CN103823939B - 一种基于虚拟维修的维修安全定性因素定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于虚拟维修的维修安全定性因素定量评价方法，属于虚拟现实技术及数学科学辅助产品设计的技术领域。首先确定具体产品维修安全设计中的维修安全定性因素，对维修安全定性因素进行层次划分，应用层次分析法对层次结构的维修安全定性因素进行排序权重确定，完成虚拟环境中面向产品虚拟样机的维修过程核查和因素分析，结合因素的分析结果和维修安全问题分类对层次结构中底层的各因素的问题等级进行评定，结合评定值和排序权重为各因素进行定量评价。本发明充分利用虚拟维修提供的维修安全定性因素单因素评价结果，对维修安全定性因素提供定量的评价，在产品设计初期客观、系统地为产品维修安全定性因素提供辅助支持。

Description

一种基于虚拟维修的维修安全定性因素定量评价方法

技术领域

本发明属于虚拟现实技术及数学科学辅助产品设计的技术领域,涉及在产品设计初期客观、系统地为产品维修安全定性因素定量评价技术。

背景技术

产品维修中大部分的维修工作仍然是由人来完成。特别是新的产品，结构功能较为复杂，新材料和电子系统的使用，使得在维修过程中故障发生的时间和部位较难确定，这对维修人员的安全存在着较大的隐患，也对产品维修的要求增加了，维修人员必须具有更丰富的知识和技能。相当一部分的维修工作持续时间较长，任务要求提高利用率，要求减少维修停场时间，因此，维修人员在高度复杂的系统中工作经常要承受巨大的时间压力，长时间的维修工作以及不舒适的维修工作姿态给维修人员造成疲劳，这对维修人员的人身安全有着很大的影响。

产品维修安全设计的好坏在一定程度上影响着产品使用后的维修便捷性及产品本身的可用性，传统维修安全设计与分析主要涉及定性因素及定量因素两个方面内容，定性因素包含可视性、可达性、防差错及人机功效等。传统维修安全定性因素的设计方式主要是产品设计人员在设计阶段考虑相关的维修安全设计，该种方式使得设计人员对其负责产品的维修安全设计能够较好的把握，但是将产品综合集成至系统层次时，往往出现不协调的问题，如产品安装拆卸空间不足、相邻设备的固定方式冲突及系统间连接方式矛盾等，而该种设计方式的评价途径主要在产品物理样机生产之后才能发现，往往由于和性能之间的冲突会出现维修安全设计不能改进的结果，而且又会浪费大量的人力和物力资源，在产品设计进度上有很大的滞后性。

虚拟维修技术实现了在产品设计初期虚拟维修人员在虚拟维修环境下以虚拟样机为维修对象进行维修过程的实现，这一过程实现了产品设计与产品分析同时进行，形成了及时反馈、不断迭代和持续改进的工作方式，为维修安全设计工作的开展提供了辅助作用。

现阶段利用虚拟维修技术分析维修安全定性因素的工作方式主要为充分利用虚拟环境提供的人体视锥工具、手部操作包络工具、人体移动碰撞检测工具等逐一分析维修安全设计中的定性因素，并参照产品及系统地维修安全设计准则，对维修安全设计缺陷进行改进。这一工作方式主要集中于维修安全定性因素的单因素上，对单因素的问题发现及改进有一定的指导作用，但该种工作得出的结论往往是产品设计优或差的定性概念，缺乏对产品维修安全定性因素较为客观的评价描述及整体评价，而且在该种单因素分析方面，往往忽略了同一产品在考虑使用和维修状况时不同维修安全定性因素直接的相互重要关系，对产品维修安全某一具体的定性因素改进指导较为缺乏，如在和产品定性因素设计准则对比分析之后，产品可视性设计及防差错设计都需要改进，但是考虑其使用及维修特点，可视性对于防差错的改进更为重要，所以如何在维修安全定性单因素分析结果得出之后，如何处理这类问题而对产品维修安全改进意见的得出显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服虚拟维修在指导产品维修安全定性因素改进中对单因素之间重要程度缺乏衡量的问题，通过研究维修安全设计中的常用定性因素，分析维修安全定性因素之间的层次结构，引用层次分析法对层次结构中的单因素根据其在使用和维修的实际重要度情况进行定量分析，对产品维修安全设计中的定性因素提供定量评价的方法，以便为维修安全设计改进提供更为直观的改进意见，达到在产品设计初期客观、系统地辅助改进产品维修安全设计的目的。

