装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法及系统

摘要

本发明属于装甲车辆技术领域，公开了一种装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法及系统，通过FEMA分析建立原始指标体系；依据国家标准、国家军用标准开展试验收集数据；将收集的数据建立6×11矩阵；求归一化后矩阵的相关系数矩阵；特征值、特征向量求解，主成分数量确定；原始指标筛选，指标得分和指标权重计算；计算综合得分。本发明首次系统全面的结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况制定了全面的技术参数指标体系，采用主成分分析技术客观的找到XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓的主要综合技术指标，结果客观、科学、真实；结合统计相关分析技术建立原始指标最小数据集，经实验验证，最小数据集置信概率高。

说明书

技术领域

本发明属于装甲车辆技术领域，尤其涉及一种装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法及系统。

背景技术

目前，装甲车辆是地面武器的核心力量，是攻城略地、克敌制胜的有力武器。发动机是装甲车辆的心脏部件，发动机组装中用到大量的专用紧固件，近年来常常出现装甲车辆发动机内紧固件松动引起“跑、冒、滴、漏”现象，对装甲车辆工作可靠性造成不利影响，迫切需要建立一种可靠的方法结合XXX型装甲车辆使用工况对装甲车辆发动机缸盖螺栓进行综合性能评价，以利于采购时选择品质优秀的紧固件以及为后续紧固件综合性能提升提供技术参考。XXX 型装甲车辆发动机缸盖螺栓工作在高温(200℃)、腐蚀、振动工况下，工作环境极其恶劣，完善的综合评价技术首先应制定完善的测评指标体系，其次是对测评指标进行分析数据降维、降低分析问题的难度，最后是筛选合理的指标体系、建立科学的数学模型达到即简便、可操作性强、又能真实反映实际问题的目的。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓评价的现状如下：一是采取分项指标评价方法，该方法只能评价出分项指标的优劣，对于整体综合性能的评价无能为力；二是采用层次分析法建立评价模型，该模型缺点是没有考虑指标间的相关性，指标归一化方法以及权重设计不科学等问题；三是无论哪种评价方法的指标体系均为普通螺栓考核方法，不能结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况设计考核体系，因此评价结果与使用情况也不能很好的吻合。

解决以上问题及缺陷的难度为：

难度有三点：

一是客观评价XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能的指标体系设计，解决该问题采取的方法是基于XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况和失效现状进行FEMA分析进而建立指标体系，因此在常规紧固件评价指标基础上增加了高温、腐蚀、振动等环境作用的指标，最终确立11项指标；

二是消除指标间的相关性，用关键的少量指标或者综合指标综合反映出不同质量水平XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓的差异，采用了主成分分析、最小数据集分析最终实现了用6个关键指标完成综合性能评价。

三是基于失效概率理论建立了指标归一化方法，理论和实践一致性高；指标的权重设计采用熵权法的数学原理进行建立，也能与实际保持一致。

解决以上问题及缺陷的意义为：

解决XXX型装甲车辆综合性能指标参数体系的设计和综合性能的评价有利于为装甲车辆发动机缸盖螺栓质量优选提供技术支撑，同时指标模型能够指导从事XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓研发生产的企业寻找改进提升装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能的思路和方法；

用少量关键指标反映主要信息可以减少XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能评价的周期和经费；

用累积概率建立归一化指标得分以及熵权法确定权重与失效概率理论高度吻合，因此该评价模型能够真实反映实际失效情况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法及系统。具体涉及一种XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法及系统。

本发明是这样实现的，装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法，包括以下步骤：

步骤一，结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况以及以往失效案例数据信息，通过分析建立原始指标体系；

步骤二，选取有代表性的XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓，进行试验收集数据；

步骤三，将收集的数据建立6×11矩阵；

步骤四，数据归一化，并求归一化后矩阵的相关系数矩阵；

步骤五，特征值、特征向量求解，主成分数量确定；

步骤六，原始指标筛选，指标得分和指标权重计算；

步骤七，计算综合得分。

进一步，步骤一中，结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况以及以往失效案例，通过FEMA分析建立的原始指标体系如下：

①指标代码X

②指标代码X

③指标代码X

④指标代码X

⑤指标代码X

⑥指标代码X

⑦指标代码X

⑧指标代码X

⑨指标代码X

⑩指标代码X

进一步，步骤三中，所述将收集的数据建立6×11矩阵，包括：

进一步，步骤四中，所述数据归一化，并求归一化后矩阵的相关系数矩阵，包括：

(1)数据归一化

归一化公式如下：

归一化后6×11数据矩阵：

(2)求归一化后矩阵的相关系数矩阵

相关系数求解公式如下：

相关系数矩阵如下：

进一步，步骤五中，所述特征值、特征向量求解，主成分数量确定，包括：

用雅可比方法求相关系数矩阵R的特征值(λ

计算k值，使下式成立：

取k个主成分用来代表原始p个变量。

进一步，步骤六中，所述原始指标筛选，指标得分和指标权重计算，包括：

(1)原始指标筛选

根据特征向量和特征值计算载荷因子u

对k个主成分载荷因子分别按绝对值大小排序，将载荷因子大于0.5的归为一组，如果某因子在所有成分中均小于0.5，将该因子对应指标归到载荷因子绝对值最大的一组，结果分为n组。

