模糊层次分析法在装甲车辆乘员作业工效评价中的应用

2018-07-31姬丽静考希宾陈亚妮罗思源王延琦杨巧丽闫金海

兵器装备工程学报 2018年7期

姬丽静，万红，考希宾，陈亚妮，罗思源，王延琦，杨巧丽，闫金海，孔巍

(兵器工业卫生研究所中国兵器工业集团人机环境重点实验室，西安 710065)

装甲车辆舱室不同于一般密闭舱室或工作场所环境，由于舱室密闭性差、作战环境恶劣、加之连续作战特性使舱室存在有害气体、高温、振动、噪声、高湿等有害因素，这些因素皆影响着乘员的作业工效，目前对这些因素的评价方式主要有两种：(1)结合国家军用标准或国家标准等对单因素进行评价[1-3]，如总装备部发布的GJB5834—2006《装甲车辆舱室内有害气体浓度限值》，规定了不引起乘载员有害健康影响或工效降低的有害气体容许溶度；国防科学技术工业委员会发布的GJB2935—1997《特种车辆车内噪声允许限值》规定在混凝土路面直线跑道上以2/3最大速度闭窗匀速行驶时，车内乘员位置的噪声不应超过113 dB等。(2)针对影响舱室环境的因素进行多因素综合评价。如王和平等[4]通过分析研究乘载员战斗力的微环境因素，结合振动、噪声、温湿度、有害气体因素建立了基于指标的特种车内环境模糊综合评价模型，万红等[5]基于对振动、噪声、高温、有害气体的主观感受调查问卷与模糊评价方法,构建了舱室环境对乘员作业安全影响的综合模型。

本文提出模糊层次评价法在装甲车辆舱室环境评价中的应用,以相关标准为依据，将影响环境的温度、湿度、振动、噪声、有害气体因素进行量化并分级，更有效地为评价提供科学依据。

1 模糊层次分析法

模糊层次分析法是基于层次分析法扩展延伸的一种方法，应用层次分析法确定评价体系中各指标的权重，模糊评价法对各指标进行评价[6-8]。其中层次分析法是一种解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法；模糊评价法是用模糊数学理论，将评价中的模糊信息数值化，再进行定量评价的方法。

本文将两种方法相结合，构建模糊层次分析模型用于装甲车辆舱室环境的综合评价，使用该方法进行评价的具体思路如下：

① 确定综合评价目标的层次结构。

② 建立模糊集合。包括因素集和评价集。

③ 利用层次分析法计算各目标权重并进行一致性检验。即通过两两比较判断的方式确定每个层次中目标的相对重要性，并用定量的方法表示。

④ 确定各因素评判标准。

⑤ 建立各因素隶属函数与隶属度矩阵。

⑥ 模糊综合评价，对工效等级进行评定。

2 装甲车辆乘员作业工效评价

根据以上所述，影响装甲车辆乘员作业工效评价的因素主要有温度、湿度、振动、噪声、有害气体因素，以此构建指标体系的层次结构，如图1所示。

2.1 建立模糊集合

1) 建立因素集。根据2.1章节装甲车辆乘员工效评价指标层次结构，构建影响乘员作业工效的因素集，U={u1,u2,u3,u4,u5}={温度、湿度、振动、噪声、有害气体}。

2) 建立评价集。根据装甲车辆舱室环境因素评价标准建立装甲车辆乘员作业工效评价集，V={v1,v2,v3,v4}={很小，小，大，很大}。

图1 装甲车辆乘员工效评价指标层次结构

2.2 确定各评价指标的权重

装甲车辆舱室环境的每个因素对乘员作业工效影响的程度并不相同，因此在评价时，首先应计算各指标的权重。本文应用层次分析法，首先采用两两比较方法，即引入函数f(x,y)，通过专家询问确定x与y因素哪个更为重要，采用Saaty提出的1～9标度方法构造判断矩阵A,根据判断矩阵A求最大特征值对应的特征向量[9]，同时为避免专家出现逻辑性错误，对所求最大特征值进行一致性检验[10]。

根据层次分析法编制《装甲车辆乘员作业工效影响因素专家调查意见表》，邀请了8所单位的15名专家参评者(分别从事装甲车辆总体设计、人-机-环境系统设计、测试评价的专家参评者)，对温度、湿度、振动、噪声、有害气体通过两两重要性对比进行打分，以下为专家一得到的判断矩阵：

采用“和积法”进行计算，求得各矩阵的特征向量、特征值和检验值分别为：

W1=(0.391 0.279 0.192 0.092 0.046)，

λ=5.14,CR=0.031

由此判断矩阵具有良好的一致性，同理可得其他14名专家指标权值的咨询结果，如表1所示，在这一过程中，如果没有满足一致性检验，则由该专家重新评价。

通过层次分析法确定指标权重为：

A={温度，湿度，振动，噪声，有害气体}=

[ 0.186 0.086 0.193 0.201 0.335]

2.3 确定各因素评判标准

结合2.1节构建的评价集，依据装甲车辆作业环境测试评价相关国家军标确定因素集的等级标准值，将影响因素分为越低越优型指标和越高越优型指标，需要特别说明的是由于装甲车辆行驶或武器射击状态时一氧化碳皆是装甲车辆舱室内最主要的有害因素，因此本文中以一氧化碳为代表确定有害气体等级标准值。

1) 温度。选择GJB3991中维持舒适、工效保证、工效降格、安全耐受4个等级对应的温度限值作为温度各等级的标准值。

2) 湿度。在查阅相关国家标准及国家军用标准、研究报告、技术资料的基础上，参考相关研究结果，确定了相对湿度对乘员作业工效等级的标准值。

表1 15名专家指标权值咨询结果

3) 振动。根据GJB 59.15中规定的8 h、4 h、2 h、1 h允许暴露时间对应的加速度加权均方根值作为振动各等级标准值。

4) 噪声。在选择GJB50A规定的噪声暴露8 h、4 h、2 h、1 h四个容许限值基础上，按照GJB2935规定的乘员工作帽的平均衰减不用低于20 dB的要求，将四个容许限值均增加20 dB作为噪声各等级标准值。

5) 一氧化碳。将GJB5834规定的舱室内一氧化碳(CO)的8h加权平均容许浓度限值20 mg/m3作为等级“很小”的标准值，并按相关公式计算得到4h、2h、1h接触持续时间舱室内空气中CO浓度限值分别作为一氧化碳(CO)“小”、“大”、“很大”3个等级的标准值。

各影响因素的等级标准值如表2所示。

2.4 构建各因素隶属函数与隶属度矩阵

根据各影响因素类型以及对应的特征曲线，利用三角函数法得出各影响因素评价的隶属度函数，分别构建“越高越优”、“越低越优”两种类型隶属函数，其中D1、D2、D3、D4分别对应评判标准的四个分界值，对于越高越优型指标，采用升半梯形分布函数和线性三角形函数，D4

图2 越高越优型指标特征曲线

图3 越低越优型指标特征曲线

影响因素影响程度很小小大很大备注温度/℃高温29343844越低越优低温100-5-22越高越优相对湿度/%高气湿60708090越低越优低气湿2015105越高越优振动/(m·s-2)0.3150.530.8251.18越低越优噪声/dB(A)105108111114越低越优一氧化碳/(mg·m-3)204666108越低越优

1) “越高越优”型隶属函数