本发明提供了一种基于虚拟维修的维修安全定性因素的定量评价方法，包括如下步骤：

步骤一、根据产品特点，确定产品维修安全设计中的维修安全定性因素；

参照维修安全标准文件，针对具体的维修对象，确定其需要分析的维修安全定性因素，其他不需要分析的维修安全定性因素不予以考虑。

步骤二、对确定的维修安全定性因素进行层次划分，设底层为第一层，总目标位于最高的第Q层，第二至Q层中的每个因素都包含下一层一个以上的因素；Q为大于等于2的整数；

步骤三、应用层次分析法对建立好的具有层次结构的维修安全定性因素的排序权重进行确定；

步骤四、利用虚拟环境中的仿真机分析工具，根据实际的产品维修规程，完成虚拟环境中面向产品虚拟样机的维修过程核查，对维修安全定性因素层次结构中底层的全部因素进行分析；

步骤五、结合步骤四得到的因素的分析结果和维修安全问题分类，对维修安全定性因素层次结构中底层的各因素的问题等级进行评定，所评定的值为因素的定性分析结果；

步骤六、对产品维修安全设计中的全部维修安全定性因素进行定量评价。

所述的步骤三中，包括：构造判断矩阵；层次单排序及一致性检验；层次总排序及一致性检验。构造判断矩阵具体是：对同一层次上属于同一上层因素的因素，关于该上层因素的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断矩阵。层次单排序及一致性检验具体是：获取各判断矩阵的最大特征值的特征向量，对特征向量进行归一化，每个归一化的特征向量就是当前层因素对于所属上一层因素重要性的排序权重，对归一化的特征向量进行一致性判断。层次总排序及一致性检验具体是：获取底层因素对于总目标重要性的排序权重，并对所得到的排序权重的向量进行一致性判断。

所述的步骤五中，对底层因素都评定有一个维修安全问题等级的值。

所述的步骤六中，通过下面方法获取因素的定量评价值：

设第q+1(q=1,2,…,Q-1)层的某一因素C，包含第q层的h个因素D₁,D₂,…,D_h，因素C的定量评价值R根据下式确定：

R＝aW；

其中，a=(R₁ R₂ … R_h)表示因素D₁,D₂,…,D_h的定量评价值，第一层因素的定量评价值为步骤五确定的因素的定性分析结果， $W=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1\\ {\mathrm{\ω}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ω}}_h\end{array}\right)$ 表示因素D₁,D₂,…,D_h对于因素C的排序权重向量。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和积极效果：

a)在产品设计初期借助虚拟维修技术展开维修安全定性因素的核查，改进了产品维修安全设计改进实现方式；

b)充分利用虚拟维修对维修安全定性因素分析的结果，为维修安全设计改进提供定量方面的分析结果；

c)方法中对于维修安全定性因素定量评价的方法对于其他产品在考虑不同维修安全定性因素情况时提供了参考。

附图说明

图1为基于虚拟维修的维修安全定性因素的定量评价方法原理框图；

图2为维修安全标准文件中维修安全定性因素的层次划分示意图；

图3为虚拟环境中的维修过程核查流程示意图；

图4为本发明实施例飞机辅助动力装置维修安全定性因素递阶层次结构示意图；

图5为本发明实施例飞机辅助动力装置拆装的核查过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来说明本发明的技术方案。

