基于熵权理想点法的综合传动装置测试性参数评价

刘远宏

（武警工程大学装备工程学院，陕西 西安 710086）

基于熵权理想点法的综合传动装置测试性参数评价

刘远宏

（武警工程大学装备工程学院，陕西 西安 710086）

针对综合传动装置测试性参数选择时存在的参数种类多、参数选择缺乏理论指导等问题，提出基于熵权理想点法的综合传动装置测试性参数评价方法。其基本思想是依据综合传动装置可靠性、维修性和可用性有关的使用要求选出待评价的测试性参数，并将使用要求作为测试性参数评价指标，构建指标优属度矩阵，计算评价指标熵权，在此基础上计算加熵权后的指标优属度矩阵的理想点，分析被评价参数与理想点间的贴近度，依据贴近度的值进行排序，获得各参数的优劣顺序。实例分析结果表明：该方法通过指标优属度矩阵获得测试性参数的优劣顺序，为综合传动装置测试性参数选择和指标制定提供依据。

测试性；熵权；理想点；评价指标

0 引 言

测试性定义为系统和设备能及时、准确地确定其工作状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性[1]。测试性对装备的维修性、可靠性、安全性、综合保障以及全寿命周期费用都有直接或间接的影响，因而，在全面权衡分析各种因素的基础上，选择合适参数确定测试性要求，指导设计工作，将这些要求及特性设计到产品中，才有可能使装备具有更好的使用可用度和战备完好性[2]。国内装甲车辆传动技术经历了半个世纪的发展，已经由引进、仿制进入到自主研发阶段，传动装置由单流传动、分列式定轴变速、同步器换挡、二级行星转向、带式制动为技术特征的定轴式机械传动装置，发展为双流传动、液力变矩、行星变速、离合器动力换挡、电液自动操纵、静液无级转向、联合制动等技术特征的液力机械综合传动装置，形成了系列产品。目前，我国初步解决了综合传动装置型号“有无”的问题，其传动性能基本满足了作战使用要求，但在测试性工程领域，尚未开展深入研究。当前综合传动装置测试性需求分析理论指导薄弱，订购方也未在研制总要求中提出有关的测试性参数及其量化指标要求。经不完全统计测试性参数总数超过100个，完全采用也不太现实[3-4]，因此，必须先对测试性参数进行评价，为综合传动装置测试性参数选择提供依据。

当前装备测试性参数评价主要是以其具体使用要求作为评价指标，因此首先需要确定各评价指标的权重。目前常用的评价方法主要包括：层次分析法及其改进方法、多层次灰色评价法、模糊综合评价法、熵权法、理想点法等[5-10]。层次分析及其改进方法首先构建指标层判断矩阵以确定指标权重，然后再构建方案层对于指标层的判断矩阵，以确定各方案对于各指标的权重，假设评价指标为n个，方案数为m个，则需要构建的方案层对于指标层的判断矩阵数目为n个m×n的矩阵，显然当n和m较大时，该方法太过繁琐。灰色关联分析法、模糊综合评价法等在进行评价时，首先需要依据专家经验主观确定各指标权重，这种通过不同专家获取的权重往往彼此差异较大，影响了评价结果。本文提出一种基于熵权理想点的测试性参数评价方法。熵权理想点法是一种在没有依据专家经验确定评价指标权重的情况下，根据被评价对象的评价指标构成的特征值矩阵来确定被评价对象优劣顺序的方法。

1 综合传动装置测试性参数评价指标

对于给定的系统或设备，一般都有比较明确的可靠性、维修性和可用度目标要求，列出与测试性有关的要求，如连续工作、准确报告状态、停机时间最短、有限的备件、最低的保障费用、特定技术等级要求、系统位置、BIT对可靠性影响、联机测试频率计周期、安全性、BIT可操作性、对维修性的影响等[11]。通过对每项要求进行分析，可列出与该要求关系密切的测试性参数，如表1所示[12]。常用的测试性参数主要有故障检测率（FDR）、故障隔离率（FIR）、虚警率（FAR）、平均故障检测时间（MFDT）、平均故障隔离时间（MFIT）、BIT的平均故障间隔时间（MTTRB）、BIT的平均故障隔离时间（MTBFB）、BIT/ETE的平均有效运行时间（MBRT）、台检可工作率（BCS）、不能复现率（CNDR）、重测合格率（RTOKR）、多故障隔离率（FFI）、测试独立性（TU）、测试冗余性（TR）等。对于某个具体系统或设备不可能同时考虑上述12种要求，在对其进行测试性分析时，应根据其要求确定评价指标体系。如某些装备要求由故障引起的停机时间尽可能短，与该要求相关的测试性参数主要有FIR、MFIT、MBRT和MTTRB等。如要求尽量少的维修和保障费用，该要求有关的参数主要有FIR、FAR、FDR等。GJB 5386——2005《履带式装甲车辆综合传动装置通用规范》对综合传动装置的可靠性、维修性等要求为[13]：

1）在任一挡位0%～100%的负荷下，综合传动装置能稳定工作，没有异常噪声。

2）综合传动装置台架考核寿命为300～400h，或装车后行驶寿命为10000km。

3）平均无故障间隔里程不小于1500km。

4）综合传动装置装车后开箱检查更换易损件的行驶里程一般不小于6000km。

5）需要检查、维护、分解和修理的零部件，应具有良好的可达性。

表1 使用要求与测试性参数间的关系

6）检查和测试点等应布置在便于接近的位置上。

因此依据以上可靠性和维修性要求，对综合传动装置测试性参数评价指标进行初选时，主要考虑以下10 个指标：1）连续工作；2）准确报告状态；3）停机时间最短；4）最低保障费用；5）有限的备件；6）BIT 对可靠性的影响；7）安全性；8）BIT 可操作性；9）系统和设备的位置；10）对维修性的影响。

