基于集成神经网络的航空维修差错风险评估模型

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1、臣蕊 基于集成神经网络的航空维修差 错风险评估模型 常浩金 大玮邢 国平 空军航空大学 张* 9 3 8 0 2部队 航空 维 修差 错是 人为 差错在 航空 维修 l航 空 维 修 差 错 风 险 I r 1 1百 幌 评估融合模块 l 生理 因素一 领 域 中 的 反 映 。 如 果 航 空 维 修 差 错 不 r ! ! 。 i 能得到 有效 控 制 ， 所 造 成 的财产 损 失 1 人为风险I l 环境风险l I 管理 风险l 和人员伤亡将是巨大的。据国 外有关 TI- I I 广 鱼 资料统计表明， 飞机发动机的空中停 广m厂广几厂广几 y 车 2 O 3 O 是 由 维 修 差

2、错 导 致 的 ， 每 生 个 操 行 保 工 紧 周 维 组 监 管 理体作为 障作急边 护织督理 显 次空中停车经济损失约5 0 0 0 0 0美 元 ： 因 因 能 能 装 强 事 环程 结情 者 由 维 修 差 错 导 致 的 航 班 延 误 ，每 小 时 素 素 力 力 备 度 态 境序 构 况 素 质 塑堕 d 经济损失约1 0 0 0 0 美元； 由维 修 差 错 图 1 指标结构模型 导 致 的 航 班 取 消 ，每 次 损 失 约 5 0 0 0 0 图 2基 于 集 成 神 经 网络 的 航 空 维 美 元 。因此 ， 维 修 差 错 管 理 对 飞 机 维 修 差 错 风

3、 险 。 差 错 风 险 评 估 模 型 质 量 的 影 响 越 来 越 被 维 修 管 理 者 所 重 2风 险评 估 的集成 神经 网络模 型 视。航 空 维 修 差 错 风 险 评 估 作 为 维 修 理 ，并 把 所 有 的 指 标 进 行 归 一 化 处 理 差 错 管 理 的 重 要 组 成 部 分 ，所 发 挥 的 2 1 集 成 神 经 网 络 对 于 定 性 指 标 ，其 中 量 化 处 理 方 法 作 用 也 将 越 来 越 大 。然 而 ， 国 外 一 些 文 集 成 神 经 网 络 是 用 有 限个 神 经 网 多 ， 常 用 的 是 专 家 打 分 法 ， 为 了 量

4、 化 献 侧 重 于 事 故 原 因 的 定 性 追 溯 分 析 络 对 同 问 题 进 行 学 习 。某 输 入 示 例 理 能 与 定 量 指 标 之 间 具 有 可 比性 ， 还 ( 如 基 于RE AS ON 模 型 的 HF ACS 下 的 输 出 由 构 成 集 成 的 各 神 经 网 络 在 应 再 将 其 进 行 归 一 化 处 理 。归 一 化 力 ME ) ， 国内相 关 文献 对 维修 差错 的控制 该 示例 下 的输 出共 同决定 。集 成 神经 法 为在 各 指标 论域 基 础上 建立 隶属 度 能 力 和 影 响 因 素 采 用 了 基 于 模 糊 综 合 网 络

5、的 主 要 思 想 是 用 多 个 子 神 经 网 函 数 ，通 过 隶 属 度 函 数 将 论 域 映 射 评 判 的 定 量 评 估 所 得 到 的 结 论 带 有 络 。分 别 从 不 同 的 侧 面 进 行 风 险 评 估 ， O ， 1 集 合 的 值 。 这 样 处 理 的 好 处 在 于 一定 的 主 观 性 。 以 最 大 限 度 地 提 高 评 估 的 正 确 率 。 一 它 使 各 个 指 标 在 量 纲 上 达 到 统 一 ， 便 所 以 尝 试 利 用 集 成 神 经 网络 对 航 个 典 型 的 集 成 神 经 网 络 首 先 将 输 入 空 于 数 据 处 理 。若