本发明提供的基于虚拟维修的维修安全定性因素的定量评价方法，整体实现流程如图1所示，下面具体说明各个步骤。

步骤一、根据产品特点，分析产品维修安全设计中的定性因素。

产品维修安全设计中有众多的维修安全设计定性因素，不同的产品对维修安全定性因素的要求程度也不同，在设计初期根据产品及分系统工作特点，并参照维修安全标准文件和产品设计方案，确定具体产品设计中应当注意的维修安全因素，如布局设计、标准化、维修安全设计、可视性、可达性、维修空间、防差错设计、人素工程等，在进行该步骤的实施时，可以参照相似产品或同类产品的经验，列出需要考虑的因素，并按照需要整理在相应的表格内，表1给出了一种整理方式。维修安全标准文件包括涉及了产品维修安全设计中有关的标准文件，如GJB/Z91-97、GJB900、GJB/Z131、GJB/Z99-97、GJB478、GB2894等，在确定维修安全因素时，应该根据标准文件总结出产品设计中需要关注的因素。

表1产品维修安全定性因素记录

步骤二、对选定的维修安全定性因素进行层次划分。层次结构的底层为第一层，总目标位于最高的第Q层，第二至Q层的每个因素都包含下一层一个以上的因素；Q为大于等于2的整数。

对步骤一中确定的产品维修安全定性因素进行层次划分，在进行维修安全定性因素划分时，需要考虑各因素之间的所属关系，即分析因素之间是同级别因素还是上下级的因素，如视野可达和实体可达都属于可达性的范畴，热危险源和机械危险源都属于物理危险的范畴。产品维修安全定性因素较多，根据不同的划分方式，可以得出不同的结果，所以划分方式应根据产品的实际情况进行分析。如图2所示，维修安全标准文件中对常用的12种被广泛认可的维修安全定性设计因素按照设计、人员及支援可以分为三类，对维修安全定性因素分类及层次划分是后续定量分析的基础。图2中，设计中包含可达性、拆装性、标准化、简易性、识别标识、诊断性、模块化和耐久性；人员包括人素工程和安全性；支援包括工具和技术文档。

步骤三、分析定性因素之间的相互权重关系。

经过层次划分之后的维修安全定性因素，在同一级别的因素之间对于较高层次因素有权重关系，即对较高层次因素的贡献程度有所不同，在该步骤中应用层次分析法对建立好的具有层次结构的维修安全定性因素进行权重确定。层次分析法把复杂问题分解成各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构。通过两两比较的方式确定各个因素相对重要性，然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总排序。运用层次分析法进行分析定性因素之间的相互权重关系时，可分为4个步骤进行：

步骤3.1：分析步骤二中产品各维修定性因素之间的所属关系，建立系统的递阶层次结构，上一层次的元素作为准则对下一层次有关元素起支配作用，递阶层次结构中的层次数与产品维修安全等级划分的复杂程度及详尽程度有关；

步骤3.2：对同一层次上属于同一上层因素的因素关于该上层因素的重要性进行两两比较，构造如下形式的两两比较的判断矩阵A＝(x_ij)_n×n，x_ij表示第i个因子和第j个因子关于上一层因素的重要性进行比较的值，n为当前层次上，某一较高层次因素下所含有的全部子因素的数量，下面以n=3为例来说明：

$A=\left[\begin{array}{ccc}{x}_{11}& x_{12}& x_{13}\\ x_{21}& x_{22}& x_{23}\\ x_{31}& x_{32}& x_{33}\end{array}\right],x_{\mathrm{ij}}=1/x_{\mathrm{ji}},i,j=\mathrm{1,2,3}---\left(1\right)$

