基于模糊決策法的某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求評估

張宏斌，鞠艷秋，曹學峰，劉永新

(陸軍航空兵學院 航電和兵器工程系，北京 101123)

基于模糊決策法的某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求評估

張宏斌，鞠艷秋，曹學峰，劉永新

(陸軍航空兵學院 航電和兵器工程系，北京 101123)

針對某型直升機航電系統(tǒng)外場維護過程中急需原位檢測設(shè)備，但具體需求又不明確這一問題，采用模糊決策法對航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求進行評估。在對航電系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，初步確定了航電系統(tǒng)的6個子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求評估，作為研究對象。通過專家評價給出系統(tǒng)自身原位檢測設(shè)備需求影響因素，如復雜度、重要度等，同時結(jié)合外場故障數(shù)據(jù)的收集和分析，給出與維護工作直接相關(guān)的故障頻率、故障嚴重度等影響因素的評分。在考慮各影響因素評價權(quán)重后得出各個子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求決策系數(shù)，對某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備的研制具有一定的參考價值。

模糊決策法；直升機；航電系統(tǒng)；原位檢測設(shè)備；需求評估

航電系統(tǒng)作為新型直升機的重要機載系統(tǒng)，已經(jīng)成為某型直升機的三大支柱之一，包含了儀電、通信、傳感器網(wǎng)絡(luò)等多個子系統(tǒng)，具有綜合化、智能化、模塊化等優(yōu)點[1]。伴隨著計算機、大規(guī)模集成電路、電子設(shè)備等在系統(tǒng)中的使用增多，以及各系統(tǒng)、部件的交聯(lián)程度越來越高，“維護簡單，排故復雜”這一問題在日常機務(wù)維護工作中日益凸顯。而原位檢測設(shè)備則能快速、方便、有效地檢測系統(tǒng)的性能，可在一定程度上提高航電系統(tǒng)的故障排除效率，提升部隊維護水平[2]。

隨著某型直升機陸續(xù)在各陸航旅團的列裝和不斷使用，部隊維護維修工程經(jīng)驗的不斷積累，對航電各系統(tǒng)的可測試性結(jié)構(gòu)、檢測方式及檢測能力已經(jīng)有了較為清晰的認識，對已配置的檢測設(shè)備的功能有了明確的認識，對航電各系統(tǒng)需配套的維護保障設(shè)備也有更多的更明確的功能需求。但是，對于如何利用系統(tǒng)的測試性能力開展維護工作，如何在原系統(tǒng)可測試性結(jié)構(gòu)上開發(fā)檢測設(shè)備，各系統(tǒng)是否需要原位檢測設(shè)備，各系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求程度如何等問題，均沒有開展有針對性的研究，沒有形成清晰認識。

本文從某型直升機航電專業(yè)維修保障現(xiàn)狀出發(fā)，著眼部隊航電專業(yè)外場排故工作的需求，結(jié)合現(xiàn)有維護保障手段和設(shè)備現(xiàn)狀，對某型直升機航電專業(yè)各系統(tǒng)檢測設(shè)備的需求進行分析，采用模糊決策法給出航電系統(tǒng)各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求評估結(jié)果，以期為某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備的研制提供一定的指導。

1 模糊決策法

決策[3]是為了達到某種目標，根據(jù)客觀條件及各種因素，采用一定的理論、技術(shù)和方法，對影響目標的各種因素做出分析、計算和判斷，從而得出最后的決定。在實際應(yīng)用過程中，我們所面臨的目標或影響因素都是在不確定的條件下的，他們都具有模糊性。因此，模糊決策[4]是為了解決這一問題而產(chǎn)生的一個新理論。

本文應(yīng)用排序型DFE決策方法，對某型直升機航電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求問題進行決策。設(shè)={α}為一個單點集，如α=“優(yōu)策略”。若求出G-包絡(luò)A[G]，則A[G]：U→[0，1]便把U中諸策略在[0，1]中做全序排列，并得到排列系數(shù)。本文稱其為排列權(quán)重，也就是進行需求決策的依據(jù)。對于該方法中的各個定義以及算法參見參考文獻[5]。

