基于IFAHP燃油供給系統(tǒng)可靠性分配

張平格，盧正月

(河北工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河北邯鄲　056038)

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基于IFAHP燃油供給系統(tǒng)可靠性分配

張平格，盧正月

(河北工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河北邯鄲056038)

摘要:為了更有效地分配燃油供給系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，首先采用改進(jìn)模糊層次分析法，根據(jù)模糊三標(biāo)度的優(yōu)先關(guān)系構(gòu)建了影響燃油供給系統(tǒng)可靠性分配的5個(gè)因素的判斷矩陣，確定了燃油供給系統(tǒng)故障易發(fā)的5個(gè)子系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重。然后根據(jù)綜合權(quán)重對(duì)系統(tǒng)故障率進(jìn)行分配，并由可靠度公式計(jì)算出各子系統(tǒng)應(yīng)該分配的可靠度，計(jì)算所得結(jié)果與廠家實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果相吻合，表明該方法是切實(shí)可行的，可應(yīng)用于燃油供給系統(tǒng)的可靠性分配。

關(guān)鍵詞:改進(jìn)模糊層次分析法;燃油供給系統(tǒng);可靠度分配

層次分析法［1－2］(AHP)是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty在20世紀(jì)70年代最先提出的，它是一種定量和定性相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。鑒于燃油供給系統(tǒng)是串聯(lián)系統(tǒng)，其可靠性分配符合多層次、多因素要求，且具有定量和定性分析并存的特點(diǎn)，因此在燃油供給系統(tǒng)的可靠性分配方法選擇上采取層次分析法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分配。然而對(duì)于經(jīng)典的層次分析法，也有很多方面的不足。比如采用九標(biāo)度的判斷矩陣，專家的主觀因素占主導(dǎo)地位使得評(píng)判結(jié)果帶有主觀片面性，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。如果判斷矩陣不具有一致性，必須重新對(duì)判斷矩陣進(jìn)行構(gòu)造、計(jì)算、檢驗(yàn)，直到滿足一致性檢驗(yàn)為止，但隨之而來(lái)的卻是計(jì)算量大且精度不高等問(wèn)題。

1　改進(jìn)模糊層次分析法

為了解決以上問(wèn)題，采用一種改進(jìn)的模糊層次分析法［3－4］(IFAHP)對(duì)燃油供給系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分配。構(gòu)建的層次分析法權(quán)重分配框架如圖1所示。

圖1　層次分析法權(quán)重分配框架

IFAHP采用三標(biāo)度建立判斷矩陣，很容易對(duì)兩兩因素誰(shuí)相對(duì)重要做出判斷;而由優(yōu)先判斷矩陣改造成的模糊一致性判斷矩陣［5］，滿足一致性要求，無(wú)需檢驗(yàn)，具體步驟如下。

1)利用三標(biāo)度評(píng)判方法建立模糊互補(bǔ)型判斷矩陣F(稱之為優(yōu)先矩陣)。

式中:甲和乙依次表示第i行和第j列所對(duì)應(yīng)的值;，m為準(zhǔn)則層中影響因素的個(gè)數(shù)。

2)將優(yōu)先矩陣F改造成模糊一致性判斷矩陣Q，求行和。

利用轉(zhuǎn)換公式

得到矩陣Q，即模糊一致性判斷矩陣:

3)求行和，再利用歸一法［6］獲得權(quán)重向量。模糊一致性判斷矩陣每行元素(不含自身比較)之和:

不含對(duì)角線元素之和:

因?yàn)槭街衛(wèi)i是表示指標(biāo)i相對(duì)于上層目標(biāo)的重要程度，所以對(duì)li進(jìn)行歸一化處理可以得到各指標(biāo)的權(quán)重:

可知權(quán)重向量w為:

4)計(jì)算綜合權(quán)重向量W。重復(fù)步驟1)～3)，求得準(zhǔn)則層B對(duì)目標(biāo)層A的相對(duì)權(quán)重向量w = (w1，w2，…，wm)以及對(duì)象層C中的每一個(gè)子系統(tǒng)在準(zhǔn)則層B中各個(gè)影響因素下的權(quán)重向量，其中n表示對(duì)象層C中子系統(tǒng)的個(gè)數(shù)，記v = (v1，v2，…，vm)，則對(duì)象層C相對(duì)于目標(biāo)層A的綜合權(quán)重向量為:

5)根據(jù)綜合權(quán)重向量W分配燃油供給系統(tǒng)的故障率。根據(jù)分配權(quán)重［7］將系統(tǒng)故障率λi分配給各個(gè)子系統(tǒng)，由分配好的故障率λi計(jì)算各個(gè)子系統(tǒng)的可靠度。λi和對(duì)象層各子系統(tǒng)綜合權(quán)重的關(guān)系如下:

式中:λ表示系統(tǒng)的故障率;λi表示對(duì)象層中第i子系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)分配的故障率; Wi表示對(duì)象層中第i子系統(tǒng)的相對(duì)目標(biāo)層的綜合權(quán)重。

