层次分析法在直升机重量控制风险评价中的应用.pdf

中国科技信息 2024 年第 6 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-70-三星推荐重量控制是直升机研制过程中一个重要组成部分。重量控制的失败直接影响直升机性能无法达到预期指标，进而导致项目下马或失去市场竞争力，可以说重量控制的成效直接影响项目的成功与否。直升机研制项目由于其技术特点、进度要求、项目管理模式等不同，其重量控制工作所面临的风险也不同，找到重量控制的风险因素是做好重量控制工作中的重要一环。影响重量控制效果的因素有很多，在其中找到关键因素，又是提高重量控制工作效率的必要前提。面对众多的重量控制风险因素，将其合理评价并排序，需要有一个科学合理的风险评价方法。本文选用层次分析法从直升机整个工程研制过程视角下构建重量控制风险因素层次分析模型，以期形成一种直升机重量控制风险因素评价的科学方法，让直升机研制过程中的重量控制工作有的放矢，提升重量控制工作的效率和质量，有力保障项目成功。层次分析法简介层次分析法（AHP）根据决策问题特点，将相关元素根据相互关系分成不同的层次，形成一个层次结构模型，将要决策的问题转化为确定下一层级对上一层级的权重值的方法。其具有将专家的定性分析转化为定量数据的优点，是一种定性、定量分析有效结合的方法。（1）构造层次结构模型将需要决策的问题分解多个元素，将分解形成的多个元素按照相互关系组成具有不同层次的结构模型。（2）构造判断矩阵并赋值建立层次结构模型以后，将同一层次所有元素构造两两比较判断矩阵。根据 Saaty 提出的重要性标度法进行两个元素的重要程度比较，并对其进行赋值。重要性标度含义见表1。表 1 重要性标度含义表重要性量化值含义1因素 i 比因素 j 同等重要3因素 i 比因素 j 稍微重要5因素 i 比因素 j 明显重要7因素 i 比因素 j 强烈重要9因素 i 比因素 j 极端重要2，4，6，8表示两相邻判断的中间值倒数若因素 i 与因素 j 的重要性之比为 aij，则因素 j 与因素 i 的重要性之比为 aji=1/aij行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度层次分析法在直升机重量控制风险评价中的应用姬广东姬广东航空工业直升机设计研究所姬广东（1992），江西景德镇，本科，南京航空航天大学，研究方向：直升机总体设计。-71-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 6 期三星推荐（3）计算单层次权重及一致性检查计算每一个判断矩阵各因素对其上一层级的相对权重，根据权重值进行单层次单排序。对于判断矩阵 A，首先将其按列归一化，其次将对列向量求算术平均值，作为指标权重w。根据 Aw=w，计算该矩阵最大特征根。当判断矩阵的阶数 3 时，需要进行一致性检验。一致性指标：（n 为判断矩阵的阶数 0。一致性比例：CR=CI/RI（RI 是平均随机一致性指标，见表 2）。当 CR 0.1 时，判断矩阵一致性可接受；当 CR 0.1 时，判断矩阵不符合一致性要求，需要对其进行相应的修正。表 2 随机一致性指标表阶数123456789RI000.580.901.121.241.321.411.45（4）计算总权重在计算单层次权重的基础上，计算最底层次元素相对于最高层次元素的权重，并根据权重值进行总排序。例如三层评价指标体系，Cij对 A 的权重为。直升机重量控制风险因素评价模型构建及风险排序项目简介以一直升机项目为例。该项目具有以下特点：存在较多的需重新研制的子系统；使用环境包括高原与平原多个使用状态；存在较多需重新研制、改进优化的产品；工程进度时间紧，无设计迭代周期；重新研制产品的选择由多家优选确定；生产厂家具有一定生产经验；全机运用复合材料件较多。建立风险评价层次模型建立模型的第一步是风险识别。本项目采用是的是专家调查法，让专家根据项目特点对项目重量控制风险因素各抒己见，初步设定直升机项目重量控制风险的一级、二级风险因素，为鉴定各项因素是否合理并能够得到补充，共发放调查问卷 9 份，回收 9 份，回收率为 100。9 位专家对调查表中的一级指标均进行修订和完善，根据被调查者的意见，确定重量控制风险影响因素的一级因素为：设计风险、制造风险、其他风险，对二级因素进行了筛选、补充及修改。最后根据意见梳理风险归纳整理形成 3 个一级风险因素、17 个二级风险因素，如图 1 所示。具体分析如下：第一，设计风险。设计风险是由于设计的不确定性带来的风险，设计风险往往是由于设计漏洞和设计失误以及新技术的不成熟导致的。设计风险存在于项目研制方案阶段、详细设计阶段以及试验试飞阶段。方案设计阶段主要包括由于直升机需求变更引起的技术状态变化从而引起重量风险，重量工程师在重量计算分析时的错误、系统设计师在重量估算的误差、飞行性能计算评估的准确性等都有可能引起重量增加，成为重量控制的风险。在详细设计阶段，由于经过多轮迭代，技术状态、重量计算、飞行性能计算等日趋完善和成熟，此时的载荷计算和强度评估进入精细化计算，载荷和强度计算评估结果直接影响结构重量，此时载荷强度计算评估结果成为重量控制的主要风险。在试制和试飞阶段，新技术的应用效果得以体现，试验试飞也会暴露出问题，此时新技术应用效果不佳以及试验试飞问题处理成为重量控制的主要风险。第二，制造风险。直升机在生产制造阶段，不同批次的原材料尺寸存在差异，采用大量尺寸处于上差的原材料生产的零件往往存在超重现象。目前直升机大量应用复合材料，复合材料的成型质量也影响零件的重量，喷漆前的表面修复等因素也往往导致零件超重。新工艺的应用效果以及厂家制造经验不足同样会增加重量控制的风险。第三，其他风险。不同直升机项目采取的管理模式和进度要求不同。