6、 隶 属 函 数 为 线 性 函 数 空 维 修 差 错 风 险 进 行 评 估 ，集 成 神 经 间 的 信 息 传 送 到 信 息 分 配 模 块 ，信 息 当 指 标 越 大 越 好 时 ， 隶 属 函 数 为 ： 网络 不但具 有单 神 经 网络强 大 的非 线 分 配模 块将 输入 空 问的信 息 向各 子神 f 0 ， ( 0 x J ； 性 映 射 能 力 、任 意 函 数 逼 近 和 自学 习 经 网 络 进 行 分 配 ：子 评 估 模 块 实 现 不 入 ( x ) 产 I qIX眦w一( 1qmi= = _n ， ( q n x q ； ( 1 ： 能 力 ， 还 运 用

7、 信 息 融 合 的 思 想 ， 通 过 多 同 侧 面 的 决 策 ， 每 一 个 Ai 完 成 局 部 信 个 子 神 经 网 络 的 训 练 将 训 练 结 果 合 息 评 估 ， 其 中 A ( 1 ， 2 ， ， n ) 为 并 联 网 络 ； 【 1 ， q I ； 成 ，可 以 显 著 提 高 网 络 的 泛 化 能 力 ， 并 子 评 估 模 块 将 局 部 信 息 的 决 策 结 果 送 当 指 标 越 接 近 R 时 隶 属 函 数 为 ： 能 有 效克 服 单神经网 络的 不足。 人评 估融 合模 块， 并映 射 到输出 空间 ， I ，( q 一 萼 x q n ) ；

8、 学 、 完 整 、 系 统 的 数 据 指 标 反 映 维 修 差 下 两 个 原 则 ： 一 是 A 之 间 的 相 关 性 应 当 指 标 越 小 越 好 时，隶 属 函数 为 ： 错 风 险的形成 状 况和各 影 响要 素 的现 尽 量 小， 训 练各 个 A 的样 本 应 尽 量 不 f l ，( 0x q I。 ； 状 及 发 展 。 建 立 维 修 差 错 风 险 评 估 指 同 ：二 是 特 征 向量 之 间 的 相 关 性 应 尽 标 体 系必 须 遵 循 全 面 完 整 、 层 次 分 明 、 量 小 。 将 航 空 维 修 差 错 风 险 层 次 结 入 ( x ) 3

9、f q X一-一qqnf m= = - ， ( q x q t ； ( 3 ： 构 模 型 映 射 到 集 成 神 经 网 络 上 ，即 可 U， ( x q l。 ； 简 明 科 学 的原 则 。 在 全 面 分 析 系 统 的 得 到 基 于 集 成 神 经 网 络 的 航 空 维 修 差 23评 估 模 型 设 计 基 础 上 经 广 泛 征 求 专 家 意 见 并 依 据 人 错 风 险 评 估 模 型，如 图 2所 示 。 子 评 估 模 块 是 由 A。 ， A： ， A， 三 部 分 机 工 程 学 的 定 义 ，将 航 空 维 修 差 错 风 2_ 2评 估 指 标 的标 准

10、化 并 联 组 成 。这 三 部 分 都 采 用 三 层 前 向 险 评 估 的 内 容 分 为 三 个 部 分 ，分 别 为 由 于 评 估 指 标 体 系 中 有 定 性 指 神 经 网 络 予 以 实 现 。将 各 个 子 评 估 椟 人 为 风 险 、 环 境 风 险 、 管 理 风 险 。 采 用 标 为 使 指 标 体 系 中 的 各 个 系 统 具 有 块 的 主 要 因 素 分 别 输 人 ， 作 为 子 模 块 图 1所 示 的 层 次 结 构 来 刻 画 航 空 维 修 可 比 性 ，必 须 把 定 性 指 标 进 行 量 化 处 的 输 出 ， 分 别 表 示 人 的 风