本发明实施例中x_ij引用数字1-9及其倒数作为取值，值越大表示重要性越大。

对于当前层次，对属于同一上层因素的因素建立一个判断矩阵。

步骤3.3：层次单排序及一致性检验，对于递阶层次中某一较高层次因素建立的判断矩阵，其最大特征值λ_max的特征向量W，经归一化后即为全部的较低层次因素对于该高层次因素相对重要性的排序权重a_i，这一过程称为层次单排序。单排序的一致性检验需要通过计算一致性指标CI和一致性比例CR，当CR＜0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正，即调整判断矩阵中两两比较的结果。

对于某一判断矩阵，计算一致性指标CI，其中λ_max为判断矩阵的最大特征值：

$\mathrm{CI}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }}{n-1}---\left(2\right)$

n表示递阶层次确定之后，当前层次上的某一较高层次因素下所含有的全部子因素的数量。n也为判断矩阵中进行判断的因素个数，判断矩阵为n*n的矩阵。

计算一致性比例CR，其中RI为相应的平均随机一致性指标：

$\mathrm{CR}=\frac{\mathrm{CI}}{\mathrm{RI}}---\left(3\right)$

查找相应的平均随机一致性指标RI值，如表2所示：

表2RI值

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI	0	0	0.58	0.90	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45

步骤3.4：层次总排序及一致性检验。

通过层次单排序获得第q层因素对于第q+1层各因素重要性的排序权重，q=1,2,…,Q-1。利用下面公式获取底层因素对于总目标重要性的排序权重：

$b_j=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{\mathrm{ji}}{a}_i,j=\mathrm{1,2},...,k---\left(4\right)$

bj表示底层因素对于第q+1层的某个因素重要性的排序权重；b_ji表示底层因素对于第q层某个因素重要性的排序权值，对应特征向量的行数为k；a_i表示第q层因素对于第q+1层某个因素重要性的排序权值，对应特征向量的行数为m。

图2所示，本发明实施例中共有三个层次，最高层为总目标，第二层为设计、人员和支援三个因素，第三层为可达性、拆装性、标准化等因素。第三层上的因素C_u为总目标，在第二层上有m个因素A₁,A₂,…,A_m属于因素C_u，因素A₁,A₂,…,A_m关于因素C_u重要性的排序权重为a₁,a₂,…,a_m。对于因素A_i(i=1,…,m)，在底层上有k个因素B₁,B₂,…,B_k属于因素A_i，因素B₁,B₂,…,B_k关于因素A_i重要性的排序权重为b_1i,b_2i,…,b_ki，则底层中因素B_j(j=1,…,n)关于总目标C_u重要性的排序权重利用公式(4)确定。

设对于第q+1层次中因素C_u，在第q层中属于因素C_u的m个因素A₁,A₂,…,A_m所进行比较的判断矩阵对应的排序权重的向量为(a₁,a₂,…,a_m)，在单排序中经一致性检验，求得m个因素A₁,A₂,…,A_m单排序一致性指标CI(i),i＝1,2,…,m，相应的平均随机一致性指标为RI(i)。

则对第q+1层因素C_u的判断矩阵进行一致性判断，通过下式计算因素C_u的总排序随机一致性比例CR'为：

${\mathrm{CR}}^{\′}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{CI}\left(i\right)a_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{RI}\left(i\right)a_i}---\left(5\right)$

当CR'＜0.10时，接受因素C_u的判断矩阵的一致性，认为层次总排序结果具有较满意的一致性并接受该分析结果。否则，对因素C_u的判断矩阵作修正。

步骤四、完成虚拟环境中的维修过程核查。

利用虚拟环境中的仿真及分析工具，根据实际的产品维修规程，按照“信息输入-样机建模-场景搭建-过程核查”框架，如图3所示，完成虚拟环境中面向产品虚拟样机的维修过程核查，实现对维修安全定性因素层次结构中底层全部定性因素的分析。

A1)“信息输入”主要包括虚拟维修中涉及模型的CAD数据、人体模型数据以及相应的维修工作步骤；

A2)“样机建模”是利用获取的CAD数据构建虚拟维修需要的样机模型，包括维修人员模型、维修对象模型、维修保障工具模型等，并赋予样机模型相关的特征，如维修安全特征等；

