基于G1法的無人機存儲方案評價

2021-11-29 03:00:42邱福生任春穎

沈陽航空航天大學學報 2021年5期

邱福生，任春穎

(沈陽航空航天大學航空宇航學院，沈陽 110136)

無人機(unmanned aerial vehicle，UAV)是通過無線遙控設備或使用程序控制的無人駕駛飛行器[1]，它無需飛行員駕駛，沒有座艙和生命保障系統，節省的大量的空間可用來搭載任務設備執行作戰任務，具有體積小、質量輕、行動靈活、沒有人員傷亡等優點。相比于無人偵察機、電網巡檢無人機這類使用頻率較高的無人機而言，軍用無人作戰飛機在非戰爭時期，執行任務的間隔期通常在1年甚至更長，且只動用其中一少部分進行訓練和小規模的作戰任務，大批量的無人機可能長期處于停放的狀態[2]。由于所處的環境以及維修管理措施等影響，隨著存放時間的延長，無人機系統的內部材料性能將發生變化，影響了無人機的作戰效能，同時還會產生大量的維修保障經費[3]。為了保證無人機在較長的停放存儲時間內的技術性能和系統完好性，需要規劃一個合理的、高效的存儲技術方案。

存儲技術是將無作戰任務、處于休眠狀態的武器裝備存放于具有環境敏感應力防護能力的設備或設施中，并定期進行檢查、維護、保養等工作，主要針對的對象是批量大且使用間隔較長的武器裝備。飛機在除濕環境下存儲，是瑞典、丹麥、英國等歐洲國家的空軍和美國海軍的共同慣例；俄羅斯制定了軍事技術裝備存儲規范，明確規定了對于航材的存儲環境應不定期保持通風干燥，防止潮濕以及日曬和雨淋。美軍在20世紀50年代就開始進行現場存儲試驗，獲得了大量存儲性能和存儲壽命的實驗數據[4]。前蘇聯從20世紀50年代就開始研究彈藥的存儲性能和存儲壽命的問題，到了20世紀70年代，就擴展到了導彈存儲的領域。存儲的概念從20世紀80年代傳入中國，目前存儲技術普遍應用于軍械、導彈及一些精密器材等方面。因其具有巨大的經濟和軍事價值，我國在充分分析了美國、俄羅斯等軍事強國的存儲技術成果的基礎上，圍繞我國各型號導彈的存儲問題展開了許多研究工作[5]。我國目前對于武器裝備的存儲問題還處于起步階段，相比于許多發達國家無論是理論基礎還是實踐經驗都較為薄弱。

本文的研究目的是通過建立無人機存儲方案評價指標體系，對無人機的存儲方案進行評價，根據評價結果指導無人機存儲方案的改進和完善等問題。這樣不僅可以實現批量無人機的高效儲備問題，同時還可以保證無人機的技術性能在存儲過程中不受損失，降低無人機的任務響應時間，實現無人機的快速任務響應。

1 存儲技術基礎

1.1 典型存儲方式

20世紀60年代英國首先研究出了Driclad封套系統，用于包裝長期存儲的坦克、裝甲車輛、無人機等武器裝備。美國恩維歐·派克公司在Driclad封套系統的基礎上研制出Driguard 1127和1527兩種封套系統，用來存儲坦克、裝甲車輛等裝備，并逐漸應用于飛機、火箭和人造衛星的存儲上[6-7]。隨著現代武器裝備系統復雜程度的提高，不僅研制和采購費用大大增加，維修保障的費用也隨之急劇增加，將存儲技術應用于無人機系統不僅能夠降低無人機內部材料失效的概率，保證無人機的作戰效能，還可以很大程度上減少無人機的維修和保障費用，節約大量材料和能源的消耗。選擇合適的存儲方式，可以為無人機提供很好的停放環境，一定程度上降低了無人機在存儲過程中的故障幾率，檢查、維修等費用可以降低50%～80%，經濟效益非常可觀。

