基于非对称贴近度的飞机液压系统使用工况模糊综合评判.pdf

第 4期 2 0 1 4年 4月 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 M o dul a r M a c h i ne To o l＆ Au t o m a t i c M a n uf a c t ur i ng Te c hn i q u e No ． 4 Ap r ．2 01 4 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 4 0 4 0 0 8 3 04 D O I 1 0 ． 1 3 4 6 2 ／ j ． c n k i ． m m t a m t ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 2 2 基于非对称贴近度的飞机液压系统使用工况 模糊综合评判 米 梁广辉 一， 薛俊杰 ， 胡良谋 ， 曹克强 1 ． 空军工程大学 航 空航天工程学院，西安 7 1 0 0 3 8 ； 2 ． 空军驻新 乡地 区军事代表 室，河南 新 乡 4 5 3 0 0 3 ； 3 ． 空军工程大学 装备管理与安全工程学院， 西安 7 1 0 0 5 1 摘要 针对飞机液压 系统的实际使 用工况难以评价的难题 ， 提 出一种基 于非对称贴近度 的多级模糊 综合评判方法。首先通过分析飞机液压 系统实际使用工况， 建立 了基 于非对称贴近度的飞机 液压 系 统使用工况模糊综合评判模型 ， 并应用于某型飞机液压 系统实际使 用工况的评价 中。该研究方法不 仅可以解决某一液压 系统在 某一使用工况下的使 用可靠性的评价 问题 ， 而且还可以解决同一液压 系 统在不同使 用工况下的使用可靠性评价问题。 关键 词 飞机液 压 系统 ； 使 用 工况 ； 非对称 贴近度 ； 模 糊综合 评 判 中图分类号 T H1 3 7 ． 8 6 ； T G 6 5 文献标识码 A Fu z z y Co mp r e h e n s i v e Ev a l u a t i on o f Ope r at i o nal Co nd i t i o ns f o r Ai r c r a f t Hy d r a u l i c Sy s t e m Ba s e d o n As y mme t r i c Pr o x i mi t y L I A N G G u a n g h u i 一 ， X U E J u n - j i e ， H U L i a n g m o u ， C A O K e q i a n g 。 1 ． A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， A i r F o r c e E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y ， X i a n 7 1 0 0 3 8 ， C h i - n a ； 2 ． M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i o n O f f i c e o f A i r F o r c e i n X i n x i a n g ， X i n x i a n g H e n a n 7 1 0 0 3 8 ， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e a s s e s s me n t p r o b l e m o f a c t u a l o p e r i o n a l c o n d i tio n s f o r a i r c r a f t h y d r a u l i c s y s t e m ，a me t h o d o f mu l til e v e l f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v a l ua ti o n b a s e d o n a s y mme t r i c d e g r e e i s p r o p o s e d．