2　燃油供給系統(tǒng)可靠性分配

根據(jù)層次分析法分配結(jié)構(gòu)模型和模糊三標(biāo)度的優(yōu)先關(guān)系，通過(guò)專家對(duì)準(zhǔn)則層B中的5個(gè)影響因素進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)評(píng)分結(jié)果得到各影響因素對(duì)燃油供給系統(tǒng)可靠性的權(quán)重關(guān)系:工作環(huán)境＞維修難易程度＞重要度＞費(fèi)用靈敏度＞技術(shù)水平。建立優(yōu)先矩陣F:

根據(jù)優(yōu)先矩陣F求行和: q1= 3.5，q2= 1.5，q3= 2.5，q4= 4.5，q5= 0.5。

根據(jù)轉(zhuǎn)換公式(3)將優(yōu)先矩陣F轉(zhuǎn)換為模糊一致性判斷矩陣Q:

根據(jù)公式(4)、(5)、(6)求出準(zhǔn)則層相對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重向量w。

根據(jù)以上步驟及專家評(píng)分結(jié)果，可以得出對(duì)象層各子系統(tǒng)在準(zhǔn)則層單一影響因素下的相對(duì)權(quán)重關(guān)系。

維修難易程度:調(diào)速器＞噴油器＞噴油泵＞輸油泵＞濾清器。

重要程度:噴油器＞噴油泵＞輸油泵＞濾清器＞調(diào)速器。

費(fèi)用靈敏度:濾清器＞輸油泵＞噴油器＞噴油泵＞調(diào)速器。

工作環(huán)境:輸油泵＞噴油器＞濾清器＞噴油泵＞調(diào)速器。

技術(shù)水平:噴油器＞噴油泵＞調(diào)速器＞輸油泵＞濾清器。

重復(fù)章節(jié)1中步驟1)到4)，在準(zhǔn)則層單一影響因素下，可以得到對(duì)象層各子系統(tǒng)相對(duì)準(zhǔn)則層影響因素的權(quán)重向量:

轉(zhuǎn)換為矩陣形式:

根據(jù)式(7)計(jì)算綜合權(quán)重:

已知燃油供給系統(tǒng)的初始可靠度值Rs= 0.738 878，各子系統(tǒng)的初始可靠度值為:輸油泵R1=0.960 668，濾清器R2= 0.974 700，調(diào)速器R3=0.944 783，噴油器R4= 0.901 656，噴油泵R5= 0.926 308。

系統(tǒng)的故障率λ= 0.261 122，根據(jù)式(8)計(jì)算出對(duì)象層中每一個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)分配的故障率: λ1=0.045 715，λ2= 0.054 248，λ3= 0.063 572，λ4= 0.057 304，λ5= 0.040 283。

由公式Ri= 1－λ，計(jì)算得= 0.954 285，=0.945 752= 0.936 428，= 0.942 696，= 0.959 717。

由計(jì)算結(jié)果并結(jié)合在影響因素下各子系統(tǒng)的重要程度可以看出，噴油泵、輸油泵應(yīng)分配相對(duì)最高的可靠性;噴油器比原先的可靠度要高很多，這也與其重要程度有關(guān);調(diào)速器、濾清器因其相對(duì)穩(wěn)定，可以分配相對(duì)較低一點(diǎn)的可靠度。這種根據(jù)相對(duì)權(quán)重大小分配各子系統(tǒng)可靠度的方法，與廠家實(shí)際統(tǒng)計(jì)的情況基本吻合，且提高了系統(tǒng)的可靠度。由此可以看出，改進(jìn)模糊層次分析法(IFAHP)在燃油供給系統(tǒng)可靠性分配上具有較好的實(shí)用性。

3　結(jié)束語(yǔ)

基于改進(jìn)模糊層次分析對(duì)燃油供給系統(tǒng)的可靠性分配，避免了以人的主觀判斷、偏好對(duì)分配結(jié)果的影響，同時(shí)根據(jù)人腦可以對(duì)模糊事物做出正確判斷的原理，讓專家的作用在此分配方法中得到充分發(fā)揮，使得可靠性分配更加合理、便捷，為燃油供給系統(tǒng)的可靠度分配研究提供了一種切實(shí)可行的方案，在工程實(shí)際中也可以直接應(yīng)用。

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The reliability allocation of fuel supply system based on IFAHP

ZHANG Pingge，LU Zhengyue
(College of Mechanical and Electrical Engineering，Hebei University of Engineering，Hebei Handan，056038，China)

Abstract:For the more efficiently to allocate the reliability index of fuel supply system，it uses the Improved Fuzzy Analytic Hierarchy Process (IFAHP) to construct the judgment matrix，determines the relative weight of failure-prone 5 subsystems of the fuel supply system，analyzes five factors of the reliability distribution of the fuel supply system.Based on three scales，it builds the judgment matrix and determining the relative weight of failure-prone 5 subsystems of the fuel supply system which is referring to the target layer.According to comprehensive weight，it can distribute the system failure rate and calculate the reliability of each subsystem.The results coincide with the manufacturers，the actual statistics provide a practical approach to reliability allocation of the fuel supply system.

Key words:improved fuzzy analytic hierarchy process; fuel supply system; reliability allocation

DOI:10.3969/j.issn.2095－509X.2015.06.003

作者簡(jiǎn)介:張平格(1964—)，女，河北邯鄲人，河北工程大學(xué)教授，碩士，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法。

收稿日期:2015－04－17

中圖分類號(hào):TH122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):2095－509X(2015) 06－0009－03