A3)“场景搭建”是指将虚拟维修涉及的全部模型按照合理的方式在虚拟维修环境中进行显示，基本原则是保证虚拟维修场景的真实性；

A4)“过程核查”是在虚拟维修场景下，将维修对象的维修步骤，用维修核查的方式进行体现，并利用维修实现过程及虚拟分析工具对整个过程中的因素进行核查，如可视性分析、可达性分析、操作空间分析、人素分析等。

步骤五、基于维修安全问题等级划分的单一维修安全定性因素分析结果。结合步骤四得到的因素的分析结果和维修安全问题等级划分，对维修安全定性因素层次结构中底层的全部因素的问题等级进行评定。

步骤四的维修过程核查对维修安全定性因素层次结构中底层全部定性因素进行了分析，这一过程得出了维修安全设计的实际情况，在步骤五中，需要对底层全部定性因素的分析结果进行进一步的判定，即得出这些分析结果对于产品维修安全设计的影响程度，即通过产品维修安全问题等级划分给出当前维修安全定性因素的问题等级。

常用的维修安全问题根据影响程度划分为如下三个等级，对照该等级划分可以对步骤四中的维修安全定性因素分析结果进行判断，即属于哪一等级，并将三类维修安全问题等级划分的分数记为1，2，3，以便于定量的表达，应该注意的是，该分数提供了一个对于定性因素的定量表达方式，如某因素的设计位于1-2之间时，通过该种方式最终计算的结果可能为1.3或1.7，这样就更容易得出维修安全定性因素的设计更偏向于哪一类问题。

a)等级1：导致维修任务无法完成或此类维修安全问题造成维修任务无法完成，必须进行改进；

b)等级2：此类维修安全问题的更改可能会影响到其它方面的变动，如增加重量、产品的性能或功能，需进行权衡分析后确定改进措施；

c)等级3：此类维修安全问题的更改会进一步提高产品的维修安全水平，不更改不至于影响维修任务无法完成。此类问题可视情更改。

步骤六、维修安全定性因素的定量评价。

利用步骤三中因素之间的权重关系以及步骤五中的单因素定性分析结果，对产品虚拟维修涉及的全部定性因素进行定量评价。

从底层因素开始，通过下面方法获取所有因素的定量评价值。

设第q+1(q=1,2,…,Q-1)层的某一因素C，包含第q层的h个因素D₁,D₂,…,D_h，因素C的定量评价值R根据下式确定：

R＝aW；

其中，a=(R₁ R₂ … R_h)表示因素D₁,D₂,…,D_h的定量评价值，第一层因素的定量评价值为步骤五确定的因素的定性分析结果， $W=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1\\ {\mathrm{\ω}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ω}}_h\end{array}\right)$ 表示因素D₁,D₂,…,D_h对于因素C的排序权重向量。

设由步骤五得到底层因素的定性分析结果记录为a＝(a₁ a₂ … a_i)，由步骤三得到的这些因素对于高一层次的归一化后权重向量记录为 $W=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1\\ {\mathrm{\ω}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ω}}_i\end{array}\right),$ 则对于单因素的评价结果为 $R=\mathrm{aW}=\left(\begin{array}{cccc}{a}_1& a_2& ...& a_i\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_1\\ {\mathrm{\ω}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ω}}_i\end{array}\right),$ 该结果为底层因素对于其高一层次因素评价的定量描述，其结果为1-3之间。

同理，对于更高层次因素的定量描述，其较低层次的评价结果为a′＝(R₁ R₂ … R_j)，R₁,R₂,...,R_j表示当前层次上第1到第j个因素的评价结果，归一化权重向量记录为 $W^{\′}=\left(\begin{array}{c}{{\mathrm{\ω}}_1}^{\′}\\ {{\mathrm{\ω}}_2}^{\′}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ω}}_j\end{array}\right),$ 则其评价结果为 $R^{\′}=a^{\′}{W}^{\′}=\left(\begin{array}{cccc}{R}_1& R_2& ...& R_j\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{{\mathrm{\ω}}_1}^{\′}\\ {{\mathrm{\ω}}_2}^{\′}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\ω}}_j\end{array}\right),$ 该结果同样为1-3之间。

