指标umax

第35卷第6期哈尔滨工程大学学报Vol.
35№.
62014年6月JournalofHarbinEngineeringUniversityJun.
2014水面舰船风浪环境适应性模糊综合评价方法焦甲龙,孙树政,任慧龙(哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:为了研究舰船实际航行中的综合性能,综合船舶原理的多个学科对水面舰船风浪环境适应性提出一套全面的评价指标,采用层次分析法和熵值法的主客观综合方法得到各指标权重,并采用模糊综合评价模型作出最终评价.

综合评价过程中通过选用半岭型函数将数据转化为百分制和选用正态分布函数确定隶属度使得评价结果更加合理.

通过以某船型优化为算例的风浪环境适应性综合评价结果表明该评价方法具有一定的应用价值.

关键词:水面舰船;模糊综合评价;环境适应性;熵值;层次分析法;隶属度;正态分布doi:10.
3969/j.
issn.
10067043.
201306037网络出版地址:http://www.
cnki.
net/kcms/doi/10.
3969/j.
issn.
10067043.
201306037.
html中图分类号:U662.
3文献标志码:A文章编号:10067043(2014)06066707AmethodoffuzzycomprehensiveevaluationoftheadaptabilityofsurfaceshipsinstormywaveenvironmentsJIAOJialong,SUNShuzheng,RENHuilong(CollegeofShipbuildingEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract::Inordertostudytheintegrativeperformanceofashipinactualnavigation,asetofoverallevaluationindicesoftheadaptabilityoftheshipinstormywaveenvironmentswereproposedbyintegratingamultidisciplinaryshiptheory.
Theanalyticalhierarchyprocessandentropywereusedtoobtaintheindexweights.
Thenthefinalevaluationwasmadebyusingthefuzzycomprehensiveevaluationmodel.
Thedatawereconvertedintopercentilesbyuseofthehalfridgelikefunctionandthemembershipdegreewasdeterminedbyuseofthenormaldistributionfunction,whichmadetheevaluationresultsmorereasonable.
Finally,anexampleofevaluatingtheadaptabilityofshipsinstormywaveenvironmentsindicatesthatthismethodhasacertainapplicationvalue.
Keywords:surfaceships;fuzzycomprehensiveevaluation;environmentaladaptability;entropy;analyticalhierarchyprocess(AHP);membershipdegree;normaldistribution收稿日期:20130619.
网络出版时间:2014051415:49:25.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51209054);中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(HEUCFR1201).
作者简介:焦甲龙(1990),男,博士研究生;任慧龙(1965),男,教授,博士生导师.
通信作者:焦甲龙,Email:jjlship@163.
com.
水面舰船风浪环境适应性是指舰船在所遭遇的风、浪、流、海水温度、盐度等一切外界条件的作用下,不仅能够被动地保持其原有的各种功能、性能不被破坏,甚至可以主动利用环境的改变以提高自身各方面的功能、性能[1].
其研究范围包括快速性、耐波性、操纵性、隐身性、波浪载荷、振动、稳性和抗沉性等多学科,其不仅仅是这些领域的简单叠加而是需要考虑各学科之间的矛盾性和一致性等综合因素,是一个多目标多变量的复杂系统.
英法美日等国虽然对于研发高风浪环境适应性的舰船已取得明显成效,但是舰船风浪环境适应性的评价体系还不够完善.
国内对舰船环境适应性评价方法的研究更是处于起步阶段,还有许多工作需要开展和完善.
徐昌文[2]将模糊数学理论应用于船舶工程中.
赵峰等[3]曾提出过基于系统工程思想的MDO方法研究舰船在风浪中的综合航行性能.
孙树政[4]曾提出过专家评分法和层次分析法等模型评价船舶环境适应性.
一套完善的评价指标体系包括3个方面:全面合理的评价指标、科学的指标权重和完善的评价方法.
本文综合现有的研究状况分别从这3方面逐项着手建立出一套更加完善的评价体系.
本文综合多学科对水面舰船风浪环境适应性建立出一套全面的综合评价指标;采用主客观结合的综合评价方法,将层次分析法和熵值法相结合对指标进行赋权;运用多级模糊综合评价模型对舰船环境适应性作出最终评价.
1多级模糊综合评价模型多级模糊综合评价[2]是对许多综合问题进行评价的一种有效方法,在很多工程领域均有广泛的应用.
评价的原则是首先在较低层次中进行一级综合评价,在此评价的基础上,再进行较高层次的二级综合评价,这种多级模糊综合评价方法与人脑处理复杂问题的思维方式十分相似.
1.
1建立因素集设因素集为U=u1,u2,.
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,un{}式中:元素ui(i=1,2,.
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,n)是第1层次中的第i个因素,它由第2层次中的m个子因素决定,即ui=ui1,ui2,.
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,uim{}式中:元素uij(i=1,2,.
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,n;j=1,2,.