11、 险 评 估 ， 环 境 江苏航空 2 0 0 9 第 3期 1 9 的 风 险 评 估 和 管 理 的 风 险 评 估 。 评 估 融 合 模 块 可 用 一 个 融 合 神 经 网络 表 示 融 合 神 经 网 络 的输 人 为 子 评 估 模 块 的 输 出 ( i =1 ， 2 ， 3 ) ， 融 合 神 经 网 络 的输 出 为 基 于 集 成 神 经 网 络 的 航 空 维 修 差 错 风 险 评 估 流 程 图 如 图 3所 示 。 图 3 航 空维 修 差 错 风 险 评 估 流 程 图 子 评 估 模 块 采 用 三 层 B P 网 络 结 构 ， 输 入 的 神 经 元 个

12、 数 由 式 ( 4 ) 确 定 ， 输 出 层 有 一 个 神 经 元 ，取 值 范 围 为 O ， 1 的代 数 值 ， 用 以 表 示 评 估 结 果 。 q = ( n + m) 2 + c ( 4) 其 中 n ， 珊 为 输 入 输 出 的 个 数 ， C为 介 于 1 1 0的 常数 。传 递 函数是 B P网络 的重 要 组 成 部 分 。传 递 函 数 又 称 激 活 函数 ，必 须是 连 续 可微 的。传 递 函数 t a n s i g为 双 曲 正 切 S型 传 递 函数 ， 它 是 可 微 的 ， 返 回值 位 于 区 间 ( 一1 ， 1 ) ， 适 合 于 作 为

13、 隐 层 的 传 递 函 数 。 传 递 函 数 l o g s i g 为 S 型 的 对 数 函 数 ，可 将 神 经 元 的 输 入 ( 范 围 为 整 个 实 数 集 ) 映 射 到 区 间 ( 0 ， 1 ) 中 ， 又 由 于 该 函 数 为 可 微 函 数 ， 因 此 作 为 输 出 层 的 传 递 函 数 是 非 常 适 合 的 。 训 练 函 数 采 用 t r a i n l m。 该 函 数 的 学 习 算 法 为 L e v e n - Ma r q u a d t反 传 算 法 ， 其 优 点 在 于 收 敛 速 度 很 快 。 学 习 函 数 和 性 能 函 数 可

14、 采 用 默 认 值 ，分 别 为 “ l e a r n g dm” 和 “ ms e ” 。 3模 型 的 应 用 算 例 BP 神 经 网 络 方 法 对 航 空 维 修 差 错 风 险 的 评 价 ，需 一 定 数 量 已 知 样 本 作 为 训 练 集 训 练 该 网 络 才 能 对 其 进 行 评 价 。训 练 网 络 的 样 本 集 可 通 过 专 家 对 以 往 类 似 航 空 维 修 差 错 风 险 评 估 过 程 的 数 据 进 行 总 结 得 到 。 现 收 集 到 某 维 修 单 位 飞 机 维 修 差 错 风 险 评 估 案 例 l 5个 ，各 项 目 的 风 险 指

15、 标 值 经 专 家 库 的 专 家 打 分 平 均 得 到 ，总 风 险 评 估 值 采 用 AHP分 析 法 得 到 。 建 立 的训 练 样 本数 据( 归 一化 ) j r a 表 l 。 训 练过程 如下 ： x ,-J - 航 空维修 差 错 风 险 评 估 参 数 进 行 归 一 化 ， 计 算 各 评 估 指 标 对 各 语 言 变 量 的隶 属 度 ， 并 对 网 络进 行初 始化 ； 用 上述 经过 预处 理 样 本 对 各 自网 络 进 行 训 练 以 得 到 合 适 的 网 络 。 以 A 的 训 练 为 例 ， 选 取 表 1中 前 l O组 数 据 作 为 训 练 样 本 集 ，另 外 5 组 作 为 检 验 样 本 。 隐 含 层 节 点 数 选 取 为 3 取 训 练 样 本 集 误 差 为 1 e 一 5 。 学 习率 为 0 01 ， 最 大 学 习 次 数 为1 0 0 0 ，应 用 Ma t l a b神 经 网 络 工 具 箱 编 写 程 序 图 4 为 A 神 经 网 络 训 练 图 。A 、 A 的 训 练 与 A 类 似 ，直 到 网 络 学 习 精 度 满 意 为 止 。 最 后 用 后 五 组 检 验 样 本 对 所 训 练 的 网络 进 行 风 险 评 估 ， 检