對于本文中的DEF決策采用以下步驟：

1)設(shè)定策略集U={u1，u2，…，um}，本文則以航電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)構(gòu)成策略集。

3)選定與U有關(guān)的原子因素族π={f1,f2,…,fn}，并確定它們的狀態(tài)空間X(fj),j=1,2,…,n。本文以影響各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求的因素構(gòu)成原子因素族，并且通過專家打分的方法確定其狀態(tài)空間。

4)令F=ξ(π)，其中：V∪，Λ∩,c|,0?,1π,則(F,V,Λ,c,0,1)做成一個完全的布爾代數(shù)，從而(U,,F)構(gòu)成一個描述空間。

5)采用一定的方法做出α在諸表現(xiàn)論域X(fj)，j=1，2，…，n中的表現(xiàn)外延B(fj)，j=1，2，…，n。

6)取適當?shù)膎維t-模Tn∈τ(n)，由Tn和諸B(fj)來構(gòu)筑全因素表現(xiàn)論域X(1)中的表現(xiàn)外延B(1)：

B(1)(x1，x2，…，xn)Tn(B(f1)(x1)，…B(fn)(xn))

7)對每個原子因素fj，j=1，2，…n，確定關(guān)于諸策略的狀態(tài)：

fj(ui)，i=1，2，…，m，j=1，2，…n

給出各因素評價比重wi，i=1，2，…m，于是便得到全因素1關(guān)于諸策略的狀態(tài)：

1(ui)=(f1(ui)，f2(ui)，…fn(ui))。wi，i=1，2，…m，1是一個向量值映射。

8)確定概念α的反饋外延1-1(B(1))，將α的外延近似地取為1-1(B(1))，于是對于任何ui∈U，便有：

A(ui)≈(1-1(B(1)))(ui)=B(1)(1(ui))=B(1)(f1(ui)，f2(ui)，…fn(ui))=Tn(B(f1)(f1(ui))，

B(f2)(f2(ui))，…，B(fn)(fn(ui)))

通過以上步驟可以得出各個策略的排序權(quán)重αi，即航電系統(tǒng)各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求決策系數(shù)。

2 某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求決策

2.1 某型直升機航電系統(tǒng)分析

某型直升機航電系統(tǒng)主要依靠ARINC429總線和RS422總線實現(xiàn)通信、導航、飛控、電子自衛(wèi)等綜合任務(wù)的顯示和控制，完成系統(tǒng)間信息共享、任務(wù)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。初步形成了以綜合顯示控制系統(tǒng)為管理中樞的綜合航電系統(tǒng)。

本文開展原位檢測設(shè)備需求論證的某型直升機航電系統(tǒng)主要包括控制增穩(wěn)系統(tǒng)、綜合顯示控制系統(tǒng)、組合導航系統(tǒng)、飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)、發(fā)參采集顯示器、電源系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、防滅火系統(tǒng)、電子調(diào)節(jié)器、三軸大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、綜合通信系統(tǒng)(通信控制管理設(shè)備，通信控制管理設(shè)備主機，通信控制顯示器，無線電羅盤，短波數(shù)傳電臺，超短波數(shù)傳電臺，機載應(yīng)答機，無線電高度表)、電子自衛(wèi)、毫米波詢問應(yīng)答機、北斗信標機等。

2.2 各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求決策

2.2.1 研究對象確定

原位檢測設(shè)備的配備主要是為了解決外場維護過程中對于復雜疑難故障的排除問題。因此，首先對某型直升機航電系統(tǒng)外場故障情況進行統(tǒng)計分析，對于故障率較低或故障現(xiàn)象明確、故障原因簡單的系統(tǒng)無需進行原位檢測設(shè)備需求論證。