F i r s t l y，t h e a c t u a l o p e r a ti o n a l c o n d i t i o n s o f a c r a ft h y dra u l i c s ys t e m a r e a n a l yz e d．Th e n the f u z z y c o mp r e h e ns i v e e v a l u a t i o n mo d e l o f o p e r a tio n a l c o n diti o n s f o r a irc r a ft h y d r a u l i c s y s t e m i s e s t a b l i s h e d．Fi n all y，t h e me t h o d i s us e d t o e v a l u a t e the a c t u a l o p e r a ti o n a l c o n d i ti o n s for o n e a i r c r a ft h y dra u l i c s y s t e m ．Th e r e s e a r c h me tho d n o t o n l y c a n s o l v e the o p e r a tio n a l r e l i a b i l i t y e v alu a tio n p r o b l e m o f a c e r t ain air c r a f t h y dr a u l i c s y s t e m u n d e r a c e rta i n o p e r a t i o n al c o n d i ti o n，b u t a l s o c a n s o l v e the o p e r a ti o n a l r e l i a b i l i t y e v a l u a t i o n p r o b l e m o f the a i r c r a f t h y d r a u l i c s y s t e m u n d e r dif f e r e n t o p e r a t i o na l c o n d i t i o n ． Ke y wo r d sa i r c r a ft h y dra u l i c s y s t e m ；o p e r a ti o n a l c o n d i ti o n s；a s y mme t r i c p r o x i mi t y；f u z z y c o mp r e h e n s i v e a s s e s s m ent O 引言 随着飞机的快速发展 、 更新换代 ， 现代战争对飞机 可靠性的要求有了显著提高， 对飞机液压系统可靠性 也提出了更高的要求 J ， 然而飞机液压系统在现场使 用时， 其维修保养不良、 维修人员不熟练等情况时有发 生 ， 严重影响飞机液压系统的正常使用。因此 ， 在评价 液压系统的可靠性时， 就不能简单地将现场数据加以 比较， 必须考虑现场的使用工况 。 飞机液压系统在实际使用过程中进行评价时涉及 的因素往往具有模糊性 ， 应采用模糊综合评判法。模 糊综合评判的广泛应用， 使得原本很多难以评价 的问 题得到了很好的解决 。 一 级模糊综合评判对比较简单的问题可得到比较 合理的评价结果， 由于飞机液压系统可靠性与许多因 素相关， 问题比较复杂， 而且由于考虑的因素多， 各个 因素具有不同的层次 ， 许多因素又具有 比较强烈的模 糊性 ， 因此必须要采用多级模糊综合评判。 在进行模糊综合评判 的综合评估时， 文献 [ 5 ] 和 文献 [ 6 ] 采用的最大隶属度原则容易丢失有效信息从 而可能导致评价结果失真。