基于熵權理想點法的綜合傳動裝置測試性參數評價

劉遠宏

（武警工程大學裝備工程學院，陜西 西安 710086）

基于熵權理想點法的綜合傳動裝置測試性參數評價

劉遠宏

（武警工程大學裝備工程學院，陜西 西安 710086）

針對綜合傳動裝置測試性參數選擇時存在的參數種類多、參數選擇缺乏理論指導等問題，提出基于熵權理想點法的綜合傳動裝置測試性參數評價方法。其基本思想是依據綜合傳動裝置可靠性、維修性和可用性有關的使用要求選出待評價的測試性參數，并將使用要求作為測試性參數評價指標，構建指標優屬度矩陣，計算評價指標熵權，在此基礎上計算加熵權后的指標優屬度矩陣的理想點，分析被評價參數與理想點間的貼近度，依據貼近度的值進行排序，獲得各參數的優劣順序。實例分析結果表明：該方法通過指標優屬度矩陣獲得測試性參數的優劣順序，為綜合傳動裝置測試性參數選擇和指標制定提供依據。

測試性；熵權；理想點；評價指標

0 引 言

測試性定義為系統和設備能及時、準確地確定其工作狀態（可工作、不可工作或性能下降），并隔離其內部故障的一種設計特性[1]。測試性對裝備的維修性、可靠性、安全性、綜合保障以及全壽命周期費用都有直接或間接的影響，因而，在全面權衡分析各種因素的基礎上，選擇合適參數確定測試性要求，指導設計工作，將這些要求及特性設計到產品中，才有可能使裝備具有更好的使用可用度和戰備完好性[2]。國內裝甲車輛傳動技術經歷了半個世紀的發展，已經由引進、仿制進入到自主研發階段，傳動裝置由單流傳動、分列式定軸變速、同步器換擋、二級行星轉向、帶式制動為技術特征的定軸式機械傳動裝置，發展為雙流傳動、液力變矩、行星變速、離合器動力換擋、電液自動操縱、靜液無級轉向、聯合制動等技術特征的液力機械綜合傳動裝置，形成了系列產品。目前，我國初步解決了綜合傳動裝置型號“有無”的問題，其傳動性能基本滿足了作戰使用要求，但在測試性工程領域，尚未開展深入研究。當前綜合傳動裝置測試性需求分析理論指導薄弱，訂購方也未在研制總要求中提出有關的測試性參數及其量化指標要求。經不完全統計測試性參數總數超過100個，完全采用也不太現實[3-4]，因此，必須先對測試性參數進行評價，為綜合傳動裝置測試性參數選擇提供依據。

當前裝備測試性參數評價主要是以其具體使用要求作為評價指標，因此首先需要確定各評價指標的權重。目前常用的評價方法主要包括：層次分析法及其改進方法、多層次灰色評價法、模糊綜合評價法、熵權法、理想點法等[5-10]。層次分析及其改進方法首先構建指標層判斷矩陣以確定指標權重，然后再構建方案層對于指標層的判斷矩陣，以確定各方案對于各指標的權重，假設評價指標為n個，方案數為m個，則需要構建的方案層對于指標層的判斷矩陣數目為n個m×n的矩陣，顯然當n和m較大時，該方法太過繁瑣?；疑P聯分析法、模糊綜合評價法等在進行評價時，首先需要依據專家經驗主觀確定各指標權重，這種通過不同專家獲取的權重往往彼此差異較大，影響了評價結果。本文提出一種基于熵權理想點的測試性參數評價方法。熵權理想點法是一種在沒有依據專家經驗確定評價指標權重的情況下，根據被評價對象的評價指標構成的特征值矩陣來確定被評價對象優劣順序的方法。

1 綜合傳動裝置測試性參數評價指標

對于給定的系統或設備，一般都有比較明確的可靠性、維修性和可用度目標要求，列出與測試性有關的要求，如連續工作、準確報告狀態、停機時間最短、有限的備件、最低的保障費用、特定技術等級要求、系統位置、BIT對可靠性影響、聯機測試頻率計周期、安全性、BIT可操作性、對維修性的影響等[11]。通過對每項要求進行分析，可列出與該要求關系密切的測試性參數，如表1所示[12]。常用的測試性參數主要有故障檢測率（FDR）、故障隔離率（FIR）、虛警率（FAR）、平均故障檢測時間（MFDT）、平均故障隔離時間（MFIT）、BIT的平均故障間隔時間（MTTRB）、BIT的平均故障隔離時間（MTBFB）、BIT/ETE的平均有效運行時間（MBRT）、臺檢可工作率（BCS）、不能復現率（CNDR）、重測合格率（RTOKR）、多故障隔離率（FFI）、測試獨立性（TU）、測試冗余性（TR）等。對于某個具體系統或設備不可能同時考慮上述12種要求，在對其進行測試性分析時，應根據其要求確定評價指標體系。如某些裝備要求由故障引起的停機時間盡可能短，與該要求相關的測試性參數主要有FIR、MFIT、MBRT和MTTRB等。如要求盡量少的維修和保障費用，該要求有關的參數主要有FIR、FAR、FDR等。GJB 5386——2005《履帶式裝甲車輛綜合傳動裝置通用規范》對綜合傳動裝置的可靠性、維修性等要求為[13]：