2 熵权理想点法评价模型

设对有n个待评价的测试性参数，每个参数用m个评价指标来描述，则有n个测试性参数的指标特征值矩阵为 X=（xij）m×n（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），对特征值矩阵进行归一化即可获得相对优属度矩阵R=（rij）m×n。 对于 xij越大参数越优的评价指标而言，相对优属度的计算方法为

对于xij越小参数越优的指标而言，相对优属度的计算方法为

其中 max（xij）和 min（xij）分别为同一指标下不同参数的指标值xij中最大值和最小值。按照传统熵的概念可以定义指标的熵值为

当rij=0时，则lnfij没有意义，为了使lnfij有意义，不悖于熵的含义，对fij修正为

因此第i个评价指标的熵权XSi定义为

考虑熵权后的指标属性矩阵P为

理想点 P*=（P1*，P2*，…，Pm*），其中 Pm*为每行的最大值，即最优值。被评价参数与理想点P*的贴近度为

其中 Tj∈[0，1]，贴近度值 Tj越小，说明被评参数越优，根据算出的Tj值，按照从小到大的顺序对各参数进行评价，就能得到各参数的优劣顺序。

3 实例分析

由上述分析可知，综合传动装置评价矩阵就是由10个评价指标和14个待评价参数组成的10×14的矩阵。采用模糊数1～9标志评价矩阵X中的元素值。xij按照评价指标与被评价参数的相关程度取值，xij越大，表示综合传动装置使用要求与测试性参数越相关，若评价指标与被评价参数不相关，则xij计为0，以此标准构建的测试性参数评价矩阵如表2所示。当xij越大，即使用要求越高，被评价参数相应要求也越高，因此选择效益型归一化方式对评价表进行归一化，得到相对优属度矩阵如表3所示。计算相对优属度的过程，实际上是依据各模糊值计算相对优属度函数，当某参数与其他指标不相关时，相应的相对优属度为确定值0，即不相关。

首先依据式（3）和式（4）计算指标修正后的熵值H为

然后根据式（5）评价指标的熵权XS为

表2 综合传动装置测试性参数评价矩阵

表3 综合传动装置相对优属度矩阵

依据式（6）计算考虑熵权后的指标属性矩阵，得到理想点P*为

由式（7）计算可得被评价对象与P*的贴近度T为

根据算出的T值，按照从小到大的顺序对各参数排序，得到的测试性参数优先选择顺序如表4所示。

表4 测试性参数优先顺序

因此，综合传动装置测试性参数及指标确定时，应根据需要优先考虑测试性参数FIR、FAR、FDR、MFDT、MFIT、MTBFB等。实际上这些参数直接与装备可靠性、维修性指标密切相关[14]，实际应用中也应优先考虑。

4 结束语

本文提出了基于熵权理想点的测试性参数评价方法，并以综合传动装置为例，对其测试性参数进行了评价，优选出了科学、合理、精简的测试性参数集。与通过专家知识计算评价指标权重、依据权重再次通过专家知识计算指标优劣度的方法相比，熵权理想点法在没有专家权重的情况下，依据通过专家知识获得的评价矩阵，直接计算评价指标的权重和相应测试性参数的优劣程度，减少了通过专家经验获取评价指标权重的过程，将三层多目标评价模型简化为了两层目标评价模型，减少了对专家经验的依赖次数。

[1]装备测试性大纲：GJB 2547—1995[S]．北京：国防科学技术委员会，1995.

[2]冯辅周，从华，刘远宏．PHM实施模式及其对装甲装备建设的影响[C]∥装甲兵工程学院第十三届学术年会，2012：107-112

[3]BELLEHSEN D M，KELLY B A，HANANIA A，et al.Automated testability decision tool[R].ADA241865，1991.

[4]KLION J.A Rational and approach for defining and structuring testability requirements[R].ADA162617，1985.

[5]张延生，黄考利，连光耀．基于改进AHP法的导弹装备测试性参数选择方法研究[J]．计算机测量与控制，2011，19（2）：412-414.

[6]王磊，施荣华．企业信息化多层次模糊综合评价方法[J]．系统工程，2012，30（2）：124-126.

[7]张识宇，徐济超，李大建．基于Theil指数的公司风险投资项目灰色评价方法[J]．系统工程理论与实践，2011，31（11）：2502-2509.

[8]钟群芳，郭长欢，黄建.基于多层模糊评估模型的直升机供电系统综合评估方法[J].国外电子测量技术，2015，34（11）：27-31.

[9]徐保荣，李荣利，魏火明，等．综合传动装置故障模式危害性的熵权模糊综合评价[J]．兵工学报，2013，34（11）：1381-1386.

[10]刘春来，郭三学，高义旗．基于模糊层次分析法的非致命防暴弹作战效能评估[J]．火力与指挥控制，2014，39（3）：60-68.

[11]田仲，石君友．系统测试性设计分析与验证[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003：69-70.

[12]王刚．装备测试性参数优化选择技术研究[D]．长沙：国防科学技术大学，2010.

[13]履带式装甲车辆综合传动装置通用规范：GJB 5386—2005[S]．北京：国防科工委军标出版发行部，2005.

[14]陈希祥，邱静，刘冠军．装备系统BIT权衡分析与选择技术研究[J]．仪器仪表学报，2011，32（9）：2079-2086.

（编辑：李刚）

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

刘远宏（1987-），男，江西萍乡市人，讲师，博士，主要从事机电液系统测控技术与故障诊断研究。