基于灰色模糊理论的飞行保障装备高原环境适应性评估

杨　阳， 赵徐成， 刘章龙， 谢千东

(空军勤务学院航空四站系， 江苏 徐州 221000)



基于灰色模糊理论的飞行保障装备高原环境适应性评估

杨阳， 赵徐成， 刘章龙， 谢千东

(空军勤务学院航空四站系， 江苏 徐州 221000)

结合飞行保障装备的功能结构和工作特性，分析了影响飞行保障装备高原环境适应性的主要因素，构建了飞行保障装备高原环境适应性评估指标体系，采用组合赋权法确定了指标权重，运用灰色模糊理论建立了评估模型，并结合装备分系统实例，验证了模型的有效性和实用性，为高原飞行保障装备的环境适应性设计提供了依据。

飞行保障装备； 高原环境适应性； 灰色模糊评估

随着我国高原地区战略地位的提升，主战飞机进驻高原机场训练日趋常态化。恶劣的高原环境条件不仅给飞行训练带来困难，同时也对飞行保障装备的保障效能产生了一定影响[1]。因此，迫切需要开展飞行保障装备环境适应性评估研究，衡量其高原环境适应性。由于环境影响因素数据收集难度大，已有数据也不完整，且多为定性描述，应用传统评价方法(如比较分析评价法、试验评价法等)[2]进行装备环境适应性评价时，只简单地将环境因素划分为“有影响”或“无影响”，这种非“0”即“1”的大幅度简化，使评估结果很难反映出环境因素对装备的具体影响程度。灰色模糊评估法将灰色评估法和模糊评估法有机结合，可在收集信息不充足的情况下，较为准确合理地评价模糊因素或现象[3]。为此，笔者采用灰色模糊理论对装备高原环境适应性进行评估，以期为装备的改进、研制提供理论依据。

1　评估对象与运用环境分析

飞行保障装备的保障效能与高原地区环境条件密切相关，评估飞行保障装备环境适应性，首先要明确装备的高原运用环境，分析高原的地理气候条件。笔者结合飞行保障装备型号多样及高原环境错综复杂的现实情况，以装备分系统为评估对象，提出飞行保障装备高原环境适应性研究构想。

1.1高原环境适应性评估对象

飞行保障装备是指为在地面实施飞机和直升机所需的气源、电源以及液压能源等技术支援保障而配备的航空军事保障装备[4]。其型号多，数量大，涉及的专业技术面广，且系统结构复杂。按保障功能可分为制氧制氮装备、制冷充冷装备、充放电装备、电源车、空调车、油泵车和气源启动车7大类。

高原环境条件对装备各系统的影响机理和程度不尽相同，因此，笔者以装备分系统为研究对象,依据系统工程思想，将飞行保障装备系统按功能结构以及工作特性分为动力系统(S1)、气源系统(S2)、液压系统(S3)、电气系统(S4)和机械系统(S5)。

1.2装备高原环境条件影响因素

环境条件是指在装备全寿命周期内对其功能结构和工作特性产生影响的环境应力，是确定装备高原环境适应性的基础[5]。根据飞行保障装备全寿命周期内的环境影响剖面[6]，可将高原环境简化为自然环境和诱发环境。高原自然环境是指非人力造成的部分环境，主要表现为气压低、气温低、太阳辐射强和风沙强；高原诱发环境是指非自然力环境，主要指路况差引起的较大装备振动[7-8]。表1为高原环境对飞行保障装备分系统的影响分析。

表1　高原环境对飞行保障装备分系统的影响分析

依据高原环境的特点和装备全寿命周期内环境剖面的组成，确定飞行保障装备的关键高原环境影响因素主要有：温湿度、气压、沙尘、辐射以及路况(路况差引起装备较大振动)。

2　飞行保障装备环境适应性评估体系

构建合理的环境适应性评估体系是进行飞行保障装备高原环境适应性评估的基础。笔者以关键高原环境影响因素为评估指标建立评估体系，并采用组合赋权法[9]确定各指标的权重。

