基于BP神经网络的导弹保障人员可靠性分析

王　杨，黄　强，冯竹超

（1.空军勤务学院航空弹药系，江苏徐州221000；2.94754部队，浙江嘉兴314000）

基于BP神经网络的导弹保障人员可靠性分析

王杨1，黄强1，冯竹超2

（1.空军勤务学院航空弹药系，江苏徐州221000；2.94754部队，浙江嘉兴314000）

文章分析了导弹武器系统的保障可靠性，选取了影响保障人员可靠性的5个因素作为输入，建立了导弹保障可靠性的神经网络模型；运用BP算法训练数据，得出各影响因素的重要度排序；并针对提高导弹保障人员可靠性提出了一系列解决措施。

BP神经网络；导弹保障；人员可靠性

随着导弹装备智能化、精确化程度的不断提高，其结构变得愈加复杂，一枚精确制导弹药，其元器件多达成千上万件。导弹是长期贮存、一次性使用的特殊产品，其系统效能随着贮存时间的增长而变化，这种变化是在“人-机-环境”大环境下产生的综合结果[1]。导弹平时的保养与战时的保障有着极其苛刻的要求，若是当中某个环节出现差错，不仅影响导弹作战效能的发挥，甚至有可能导致无法挽回的后果，这就使得保障人员的可靠性问题显得至关重要。因此，探索改善人的可靠性的理论方法是提高新型导弹装备综合保障能力的一条有效途径。

1 BP神经网络模型

人工神经网络（ANN）是算法与结构的统一体，也是硬件与软件的混合体，具有非线性映射、联想记忆、分类识别、知识处理和优化计算等功能，主要研究非程序的、自适应的和脑模式的信息处理的本质与能力，广泛应用于信息、自动化、工程、医学等领域[2]。

BP神经网络（Back Propagation Neural Network）即误差反向传播神经网络，它是通过反向传播学习算法来进行估算[3]。一个由3层模糊神经元组成的BP网络结构如图1所示。

图1 模糊BP网络结构Fig.1 Structure of Fuzzy BPN

已经证明：任何在闭区间内的一个连续函数都可以用单隐含层的网络结构去逼近，因而一个3层网络就可以完成任意的n维到m维的映射。[4]

BP算法即反向传播算法（Back-Propagation A lgorithm）[5-7]，是监督训练多层前馈神经网络的算法，每一个训练样本在网络中经过2遍传递计算：一是向前传播计算，从输出层开始并传递各层处理后，产生一个输出，得到一个该实际输出和所需输出之差的差错矢量；另一遍是向后的反向传播计算，从输出层至输入层，利用差错矢量对权值进行逐层修改，从而实现多层前馈神经网络权值的调节。

设含有n个节点的任意网络，各节点的作用函数

式（2）中，ŷk为网络实际输出。定义：

于是，由梯度下降法，可求得权向量的修正量为：

j为输出节点时，ojk=ŷk，

若j不是输出节点时，有：

这就是著名的BP算法，对于给定的输入样本，按照上述过程不断反复地调整权值，使网络的输出接近所希望的输出。

2 导弹保障人员可靠性分析

2.1导弹保障可靠性问题分析

保障可靠性分析是指通过研究分析保障人员的失误来预防保障差错，从而提高保障能力。在可靠性领域有句名言：要出错的地方迟早会出错[8]。因此，在保障过程中，不仅要重视导弹装备的可靠性，还要不断提高人员的管理水平，加强装备的保障技能，降低保障差错率，才能充分实现系统效能。结合“人-机-环境”系统工程理论，保障可靠性是以人作为主导因素，把系统可靠性理论和方法拓展到人、装备、环境所组成的过程系统中而形成的新的技术[9]。导弹装备系统的保障可靠性剖面如图2所示。

导弹保障人员的素质状况是影响保障可靠性的关键因素。然而这种影响是模糊的、非线性的、非定常性的[9]。利用模糊神经网络的学习功能，可以有效地解决此问题，即以人员可靠性因素作为网络的输入、系统在某一时间的保障可靠性作为输出，其拓扑结构如图3所示。该网络是多层前馈式结构，采用反向传播（BP算法）对导弹保障人员可靠性进行分析。另外，还可以建立数据聚类模型，从而闭合分析系统，为保障人员可靠性评价、人员选拔和训练提供管理信息与技术方案。

保障差错是人员在保障活动中，违反保障对象的客观要求，破坏了“人-机-环境”系统的整体协调性而发生的过失性错误，它具有必然性、突发性、可逆性和可积性等特征[10]。保障差错产生的内部机制是人员行为偏差和装备结构缺陷的人机客观矛盾。实践证明其概率与人员素质有直接的关系，然而这种关系在时空上是多层次的、错综复杂的。