1）在任一擋位0%～100%的負荷下，綜合傳動裝置能穩定工作，沒有異常噪聲。

2）綜合傳動裝置臺架考核壽命為300～400h，或裝車后行駛壽命為10000km。

3）平均無故障間隔里程不小于1500km。

4）綜合傳動裝置裝車后開箱檢查更換易損件的行駛里程一般不小于6000km。

5）需要檢查、維護、分解和修理的零部件，應具有良好的可達性。

表1 使用要求與測試性參數間的關系

6）檢查和測試點等應布置在便于接近的位置上。

因此依據以上可靠性和維修性要求，對綜合傳動裝置測試性參數評價指標進行初選時，主要考慮以下10 個指標：1）連續工作；2）準確報告狀態；3）停機時間最短；4）最低保障費用；5）有限的備件；6）BIT 對可靠性的影響；7）安全性；8）BIT 可操作性；9）系統和設備的位置；10）對維修性的影響。

2 熵權理想點法評價模型

設對有n個待評價的測試性參數，每個參數用m個評價指標來描述，則有n個測試性參數的指標特征值矩陣為 X=（xij）m×n（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），對特征值矩陣進行歸一化即可獲得相對優屬度矩陣R=（rij）m×n。 對于 xij越大參數越優的評價指標而言，相對優屬度的計算方法為

對于xij越小參數越優的指標而言，相對優屬度的計算方法為

其中 max（xij）和 min（xij）分別為同一指標下不同參數的指標值xij中最大值和最小值。按照傳統熵的概念可以定義指標的熵值為

當rij=0時，則lnfij沒有意義，為了使lnfij有意義，不悖于熵的含義，對fij修正為

因此第i個評價指標的熵權XSi定義為

考慮熵權后的指標屬性矩陣P為

理想點 P*=（P1*，P2*，…，Pm*），其中 Pm*為每行的最大值，即最優值。被評價參數與理想點P*的貼近度為

其中 Tj∈[0，1]，貼近度值 Tj越小，說明被評參數越優，根據算出的Tj值，按照從小到大的順序對各參數進行評價，就能得到各參數的優劣順序。

3 實例分析

由上述分析可知，綜合傳動裝置評價矩陣就是由10個評價指標和14個待評價參數組成的10×14的矩陣。采用模糊數1～9標志評價矩陣X中的元素值。xij按照評價指標與被評價參數的相關程度取值，xij越大，表示綜合傳動裝置使用要求與測試性參數越相關，若評價指標與被評價參數不相關，則xij計為0，以此標準構建的測試性參數評價矩陣如表2所示。當xij越大，即使用要求越高，被評價參數相應要求也越高，因此選擇效益型歸一化方式對評價表進行歸一化，得到相對優屬度矩陣如表3所示。計算相對優屬度的過程，實際上是依據各模糊值計算相對優屬度函數，當某參數與其他指標不相關時，相應的相對優屬度為確定值0，即不相關。

首先依據式（3）和式（4）計算指標修正后的熵值H為

然后根據式（5）評價指標的熵權XS為

表2 綜合傳動裝置測試性參數評價矩陣

表3 綜合傳動裝置相對優屬度矩陣

依據式（6）計算考慮熵權后的指標屬性矩陣，得到理想點P*為

由式（7）計算可得被評價對象與P*的貼近度T為

根據算出的T值，按照從小到大的順序對各參數排序，得到的測試性參數優先選擇順序如表4所示。

表4 測試性參數優先順序

因此，綜合傳動裝置測試性參數及指標確定時，應根據需要優先考慮測試性參數FIR、FAR、FDR、MFDT、MFIT、MTBFB等。實際上這些參數直接與裝備可靠性、維修性指標密切相關[14]，實際應用中也應優先考慮。

4 結束語

本文提出了基于熵權理想點的測試性參數評價方法，并以綜合傳動裝置為例，對其測試性參數進行了評價，優選出了科學、合理、精簡的測試性參數集。與通過專家知識計算評價指標權重、依據權重再次通過專家知識計算指標優劣度的方法相比，熵權理想點法在沒有專家權重的情況下，依據通過專家知識獲得的評價矩陣，直接計算評價指標的權重和相應測試性參數的優劣程度，減少了通過專家經驗獲取評價指標權重的過程，將三層多目標評價模型簡化為了兩層目標評價模型，減少了對專家經驗的依賴次數。

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（編輯：李剛）

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

劉遠宏（1987-），男，江西萍鄉市人，講師，博士，主要從事機電液系統測控技術與故障診斷研究。