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    基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量綜合評估

    2018-03-22 11:40:38戰(zhàn)希臣武學(xué)忠鄭海平
    中國管理信息化 2018年5期
    關(guān)鍵詞:項目質(zhì)量BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指標體系

    戰(zhàn)希臣 武學(xué)忠 鄭海平

    [摘 要] 飛機機庫是一個先進、復(fù)雜、可靠的完備技術(shù)體系,飛機機庫工程建設(shè)項目則是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,可以為提升飛機維修保障能力提供重要的支撐平臺。為了準確地反映飛機機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量的現(xiàn)實狀況,結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性映射、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)等特點,構(gòu)建項目質(zhì)量綜合評估模型,并進行了仿真驗證,分析結(jié)果表明,運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行綜合評估,可以修正專家打分法的主觀隨意性,提高綜合評估結(jié)果的準確性和可靠性,可以為項目質(zhì)量綜合評估提供實用方法和理論依據(jù)。

    [關(guān)鍵詞] 機庫工程建設(shè)項目;項目質(zhì)量;指標體系;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

    doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 05. 030

    [中圖分類號] TP18;TU712.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194(2018)05- 0071- 02

    0 引 言

    隨著大量先進飛機裝備部隊,飛機機庫工程建設(shè)項目越來越多,工程量越來越大,對機庫工程建設(shè)質(zhì)量的要求也越來越高。飛機機庫多采用尖端的國防科學(xué)技術(shù),是一個先進、復(fù)雜、可靠的完備技術(shù)體系,因此,只有注重飛機機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量,才能確保飛機維修保障能力的提升,為飛機維修保障提供先進的技術(shù)平臺。運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反映機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量的現(xiàn)實狀況,可以為機庫工程建設(shè)質(zhì)量評估提供高效的方法。

    1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型引理

    BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算具有較強的適應(yīng)性,構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)進行網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)參數(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、隱層單元數(shù)、輸入/輸出層數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值、網(wǎng)絡(luò)閾值、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練最大期望誤差等。在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中,把采集到的飛機機庫建設(shè)質(zhì)量數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),然后,根據(jù)數(shù)據(jù)特征和數(shù)據(jù)多少選擇合適的訓(xùn)練函數(shù)進行訓(xùn)練,運用網(wǎng)絡(luò)期望誤差與網(wǎng)絡(luò)最大訓(xùn)練次數(shù)對訓(xùn)練函數(shù)進行控制,確認函數(shù)是否收斂,使誤差滿足所提出的精確要求,若函數(shù)收斂,則保存網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果,形成權(quán)值閾值矩陣;若不收斂,則通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及訓(xùn)練參數(shù),進入新一輪學(xué)習(xí)。

    1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,在任何閉區(qū)間內(nèi)的一個連續(xù)函數(shù)均可用至少一個S型隱含層加上一個線性輸出層的網(wǎng)絡(luò)來逼近。應(yīng)優(yōu)先考慮增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層中的神經(jīng)元數(shù),來達到訓(xùn)練誤差要求并使網(wǎng)絡(luò)盡快收斂。實踐表明,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用輸入層—隱層—輸出層結(jié)構(gòu),比較適應(yīng)于飛機機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量評估。

    1.2 隱層單元數(shù)量的確定

    就BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言,隱層單元數(shù)量是反映機庫工程建設(shè)項目影響因素并體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的因素中。隱層單元數(shù)量與輸入、輸出單元數(shù)量以及影響因素的復(fù)雜程度直接相關(guān)。如果隱層單元數(shù)量過多,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就會很復(fù)雜,訓(xùn)練過程中運算速度就會降低,可能會出現(xiàn)神經(jīng)元冗余現(xiàn)象;如果隱層單元數(shù)量過少,那么神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所能反映的影響機庫工程建設(shè)項目的因素就會太少,則有可能導(dǎo)致訓(xùn)練難以收斂和精確度下降,進而影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨別能力降低,使輸出的仿真結(jié)果難以準確反映被評估對象的現(xiàn)實狀況。借鑒Robert Hecht提出的隱層單元數(shù)為2N+1,其中N為輸入節(jié)點數(shù)。結(jié)合飛機機庫工程建設(shè)項目實際,選用經(jīng)驗?zāi)P蜑椋弘[層單元數(shù)≤■+1,其中,N為輸入節(jié)點數(shù),L為輸出節(jié)點數(shù)。因為影響因素選取了20個,即 N=20,輸出節(jié)點 L=1,最終確定隱層單元數(shù)為10個節(jié)點。

