基于動態權重和雙枝模糊的航空四站保障安全評價

胡宗順，黃之杰，劉慎洋

(空軍勤務學院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

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基于動態權重和雙枝模糊的航空四站保障安全評價

胡宗順，黃之杰，劉慎洋

(空軍勤務學院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

為深入研究航空四站保障安全評價方法，在建立航空四站保障安全評價指標體系和確定指標分值的基礎上，根據指標具有的動態特性和模糊性，分別引入自然權重法和變權理論，對指標權重進行計算調整，有效解決部分權值較低因素被其他因素中和而降低系統危險性的問題。然后利用可拓理論對關聯性進行規整，并根據雙枝模糊模型確定正負指標域對安全等級的優屬度矩陣，優化和顯示某些因素在評價體系中的重要性。某機場四站保障的實例驗證表明，該評價結果合理準確。

航空四站保障；自然權重；變權；雙枝模糊；安全評價

現代空中作戰樣式的更新和高技術武器裝備的廣泛運用，對航空四站保障的依賴性越來越大?，F役飛機的作戰、飛行訓練和日常的機務維修，需要地面大量的基礎性保障工作，包括實施氣、液、電和肼燃料等的航空四站保障[1]。

目前，航空四站保障安全評價研究多處于定性分析階段，部分學者提出了模糊層次分析、BP神經網絡等評價模型[2-3]，但這些方法主觀性強、缺乏針對性，評價結果不理想。為此，本文在根據航空四站實際情況建立評價指標體系和安全評價等級的基礎上，引入基于風險概率的自然權重法。同時，對于人員、環境、管理等模糊性較大及動態擬合性較差的因素，引入變權理論，對指標常權進行適當調整。最后利用可拓理論和雙枝模糊模型構造優屬度矩陣，計算系統綜合聯系數，得出定量評判等級。

1 綜合權重

目前，航空四站安全評價指標的權重多是由層次分析法和熵權法確定的常權，具有主觀隨意性和局限性，難以滿足四站保障系統安全狀態的動態性和變化性需求[4-5]。

1.1 自然權重法

自然權重理論最早應用于煤礦安全評價中，本文采用直接法確定權重。引入正半升正態分布函數與正半降正態分布函數[5-6]：

(1)

裝備等因素具有極強的動態性和可測性，可依據自然權重原理建立模糊分布函數求取動態權值。

1.2 變權原理

變權理論由李洪興提出，后續研究中提出了局部變權的公理化定義，并建立了基于均衡度的綜合模型[7]。劉文奇[8]給出了更明確實用的變權函數：

對于人員、環境、管理等因素，具有模糊性且難以用相關數據擬合求解指標權重。將變權理論引入四站保障的安全評價中，對層次分析法求解指標常權進行調整優化，能有效平衡各指標安全等級狀態，解決因評價指標過多或部分指標權重過小而影響系統評價數據，導致評價結果失真的現象[9]。

2 安全評價指標體系構建

2.1 安全等級劃分

為提高安全狀況優劣的識別程度，將安全等級論域劃分為5級(見表1)。其中定義“正”域為“優、良、中”3個等級，“負”域為“較差、極差”兩個等級。

表1 安全等級劃分

2.2 指標體系構建

根據四站保障特點，從“人、機、環、管”4個方面建立評價指標體系。本文通過匯總分析相關資料和專家咨詢，依據科學性、全面性、可行性、可比性和針對性原則，初步構建了航空四站保障安全評價指標體系。然后將該指標體系交由航空四站保障人員，在四站保障實際中進行對照判斷，對不符合實際的指標進行修改，最終確定航空四站保障安全評價指標體系見表2。

表2 航空四站保障安全評價指標體系及權重

表2(續)

3 基于雙枝模糊和聯系度的航空四站保障安全評價模型

將模糊數學和可拓理論的基本思想引入安全評價中，建立基于雙枝模糊聯系度的安全評價模型[10]。

3.1 基于雙枝模糊理論的聯系度分析

定義1[11]v為實域上一點，A=[α，β]為實域上任一區間，稱η=|v-(α+β)/2|-(β-α)/2為點v和區間A之間距離。d(v,A,B)=η(v,A)-η(v,B)，定義為點v與實域A和B組成區間的位置關系。建立初等函數ξ=d(v,A,B)/η(v,A)，計算點與區間關聯系數。