实施例

以飞机辅助动力装置拆装维修操作过程为例，考虑整个过程中需要考虑的维修安全定性因素并对其分类，形成递阶层次结构，分析各类因素相对于上一层次因素的权重，通过虚拟环境下各类分析工具得到单因素的评价结果，并依照维修安全问题等级划分得到其定量描述，最后结合对于的权重向量逐级计算维修安全定性因素的定量评价结果。

1)维修安全定性因素的确定和层次结构划分；

在飞机辅助动力装置拆装维修过程中，主要涉及的维修安全定性因素考虑如下：

可达性设计影响到维修人员的视线是否能很好的到达维修部位、维修人员的手部能否很好的接触到维修部位以及维修人员的手部是否有足够的操作空间；

防差错标识和识别标志的设计影响到维修人员能否正确的完成零部件连接、拆卸、装配、安装、填充等操作，防差错标识设计不好，很容易造成零部件外型相近而功能不同的零件连接发生差错；

人素工程设计主要研究在维修中人的各种因素，以提高维修工作效率、质量和减轻人员疲劳等方面的问题，人素工程设计不好，维修人员在进行维修操作时极易发生疲劳，此时会导致动作不协调，发生跌落、撞击等安全事故；

维修过程中的热伤害、电气伤害、机械伤害等物理危险源对维修人员的身体有着很大的影响。

对上述维修安全因素分析确定之后，对其按照所属关系进行划分，得到如附图4的三级维修安全定性因素递阶层次结构。

2)定性因素之间的权重关系计算；

a)建立两两比较矩阵

首先确定中间层因素对顶层因素的判断矩阵A：

$A=\left[\begin{array}{cccc}1& 2& 3& 3\\ 1/2& 1& 4& 2\\ 1/3& 1/4& 1& 2\\ 1/3& 1/2& 1/2& 1\end{array}\right]$

然后确定底层的评价因素对其上层，即中间层因素的判断矩阵。

可达性的判断矩阵如下：

$B_1=\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 1\\ 1/2& 1& 3\\ 1& 1/3& 1\end{array}\right]$

防差错设计和识别标识的判断矩阵如下：

$B_2=\left[\begin{array}{cc}1& 3\\ 1/3& 1\end{array}\right]$

人素分析的判断矩阵如下：

B₃＝[1]

物理危险源的判断矩阵如下：

$B_4=\left[\begin{array}{ccc}1& 6& 1/3\\ 1/6& 1& 3\\ 3& 1/3& 1\end{array}\right]$

b)层次单排序及一致性检验；

利用特征根法进行层次单排序，步骤如下：

首先求得矩阵A的最大特征值λ_max和对应的特征向量，特征向量经归一化后就可作为权重向量W。

λ_max＝4.2596，对应的特征向量为 $\left[\begin{array}{c}0.7275\\ 0.5886\\ 0.2845\\ 0.2083\end{array}\right],$ 归一化后为 $W=\left[\begin{array}{c}0.4022\\ 0.3254\\ 0.1573\\ 0.1151\end{array}\right]$

同理求得B₁、B₂、B₃、B₄的最大特征值λ₁,λ₂,λ₃,λ₄对应的特征向量，经归一化后就可作为权重向量W₁、W₂、W₃、W₄。

λ₁＝3.0536，对应特征向量为 $\left[\begin{array}{c}0.8257\\ 0.5201\\ 0.2184\end{array}\right],$ 归一化为 $W_1=\left[\begin{array}{c}0.5279\\ 0.3325\\ 0.1396\end{array}\right]$