同时 ， 考虑飞机液压系统 使用工况及人为作用因素的分析鲜有报道 ， 针对这一 问题 ， 本文提出一种基于非对称贴近度的多级模糊综 合评判方法 ， 用于客观评价飞机液压系统的实际使用 收稿 日期 2 0 1 3 0 61 4 修 回日期 2 0 1 30 9 0 6 基金项 目 中国博士后科学基金特别资助项目 2 0 1 0 0 3 7 8 8 作者简介 梁广辉 1 9 7 5 一 ， 男 ， 河南开封人 ， 空军工程大学博士生 ， 研究方向为飞机液压系统可靠性， Em a i l h u l i a n g m1 6 3 ． c o m。 8 4 组合机床与自动化加工技术 第 4期 工况 。 1 飞机液压系统使用工况模糊综合评判模型 1 ． 1 确定因素集 因素集 F即评价项 目或指标 的集合 ， 一般有 F F 1 ， F 2 ， F 3 ， ⋯F ， 其 中 ， F n F 0 ≠ ， F f F F ， F ⋯ i1 ， 2 ， ⋯n ， F为第 1层因素集 ， 为第 2层因素集。 飞机液压系统的可靠性取决于结构工艺和各种使 用因素 以及人为因素的总和。结构工艺方面的因素 反映液压系统结构特点及其制造工艺。使用因素包括 外部作用因素， 以及液压系统施加在其液压系统上的 作用因素。同时 ， 考虑到液压系统使用过程中人的作 用 ， 将维护人员维护程度的不同考虑进去 ， 可以确定各 因素集如表 1 所示。 1 ． 2确定评价集 根据系统可能所处 的状态 ， 用语气算子构造飞机 液压系统使用工况评价集为 { 很好 ， 好 ， 较好 ， 一 般 4， 较差 5， 差 6， 很差 7} ， 即 V { l ， 2 ， ⋯， 7 1 表 1 飞机液压系统使用工况评价指标体系 目标层 影响因素子集 影响因素 振动 F 。 。 冲击 F 。 机械作用 ， 线加速度 F 。 声干扰 ， 环境温度 F 增高的温度 F 增高的大气压 气象作用 海雾 飞 霜、 露和水汽 机 灰尘和沙子 F 液 日光辐射 压 生物因素 F 系 增压及 回流压力 ， ． 统 压力脉动 F 实 液压系统参数作用 F 工作液温度 ， 际 工作液污染度 F 使 工作液 的物化特性 用 固定载荷 。 工 工作载荷 F 4 况 输出回路载荷 F 惯性载荷 摩擦力 知识技能 。 心理素质 F 安全意识与态度 ， 维护人员作用系数集 计划制定 组织实施 F ， 文化教育 F 监督检查 1 ． 3隶属 度矩 阵 依据隶属度函数 ， 计算各影响因素对应的隶属度 ， 从而将各指标对固有风险的可能最终值的支持程度量 化。飞机液压系统的使用工况评价指标的隶属度模糊 评价矩 阵 ⋯ “ ] ’ 一 f tq m 2 ．． J 式中 t 为指标 i 的 级隶属度值。 1 ． 4 构造评价指标权重值 采用表 2所示的 1 - 9标度法进行专家投票确定评 价指标权重集 。 表 2 1 - 9标度法评价标准 标度 相对 比较 l 两因素 同样重要 2 重要程度介于 1 ， 3之间 3 甲因素 比乙因素稍微重要 4 重要程度介于 3 ， 5之间 5 甲因素 比乙因素明显重要 6 重要程度介于 5 ， 7之间 7 甲因素 比乙因素非常明显重要 8 重要程度介于 7， 9之间 9 甲因素 比乙因素绝对重要 假设有 t 位调查对象 ， 其 中第 k位 k1 ， 2 ， ⋯， t 调查对象对 n个 因素依 次两两 比较 只需要 进行 2 次 ， 即得到单位判断矩阵 M忙’M h ⋯ 3 其中 肘 。 根据 t 位调查对象的具体情况分别给以权数 ， 则可将它们各 自的单位判断矩阵结为综合判断矩阵 M M 4 其中 M ∑ ／k 5 ∑ k 将 M 的元素按列作归一化处理， 得到矩阵 ⋯ 轰⋯ ㈤ 将矩阵 Q的元素按行相加， 得到向量 口 。 ∑q q 7 1 对向量 a作归一化处理 ， 即得到特征向量 【 J ’ 1 ． 5运用模糊非对称贴近度进行综合评价 1 确定评价集 为了有效地进行模糊综合度量， 防止有效信息丢 失， 可采用加权平均算子取代传统的取大取小算子_ 9 ] 。 