定義2[12]設X為論域，X+、X-分別為X的上域和下域。

定義3[12]給定映射S：X∈[-1，1]，x∈S(x)，S(x)確定一個X上的雙枝模糊集S，S(x)為x關于S的模糊接吻函數，對于給定的x1∈X，S(x1)稱作x1關于S的模糊接吻度。

基本步驟[13]：

(1)建立一級指標所屬二級指標評價因素集Mi={Mi1，Mi2，…，Mik}。

(2)建立可拓關聯系數。定義關聯系數：

ηij=|vij-(αi+βi)/2|-(βi-αi)/2

(4)對評判集進行域的分類。定義評判集：U={U1，U2，U3，U4，U5}= {優，良，中，較差，極差}。其中：“正”域U+={U1，U2，U3}；“負”域U-={U4，U5}。

3.2 評價模型構建

評價集中“優、良、中”對應的聯系度為(a，b，c)=ω+·R+；“較差、極差”對應的聯系度為(d，e)=ω-·R-。該指標對應安全等級聯系度向量為Uk=(a，b，c，d，e)。

(1)一級評價。一級指標的權重向量ω=(ωk)與指標對應安全等級聯系度矩陣Uj相乘確定評價系統對安全等級聯系度向量為

φ(Nj)=ωk·Uj=

(2)二級評價。專家權重向量ω=(ωN)與專家對系統安全等級聯系度向量相乘確定系統評價安全等級聯系度向量φ為

(3)確定安全等級。安全水平定量評判。根據系統安全聯系度向量φ，由特征公式φsum=(5，4，3，2，1)·φT對系統安全水平進行定量評判，劃分系統安全評價等級。

4 實例應用

利用本文建立的四站保障指標體系和評價方法，選取某機場進行實例驗證。

4.1 評價指標原始數據獲取

在確定自然權重方面，對近10年器材損耗和裝備型號等信息進行匯總；在評分方面，邀請裝備部門的專家、航空四站裝備修理廠成員共5人組成評價小組，對航空四站保障安全評價指標賦予分值，取5位專家權重ωN=(0.25，0.2，0.2，0.2，0.15)。評價以問卷形式開展，按照百分制進行，分值越低說明該指標在保障中存在的風險因素越大。專家評分結果見表2。

4.2 評價指標權重確定

(1)自然權重。以指標“蓄電池性能達標率”為例確定自然權重，劃分等級見表3。

表3 蓄電池性能分類

當額定容量為182 Ah時，蓄電池性能較高，安全性能較好，對應自然權值等于0.9；額定容量小于173 Ah時，蓄電池性能較差，存在安全隱患，易出現保障安全事故，其自然權值小于0.1；額定容量等于178 Ah時，蓄電池性能一般，對應自然權值取0.5。

帶入正半升正太分布函數式(1)，求得：

(2)

將該機場調研得蓄電池性能C=172代入式(2)，求得μA(C)=0.070。其他因素可依此求取，并進行歸一化處理，結果見表2。

(2)變權求解。根據層次分析法，確定人員、管理、環境因素對應二級指標常權(見表2)。

以指標“業務能力素質”為例，其常權為0.227，同一系統內其他指標的常權及評分也已給出，其變權為

其他指標的權重同樣求取，變權結果見表2。

4.3 測評過程

以裝備因素指標為例，計算得裝備因素聯系度向量φ2=(0.11，0.40，0.47，-0.17，-0.04)。進而可得其他一級指標聯系度向量：

φ1=(0.02，0.13，0.19，-0.13，-0.53)，

φ3=(0，0.16，0.31，-0.20，-0.14)，

φ4=(0.17，0.36，0.22，-0.12，-0.23)，

φ5=(0.06，0.08，0.03，-0.35，-0.41)。

結合專家權重，計算得到該機場四站保障安全狀況總體評價聯系數為φ=(0.16，0.29，0.32，-0.12，-0.17)。

最后計算基本特征值：φsum=2．52，安全等級為2級，偏向3級。多種評價方法對該機場四站保障安全評價結果見表4。

表4 多種評價方法的評價結果

(1)由方法1、2對比看出，使用常權確定的機場安全等級為3，與實際狀況差距較大，即掩蓋了評價對象部分指標惡化的現象。

(2)由方法1、3對比，Fuzzy評價模型較難處理等級交叉問題，易造成極值掩蓋；雙枝評價模型能將處于相鄰等級間的分值進行區分，能根據總體的安全狀態找到底層的“問題”指標，由此確定針對性的整改措施，提升評價效果。

