基于模糊灰色关联分析的舰艇动力装置综合评估

2010-01-28，，，

船海工程 2010年4期

，，，

(海军蚌埠士官学校，安徽蚌埠 233012)

舰艇动力装置是舰艇为获得机械能、电能和热能而配置的机械设备的组合，其目的是保证舰艇的正常航行、停泊、作业以及人员正常生活的需要。动力装置的性能直接影响到舰艇的综合性能，在舰艇的设计论证阶段，对动力装置的选型论证尤为重要。采用模糊灰色关联分析法对舰艇动力装置进行评估，为舰艇动力装置的选型提供参考。

1 指标体系的建立及权重的确定

1.1 评估指标体系的建立

舰艇动力装置是一个复杂的综合系统，各种评价指标也比较多，其基本特性指标可分为技术指标、性能指标和经济指标。技术指标代表动力装置技术装备的总指标，包括功率、质量和尺寸等指标。性能指标代表动力装置在接受命令、执行任务中的服从性、坚固性、对外界条件和工作人员的依赖性，包括机动性、可靠性、制动性、自动化程度以及振动控制性能等指标。经济指标代表燃料在动力装置中的热能转换率，包括燃油消耗率、装置热效率、运行和维护经济性等。

综合文献[1-2]中的相关指标，选取11种典型的指标作为评估动力装置综合性能的指标，即动力装置的功率、质量、尺寸、机动性、可靠性、维修性、振动、噪声、燃油消耗率、热效率和全寿命费用。

1) 功率。以主机的相对功率α作为评定功率的参数：

α=P/D

(1)

式中:P——主机额定功率，kW；

D——舰艇正常排水量，t。

2) 质量。以舰艇单位排水量的动力装置质量g作为评定质量的参数:

g=G/D

(2)

式中:G——动力装置的湿重，即所有机器、器具及管系内部装满工质，但不包括油水等消耗品的质量，t。

3) 尺寸。以机舱的相对面积和相对容积作为评定尺寸的参数K:

K=A/(L×B)+V/(L×B×H)

(3)

式中:A——动力装置占地面积，m2；

V——动力装置体积，m3；

L——机舱长度，m；

B——机舱宽度，m；

H——机舱高度，m。

4) 机动性。主要包括启动前准备时间、启动开车时间、加到全负荷的时间和倒车装置倒车所需时间t:

t=tzb+tqd+tfh+tdc

(4)

式中:tzb——启动前准备时间,s;

tqd——启动开车时间，s；

tfh——加到全负荷的时间,s;

tdc——倒车装置倒车所需时间,s。

5) 可靠性。用平均无故障间隔工作时间MTBF来评定动力装置的可靠性。

6) 维修性。以平均维修时间MTTR作为评定维修性的参数。

7) 振动。以主机的振动烈度作为评定振动的参数。

8) 噪声。以主机舱的噪声值作为评定噪声的参数。

9) 燃油消耗率bm。定义:

bm=(Bz+Bf+Bg)×Qph

(5)

式中:Bz——主机单位时间燃料消耗量,kg/h;

Bf——电站辅机单位时间燃料消耗量,kg/h;

Bg——辅助锅炉单位时间燃料消耗量,kg/h。

10) 热效率。指单位时间内主机有效功率的热量与燃料所释放的总热量之比η，即:

η=(3 600×P)/((Bz+Bf+Bg)×Qph

(6)

式中：Qph——燃料的低发热值。

11) 全寿命费用。以动力装置的初建费、运行费和维修保障费作为评定主机费用的参数。

1.2 数据的量纲一量化

由于各项指标的量纲不同，且不同指标的数值差异很大，不能直接进行评估，就需要把指标值转化为量纲一的量的相对数，数值的大小限制在[0,1]内。设有m个评价对象，每个评价对象有n个指标，则对于成本型指标，采用式(7)进行量纲一量化:

(7)

对于效益型指标，采用式(8)进行无量纲化:

(8)

1.3 基于模糊理论的权重确定

常用的权重确定方法通常先对指标间的相对重要程度进行相互比较，进而建立判断矩阵，最后经过运算求得权重。为了确保权重的合理性和权威性，向动力装置的研究设计人员、操作使用人员和工厂维修人员发出咨询表，从而确定指标权重。常用的咨询表在表示指标的重要程度时采用的是确定数值，而实际上由于决策者的判断能力和偏好不同，很难用一个确定的数值来表示某个指标在决策者心目中的重要程度，而采用模糊数进行表示就容易得多。

采用基于模糊数的互补，两两比较赋权法[3-4]，决策者先给出各指标重要程度的两两比较值，得出判断矩阵A:

(9)

式中:aij=ωi/(ωi+ωj)。1≤i,j≤n。其含义为指标i与指标j相比，二者的权重比例分配为aij∶aji=[ωi/(ωi+ωj)]∶[ωj/(ωi+ωj)]，二者之比用三角模糊数标度，标度规则见表1。