2.1评估指标

以温湿度u1、气压u2、沙尘u3、辐射u4和路况u5为飞行保障装备环境适应性评价指标。

2.2指标权重

飞行保障装备环境适应性评价指标体系中各指标的权重既反映了各指标的重要度，也体现了环境因素对装备的影响程度。

主观赋权法分配的权重带有一定的主观色彩，客观性不足；客观赋权法却难以有效体现评判者对不同属性指标的重视程度；而组合赋权法既能满足层次分析法中专家对指标的主观偏好，又能减小权重受主观因素的影响，将主观判断和被评价对象的自身信息量相结合，实现主客观的有机统一。为此，笔者采用主客观相结合的组合赋权法来确定各指标的权重。组合赋权法确定各项指标权重时，首先分别采用主观赋权法和客观赋权法确定各指标的权重，然后采用加法集成法进行综合。具体流程[10]如下：

1)主观赋权法确定指标权重

采用层次分析法对各子指标的重要程度进行比较，构建判断矩阵。以动力系统为例，其环境适应性评价指标的判断矩阵如表2所示。

表2　动力系统环境适应性评价指标的判断矩阵

求解判断矩阵，并进行一致性检验，可得温湿度、气压、沙尘、辐射和路况对动力系统的权重向量PS1=[0.260.480.120.050.09]。同理，可得各评价指标对分系统S2、S3、S4、S5的影响权重向量分别为

PS2=[0.110.560.230.030.07]；

PS3=[0.080.500.130.040.25]；

PS4=[0.250.500.080.130.04]；

PS5=[0.140.040.080.240.50]。

2)客观赋权法确定指标权重

收集由关键环境因素诱发的飞行保障装备高原环境失效信息，统计诱发装备失效的各关键环境因素所占比例，得到关键环境因素对动力系统的影响权重向量QS1=[0.280.470.250.000.00]。同理，可得各评价指标对分系统S2、S3、S4、S5的影响权重向量分别为

QS2=[0.310.250.250.000.19]；

QS3=[0.090.570.090.000.25]；

QS4=[0.340.340.120.120.08]；

QS5=[0.300.100.100.300.20]。

3)组合赋权法修正指标权重

针对主客观赋权法各自的缺点，将主观权重向量P与客观权重向量Q进行加权综合，对各指标权重进行修正，即

A=k1P+k2Q。

(1)

在充分征求专家意见的基础上，对于功能单元(S2、S3、S4)，k1=0.7，k2=0.3；对于机械单元(S1、S5)，k1=0.3，k2=0.7。结合式(1)可得各指标的最终权重向量分别为

AS1=[0.270.480.150.040.06]；

AS2=[0.170.470.230.020.11]；

AS3=[0.080.520.120.030.25]；

AS4=[0.280.450.090.130.05]；

AS5=[0.250.080.100.280.29]。

3　基于灰色模糊理论的环境适应性评估模型

3.1评估模型构建

3.1.1确定评判因素集和评语集

因素集U是由影响保障装备效能的关键环境因素构成的集合，即U={u1，u2，u3，u4，u5}={温湿度，气压，沙尘，辐射，路况}；评语集V是由保障装备环境适应性评判等级构成的集合，一般可分为5个等级，V={v1，v2，v3，v4，v5}={优，良，中等，较差，差}={100，90，80，70，60}；飞行保障装备高原环境适应度H={h1，h2，h3，h4，h5}={优，良，中等，较差，差}={100，95，85，75，65}，评价结果定量化标准如表3所示。

表3　评价结果定量化标准

3.1.2确定权重集

灰色模糊评价中权重集是指因素集与被评对象之间的灰色模糊关系，由模糊部分和灰色部分构成，可表示为

(2)

表4　灰度打分标准

3.1.3 建立灰色模糊评估矩阵

(3)

邀请N位相关领域专家对装备各分系统耐环境影响的等级进行投票，并统计隶属度μij，即

(4)

N位专家根据灰度打分标准分别对环境指标u1、u2、u3、u4、u5进行灰度评分，对应第i个指标分值为ri1、ri2、…、riN。为减少专家主观偏见，去除评分最大值和最小值，求平均值后可得各指标的评分灰度值为

(5)

3.2评估结果计算

(6)

3.3评估结果处理

(7)

