AHP-熵权法在综合传动装置健康状态综合评估中的应用

陈嘉杨， 张洪彦， 王 敏

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

AHP-熵权法在综合传动装置健康状态综合评估中的应用

陈嘉杨， 张洪彦， 王 敏

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

针对某装甲车综合传动装置健康状态的综合评估问题，提出了一种基于AHP-熵权法的模糊综合评价方法.该方法首先利用AHP-熵权法进行综合传动装置各关键部件参数权重的确定，然后利用模糊综合评价方法对其关键部件健康状态进行一级评估，最后在此基础上对综合传动装置的健康状态进行二级评估.试验表明，该方法可以有效地对装甲车综合传动装置健康状态进行综合评估.

综合传动装置；健康状态评估；AHP-熵权法；模糊综合评价

综合传动装置是装甲车辆的核心动力传动机构，在装甲车辆的运行中起着至关重要的作用，其健康状态会直接影响到装甲车辆的运行安全.因此，对装甲车辆的综合传动装置健康状态进行综合评估具有重要的意义[1-2].

目前，国内外很多学者将预测与健康管理技术应用到了车辆的健康状态评估中，根据状态监测到的信息，利用各种健康管理技术，实现了车辆的健康状态评估[3].现在被广泛应用于健康评估的方法有：人工神经网络法、贝叶斯网络法、模糊理论、灰色评判法等[4-5].在对车辆状态进行综合评估时，需要对其各关键部件的影响因素进行层次结构的划分与指标体系的建立，常用的指标评估等级根据专家经验得到，例如层次分析法(Analytic Hierarchy process，AHP)[6].但是AHP更多的是依赖专家经验来进行等级的确定，具有很大的主观性因素；而熵权法[7]完全依赖测试数据来进行等级的确定，完全是由客观因素来决定.因此两种方法单独进行等级的确定会带来评估的不准确性.

为了消除AHP和熵权法的缺陷，本研究将这两种方法相结合并利用模糊评估方法，提出基于AHP-熵权法的模糊综合评估模型，并将其应用到某装甲车辆综合传动装置的健康状态评估中，通过试验验证了该方法可以有效地实现装甲车辆综合传动装置状态的健康评估.

1 AHP-熵权法

1.1 层次分析法(AHP)

层次分析法(AHP)[6]是美国运筹学家T.H.Sauty针对多目标决策问题提出一种解决方法.其基本原理是根据具有阶梯性的目标、子目标(准则层)、约束条件等对方案进行评估，最后综合出各方案的优劣程度，是一种较好的权重确定方法.其具体步骤如下：

1) 确定目标和评价因素.

运用AHP来决策问题时，首先确定待分析的目标和评价因素，构造一个有层次的机构模型.

2) 构造判断矩阵.

以A表示目标，ui表示评价因素，ui∈U(i=1,2,…,n).uij表示ui对uj的相对重要性数值, 构造判断矩阵W.

(1)

3) 重要性排序.

根据判断矩阵W，通过相应计算方法，可求出判断矩阵的最大特征根及其所对应的特征向量.则所求特征向量即为各评价因素重要性排序，即权数分配.

4) 一致性检验.

一致性指的是判断思维的一致性，就是专家在判断指标之间的重要性时，各判断之间协调一致，不致出现互相矛盾的结果.为使构造的判断矩阵满足大体一致的要求，需要对其进行一致性检验.判断矩阵一致性检验公式如下：

CR=CI/RI.

(2)

式中：CR为判断矩阵的随机一致性比率；RI为判断矩阵的随机一致性指标；CI为判断矩阵的一般一致性指标，由式(3)给出.

.

(3)

利用满足一致性检验要求的判断矩阵计算各层指标的权重，即：

(4)

1.2 熵权法

在信息论中，信息是系统有序程度的一个度量，熵是系统无序程度的一个度量，二者绝对值相等，方向相反.当系统可能处于几种不同状态，每种状态出现的概率为Pi(i=1,2,…,m)时，该系统的熵定义为

(5)

设有m种个体预测方法，n个误差评价指标，形成被评估对象的原始指标矩阵R=(rij)m×n，对于某个指标rij有：

(6)

式中：j=1,2,…,n.

则有第j个指标的熵权ωj定义为

(7)

由以上各式可知某个误差指标的信息熵越小，表明其指标的变异程度越大，提供的信息量越大，在综合评估中所起的作用越大，则该指标的权重也应越大；反之，某个指标的信息熵越小，在综合评估中所起的作用越小，则该指标的权重也应越小.

1.3AHP-熵权法

(8)

2 AHP-熵权法在综合传动装置健康状态综合评估中的应用

根据专家维修经验，并结合综合传动装置的实际工作状态和健康特征信息情况的长期统计，将装甲车辆综合传动装置的健康状态划分为“健康”、“亚健康”、 “故障”、“严重故障”4个等级.