计算任意指标在主成分中的空间等效距离，按下式进行：

按组计算空间等效距离总和，舍去单值小于总和5％的指标，对余下指标进行相关性检验，存在显著相关的指标选取最有代表意义的保留，对于不相关的指标全部保留，完成指标筛选，假设共计筛选出m个指标。

(2)指标得分计算

满足正态性检验的指标分为三种类型：越大越好型、越小越好型和在一定范围内最好型，三种类型指标得分的计算分别如下：

越大越好型：

其中，a为阈值，u为指标平均值，σ为指标标准偏差。

越小越好型：

其中，a为阈值，u为指标平均值，σ为指标标准偏差。

适合于某区间范围型：

其中，a

其他指标按隶属度函数计算：

其中，a代表合格限值。

最终计算出指标得分为：S

(3)指标权重计算

对筛选出的m个指标归一化后，对筛选的指标用熵权法计算指标权重，记为ω

其中，

进一步，步骤七中，所述计算综合得分，包括：

本发明的另一目的在于提供一种装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析系统包括：

原始指标体系构建模块，用于结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况及以往失效案例，通过FEMA分析建立原始指标体系；

数据收集模块，用于根据使用经验选取有代表性的品牌XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓，依据国家标准、国家军用标准开展试验收集数据；

矩阵建立模块，用于将收集的数据建立6×11矩阵；

数据归一化模块，用于进行数据归一化处理；

相关系数矩阵获取模块，用于求得归一化后矩阵的相关系数矩阵；

主成分数量确定模块，用于进行特征值、特征向量求解，并实现主成分数量确定；

指标筛选模块，用于进行原始指标筛选；

计算模块，用于分别进行指标得分、指标权重以及综合得分的计算。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法，首次系统全面的结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况制定了全面的技术参数指标体系。本发明对全部技术参数指标体系进行数据收集，采用主成分分析技术手段客观的找到了XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓的主要综合技术指标，结果客观、科学、真实。同时，本发明分析了XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓各项指标间的相关性，结合统计相关分析技术建立了原始指标最小数据集，经过验证最小数据集能够反映全部指标信息的95％以上，置信概率高，同时创造性的运用失效概率归一化法确定指标得分以及熵权法确定权重，最终完成对XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能评价，对被评价螺栓在高温振动腐蚀疲劳试验机上进行模拟验证得出该模型给出的综合性能评价结果与疲劳试验可靠性结果相关性很好，相关系数达到了0.96，充分说明该评价方法的可靠性，该方法的应用推广可以实现对装甲车辆发动机螺栓的质量优选和改进，进一步提升其运行可靠性，提高武器装备的作战效能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法流程图。

图2是本发明实施例提供的装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析系统结构框图；

图中：1、原始指标体系构建模块；2、数据收集模块；3、矩阵建立模块； 4、数据归一化模块；5、相关系数矩阵获取模块；6、主成分数量确定模块；7、指标筛选模块；8、计算模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析方法包括以下步骤：

S101，结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况及以往失效案例，通过FEMA分析建立原始指标体系；

S102，根据使用经验选取有代表性的XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓，依据国家标准、国家军用标准开展试验收集数据；

S103，将收集的数据建立6×11矩阵；

S104，数据归一化，并求归一化后矩阵的相关系数矩阵；

S105，特征值、特征向量求解，主成分数量确定；

S106，原始指标筛选，指标得分和指标权重计算；

S107，计算综合得分。

如图2所示，本发明实施例提供的装甲车辆发动机缸盖螺栓综合性能信息分析系统包括：

原始指标体系构建模块1，用于结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况及以往失效案例，通过FEMA分析建立原始指标体系；

数据收集模块2，用于根据使用经验选取有代表性的品牌XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓，依据国家标准、国家军用标准开展试验收集数据；

矩阵建立模块3，用于将收集的数据建立6×11矩阵；

数据归一化模块4，用于进行数据归一化处理；

相关系数矩阵获取模块5，用于求得归一化后矩阵的相关系数矩阵；

主成分数量确定模块6，用于进行特征值、特征向量求解，并实现主成分数量确定；

指标筛选模块7，用于进行原始指标筛选；

计算模块8，用于分别进行指标得分、指标权重以及综合得分的计算。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1

1、结合XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓使用工况以及以往失效案例，通过FEMA分析建立了原始指标体系如下：

2、根据使用经验选取有代表性的6个品牌XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓(A、B、C、D、E、F)，依据国家标准、国家军用标准开展试验收集数据：

依据GJB715.23A-2015《紧固件试验方法拉伸强度》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓室温轴向拉伸极限载荷试验；

