基于AHP-FCE模型的智能土方機械綜合性能評價

陳良

摘要：為解決智能土方機械的綜合性能評價問題，促進智能化土方機械產品質量提升，運用層次分析法———模糊綜合評價法，提出了完善的綜合性能評估體系框架及其數學模型。并以典型的智能土方機械產品XG958i智能裝載機為例，結合主要的因素進行分析，采用AHP確定了其不同指標的權重系數，并從安全性能、作業性能、控制系統和智能化行為4個評估方案層，評價了該機型的綜合性能。運用此方法可較為準確地對智能土方土方機械的綜合性能進行評定，評價結果科學可靠，為智能土方機械產品質質量提升提供科學依據。

關鍵詞：智能裝載機;層次分析法;模糊綜合評價法;性能評價

0 ?引言

隨著互聯網技術及人工智能技術的迅猛發展，信息化和機械化得融合越來越緊密，傳統機械工業也正迎來智能化的升華和質變。作為機械工業的重要分支，土方機械行業也是如此，智能化已經成為一種明顯的趨勢。近年來一些土方機械已經逐步具備了智能化，如：山推土方機械股份有限公司無人推土機;廈工的自動找平及遠程控制的智能平地機;三一集合自動作業規劃及遠程遙控功能的智能挖掘機[1];山特維克地下自主導航鏟運機等產品（見圖1～圖4）。這些產品的特點是：具有環境感知、工作狀態識別、地圖構建、遠程控制、機電系統高度集成以及自學習功能的控制系統。

智能化土方機械改變了傳統土方機械生產效率低下、技術含量低等弊端，最大程度上發揮機械性能，提高作業效率，減少工程項目對人力的依賴，大大提高土方機械項目施工效率。但是由于試驗方法及標準體系缺乏，導致土方機械智能運行的安全水平、性能水平和智能化水平等綜合性能難于評價，并且其行為技術可能對人類及環境造成影響也難以評定。因此本文構建以智能裝載機為例構建了智能土方機械的評估體系框架，運用層次分析法對智能土方機械綜合性能指標的權重進行確定，結合模糊綜合評價法對智能土方機械綜合性能的不同指標進行評估，將原本性能評價轉化為定量分析，通過構建模型和計算，可以得出土方機械的綜合性能情況，對國內設計、研究、評價智能土方機械具有指導意義。

1 ?AHP-FCE綜合評判法

針對某個產品或項目開展綜合評價，經常涉及到一些難以客觀量化的指標，本文涉及到的評價就屬于此類需要采用定性與定量相結合的問題，為此采用層次分析法[2，3]（AHP）與模糊綜合評判法[4，5]（FCE）來進行智能土方機械性能的分析研究，AHP-FCE模型基本流程如圖5所示。

確定各級指標的權重是對產品進行綜合性能評估的基礎，應用層次分析法（AHP）評價體系，確定指標權重步驟如下：

①完成對所評價項目的層次結構的建立。根據評價系框架依次建立1級、2級和3級指標層。

②確定判斷矩陣并對結構層次排序進行分析決策。層次分析法參照Saaty確定的比較尺度表（見表1）對每1層指標層的各指標進行兩兩比較，構造判斷矩陣。

3 ?基于AHP-FCE智能土方機械綜合性能評價

3.1 綜合評價體系模型建立

為使評價智能土方機械的綜合性能所進行的評價模型設計得科學嚴謹，需要充分考慮到土方機械的智能化程度、作業性能、安全性能，部分指標不能完全量化且無法簡單地描述其優劣性，因此，需要構建AHP-FCE綜合評價模型解決上述問題。

結合AHP層次分析方法，將智能土方機械進行科學的層次的劃分，再依此建立體系框架，如圖6所示。在智能土方機械性能評價過程中，將智能土方機械性能分為幾個子系統：安全性能、作業性能、控制系統、智能化行為。根據每個產品的性能不同，計算得單個功能的性能評價值，進一步得到子系統的性能評價值，最后通過權重得到整機的性能評價值。土方機械綜合性能評價的層次結構圖最上層為智能土方機械綜合性能，準則層有4個指標，分別為：安全性能、作業性能、控制系統和智能化行為，最底層也為方案層。

本文選取一款典型的土方機械產品-廈工品牌的XG958i智能裝載機進行評價，該產品基本性能參數見表3所示。

各評價指標的含義：

安全性能：反映智能土方機械基本安全指標及人機工程設計，主要涵蓋：電氣安全、防護等級、電磁兼容性、意外操作防護、致動控制、防過載功能、防傾覆功能。

作業性能：反映智能土方機械在執行作業任務的過程的核心指標，主要涵蓋：噪聲、排放、油耗，這些指標也是作為土方機械設計過程中的重要參考指標。

控制系統：反映智能土方機械在執行作業任務的過程的信息化控制模塊的功能，主要涵蓋：終端管理、調度管理、定位跟蹤、信息互動、自動預警自主導航智能控制模塊性能指標。

智能化行為：主要涵蓋反映人工智能作業能力（自學習、自適應、自協調、自診斷、自推理、自組織、自校正）、單機種機群協調作業能力、多機種機群協調作業能力。

3.2 層次分析法指標權重的計算

根據圖6的層次結構，經過項目組專家調研及討論，并結合表1相關指標的比較尺度值，可以分別得到XG958i智能裝載機綜合性能在單一準則下，下層對上層指標的權重數值，然后完成一致性檢驗，判斷矩陣及結果如下：

評價結果表明，XG958i智能裝載機的綜合性能有“16.63%”的概率屬于“差”這一質量等級，有“43.34%”的概率歸屬于“中”這一質量等級，“40.03%”的概率屬于“好”這一質量等級。采用最大隸屬度原則，該產品最大可能性結果“43.34%”作為最終評定結果，即“中”這一質量等級作為產品的最終質量評價結果。

4 ?結論

本文結合層次分析法（AHP）——模糊綜合評價（FCE），對智能土方機械產品質量評價構建了科學而完善的3級指標評價體系。運用該方法，能科學地完成該類產品的定量綜合評估，為智能化土方機械產品的質量改進及提升提供科學依據。同時，針對具體智能化機型XG958i智能裝載機開展了綜合性能評價，通過計算得出的評定矩陣，評估該產品處于中等質量水平。

參考文獻：

[1]楊華勇.工程機械智能化進展與發展趨勢[J].建設機械技術與管理，2017（12）.

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[4]呂躍進.基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法的排序[J].模糊系統與數學，2002（02）.

[5]張倩，王學平.模糊綜合評價中幾類模糊算子的比較[J].模糊系統與數學，2016（03）.

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