设模糊综合评价集为 ， 即应有 BW 。T b j ， 1 ， 2 ， ⋯ ， c 9 式中 ∑W i u ，_『 1 ， 2 ， ⋯， c ， 按照模糊运算规则 可得到 曰中的每个元素。 2 0 1 4年 4月 梁广辉 ， 等 基于非对称贴近度 的飞机液压系统使用工况模糊综合评判 8 5 2 非 对称贴近度 的定 义 贴近度是对 2个模糊子集接近程度的一种度量， 分为对称贴近度和非对称贴近度 。 。 。文献 [ 1 1 ] 已经 证明非对称贴近度进行等级评判是有效的。 非对称贴近度 l 。 。 的定义为 1 r t ． NA ，曰 1 一 ， ∑ 1 一 咕 ‰ l 1 0 若 b m a x b i ， 则称 D i 0 ， ⋯ ， 0 ， 1 ， 0 ， ⋯， 0 d l ， ⋯ ， d 一 1 ， 1 ， d l ， ⋯ ，d ， 即 1是第 个分量 是 的特征模糊子集。 3 基于非对称贴近度的模糊综合评判算法 基于非对称贴近度的模糊综合评判如图 1 所示。 基于非对称贴近度的等级评价步骤为 步骤 1 对 标准化 首先把 b ； i ∈i { 1 ， 2 ， ⋯， c } 排在第 c 位 最 后一位 ， 对任何 i ， i ∈i ， 若 l i l I J i 2一i I， 则 把 b 。 放在 b 2 的前面； 若 J 一i l I i 2一i l， 且 i l i ， 则把 b 放在 b 的前面， 标准化后的 曰记作 B‘ ‘ ’ b ； ， b ， ⋯， b b f 2 ， b 一2 ，b l ， b 一l ，b 1 1 相应地 对 D 标准化， 得 D d i ， d ； ⋯ ． ， d ． ． ， d 。 步骤 2 计算非对称贴近度 N n， D N n‘ “， D。 ， i∈i 1 2 1 c N B “ ， D 卜∑I 6 一 lr 1 3 步骤 3 若 N B， D m ．a x N B， D ， 则决策结 果 属于 。 图 1基 于非 对 称贴 近 度 的模 糊 综合 评 判流 程 图 2 实例分析 以某年度某型号飞机液压系统为例， 通过邀请飞 行员代表 、 部队机务维修代表及该领域有关专家 2 0人 组成评审团， 以问卷调查 的形式对系统各因素进行单 因素评价 ， 各因素在相应等级下的专家投票数见表 3 。 1 根据表 3数据 ， 首先构造各 因素子集 的模糊 评判矩阵 0 0 0 ． 1 0． 3 5 O ． 3 5 0． 1 5 0 ． 0 5 0 ． 0 5 O． 1 5 0 ． 7 0． 1 0 0 0 0 0 0 0． 2 0 ． 8 0 0 0 ． 9 0． 1 0 O O 0 O 0． 4 O． 5 0． 0 5 0． 05 0 0 O 0 0 0 O ． 1 5 0 ． 4 5 0． 2 5 0 ． 1 5 9 ． 5 0 ． 5 0 0 0 0 0 0 ． 8 0 ． 1 5 0 ． O 5 0 0 0 0 r 0 ． 1 5 0 ． 6 0 ． 1 0． 1 0 ． 0 5 0 0 1 I I 1 0 ．0 5 0 ． 1 5 0 ． 6 0 ． 2 0 0 0 I I I 0 0 ． 1 0 ． 1 0． 7 0 ． 1 0 0 l I 1 0 ．1 5 0． 1 5 0 ． 5 0． 2 0 0 0 I I l L O ． O 5 0． 0 5 0 ． 7 5 0． 1 5 0 0 0 J ， 0 ． 2 0． 3 0 ． 4 0． 1 0 0 0， 1 0 ． 2 0 ． 3 0 ． 4 0． 1 0 0 0 l l I 一 1 0 ． 0 5 0 ． 8 5 0 ． 0 5 0 ． 0 5 0 0 0 f I I 【 0 ． 1 5 0 ． 8 0 ． 0 5 0 0 0 0 J 0 ． 3 0 ． 5 0 ． 2 0 0 0 0 0 ． 2 0 ． 4 0 ． 3 0． 1 0 0 0 0 ． 5 0 ． 4 0 ． 1 0 0 0 0 O ． 5 0 ． 3 O ． 1 5 0． 0 5 0 0 0 O ． 5 0． 