依据GJB715.15-1990《紧固件试验方法拉力-扭矩》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓扭矩系数试验；

依据GJB715.2-1989《紧固件试验方法硬度》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓洛氏硬度试验；

依据JB/T9151.1-1999《紧固件测试方法尺寸与几何精度螺栓、螺钉、螺柱和螺母》开展螺纹关键尺寸检测；

依据GJB715.8-1990《紧固件试验方法应力松弛》开展XXX型装甲车辆室温轴向力应力松弛试验；

依据GJB715.3-1989《紧固件试验方法振动》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓横向振动寿命试验；

依据GJB715.17-1990《紧固件试验方法高温拉伸》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓200℃高温抗拉强度试验；

依据GJB715.8-1990《紧固件试验方法应力松弛》开展XXX型装甲车辆 200℃高温轴向力应力松弛试验；

依据GJB715.1-1989《紧固件试验方法盐雾》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓中性盐雾腐蚀试验；

依据GJB715.26A-2008《紧固件试验方法双剪》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓室温抗剪切极限载荷试验；

依据GJB715.18-1990《紧固件试验方法高温双剪》开展XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓200摄氏度高温抗剪切极限载荷试验。

3、将收集的数据建立6×11矩阵：

4、数据归一化

归一化公式如下：

归一化后6×11数据矩阵：

5、求归一化后矩阵的相关系数矩阵

相关系数求解公式如下：

相关系数矩阵如下：

6、特征值、特征向量求解，主成分数量确定

用雅可比方法求相关系数矩阵R的特征值(λ

计算k值，使下式成立：

取k个主成分用来代表原始p个变量。

7、原始指标筛选

根据特征向量和特征值计算载荷因子u

对k个主成分载荷因子分别按绝对值大小排序，将载荷因子大于0.5的归为一组，如果某因子在所有成分中均小于0.5，将该因子对应指标归到载荷因子绝对值最大的一组，结果分为n组。

计算任意指标在主成分中的空间等效距离，按下式进行：

按组计算空间等效距离总和，舍去单值小于总和5％的指标，对余下指标进行相关性检验，存在显著相关的指标选取最有代表意义的保留，对于不相关的指标全部保留，完成指标筛选，假设共计筛选出m个指标。

8、指标得分计算

满足正态性检验的指标分为三种类型：越大越好型、越小越好型和在一定范围内最好型，三种类型指标得分的计算分别如下：

越大越好型：

其中，a为阈值，u为指标平均值，σ为指标标准偏差。

越小越好型：

其中，a为阈值，u为指标平均值，σ为指标标准偏差。

适合于某区间范围型：

其中，a

其他指标按隶属度函数计算：

其中，a代表合格限值。

最终计算出指标得分为：S

9、指标权重计算

对筛选出的m个指标归一化后，对筛选的指标用熵权法计算指标权重，记为ω

其中，

10、计算综合得分：

实施例2

针对XXX型装甲车辆发动机缸盖螺栓选取其中用量最大的螺栓，其规格等级为M12*45，8.8级，收集质量水平有代表性的6个品牌，每个品牌随机抽样 100套用于数据收集，6个品牌编号为A，B，C，D，E，F。

1、分别测试螺栓的上述11个指标，因量纲不一致，首先进行指标归一化，接下来按照上述步骤建立相关系数矩阵。

2、对相关系数矩阵进行主成分分析，提取特征值和特征向量：

前3个主成分的累计方差贡献率达到85％，因此取3个主成分即可，前3个特征值为：5.1983，2.4569，1.6765。

与特征值对应的特征向量为：

3、筛选指标

3.1计算各指标空间等效距离将指标分为3组，第一组X

3.2对各指标进行相关性检验，列出有显著相关行的指标对。

3.3筛选指标

在第一组变量中，指标X

在第二组变量中，指标X

在第三组变量中，只有指标X

最终形成的指标体系为：X

4、指标权重计算

按照熵权法计算得出指标X

按照上述公式计算X

5、指标得分计算

X

6、综合得分计算:

A品牌S＝(1*0.208+1*0.209+0.08*0.197+0.08*0.179+0*0.197)*100＝45.7；

B品牌S＝(1*0.208+0.97*0.209+0.40*0.197+0.82*0.179+0.44*0.197) *100＝73.3；

C品牌S＝(0.99*0.208+0.68*0.209+0.42*0.197+0.74*0.179+1*0.197) *100＝76.7；

D品牌S＝(1*0.208+0.79*0.209+0.34*0.197+0.27*0.179+1*0.197)*100＝69.3；

E品牌S＝(1*0.208+0.99*0.209+0.55*0.197+0.92*0.179+0*0.197)*100＝69.8；

F品牌S＝(1*0.208+1*0.209+0.51*0.197+0.93*0.179+0*0.197)*100＝69.4；

质量等级C＞B＞E＞F＞D＞A。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。