同時，該機場四站保障安全工作有待完善，應根據評價結果進行針對性改進。

5 結 語

本文根據機場實際情況構建的指標體系能很好反映四站保障安全狀況，完善了四站保障安全評價工作。綜合權重確定方法能將航空四站保障危險源的危險程度量化為權重值，提高了信息利用率。并動態地對部分指標進行“獎勵”和“處罰”，充分反映各指標在評價系統中的作用，具有物理意義明確、針對性強等特點。同時，基于雙枝模糊的聯系度評價法，合理地劃分了論域，突出“負指標”對航空四站保障安全等級聯系度的影響，使評價更符合人的邏輯思維，為航空四站保障安全評價提供了新途徑。

[1] 胡連桃,周俊.四站保障學[M].北京:藍天出版社,2014:85-87.

[2] 薛明浩,端木京順,高建國,等.基于綜合指數模型的航空裝備安全評價[J].工業安全與環保,2015,41(7):71-74.

[3] 丁祥,郭叔偉,曹竹梅.基于BP神經網絡的裝備使用階段維修保障能力評估[J].裝備制造技術,2007,9(4):202-205.

[4] 陳開巖,王超.礦井通風系統可靠性變權綜合評價的研究[J].采礦與安全工程學報,2007,24(1): 37-41.

[5] 劉海波.自然權重原理及其在煤礦安全評價中的應用[D].長沙: 中南大學，2006.

[6] 趙金輝,錢旭,索寧.系統安全評價中權重研究[J].計算機應用研究,2011,28(8): 3037-3039.

[7] 潘科,石劍云.變權和相對差異函數在地鐵運營安全評價中的應用[J].鐵道學報,2009,30(3):20-25.

[8] 劉文奇.均衡函數及其在變權綜合中的應用[J].系統工程理論與實踐,1997,4(4);58-64.

[9] JIANG A h , MEI C , E J Q, et al. Nonlinear combined forecasting model based on fuzzy adaptive variable weight and its application[J].Journal of Central South University of Technology, 2010,17(4): 863-867.

[10] 解維河,劉鋒,馬樂梅.雙枝模糊評判在艦炮性能評估中的應用[J].指揮控制與仿真,2009,31(1): 70-72.

[11] 潘科,王洪德,石劍云.多級可拓評價方法在地鐵運營安全評價中的應用[J].鐵道學報,2011,33(5):14-19.

[12] 劉保相.粗糙集對分析理論與決策模型[M].北京:科學出版社,2010:116-123.

[13] 馬毅,王希良,朱秀嫚.基于聯系數的定量與定性分析方法在調車作業安全評價中的應用[J].系統工程理論與實踐,2013,33(6):1150-1156.

SafetyEvaluationofAviationFourStationsSupportBasedonDynamicWeightandBoth-branchFuzzySet

HU Zongshun, HUANG Zhijie, LIU Shenyang

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

In order to study the safety evaluation method of aviation four stations support, after establishing safety evaluation index system of aviation four stations support and determining the index score, the paper firstly introduces natural weight and variable weight theory to calculate and adjust the index weight according to the dynamic and fuzzy nature of the index, which can solve the problem of reducing system risk because of lower weight factors be neutralized by other factors. Then, it regulates the relevance with extension theory, and determines subordinate degree matrix of positive and negative index fields to safety level based on both-branch fuzzy model, which can optimize and reveal the importance of some factors in the evaluation system. The example of some airport four stations support proves that the evaluation result is reasonable and accurate.

aviation four stations support; natural weight; variable weight; both-branch fuzzy; safety evaluation

2017-05-05；

2017-06-02.

空軍裝備部項目(KJ2016A1082).

胡宗順(1992—)，男，碩士研究生；

黃之杰(1978—)，男，博士，副教授，碩士研究生導師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.12.018

X928

A

1674-2192(2017)12- 0080- 05

(編輯：史海英)