本文收集了某型直升機航電系統(tǒng)在4年內(nèi)發(fā)生的故障，經(jīng)分析后得出：控制增穩(wěn)系統(tǒng)、綜合顯示控制系統(tǒng)、組合導航系統(tǒng)、綜合通信系統(tǒng)、防滅火系統(tǒng)、三軸大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，作為本文研究對象。

2.2.2 原位檢測設(shè)備需求決策

1)以上述確定的各子系統(tǒng)構(gòu)成策略集U，取u1=控制增穩(wěn)系統(tǒng)，u2=綜合顯示控制系統(tǒng)，u3=組合導航系統(tǒng)，u4=綜合通信系統(tǒng)，u5=防滅火系統(tǒng)，u6=三軸大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，于是U={u1，u2，u3，u4，u5，u6}；

2)設(shè)α為原位檢測設(shè)備需求決策權(quán)重；

3)取各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求影響因素構(gòu)成原子因素族。設(shè)f1=復雜度，f2=重要度，f3=故障頻率，f4=故障嚴重度，f5=關(guān)聯(lián)度，f6=維修難度，f7=經(jīng)濟指數(shù)。其中，復雜度指系統(tǒng)原理構(gòu)成，技術(shù)特點的衡量；重要度是子系統(tǒng)對整個航電系統(tǒng)及直升機飛行安全的重要性；故障頻率則通過故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出；關(guān)聯(lián)度則是指該子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度；維修難度是指該子系統(tǒng)故障排除難易情況；經(jīng)濟指數(shù)是指該系統(tǒng)是否具備研發(fā)原位檢測設(shè)備基本條件，如地檢接口等，如具備則可大大降低原位檢測設(shè)備研發(fā)成本，則其經(jīng)濟指數(shù)較高。

取π={f1，f2，…f7}；

令X(fj)=[0，100]，j=1，2，…7

根據(jù)模糊決策原則，并且結(jié)合計算的需要，對原子因素族的由專家進行評分(其中故障頻率和故障嚴重度、維修難度通過故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析而得)，各個子系統(tǒng)的原位檢測設(shè)備需求決策影響因素得分如表1所示。

表1 各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求決策因素得分表

4)置F=ξ(π)，則(U,,F)構(gòu)成一個描述空間；

5)對于j=1,2,…7，取

6)取7維t-模為乘法算子∏∈τ(7)，即

B(1)(x1,x2,…x7)=∏(B(f1)(x1),

B(f2)(x2),…B(f7)(x7)=B(f1)(x1)*B(f2)(x2)*…*B(f7)(x7)

7)根據(jù)上述算式及表1可以計算出隸屬函數(shù)B(fj)(fj(ui)),如表2所示。

通過專家評價給出各決策因素比重wi，i=1，2，…7，具體見表3。

則1(ui)=(f1(ui)，f2(ui)，……fn(ui))。wi，i=1，2，…7。

由上可得出：

1(u1)=(0.15, 0.1, 0.15, 0.15, 0.1, 0.15, 0.05)

1(u2)=(0.15, 0.2,0.1125,0.2,0.1,0.1125, 0.0375)

1(u3)=(0.15, 0.2, 0.15, 0.15, 0.1, 0.15, 0.0375)

1(u4)=(0.15, 0.2, 0.15, 0.1, 0.1, 0.15, 0.0375)

1(u5)=(0.075,0.2,0.0375,0.2,0.025,0.15,0.0125)

1(u6)=(0.0375, 0.2, 0.0375, 0.2, 0.075, 0.1125, 0.0125)