构建装甲车辆综合传动装置健康状态综合评估指标体系，要保证所构建的评估指标体系能够合理、准确地反映综合传动装置健康状态.选取综合传动装置中的液力变矩器和液压操纵系统为对象，构建的健康状态综合评估指标体系如图1所示.

图1 液力变矩器和液压操纵系统的健康状态综合评估指标体系

2.1 数据预处理

对综合传动装置台架试验中所采集到的三组评估指标数据进行分析.由于能反映综合传动装置健康状态的各指标的标度类型和量纲都不相同，为便于各指标进行比较，所以对试验数据进行归一化处理，得到的结果如表1所示.

表1 综合传动装置健康状态评估指归一化处理的结果

2.2 确定权重

根据专家经验，取θ=0.3时可以很好地将主客观权重进行组合，并极大地削弱主客观赋权法确定权重中的不利因素的影响.利用AHP-熵权法，由式(8)计算得到上述两个关键部件指标的权重分别为：

ω1=[0.3723 0.2671 0.2057 0.1549]，

ω2=[0.2246 0.4185 0.3045 0.0524].

2.3 关键部件健康评估

然后选用加权平均型模型，利用模糊综合评判法，可求得综合传动装置两个关键部件的健康状态，结果如表2所示.

表2 各关键部件健康状态评价结果

2.4 综合传动装置健康状态评估

由表2可知，两个关键部件都处在健康状态下，然后以两个关键部件的健康状态评价结果作为综合传动装置的评价指标，利用AHP-熵权法计算得到综合传动装置的权重为

ω=[0.2841 0.7159].

最后再利用模糊综合评判法对综合传动装置进行二级健康评估，得到的结果如表3所示.

表3 综合传动装置健康状态评价结果

由表3可知，该传动装置处于健康状态.通过上述的分析，所创建的健康评估模型能够实现对装甲车辆综合传动装置系统健康状态进行综合评估，所得到的结果具有良好的准确性和客观性，能实现对装甲车辆进行实时的健康状态监测.

3 结束语

针对某装甲车辆综合传动装置的健康评估问题，提出了基于AHP-熵权法的模糊综合健康评估模型方法.采用AHP-熵权法有效解决了专家打分方法的主观不确定性，使得评估指标的权重更具有意义，提高了评估的准确性.试验研究表明，采用AHP-熵权法进行计算所得到的综合传动装置健康与亚健康所占比重之和大于80%，与预期结果相符，表明该方法可以准确地对装甲车辆综合传动装置的健康状态进行评估.

[1] 胡 冬, 谢劲松, 吕卫民. 故障预测与健康管理技术在导弹武器系统中的应用[J]. 导弹与航天运载技术, 2010,(4): 24-29

[2] 孙 博, 康 锐, 谢劲松. 故障预测与健康管理系统研究和应用现状综述[J]. 系统工程与电子技术, 2007, 29(10): 1762-1767.

[3] 吴明强, 防红征, 伊大伟. 复杂系统故障预测方法与应用技术研究[J]. 计算机测量与控制, 2010, 18(1): 70-72.

[4] 冯恒志. 一种船舶电气设备健康状态评估方法[J]. 中国水运, 2005, 5(1): 10-11.

[5] 管 峰, 李永生, 岳 森, 等. 自组织神经网络算法原理及其应用[J]. 科技创新导报, 2012,(6): 24.

[6] 任语辉, 肖羽堂. 层次分析法在校园火灾危险性分析中的应用[J]. 安全与环境工程, 2008, 15(1): 85-88.

[7] Zhao DY，Song H．A method of ameliorative multi—objective synthetic evaluation based on entropy weight and its application [J]. Journal of Ordnance Engineering College，2001, 13(3)：47-51.

Application of the AHP-Entropy Method on Health StatusAssessment of the Integrated Transmission Device

CHEN Jia-yang, ZHANG Hong-yan, WANG Min

(China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China)

Aiming at the comprehensive evaluation problems of the integrated transmission device’s health condition of the certain model of armored vehicles, a fuzzy comprehensive evaluation method based on AHP-Entropy weight is proposed. Firstly, AHP-Entropy weight method is used to determine the parameter weight of each key component of integrated transmission devices; then, fuzzy comprehensive evaluation method is applied to make the first-level assessment of the health condition of the key components; finally, the second-level assessment of the health condition of the integrated transmission device is made. The experimental results prove that the proposed method can make comprehensive assessment of the health condition of the integrated transmission device effectively.

integrated transmission device; health status assessment; AHP-Entropy method; fuzzy comprehensive evaluation

1009-4687(2017)01-0038-04

2016-07-01.

陈嘉杨(1991-)，男，硕士研究生，研究方向为传动专用测试技术.

TJ81+0.32；TJ81+0.6

A