当配套产品采用多方案选优时，就有可能导致轻重量方案落选、数据造假等不确定因素。当配套产品只有单一来源时，就有可能导致重量权重变小，导致重量不可控。当项目存在周期紧张时，设计员为避免迭代而加大设计裕度，存在超重现象但无减重周期时都会带来重量控制风险。建立判断矩阵和计算单层次风险因素权重根据已确立的各级风险因素，请专家针对各因素对重量控制的影响程度进行打分，共计回收 9 份有效问卷。根据统计结果，计算各因素平均分形成判断矩阵，进而计算各指标权重值，A-B 判断矩阵见表 3。表 3 A-B 判断矩阵及计算AB1B2B3标准化特征向量B11.0003.5004.0000.645 8B20.2861.0001.6670.210 8B30.2500.6001.0000.143 5注：=3.0162，CI=0.0081，RI=0.58，CR=0.0140 0.1同理，B-C 判断矩阵见表 4 表 6。图 1 直升机项目重量控制风险因素评价层次模型中国科技信息 2024 年第 6 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-72-三星推荐表 5 B2-C 判断矩阵及计算B2C21C22C23C24标准化特征向量C211.0000.5000.2000.5000.097 2C222.0001.0000.3331.0000.185 6C235.0003.0001.0003.0000.531 7C242.0001.0000.3331.0000.185 6注：=4.0042，CI=0.0014，RI=0.90，CR=0.0015 0.1表 6 B3-C 判断矩阵及计算B3C31C32C33C34C35标准化特征向量C311.000 2.000 2.000 0.333 0.500 0.150 0C320.500 1.000 0.667 0.250 0.333 0.081 2C330.500 1.500 1.000 0.200 0.250 0.086 4C343.000 4.000 5.000 1.000 1.500 0.399 6C352.000 3.000 4.000 0.667 1.000 0.282 7注：=5.0557，CI=0.0139，RI=1.12，CR=0.0124 0.1风险因素总排序各级风险因素相对重量控制风险的权重及总排序见表7。表 7 层次总排序结果目标层 一级因素二级因素全局权重全局排序重量控制风险设计风险0.645 8设计需求变更 0.039 60.025 613技术状态不明确 0.216 70.139 92系统重量估算误差大 0.2530.163 41新技术应用效果不佳 0.127 50.082 35载荷强度计算错误 0.083 30.053 87全机重量计算错误 0.149 50.096 54飞行性能计算错误 0.0520.033 612试验试飞问题处理 0.078 50.050 78制造风险0.210 7原材料质量不稳定 0.097 20.020 515复合材料件成型质量差 0.185 60.039 111电缆铺设长度余量过大 0.531 70.1123新工艺应用效果不佳 0.185 60.039 110其他风险0.143 5轻重量方案落选 0.150 10.021 514单一来源，重量不可控 0.081 20.011 717恶性竞争，重量数据造假 0.086 40.012 416进度紧迫，无减重周期 0.399 60.057 36进度紧迫，设计余量较大 0.282 70.040 69总结结语重量控制是直升机研制过程中的重要工作，重量控制风险的识别和评价是重量控制工作的前提。不同直升机项目具有不同的重量控制风险，本文根据直升机项目特点，通过层次分析方法计算给出了直升机项目的重量控制风险因素的权重与排序。从一级风险因素所占权重分析，设计风险是该项目重量控制风险的主要因素，总体来看二级风险因素中系统重量估算误差大、技术状态不明确、电缆铺设长度余量过大是风险集中区，其次是全机重量计算错误、新技术应用效果不佳、进度紧迫无减重周期等因素，在开展重量控制工作时可有针对性的关注不同风险因素。展望直升机重量控制风险一般包含技术、制造以及其他因素的风险，在直升机行业当前三维数字化制造时代，制造带来的重量控制风险一般远小于设计不确定性带来的风险，在直升机重量控制工作中，减少设计阶段的不确定性，重点关注设计阶段风险因素是做好直升机重量控制工作的关键。重量控制工作贯穿直升机全寿命周期，未来可细化直升机不同寿命周期阶段并针对全新研制的直升机进一步完善重量控制风险层次分析模型并计算各因素权重，支撑项目重量控制工作。表 4 B1-C 判断矩阵及计算B1C11C12C13C14C15C16C17C18标准化特征向量C111.0000.2500.1670.3330.5000.2500.5000.5000.039 6C124.0001.0001.0002.0002.0002.0004.0003.0000.216 7C136.0001.0001.0002.0003.0003.0004.0003.0000.253 0C143.0000.5000.5001.0002.0000.5003.0002.0000.127 5C152.0000.5000.3330.5001.0000.5002.0001.0000.083 3C164.0000.5000.3332.0002.0001.0003.0002.0000.149 5C172.0000.2500.2500.3330.5000.3331.0000.5000.052 0C182.0000.3330.3330.5001.0000.5002.0001.0000.078 5注：=8.1180，CI=0.0269，RI=1.41，CR=0.0190 0.1