表2 隸屬函數(shù)表

表3 各決策因素比重

8)計算A(ui),i=1,2,…6

A(u1)≈B(1)(1(u1))=B(1)(f1(u1),

f2(u1),…f7(u1))=∏(B(f1)(f1(u1)),

B(f2)(f2(u1)),…B(f7)(f7(u1)))=

B(f1)(f1(u1))*B(f2)(f2(u1))*…*

B(f7)(f7(u1))=0.15×0.1×0.15×0.15×

0.1×0.15×0.05=2.53135×10-7

同理可得：A(u2)=2.847656×10-7，A(u3)=3.796875×10-7，A(u4)=2.53125×10-7，A(u5)=5.273438×10-9，A(u6)=5.932617×10-9。

以上即為各個子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求決策系數(shù)。為便于比較，將以上需求決策系數(shù)進行歸一化處理：

可得：k1=0.214，k2=0.241，k3=0.321，k4=0.214，k5=0.004，k6=0.005。

由所得系數(shù)可見，組合導航系統(tǒng)、綜合顯示控制系統(tǒng)、控制增穩(wěn)系統(tǒng)和綜合通信系統(tǒng)的原位檢測設(shè)備需求系數(shù)分列前四位，且遠遠高于防滅火系統(tǒng)和三軸大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，因此可以確定將以上四個系統(tǒng)的原位檢測設(shè)備研制作為主要工作。

3 結(jié)論

本文對某型直升機航電系統(tǒng)各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備的需求應(yīng)用模糊決策法進行分析。該方法在充分考慮系統(tǒng)自身特點(如復雜度、重要度、關(guān)聯(lián)度、經(jīng)濟指數(shù)等)的基礎(chǔ)上，通過專家評價，給出各子系統(tǒng)原位檢測設(shè)備需求因素評分；同時結(jié)合外場航電系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，得到與維護息息相關(guān)的各項原位檢測設(shè)備需求因素評分，如故障頻率、故障嚴重度、故障維修難度等，并結(jié)合各需求因素評價權(quán)重，應(yīng)用模糊決策法得出航電系統(tǒng)各子系統(tǒng)的原位檢測設(shè)備需求系數(shù)，明確了某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備研制目標。為某型直升機航電系統(tǒng)原位檢測設(shè)備的研制提供了有益的參考，具有一定的實用價值。

[1] 趙寧社,翟正軍,王國慶. 新一代航空電子綜合化及預(yù)測與健康管理技術(shù)[J].測控技術(shù),2011,30(1):1-5,9.

[2] 許占顯,李佩春. 航空原位檢測技術(shù)[J].航空科學技術(shù),2001(1):33-35.

[3] 詹姆斯 G.馬奇著；王元歌，章愛民,譯. 決策是如何產(chǎn)生的[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[4] 張 堃,周德云,王 謙,等.基于模糊決策樹的機載多傳感器智能管理方法[J].計算機應(yīng)用,2011(12):3255-3257.

[5] 胡寶清.模糊理論基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學出版社,2004.

Requirements Evaluation of Helicopter’s Avionics Systems In-situ Testing Equipment based on Fuzzy Decision Method

ZHANG Hongbin, JU Yanqiu, CAO Xuefeng，LIU Yongxin

(Department of Avionics and Weapons Engineering, Army Aviation Institute, Beijing 101123, China)

Aimed at accurate and credible evaluating the requirements of helicopter’s avionics systems in-situ testing equipment, the fuzzy decision method was proposed in this paper. Based on the analysis of avionics system, requirements evaluation of six sub-systems in-situ testing equipment was identified as the study object. The effective factors of requirement evaluation, such as complexity, importance, were determined by expert assessment. The grade of failure frequency and fault severity were determined based on the analysis of the field data. The requirements decision coefficients of every sub-system were obtained by considering the evaluation weight of every factor. It had a certain reference value for the development of helicopter’s avionics systems in-situ testing equipment.

fuzzy decision method；helicopter; avionics system；in-situ testing equipment； requirements evaluation

2016-06-30

張宏斌(1979-)，男，遼寧朝陽人，博士,講師，主要研究方向：直升機可靠性、人工智能。

1673-1220(2016)03-040-04

V267+.31; TB114.39

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