4 5 0 ． O 5 O 0 O O 0 ． 6 5 0． 3 5 0 0 0 0 0 O ． 7 0 ． O 5 O ． 2 5 0 0 0 O 表 3 飞机液压 系统单因素评价的调查结果统计表 、、 ＼ 评价值 很 好 较 较 很 因素指标 、、＼ 好 好 般 差 差 差 振动 1 3 1 0 5 1 O O 冲击 0 3 1 3 3 1 O O 线加速度 2 1 3 2 0 3 0 0 声干扰 O 6 9 3 O l 1 环境温度 O 0 2 7 7 3 1 增高的温度 1 3 1 4 2 O O O 增高的大气压 0 0 0 4 1 6 O 0 海雾 l 8 2 0 O 0 O O 霜、 露和水汽 8 1 O 1 1 0 0 O 灰尘和沙子 O 0 0 3 9 5 3 日光辐射 1 9 l O 0 O O O 生物 因素 1 6 3 1 O 0 O 0 增压及 回流压力 3 1 2 2 2 l O O 压力脉动 1 3 1 2 4 O O O 作液温度 0 2 2 1 ,4 2 0 0 工作液污染度 3 3 1 0 4 O O O 工作液的物化特性 l 1 1 5 3 O O 0 固定载荷 4 6 8 2 O O O 工位载荷 4 6 8 2 0 0 O 惯性载荷 l 1 7 l 1 O 0 O 摩擦力 3 1 6 l 0 O O 0 知识技能 6 1 0 4 O O O O 心理素质 4 8 6 2 O 0 0 、 l ● ● ● l、 ， ● ● l J ‘， O 0 0 O 5 O 0 O 0 O 5 5 5 0 O 1 O O O O 5 5 5 2 1 O 1 O O O 5 ● O m O 巧 0 O 兮 0 0 0 O ， - _ _ l l J ‘ l ● I l 【 8 6 组合机床与 自动化加工技术 第 4期 续表 安全意识与态度 1 0 8 2 O O 0 O 计划制定 1 0 6 3 1 0 0 O 组织实施 1 0 9 1 0 0 0 O 文化教育 l 3 7 O 0 O 0 0 监督检查 1 4 1 5 O 0 O 0 2 为分析因素集所述各因素对飞机液压系统可 靠性的影响， 邀请三位专家教授 ， 以问卷调查的形式对 各因素之间的权重进行分析， 各指标重要模糊重要性 指标比例如表 2所示 1 - 9标度法 ， 即可得到各因素集 之间的重要性 E 匕 例的指标权重。 由于各专家均为专业人士， 认为其水平基本一致 ， 即各调查对象均具有相同的权数 。 将评价的原始数据进行均值计算即可得到集化后 的判断矩阵。以因素集判断矩阵为例 ， 可以得到因素 集评价矩阵为 U 1 1 1 7． 2 4． 9 3 ． 3 1 l 1 8 ．9 7． 8 5 ． 2 l 3． 2 4．1 运用 1 ． 4节 构造权重集 所述方法 ， 对因素集评 价矩阵进行分析处理 ， 可得归一化的因素集权重向量。 经过计算可得到因素集权重集为 W[ 0 ． 0 8 2 2 0 ． 0 3 1 8 0 ． 4 9 4 5 0 ． 2 4 3 1 0 ． 1 4 8 4 ] 机械作用因素权重集为 wl [ 0 ． 3 0 4 9 0 ． 5 3 8 0 0 ． 1 1 5 7 0 ． 041 5 ] 3 由式 9 可知机械作用 因素集模糊综合评判 矩阵为 B． 0 ． 1 6 3 1 0 ． 0 5 9 5 0． 0 0 2 1 0 ． 0 0 2 1 】 同理可求得 曰 ， 曰， ， 曰 ， 曰 。 4 一级模糊综合评判矩阵A为 A[ B 曰 ； 曰 曰 曰 ] 5 模糊综合评判矩阵 B为 B W 。 A 即 B [ 0 ． 1 8 1 0 0 ． 2 9 2 8 0 ． 3 4 0 2 0 ． 1 6 2 1 0 ． 0 2 7 0 0 ． 0 0 1 7 0 ． 0 0 1 0 ] 6 模糊综合评判评价结果的确定 根据最大隶属度原则 ， 应该选定模糊综合评判矩 阵中数值最大的值所对应的评价等级为评判结果， 即 应选定最大值 0 ． 3 4 0 2所对应的评价“ 较好 ” 。 