基于AHP和灰色聚类决策的设计参数优化选择方法研究

工作直接关系到装备可否正常运行。而设计管路需要考虑的参数数量大、种类多，除了重要的结构参数（包括：接口尺寸、管路通径等）、性能参数（如：强度、刚性、振动频率等）外，还需考虑加工工艺、装配工艺、可靠性、维修性、安全性、测试性、环境适应性、标准化等参数。出于可行性的考虑，不可能选择所有参数进行管路设计。若选择的参数过多，无法有效突出主要参数、弱化次要参数，导致参数冗余，可能出现设计偏差；反之，若设计参数选择过少、不完整，致使设计参数缺失，不足以设计出符合要求的管路。因此，从众多的参数中合理的选择满足设计要求的参数至关重要。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，以下简称：AHP）采用排序原理将研究对象排出优劣次序，并对排序结果进行分析决策[1，2]。灰色聚类决策依据白化权函数将决策对象聚集成若干个灰类，进而分析各决策对象的类别[3，4]。这两个方法结合使用可解决本文待求问题。

2 设计参数优化选择模型

设计参数优化选择模型流程，第一步，确定待解决问题的决策对象、决策指标和决策对象需要区分的灰类。第二步，结合AHP和信息熵方法计算综合权重η。首先，运用AHP方法获得决策指标权重向量η1。①建立判断矩阵O：决策者将决策指标两两相对重要性进行比较，比较尺度划分为：绝对重要、颇为重要、重要、稍微重要、同等重要。在1～9的尺度下，通过专家评分，确定判断矩阵O。②计算判断矩阵O的最大特征值及其对应的特征向量。③对判断矩阵O进行一致性检验。若通过则进行步骤④，反之，返回步骤①，重新建立判断矩阵。④对特征向量进行归一化处理，获得决策指标权重向量η1。其次，运用信息熵方法获得决策对象权重向量η2。①建立评价矩阵X：对决策对象关于决策指标的关联性进行评分，评分尺度划分为：强关联、稍强关联、关联、稍弱关联、弱关联（见表1）。在1～9的尺度下，通过专家评分，确定判断矩阵X。②根据式（2）对评价矩阵X标准化，得到标准化评价矩阵X*。③依据式（3）计算信息熵Hj，依据式（4）得到决策对象权重向量η2。最后，根据式（5），获得综合权重向量η。

表1 1～9尺度的含义

3 案例分析

以某型燃气轮机的换向阀出口油管为例来详细说明设计参数优化选择过程。换向阀出口油管连接换向阀和燃油控制装置回油管，用于传输高压燃油，控制排气装置可调叶片开关。油管在燃气轮机的运行过程中起着非常重要的作用，需要保证油管的安全可靠工作。

参考GJB3816-1999，管路设计中一般考虑以下要求：（1）结构方面：①满足流量要求；②符合装配要求；③满足漏油量要求；④与相邻件的距离合理。（2）性能方面：①满足刚性要求；②符合强度要求；③避免共振。（3）可靠性维修性要求：①寿命长；②平均故障间隔时间MTBF短；③维护工时短。（4）测试方面：①具有可测量环境；②测点可视可达。（5）加工工艺方面：①加工工时短；②焊缝等级满足要求。（6）装配工艺方面：①装配工时短；②装配应力小。将以上16个设计参数确定为决策对象（见表2）。

表2 主要设计参数列表

从上可知：MTBF、强度要求、管路通径、漏油量、接头尺寸、寿命、自振频率为优先选用的设计参数；刚性、装配应力值、焊缝等级为选用的设计参数；加工工时、测点环境、相邻件距离、维护工时、装配工时、可视可达为不建议选用参数。

4 结果与分析

表3列出了专家评分系统对各设计参数重要度的评分结果。选择重要度不小于4的设计参数为优先选用参数；重要度为3的参数为选用参数，重要度不大于3的参数为不建议选用参数。分析表4可知：①通径、接口尺寸、漏油量、振动应力值、自振频率、平均故障间隔时间、寿命为优先选用参数；②刚性、装配应力值、焊缝等级为选用参数；③相邻件距离、维护工时、加工工时、装配工时、测点环境、可视可达为不建议选用参数。可见，专家评分系统的结论与本文结果基本一致，说明所提方法具有一定的合理性和有效性。

表3 各设计参数重要度

参考文献：

[1]余江鸿，姚齐水，李睿 等.基于灰色聚类决策的监测优化选择方法研究[J].测控技术，2013，32（7）：121-129.

[2]苏华军，李航航.基于AHP和灰色综合评判的作战飞机空战性能评价[J].电光与控制，2008，15（9）：39-42.

[3]刘志军.基于全生命周期的机舱火灾风险评估与控制模型研究[D].大连，大连理工大学，2011.9.

[4]马志华.现代船舶电气设备维修决策方法研究[D].上海，上海海事大学，2005.10.

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