λ₂＝2，对应特征向量为 $\left[\begin{array}{c}0.9487\\ 0.3162\end{array}\right],$ 归一化为 $W_2=\left[\begin{array}{c}0.7441\\ 0.2559\end{array}\right]$

λ₃＝1，对应特征向量为[1]，归一化为W₃＝[1]

λ₄＝3.0183，对应特征向量为 $\left[\begin{array}{c}0.6323\\ 0.7238\\ 0.2762\end{array}\right],$ 归一化为 $W_4=\left[\begin{array}{c}0.3874\\ 0.4434\\ 0.1692\end{array}\right]$

对判断矩阵A， $\mathrm{CI}=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{n-1}=\frac{4.2596-4}{4-1}=0.0865,$ 查表对应的RI=0.90；

$\mathrm{CR}=\frac{\mathrm{CI}}{\mathrm{RI}}=\frac{0.0865}{0.9}=0.096<0.1$

所以判断矩阵一致性通过检验。

同理，对判断矩阵B₁、B₂、B₃、B₄进行一致性检验

CR₁＝0.0462＜0.1

CR₂＝0＜0.1

CR₃＝0＜0.1

CR₄＝0.0158＜0.1

一致性检验均通过。

c)层次总排序及一致性检验：

以W₁、W₂、W₃、W₄为列向量构成矩阵w：

$w=\left[\begin{array}{cccc}0.5279& 0.7441& 1& 0.3874\\ 0.3325& 0.2559& 0& 0.4434\\ 0.1396& 0& 0& 0.1692\end{array}\right]$

则

$\mathrm{wW}=\left[\begin{array}{cccc}0.5279& 0.7441& 1& 0.3874\\ 0.3325& 0.2559& 0& 0.4434\\ 0.1396& 0& 0& 0.1692\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}0.4022\\ 0.3254\\ 0.1573\\ 0.1151\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0.6563\\ 0.2680\\ 0.0756\end{array}\right]$

一致性检验:

CR＝0.0462+0+0+0.0158＝0.062＜0.1

一致性检验通过。

3)虚拟维修过程实现及单因素评价结果描述：

根据维修操作规程，基于DELMIA虚拟仿真平台，飞机辅助动力装置拆装的核查过程如附图5，利用虚拟仿真环境中的单因素评价工具，如视锥分析、包络球分析、碰撞检测、RULA分析等工具得出单因素的评价结果描述，如表3。

表3单因素的评价结果

4)维修安全定性因素的定量评价：

a)中间层维修安全定性因素的定量评价计算：

对可达性

$R_1=\left(\begin{array}{ccc}2& 3& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0.5279\\ 0.3325\\ 0.1396\end{array}\right)=2.1929$

对防差错设计和识别标识

$R_2=\left(\begin{array}{cc}2& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0.7441\\ 0.2559\end{array}\right)=1.7441$

对人素工程

R₃＝(1)(1)＝1

对物理危险源

$R_3=\left(\begin{array}{ccc}2& 2& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0.3874\\ 0.4434\\ 0.1692\end{array}\right)=1.8308$

b)顶层维修安全定性因素的定量评价计算：

$R=\left(\begin{array}{cccc}{R}_1& R_2& R_3& R_4\end{array}\right)W=\left(\begin{array}{cccc}2.1929& 1.7441& 1& 1.8308\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0.4022\\ 0.3254\\ 0.1573\\ 0.1151\end{array}\right)=1.8175$

至此，获得本次产品维修安全定性因素的定量评价值，根据所得到值的大小，来确定维修安全定性因素的重要性，以使得用户有目的地进行改进。

本发明的维修安全定性因素的定量评价方法，将虚拟维修工具分析的结果进行利用，充分考虑了维修对象设计中对于维修安全定性因素之间重要度的实际情况，通过数学表达使结果更客观化、具体化，为产品维修安全定性因素改进建议的提出提供更直观的辅助支持。本发明对维修安全定性因素之间权重关系做出较为客观的分析，充分利用虚拟维修提供的维修安全定性因素单因素评价结果，对维修安全定性因素提供定量的评价，在产品设计初期客观、系统地为产品维修安全定性因素提供辅助支持。

