基于改进的关联度矩阵法维修可达性评价方法研究
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作者:史永胜 徐凯
摘要：为了更好地对产品的维修可达性进行综合评价，根据维修可达性的定义确定了评价指标体系，结合权的最小平方法对关联度矩阵法进行改进，构建了新的维修可达性的评价方法。该方法可对维修可达性进行量化处理，评价结果更符合实际情况。以货机货运系统动力驱动装置为例进行实例验证，结果表明，该评价方法可为货运系统维修可达性设计提供重要参考。
关键词：维修可达性；关联度矩阵法；权的最小平方法；评价方法
Keywords： maintenance accessibility；correlation degree matrix method；weighted least-square priority method；evaluation method
维修性是产品完成设计时具有的衡量产品完成维修能力的特性。维修可达性是维修性中最重要的属性之一，是指维修或操作时接近产品不同组成部分的相对难易程度[1]。传统的维修可达性评价主要依靠物理样机，缺乏配套的维修可达性评估方法，评价结果受专家主观影响较大，且产品研发周期长，经济成本高。
随着虚拟现实技术的兴起，基于虚拟仿真技术的维修可达性研究成为重要研究方向。在设计阶段，对产品的维修可达性进行量化评价，及时发现维修可达性缺陷问题尤为重要。
构建维修可达性评价方法的目的是将可达性定性指标量化处理。崔晓风等[2]结合模糊综合评价法和专家评估法建立维修难度模型，为车辆研制提供维修可达性的评价手段。吴昊等[3]运用模糊综合评价法和层次分析法确定评价指标权重，对民用飞机的维修可达性进行综合评价；Slavila等[4]运用模糊综合评价法，对装备的设计方案进行维修性评价。以上学者的评价方法中没有体现指标之间的关联度，对指标权重的确定主观性较强。陈璐等[5]、周亦军等[6]运用维修性关联度矩阵和积和式算法构建了维修性的评价模型，考虑了维修性各指标间的关联度；曾毅[7]、徐达等[8]运用关联度矩阵和积和式算法对装备维修可达性进行了综合评价，考虑了维修可达性各指标间的关联度，但本文对两位作者论述的可达性指标之间的关联度强弱关系提出了不同见解。以上学者虽然考虑了指标之间的关联度，但是没有考虑指标的权重对评价结果的影响。
针对现有维修可达性评价方法的不足，本文综合考虑指标权重和指标间的关联度，提出了一种基于关联度矩阵法和权的最小平方法的维修可达性评价方法，其评价结果可为货运系统的设计提供参考，尽可能在研制初期发现可能存在的维修可达性问题。
1 维修可达性评价指标
根据维修可达性的定义，可构建出以可达性为目标层，以视觉可达性、接触可达性、操作可达性为指标层的评价体系。
维修可达性指标均需按照对应的评价流程进行评价，先以接触可达性为例进行说明。首先，通过DELMIA仿真软件构建维修场景，确定需要分析的维修对象。遍历虚拟人姿势，判断虚拟人能否在不产生干涉的前提下通过维修通道，并到达指定的维修位置，按照维修通道评价准则进行评分。设置人体可达性包络膜，包括最佳区域和最大区域，观察维修部位处于的区域，按照实体可达评价准则进行评分。然后，综合考虑维修通道和实体可达评分，得出接触可达性的评分。接触可达性评价流程如图1所示。
接触可达性评价准则如下。
1）维修通道
当维修人员可通过维修通道顺利到达维修位置时，评分为0.9～1；当维修人员通过维修通道会产生干涉，但经调整姿势能到达维修位置时，评分为0.75～0.9；当维修人员借助少量简单辅助工具（梯子、照明设备等）能够到达维修位置时，评分为0.6～0.75；当维修人员无法到达维修位置时，评分为0。
2）实体可达
当维修部位位于维修人员最佳操作区域时，评分为0.9～1；当维修部位位于人手最大操作区域内且未在最佳操作区域时，评分为0.75～0.9；当维修人员借助少量简单辅助工具能够得着维修部位时，评分为0.6～0.75；当维修人员无法够得着维修部位时，评分为0。
按照此思路，对视觉可达性和操作可达性进行定量评价，最终得到3个指标的自身评价结果。特别注意的是，在制定评价准则时，低于0.6表示不能满足正常的使用需求，需要对设计方案进行改M。
2 维修可达性综合评价
2.1 关联度矩阵法
指标间所具有的关联关系叫做关联度[9]。维修可达性的3项评价指标不是相互独立的，可采用关联度矩阵法对维修可达性进行综合评价。
美国军用标准MIL-HDBK-47 Maintainability Prediction中对维修性评价指标的打分标准进行了明确定义。该打分标准分为优、中、劣三个等级，评分分别为4、2、0。参考该标准的打分思路，在这里采用1、0.5、0来表示强、弱、无的关联度关系。由维修经验和维修可达性定义可得到维修可达性指标间的关联关系，如下所述。
1）视觉可达性和接触可达性
视觉可达性会影响人员接触维修部位的难度，但不能完全决定接触可达性好坏，关联度可定义为弱；接触可达性好，则维修部位结构和布局好，对视觉可达性有积极影响，但不能完全决定视觉可达性好坏，关联度可定义为弱。
2）操作可达性和接触可达性
操作可达性好，则操作空间大，对接触可达性有积极影响，但增大的操作空间不一定在人员的接触范围内，关联度可定义为弱；接触可达性虽然对操作空间没有影响，但接触维修部位的手臂姿势会影响手臂的操作范围，关联度可定义为弱。
3）操作可达性和视觉可达性
操作可达性好，则操作空间大，对视觉可达性有积极影响，但增大的操作空间不一定在人员的可视域内，关联度可定义为弱；视觉可达性对操作空间无影响，关联度可定义为无。
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