*），其中 Pm*為每行的最大值，即最優(yōu)值。被評(píng)價(jià)參數(shù)與理想點(diǎn)P*的貼近度為

其中 Tj∈[0，1]，貼近度值 Tj越小，說(shuō)明被評(píng)參數(shù)越優(yōu)，根據(jù)算出的Tj值，按照從小到大的順序?qū)Ω鲄?shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，就能得到各參數(shù)的優(yōu)劣順序。

3 實(shí)例分析

由上述分析可知，綜合傳動(dòng)裝置評(píng)價(jià)矩陣就是由10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和14個(gè)待評(píng)價(jià)參數(shù)組成的10×14的矩陣。采用模糊數(shù)1～9標(biāo)志評(píng)價(jià)矩陣X中的元素值。xij按照評(píng)價(jià)指標(biāo)與被評(píng)價(jià)參數(shù)的相關(guān)程度取值，xij越大，表示綜合傳動(dòng)裝置使用要求與測(cè)試性參數(shù)越相關(guān)，若評(píng)價(jià)指標(biāo)與被評(píng)價(jià)參數(shù)不相關(guān)，則xij計(jì)為0，以此標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)矩陣如表2所示。當(dāng)xij越大，即使用要求越高，被評(píng)價(jià)參數(shù)相應(yīng)要求也越高，因此選擇效益型歸一化方式對(duì)評(píng)價(jià)表進(jìn)行歸一化，得到相對(duì)優(yōu)屬度矩陣如表3所示。計(jì)算相對(duì)優(yōu)屬度的過(guò)程，實(shí)際上是依據(jù)各模糊值計(jì)算相對(duì)優(yōu)屬度函數(shù)，當(dāng)某參數(shù)與其他指標(biāo)不相關(guān)時(shí)，相應(yīng)的相對(duì)優(yōu)屬度為確定值0，即不相關(guān)。

首先依據(jù)式（3）和式（4）計(jì)算指標(biāo)修正后的熵值H為

然后根據(jù)式（5）評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)XS為

表2 綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)矩陣

表3 綜合傳動(dòng)裝置相對(duì)優(yōu)屬度矩陣

依據(jù)式（6）計(jì)算考慮熵權(quán)后的指標(biāo)屬性矩陣，得到理想點(diǎn)P*為

由式（7）計(jì)算可得被評(píng)價(jià)對(duì)象與P*的貼近度T為

根據(jù)算出的T值，按照從小到大的順序?qū)Ω鲄?shù)排序，得到的測(cè)試性參數(shù)優(yōu)先選擇順序如表4所示。

表4 測(cè)試性參數(shù)優(yōu)先順序

因此，綜合傳動(dòng)裝置測(cè)試性參數(shù)及指標(biāo)確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要優(yōu)先考慮測(cè)試性參數(shù)FIR、FAR、FDR、MFDT、MFIT、MTBFB等。實(shí)際上這些參數(shù)直接與裝備可靠性、維修性指標(biāo)密切相關(guān)[14]，實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)優(yōu)先考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于熵權(quán)理想點(diǎn)的測(cè)試性參數(shù)評(píng)價(jià)方法，并以綜合傳動(dòng)裝置為例，對(duì)其測(cè)試性參數(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，優(yōu)選出了科學(xué)、合理、精簡(jiǎn)的測(cè)試性參數(shù)集。與通過(guò)專家知識(shí)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重、依據(jù)權(quán)重再次通過(guò)專家知識(shí)計(jì)算指標(biāo)優(yōu)劣度的方法相比，熵權(quán)理想點(diǎn)法在沒(méi)有專家權(quán)重的情況下，依據(jù)通過(guò)專家知識(shí)獲得的評(píng)價(jià)矩陣，直接計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和相應(yīng)測(cè)試性參數(shù)的優(yōu)劣程度，減少了通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的過(guò)程，將三層多目標(biāo)評(píng)價(jià)模型簡(jiǎn)化為了兩層目標(biāo)評(píng)價(jià)模型，減少了對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的依賴次數(shù)。

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（編輯：李剛）

Testability parameters evaluation of integrated transmission based on entropy weight ideal point

LIU Yuanhong
（School of Equipment Engineering，Engineering University of CAPF，Xi’an 710086，China）

An evaluation method of integrated transmission testability parameters based on entropy weightidealpointispresented，aimingtoresolvetheissuethatparametersarechoseby experience and lack of guidance. Firstly，primary testability parameters of integrated transmission are selected based on reliability，maintainability and availability requirements ofintegrated transmission and are used to act as qualitative evaluation indexes.Secondly，the index membership matrix is constructed，and the entropy weight of the indexes is obtained.Thirdly，the ideal point is computed based on the index membership matrix plus entropy weight.Finally，the closeness degrees among testability parameters and ideal point are computed，based on which the testability parameters are sorted.The result of example analysis shows that the testability parameters are put in order by the index membership degree matrix in the absence of expert weights case，which provides a basis for the testability parameters selection of integrated transmission.

testability；entropy weight；ideal point；evaluation index

A

1674-5124（2017）04-0011-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.04.003

2016-08-29；

2016-10-15

劉遠(yuǎn)宏（1987-），男，江西萍鄉(xiāng)市人，講師，博士，主要從事機(jī)電液系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)與故障診斷研究。