Claims (1)

1.一种基于虚拟维修的维修安全定性因素定量评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定产品维修安全设计中的维修安全定性因素；

步骤二、对确定的维修安全定性因素进行层次划分，设底层为第一层，总目标位于最高的第Q层，第二至Q层的每个因素都包含下一层一个以上的因素；Q为大于等于2的整数；

步骤三、应用层次分析法对建立好的具有层次结构的维修安全定性因素的排序权重进行确定；步骤三包括：构造判断矩阵、层次单排序及一致性检验、以及层次总排序及一致性检验；

构造判断矩阵具体是：对同一层次上属于同一上层因素的因素，关于该上层因素的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断矩阵；

层次单排序及一致性检验具体是：获取各判断矩阵的最大特征值的特征向量，对特征向量进行归一化，每个归一化的特征向量就是当前层因素对于所属上一层因素重要性的排序权重向量，并对每个判断矩阵进行一致性判断；层次单排序及一致性检验中，对某一判断矩阵，一致性指标CI根据下式确定：

$CI=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{max}}{n-1}$

其中，λ_max为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵中进行判断的因素数量；

一致性比例CR根据下式确定：

$CR=\frac{CI}{RI}$

其中，RI为相应的平均随机一致性指标；

当CR＜0.10时，接受判断矩阵的一致性，否则对判断矩阵作修正；

层次总排序及一致性检验具体是：获取底层因素对于总目标重要性的排序权重向量，并对判断矩阵进行一致性判断；

首先，通过层次单排序获得第q层因素对于第q+1层各因素重要性的排序权重向量，q＝1,2,…,Q-1；利用下面公式获取底层因素对于总目标重要性的排序权重：

$b_j=\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{b}_{ji}{a}_i,j=1,2,...,k$

b_j表示底层因素对于第q+1层的某个因素重要性的排序权重；b_ji表示底层因素对于第q层某个因素重要性的排序权值，对应特征向量的行数为k；a_i表示第q层因素对于第q+1层某个因素重要性的排序权值，对应特征向量的行数为m；

然后，对判断矩阵进行一致性判断，具体是：设对于第q+1层次中某个因素C_u，在第q层中属于该因素的m个因素的排序权重为a₁,a₂,…,a_m，m个因素对应在层次单排序及一致性检验中求得的一致性指标为CI(i)，平均随机一致性指标为RI(i)，i＝1,2,…m；

对第q+1层因素C_u的判断矩阵进行一致性判断，通过下式计算因素C_u的总排序随机一致性比例CR'为：

${\mathrm{CR}}^{\&prime;}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}CI\left(i\right)a_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}RI\left(i\right)a_i}$

当CR'＜0.10时，接受因素C_u的判断矩阵的一致性，否则对该判断矩阵作修正；

步骤四、利用虚拟环境中的仿真机分析工具，根据实际的产品维修规程，完成虚拟环境中面向产品虚拟样机的维修过程核查，对维修安全定性因素层次结构中底层的全部因素进行分析；

步骤五、结合步骤四得到的因素的分析结果和维修安全问题分类，对维修安全定性因素层次结构中底层的各因素的问题等级进行评定，所评定的值为因素的定性分析结果；

步骤六、对产品维修安全设计中的全部维修安全定性因素进行定量评价，具体是：设第q+1(q＝1,2,…,Q-1)层的某一因素C，包含第q层的h个因素D₁,D₂,…,D_h，因素C的定量评价值R根据下式确定：

R＝aW；

其中，a＝(R₁ R₂ … R_h)表示因素D₁,D₂,…,D_h的定量评价值，第一层因素的定量评价值为步骤五确定的因素的定性分析结果，表示因素D₁,D₂,…,D_h对于因素C的排序权重向量。