但是， 观察评价矩 阵 曰可 以发 现， 评 价集 中“ 好 ” 所对应 的数值 0 ． 2 9 2 8也较大 ， 且其邻值 0 ． 1 8 1 0 很好 。 大于最大值0 ． 3 4 0 2 较好 的邻值 0 ． 1 6 2 1 一般 ， 即评价集中“ 好 ” 也应该具有较大的遴 选可能， 为进一步确定评价结果， 应该对本次评价结果 进行基于非对称贴近度的遴选方法再次验证。 对 曰． 标准化有 [ 0 ． 0 0 1 0 0 ． 0 0 1 7 0 ． 0 2 7 0 0 ． 1 6 2 1 0 ． 3 4 0 2 0 ． 2 9 2 8 0 ． 1 8 1 0 ] 根据式 1 2 、 式 1 3 ， 可知非对称贴近度为 Ⅳ 曰， D1 N B” ’ ， D 0 ． 9 6 4 7 同理 可知 Ⅳ B， D2 0 ． 9 8 7 4 Ⅳ 曰， D3 0 ． 9 9 2 2 Ⅳ B， D 0 ． 9 5 8 6 Ⅳ B， D5 0 ． 8 8 2 1 N B， D6 0 ． 8 5 8 8 N B， D7 0 ． 8 5 8 1 显 然 ma x N B， D． N B， D 0 ． 9 9 2 2 根据计算的贴近度值可以判断出该液压系统使用 工况水平为“ 较好” ， 即与最大隶属度原则所判定的使 用工况水平相同。 4结 论 本文根据飞机液压系统在实际使用工况条件下所 处的环境 ， 提出了一种基于非对称贴近度的多级模糊 综合评判方法 ， 并应用于实际使用工况的评价中。 飞机液压系统可靠性涉及 的评价指标较多 ， 且各 指标不同程度地含有模糊信息， 因而采用本文提出的 方法进行定量评价， 能够较好地解决了同类飞机液压 系统不同工作环境、 使用工况等条件下的可靠性评价 问题， 因而具有重要的参考价值。 [ 参考文献] [ 1 ]沈燕良， 曹克强， 王建平．飞机系统原理[ M] ．北京 国防 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ]赵静一， 姚成玉。 液压系统可靠性工程[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ]陆廷孝， 郑鹏洲． 可靠性设计与分析[ M] ． 北京 北京国防 工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 4 ]宋保维， 徐德民． 武器产品质量评价的模糊方法 [ J ] ．机 械科学与技术， 1 9 9 6 ， 1 5 4 4 8 1 4 8 5 ． [ 5 ]陈雷， 王延章．基于熵权系数与 T O P S I S集成评价决策方 法的研究[ J ] ．控制与决策 ， 2 0 0 3 ，1 8 4 4 5 64 5 9 ． [ 6 ]姚锡凡， 张毅 ， 董绍强， 等．不确定信息的度量及其在制 造中的应用示例[ J ] ．计算机集成制造系统 ， 2 0 0 4，1 0 1 1 1 4 6 61 4 7 0 ． [ 7 ]T ．M．史巴塔 ， 等． 吴金玉， 王德英 ， 陈子玉 ， 译． 飞行器 液压系统可靠性 [ M] ． 北京 航空工业出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 8 ]刘勇， 祝艳波 ， 余宏明， 等． 多层次模糊综合决策优选软基 处理方案[ J ] ． 地质科技情报 2 0 1 1 ， 3 0 3 1 2 31 2 6 ． [ 9 ]李冬娜． 系统模糊可靠性研究[ D] ． 兰州 兰州理工大学 ， 2 0 0 8 ． [ 1 0 ] 李本海． 贴近度分析法在等级划分中的应用[ J ] ．系统工 程理论与实践， 1 9 9 0 ， 1 0 3 4 3 4 8 ． [ 1 1 ] 张晓平． 基于贴近度的模糊综合评判结果的集化[ J ] ． 山 东大学学报 理学版 ， 2 0 0 4， 3 9 2 2 5 2 9 ． 编辑赵蓉 5 9 ● 1 ． 5 8 5 2 l I一 一 5 7 。 一 。 一 。 一 8 2 7 5 9 3 4 3