导弹保障差错除了设计缺陷、环境条件等因素引发以外，在保管、测试和维修等各项操作与管理过程中，由于人的因素的影响，而造成的故障占相当大的比例。据统计，在航空维修差错中，作风型差错约占70%，技能型差错约占25%，管理型差错约占5%[11]。导弹保障差错如图4所示。

2.2导弹保障人员可靠性神经网络计算

导致出现故障的直接因素是保障人员的行为，主要包括：认识偏差、判断偏差和动作偏差。导致出现故障的人员间接因素主要包括：①生理状况——人的身体的健康程度；②心理素质——人的情绪控制能力；③知识水平——专业学习程度；④专业技能——工作时间及接受培训的情况；⑤工作态度——对工作任务的认同程度，态度决定行为[12-14]。因素与行为之间的关系如图5所示。

图2 导弹保障可靠性剖面图Fig.2 Section of the reliability ofmissile sopport

图3 导弹保障可靠性神经网络分析示意图Fig.3 NN diagrammatic draw ing of the reliability ofmissile sopportpersonnel

图4 保障差错示意图Fig.4 Diagrammatic draw ing of supporterrors

图5 因素与行为的关系Fig.5Relationshipbetweenfactorsandactions

影响因素与可靠性问题的非线性关系，与神经网络模型的输入层和中间层的关系相吻合，故采用BP神经网络模型，建立基于保障人员可靠性因素的人员可靠性模型如图6所示。其中，模型的输入是影响保障人员可靠性的因素，输出是系统在某时间的人员可靠性。

图6BP神经网络模型Fig.6BPNNModel

以某型空地导弹制导系统为例分析，利用Delphi法得到保障人员可靠性影响因素的原始数据，再利用建立的隶属度函数，得到原始数据对于影响因素的隶属度，如表1所示。

表1 实际数据对于影响因素的隶属度Tab.1Actualdata’smembershipwithfactors

应用C语言编制BP神经网络模型的计算机程序进行计算，选取表1中前面7组数据作为训练数据，后3组作为仿真数据，训练次数为1000次，可容忍误差为0.1。训练后，对模型进行验证，结果如表2所示。

表2 模型验证数据分析1Tab.2Analysisofmodelvalidationdata1

表2中，测试样本的1、2、3分别对应表1中的8、9、10组数据。由表2可知，仿真数据与原始数据的误差在可接受范围之内，故该模型可用。选取原始数据的前3组进行仿真，在该模型下得到的仿真结果为：0.5765，0.6512，0.5339。进一步对仿真数据的各项指标分别进行幅度变化，变化幅度在±10%，得到结果如表3所示。

表3 模型验证数据分析2Tab.3Analysisofmodelvalidationdata2

显然，在保障过程中对人的可靠性影响程度由大到小的因素依次为：工作态度、专业技能、生理状况、心理素质、知识水平。

分析结果表明：工作态度、专业技能和生理状况这3个因素是相对重要的。因此，在保障人员选择、培训过程中，可有针对性地进行选拔和训练，以提高保障人员的能力和可靠性。

3 提高导弹保障人员可靠性的措施

3.1制度教育并举，端正工作态度

态度指个体对外界事物的一种较持久而又一致的内在的心理和行为倾向。态度具有指向性包括态度主体和态度客体。正所谓态度决定一切，保障人员的工作态度在很大程度上决定了装备保障质量[16-17]。要端正保障人员工作态度可采取以下一些措施。

1）加强弹药保障人员的思想修养、责任意识、工作作风和职业道德教育。用教育和培训来提高保障人员的职业道德水平、抱负水准，加强责任心，形成严肃认真的工作作风和遵章守纪的自觉性。对少数工作极不端正，暂不适合此项工作的应当暂停其参与导弹的保障。

2）严格监督管理，建立激励机制。对导弹保障过程中出现的一切违章现象，要敢于当场纠正、严肃查处，坚决同保障工作中的懒惰、随意、蛮干等不端正工作态度作斗争，同时对保障过程中兢兢业业，履职尽责的人员给予奖励[18]。

3）营造良好环境。注重人性化管理，通过合理安排任务、作业时间和强度，确保保障人员有充沛的精力投入到工作中；对于人才、骨干要优先列入立功受奖、晋职晋衔、入党提干和士官选改计划，努力营造“政策留人、事业留人、待遇留人、亲情留人”的环境，体现上级对保障人员的关心，让他们无后顾之忧，尽心尽力地从事弹药保障工作。

3.2注重专业训练，提高技能水平

导弹保障是一项专业性极强的工作，要求保障人员必须具备足够的专业技能才能从事此项工作[19]。对加强自身专业技能提出了如下一些措施。

1）强化选人用人标准。首先，在人才的选取上下功夫，对于部分不适合从事此项工作，技能不达标的人员，不让其进入到保障队伍中。要强调一专多能，学有所长，在求精上下功夫。弹药保障涉及业务技能广，要根据任务和人员的现状，结合专业分工，培养一批具有领头作业的专家型技术骨干队伍。