傳統的防護包裝普遍存在防護效果差、環境適應能力差、存儲時間短、包裝結構、尺寸不合理等問題，近年來我國逐漸意識到了防護包裝的重要性，并對此展開了深入的研究，引入新材料、新工藝，大大提高了防護包裝的技術水平。常用的存儲方式包括封套包裝存儲[8-9]、可剝橡塑防護存儲[10-11]、氣相緩蝕劑防銹存儲[12-13]、防銹油脂包裝存儲[14]、真空包裝防護存儲[15]、溫濕度控制防護存儲等[16]。對于無人作戰飛機而言，任務響應的速度很大程度上決定了任務的成敗，因此，在選擇存儲方式時，就要求防護包裝的防護能力優秀的同時，不能過于復雜。若過于復雜，不僅經濟性較低，還會影響無人機快速投入戰斗使用。

1.2 檢修周期的確定

無人機定期檢查與維修的目的是為了保證無人機在存儲時間內能夠保持戰斗要求的可用度，將故障發生的概率控制在規定的范圍內，保證使用安全和任務能力[17]。間隔期的確定一般可根據類似產品以往的經驗以及制造方在使用說明上給出的建議時間，結合有經驗的工作人員或專家的判斷來確定。在能獲得合適的數據時，也可通過分析計算確定。

假設無人機的瞬態可用度為A(t)，檢查間隔為TC，則平均可用度為

(1)

(2)

由此可見，若要求平均可用度越高，就需要檢查間隔時間越短。

對于無人機的檢查工作開展，必須要有經濟效益，即這項工作費用少于故障導致的損失，因此檢查的間隔時間不能過短，否則不僅增加工作量造成，人力物力的浪費，而且還可能因高頻率的檢測，造成許多環境因素和人為因素引起的失效，不利于無人機的存儲。但間隔時間也不能過長，否則許多隱藏的潛在故障不能被及時發現，影響無人機的戰備水平，并且故障增多會導致維修困難，維修費用也會相應增加。對于存儲狀態的無人機，通常是經過了較為復雜的包裝進行存放的，如果想要進行維修工作，就需要先進行解封工作，并且投入大量的人力物力資源，維修成本會大量增加。因此對于潛在故障，如果故障發生概率在能接受的范圍內，通常是不進行維修或進行不完全維修；對于已經發生的故障，尤其是安全性故障，就必須進行完全維修。

2 無人機存儲方案評價指標體系

考察一個無人機存儲方案是否合理，首先要看所選防護包裝的防護能力，主要是針對存儲過程中經歷的環境因素和環境應力的影響；其次要考慮長時間存儲后，系統的可用度是否會受到影響，還要考慮存儲年限、任務響應時間等問題。對無人機開展存儲技術的最終目的就是用低成本保證高的無人機系統可用度，因此費用因素也應該與防護包裝防護能力、系統可用度等指標一樣，是無人機存儲方案評價指標體系中的一個重要評價指標。通過以上分析并結合無人機存儲的實際工程需求，建立無人機存儲方案評價指標體系，如表1所示，分別對各項指標進行了編碼，便于后續更加方便的表述。

3 G1法權重分配

評價指標的權重是反映指標之間聯系的量化關系，是對指標相對重要程度的主觀評定和客觀測度的綜合反映。指標權重具有隨機性和模糊性，其數值也并非唯一，因為精確的權重值獲得較為困難。主觀權重確定方法主要有頭腦風暴法[18]、層次分析法[19]、Delphi法[20]、序關系分析法(G1法)[21]等。序關系法中所有的權重都是將比較值進行數學計算得到的，因此無需進行一致性檢驗，避免了一致性檢驗不能通過需要反復調整判斷矩陣的麻煩，過程簡單，計算量較小，對評價指標的個數也沒有限制，因此，本文選取序關系法為評價指標賦權。

(1)建立層次結構

根據所需評價的問題，建立遞階指標層次體系，同樣分為指標層、準則層和方案層。

(2)利用集值迭代法對目標層下每層的指標進行序關系排列。

記指標集為X={x1,x2,…,xn}，專家集為P={p1,p2,…,pL}，由于專家打分結果受專家本身經驗和知識的影響，具有一定的主觀性，為減小這種主觀性對結果的影響，提高結果的合理性和準確性，專家組中的專家數量應在5～15人，并引入專家權重進行計算。L位專家的權重為(λ1,λ2,…,λL)，每位專家在指標集中選擇其認為最重要的s(1≤s≤m)個準則。考慮專家權重的影響，則有

(3)