4　实例分析及环境设计措施

以典型的飞行保障装备空调车为例，对其动力、气源、电力和机械4个分系统进行高原环境适应性评估，先依据评估结果提出空调车高原环境适应性设计措施。

4.1评估结果

根据高原环境条件下收集的装备失效信息的充足程度，对各指标权重所对应的灰度赋值。以动力系统为例，将指标权重对应的灰度赋值为0.3，得到动力系统的评估指标权重集为

(0.04,0.3)(0.06,0.3)]；

依据专家打分结果统计各指标隶属度，与灰度进行组合得到空调车动力系统的灰色模糊评估矩阵为

根据式(6)可得评估结果为

B=[0.110.120.130.330.31]。

根据公式H=B·VT，可得空调车动力系统的评估得分为73.9。

同理，可得空调车其他分系统的环境适应性评估得分，根据装备对环境的适应度等级划分H={优，良，中等，较差，差}={100，95，85，75，65}，可判定各分系统环境适应度等级。各分系统高原环境适应性评估指标权重、评估得分和适应度如表5所示。

表5　空调车分系统高原环境适应性评估结果

4.2环境适应性设计措施

飞行保障装备的高原环境适应性设计的重点是提高装备分系统对关键环境因素的适应能力。根据评估结果，分系统关键环境因素为权重大的指标，因此，应针对关键环境影响因素采取相应的环境适应性设计措施，以提高飞行保障装备的环境适应能力。空调车环境适应性设计措施[12]如表6所示。

表6　空调车环境适应性设计措施

[1]赵徐成，马骏伟，朱逸天，等.保障装备高原环境适应性研究[J].装备环境工程，2014，11(5)：27-30.

[2]于衍华，史国华，山春荣，等.武器装备环境适应性论证[M].北京：兵器工业出版社，2007：312-315.

[3]郭煌，郭建胜，惠晓滨，等.灰色理论和模糊数学相结合的装备保障能力评估模型[J].火力与指挥控制，2009，34(3)：75-78.

[4]王琳，周显军，张宝同.航空四站装备保障能力评估指标体系初探[J].价值工程，2011，30(24)：310-311.

[5]王宏伟，赵云峰，陶帅.装备全寿命周期环境适应性评价若干问题探讨[J].装备环境工程，2013，10(1)：70-72.

[6]施建荣，王晓侠，党弦.装备全寿命环境剖面与任务剖面[J].装备环境工程，2010，7(2)：18-20.

[7]胥泽奇，张世艳，宣卫芳.装备环境适应性评价[J].装备环境工程，2012，9(1)：54-59.

[8]祝耀昌，王丹.武器装备环境适应性要求探讨[J].航空器环境工程，2008，25(5)：416-422.

[9]马亚龙，邵秋峰，孙明，等.评估理论和方法及其军事应用[M].北京：国防工业出版社，2013：56-59.

[10]唐承畅，庞志兵，李涛，等.基于组合权重的某型地空导弹环境适应性模糊综合评价[J].装备环境工程，2012，9(2)：12-16.

[11]宣兆龙.装备环境工程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2015：116-120.

[12]高阳，胡杰，胡连桃. 高原环境对航空保障装备的影响分析及对策[J].环境技术，2015，(1)：62-65.

(责任编辑: 王生凤)

Plateau Environment Adaptability Evaluation of Flight Support Equipment Based on Grey-fuzzy Theory

YANG Yang, ZHAO Xu-cheng, LIU Zhang-long, XIE Qian-dong

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

Combined with the functional structure and working characteristic of the flight support equipment, main factors which influence plateau environment adaptability of aircraft support equipment are ana-lyzed. The index system of plateau environment adaptability of flight support equipment is established, and index weight through combination weighting method is confirmed. Based on gray-fuzzy theory, evaluation model is built and effectiveness and practicability of the model are validated in combination with actual case of partial system of support equipment, which provides basis for plateau environment adaptability design of flight support equipment.

flight support equipment; plateau environment adaptability; gray-fuzzy evaluation

1672-1497(2016)04-0030-05

2016-01-04

杨阳(1992-)，男，硕士研究生。

E239.4

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.04.006