    1.3 輸入/輸出數(shù)據(jù)的確定

    在機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量評估過程中,由于涉及的項目質(zhì)量因素很多,能夠反映項目質(zhì)量的各種情況又千差萬別,在實際的綜合評估過程中不可能將因素數(shù)據(jù)全部考慮在內(nèi),因此,考慮到項目質(zhì)量綜合評估實際情況和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的要求,選擇輸入數(shù)據(jù)為質(zhì)量綜合評估的20個指標作為控制點,輸出數(shù)據(jù)即為項目質(zhì)量綜合評估的結(jié)果。

    2 綜合評估指標體系的構(gòu)建

    以機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量的綜合評估為目標,以人員因素、材料因素、機械設(shè)備因素、方案因素、環(huán)境因素為一級指標,進行分解得到二級、三級指標,建立一個具有三級指標的評估指標體系。

    2.1 綜合評估指標的篩選

    (1)人員因素指標的選取。

    (2)材料因素指標的選取。

    (3)機械因素指標的選取。

    (4)方案因素指標的選取。

    (5)環(huán)境因素指標的選取。

    2.2 綜合評估指標體系的結(jié)構(gòu)

    機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量綜合評估指標體系的結(jié)構(gòu)如表1所示。

    3 數(shù)據(jù)獲取與仿真分析

    根據(jù)機庫工程建設(shè)項目施工過程中采集了10組數(shù)據(jù)。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具的輸入節(jié)點數(shù)據(jù)“inputs”項中放輸入數(shù)據(jù)矩陣,輸出節(jié)點數(shù)據(jù)“targets”選項中放輸出數(shù)據(jù)矩陣。

    3.1 初始權(quán)值的設(shè)置

    連接權(quán)重的初始權(quán)值設(shè)置必須合理,若初始權(quán)值過大,則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換函數(shù)飽和,使網(wǎng)絡(luò)陷入局部最??;若初始權(quán)值過小,則會導(dǎo)致離散性大,訓(xùn)練精度下降。因此,應(yīng)使初始加權(quán)后的每個神經(jīng)元輸出值都趨近于零,以確保各神經(jīng)元權(quán)值都能在其S型激勵函數(shù)變化最大處進行調(diào)節(jié),使權(quán)重調(diào)整速度較快。可見,初始權(quán)值選取[-1,1] 之間的隨機數(shù)比較合理且可行。

    3.2 期望誤差的選取

    期望誤差的大小決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度,機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量特性的形成盡管有一定的規(guī)律性,但是,因此而構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不一定都能收斂到一個較小的期望誤差。一般而言,非線性程度越高,期望誤差就會越大。同時,期望誤差的大小還取決于隱層節(jié)點數(shù)量和訓(xùn)練時間長短,增加隱含層的節(jié)點和增加訓(xùn)練時間可以有效降低期望誤差,為了準確反映機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量,選取期望誤差為:0.000 01[1]。

    3.3 訓(xùn)練次數(shù)的確定

    神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練次數(shù)受輸入數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、隱節(jié)點數(shù)、訓(xùn)練函數(shù)等環(huán)節(jié)的影響。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練到一定程度,誤差會趨于一個穩(wěn)定的值,此時網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的次數(shù)即為最佳訓(xùn)練次數(shù)。結(jié)合項目質(zhì)量綜合評估實際,選用網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練次數(shù)為:10 000次。

    3.4 訓(xùn)練過程

    設(shè)定完參數(shù)后就可以進行樣本訓(xùn)練,以獲得各個節(jié)點之間的連接權(quán)重。訓(xùn)練的過程就是將數(shù)據(jù)前向傳播,和目標數(shù)據(jù)比較后將誤差反向傳播,從而不斷調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點之間的連接權(quán)重。

    3.5 仿真結(jié)果分析

    通過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后,得出誤差變化曲線圖和權(quán)重直方圖,如圖1、圖2所示。

    從誤差變化曲線圖和權(quán)重直方圖可以看出,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練了127次,即已訓(xùn)練完成,系統(tǒng)已經(jīng)將權(quán)值和閥值進行了合理調(diào)整并存到了訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)中。運用Simulate Network進行仿真,得出仿真結(jié)果為0.898 15。此飛機機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量綜合評估結(jié)果為:優(yōu)。

    4 結(jié) 語

    基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對飛機機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量進行綜合評估,可以比較準確地反映機庫工程建設(shè)項目質(zhì)量的現(xiàn)實狀況,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估結(jié)果,可以找出影響工程建設(shè)項目質(zhì)量的主要因素和這些因素存在的主要問題,以便于采取相應(yīng)的對策措施。

    主要參考文獻

    [1]尹越琳.建筑施工項目質(zhì)量控制探究[J].冶金叢刊,2017(4):175-176.

    [2]彭東.建筑項目質(zhì)量的控制管理研究[J].經(jīng)營管理者,2013(6x):299.

    [3]劉建寧. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價的鄭徐高鐵建設(shè)質(zhì)量風(fēng)險研究[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2014,24(3)3:67-72.

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