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,m)是第i个因素的第j个子因素.
要对水面舰船风浪环境适应性做出科学合理的评价必须要建立科学合理的评价指标体系,本文综合多学科对水面舰船风浪环境适应性建立出一套全面的综合评价指标,如表1所示.
表1环境适应性评价指标Table1Evaluationindexesofenvironmentaladaptability一级指标二级指标指标解释说明耐波性摇荡运动包括横摇、纵摇、艏摇、升沉、横荡、纵荡,其值越小耐波性越好甲板上浪每周期内甲板上浪的次数,可以由试验测量或用公式估算螺旋桨出水每周期内螺旋桨出水的次数,可以由试验测量或用公式估算底部砰击每周期内底部砰击的次数,可以由试验测量或用公式估算剖面加速度包括垂向和横向,对人和仪器的正常工作能力影响很大快速性船体表面粗糙度分为普通粗糙度和局部粗糙度,用来衡量摩擦阻力对快速性的影响兴波干扰系数艏艉横波在船后发生相互干扰的程度,用来衡量兴波阻力对快速性的影响形状因子数粘压阻力系数与摩擦阻力系数之比值,用来衡量粘压阻力对快速性的影响波浪失速分为自然失速和主动减速,也可用波浪増阻来衡量螺旋桨推进效率传送效率、相对旋转效率、敞水效率和船身效率的乘积螺旋桨空泡数影响螺旋桨寿命或水动力性能波浪载荷垂向弯矩最大弯矩发生在船舯附近,以极限弯矩与垂向弯矩比值来衡量垂向剪力最大剪力发生在距船艏艉1/4船长附近,以极限剪力与垂向剪力比值来衡量总纵弯曲正应力以剖面极限正应力与弯曲正应力比值来衡量总纵弯曲剪应力以剖面极限剪应力与弯曲剪应力比值来衡量砰击载荷极限砰击载荷与最大砰击载荷比值来衡量操纵性直线稳定性船舶在某直航线上航性偏移的最大距离与直行距离的比值衡量直线稳定性航向改变性可通过变航向试验和回舵操纵试验测得回转性包括定常回转直径、战术直径、纵距、正横距、回转周期、回转性指数等制动性包括停车制动性和倒车制动性,以距离和时间来衡量稳性稳性衡准数最小倾覆力矩与风压倾斜力矩的比值抗风级别所能承受正横风的级别,排水量越大所应承受的风级也应该越大抗沉性破舱干舷高度以破舱干舷高度与吃水的比值衡量分舱因数通过计算许用舱长和可浸长度得到隐身性雷达散射面积通过优化舰船外形可以很大程度减小雷达散射面积RCS隐身效率实施隐身前后的目标探测距离差值与未涂隐身材料的目标探测距离的比值1.
2建立权重集根据每一层次中各个因素的重要程度,分别对每一因素给出相应的权数,于是得到各个层次的因素权重集.
第1层次的因素权重集:·866·哈尔滨工程大学学报第35卷A=(a1,a2,.
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,an)式中:元素ai(i=1,2,.
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,n)是第1层次中第i个因素ui的权数;第2层次的因素权重集:Ai=ai1,ai2,.
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,aim{}式中:元素aij(i=1,2,.
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,n;j=1,2,.
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,m)是第2层次中第i个因素的第j个子因素uij的权数.
因素权重的确定是综合评价过程中的一个重要环节,指标权重的确定是否科学、合理、准确,将直接影响最终评价结果的准确性.
本文采用主客观结合的方法,将层次分析法和熵值法相结合对指标进行赋权.
1.
2.
1层次分析赋权法层次分析法(AHP)是一种处理多目标、多层次问题的有效方法,通过咨询专家两两比较指标的重要程度,从而得到指标权重,具体步骤如下:1)比较指标之间的相对重要程度,并按照同样重要、稍微重要、相当重要、强烈重要、极端重要5个等级分别以1、3、5、7、9对指标间的相对重要程度进行标度.
2)根据指标之间的两两相对重要程度构造判断矩阵,求出最大特征根及其所对应的特征向量.
3)一致性检验.
为检验判断矩阵的一致性,计算一致指标CI=λmax-nn-1,CR=CIRI,当CR≤0.
1时,就认为判断矩阵满足一致性要求.
1.
2.
2熵值赋权法设待评价的舰船数目为t,m项评价指标组成的数据矩阵为X=[xij]tm,对于某项指标,若各待评对象的指标值xij间的差距越大,则该指标在综合评价中所起的作用就越大;反之,作用越小[79].
在指标数据矩阵中,某项指标值差异程度越大,信息熵越小,则该指标的权重越大;反之,某项指标值的差异程度越小,信息熵越大,则该指标的权重越小.
熵值赋权用于对第1层次中第i(i=1,2,.
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,n)个因素集的m个子因素赋权.
熵值赋权法的步骤如下:1)计算因素对指标的贡献总量Ej:Ej=-k∑ti=1pijlnpijj=1,2,.
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,m式中:k=1/lnt;pij=xij/∑ti=1xij.
2)定义Dj为第j个指标下各方案贡献度的一致性程度:Dj=1-Ejj=1,2,.
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,m3)计算各指标属性的权重aij:aij=Dj/∑mi=1Djj=1,2,.
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,m1.
2.
3组合权重的确定设由层次分析法和熵值法确定的第1层中第i(i=1,2,.
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,n)个因素集的m个子因素权重向量分别为A1i=(a1i1,a1i2,.
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,a1im),A2i=(a2i1,a2i2,.
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,a2im).
定义组合权重向量Ai和偏好系数β,则指标组合权重Ai=βA1i+(1-β)A2i,取偏好系数β=0.
5.
以上确定的是第2层次中各因素的组合权重,第1层次中各因素的权重由层次分析法所得结果确定.