2）通过专业技术培训，保证官兵不断提升自己专业技能，使保障人员有能力无差错地完成自己的工作。进行专业培训和复训工作，每年至少安排1个月的专职培训，使人员对自己的工作做到“心中有底”，为减少人为差错打下坚定基础。

3）强化实际操作技能训练，实践才是提高专业技能最好的办法，结合本单位实际，严格组织好各级、各类、各专业人员学标、用标、达标活动，采取骨干带教、岗位练兵、观摩学习、比武竞赛等形式，开展实际操作技能训练，不断增强保障人员的防差错能力。

4）改进训练方法。要重视发挥多媒体教学以及实装操作演练的优势，不断增强教学效果。

3.3科学组织训练，增强生理素质

保障人员的生理状况对导弹保障起着至关重要的作用。一个身体素质低，经常生病请假，不能从事体力劳动的人，是不适合担任保障工作的。人的身体状况是一个动态的过程，与其日常生活习惯，平时锻炼和训练强度息息相关。因此，提出一些措施增强保障人员生理素质就显得极为必要。

1）按照规定，适时组织官兵体检。对于身体有疾病或其他因素暂不适合从事此项工作的，应当安排及时治疗或休息，待其恢复后，经过必要专业训练，重新安排上岗。

2）加强锻炼，增强体魄。一个良好的身体素质不是天生的，而是通过平时坚持不懈的锻炼得来的。锻炼不仅能增强人身体素质，对人的意志品质也是一种磨练。军人应当积极参加到日常各项训练工作中去，严格把控事假病假人员，避免部分人员因缺少锻炼出现身体素质严重下降。

3）在保障过程中注意加强保障人员自身保护，避免保障过程中出现意外或因工作强度大，对身体造成伤害。

3.4强化心理训练，提高心理素质

现代军事活动对军人的心理素质要求越来越高，由于保障人员对导弹武器装备操作时需要精力高度集中，如果再加以战争的压力，对保障人员的心理影响越来越大。军人的心理训练已经得到了重视，部队已经配发了成套的心理行为训练设施，对增强官兵的心理素质起到了一定的作用。同时，心理训练应该是全方位的，应该综合运用训练设施、宣传资料、心理辅导、心理干预等手段对官兵的心理进行训练[20]。

3.5采取技术措施，防止人为差错

出错是难免的，尤其是人参与的工作，这也是由人的可靠性特征所决定的。因此，需要采取一些手段来提高人的可靠性。

1）实行持证上岗。为确保导弹保障人员岗位专业能力素质水平，严格按照持证上岗制度要求，严密组织岗位资格认证，严把上岗条件，确保不合格、不达标人员不上岗。

2）设立安全监督员。在导弹保障实际工作中，准确把握导弹的构造特点，采取在装卸运输、储存保管、技术保障和供应保障等各个环节设立安全监督员的措施，通过及时提醒、标识警示、读卡操作和现场督导等方法，严防人为差错事件的发生。

3）严把第一手工作质量。在弹药发付、启封、测试、对接、待发、外场保障等环节，按照维护规程和安全规定的要求操作，严格技术标准；认真做好技术工作的履历文书的填写工作，防止错填、漏填、忘填，做好导弹的寿命控制，杜绝使用超期、报废弹药。

4 结束语

提高人的可靠性是提高装备综合保障能力的重要途径之一。目前，需要解决的可靠性问题主要集中在2个方面：一是在人的可靠性已低于技术装备可靠性的情况下，需要开拓新的可靠性研究方法；二是可靠性信息缺乏，成为制约可靠性分析应用的瓶颈，必须推动可靠性信息系统的建设，这些问题还有待于将来的进一步研究。

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Human Reliability AnalysisofMissile Guarantee Based on Back Propagation Network

WANGYang1,HUANGQiang1,FEN Zhuchao2

（1.DepartmentofAviation Ammunition,Air Force Logistic College,Xuzhou Jiangsu 221000,China; 2.The94754thUnitof PLA,Jiaxing Zhejiang314000,China）

In this paper,selecting 5 influence factors ofhuman reliability,the NN(Neural Network)modelofmissile guar⁃anteewasgiven.The seqencing of the 5 factors’significance is obtained using BPalgorithm to train data.Besides,a series ofsuggestionsandmeasureson improvinghuman reliabilitywerehuman.

back propagation(BP)network;missile guarantee;shuman reliability

TP183

A

1673-1522（2016）02-0173-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.02.015

2015-10-15；

2016-01-14

王杨（1993-），男，硕士生。