基于模糊聚类分析的人机系统功能聚类方法

作者:孙超勇;张永进;张燕军;石坤 刊名:机械工程与自动化 上传者:王洪峰

【摘要】针对人机系统功能模块聚类的复杂和模糊性;提出一种基于模糊聚类分析的人机系统功能聚类新方法.首先根据人机系统各功能模块的特性指标;通过平移-标准差变换和平移-极差变换建立相的模糊矩阵;其次应用关联系数法和逐次平方法求出模糊等价矩阵;然后根据不同的阈值;取其相应的λ-卜截矩阵;给出人机系统功能模块的动态聚类图;最后以某型作战飞机驾驶舱人机系统为例;验证了该方法的有效性和可行性.

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第1期(总第212期) 2019年2月 机械工程与自动化 MECHANICAL ENGINEERING & AUT()MATl0N No.1 Feb. 文章编号:1672—6413(2019)01—0001—03 基于模糊聚类分析的人机系统功能聚类方法鼍 孙超勇1,张永进1 (1.安徽工业大学数理科学与工程学院,安徽马鞍山 ,张燕军2,石 坤1 243002;2.扬州大学机械工程学院,江苏 扬州 225127) 摘要:针对人机系统功能模块聚类的复杂和模糊性,提出一种基于模糊聚类分析的人机系统功能聚类新方法。 首先根据人机系统各功能模块的特性指标,通过平移一标准差变换和平移一极差变换建立相应的模糊矩阵;其 次应用关联系数法和逐次平方法求出模糊等价矩阵,然后根据不同的阈值,取其相应的卜截矩阵,给出人机系 统功能模块的动态聚类图;最后以某型作战飞机驾驶舱人机系统为例,验证了该方法的有效性和可行性。 关键词:模糊数学;人机系统;模糊聚类分析;模块化设计 中图分类号:TPll 文献标识码:A 0 引言 复杂人机系统设计过程中,在进行人机功能分配 时通常需要对大量的输入/输出节点进行整合,以实现 人机系统控制节点的模块化布局,使得人与机器能够 取长补短,相互匹配和协调,使系统能够安全、高效地 完成人和机器往往不能单独完成的工作任务。因此, 合理地进行人机系统功能聚类,是人机系统设计过程 中的一个重要环节,通过进行科学有效的功能聚类,可 以使操作人员与机器进行高效、安全的互动,达到人机 协调的目的。 当前,国外比较著名的人机功能分配方法有Price 决策图法、York法、人机能力比较分配法、自动分类与 等级设计法和Sheffield法等[1~。国内在人机功能分配 与聚类方面的研究还处于起步阶段,张燕军等[2]应用灰 色系统理论,提出了基于灰色关联度的人机系统功能聚 类方法,该方法主要依据人机系统功能模块间的灰色关 联度对人机系统功能模块进行聚类分析;杨宏刚等口1应 用模糊层次分析法对载人航天器复杂人机系统人机功 能分配进行了研究,该方法对模糊一致判断矩阵的排序 不唯一,在构造模糊互补矩阵时较为复杂;张炜等口3对 作战无人机任务管理系统进行了研究,实现了无人机任 务管理系统的人机功能动态分配仿真,但该方法在分析 人机功能分配时所考虑的影响因素较为简单,并不适合 大型复杂人机系统的模块化设计。 传统的人机系统功能聚类方法往往以设计人员的 经验或简单的主观分析来完成,没有充分考虑到各功 能模块之间并无清晰的划分、边界具有模糊性等特征, 缺少有效地解决功能模块之间模糊关系的量化方法。 本文针对这些模糊特征,提出一种基于模糊聚类分析 的人机系统功能聚类方法,利用数据标准化变换和传 递闭包法,给出了人机系统功能模块的关联系数求解 方法和人机系统功能模块的动态聚类图,可为人机系 统功能聚类及模块化设计提供技术支持。 1模糊聚类分析 (1)定义1。设R一(ri)。。。为咒阶模糊矩阵,j为 7/阶单位矩阵,若R满足:①自反性:J≤R;②对称性: RT—R;③传递性:R2≤R。则称R为模糊等价矩阵, 记作R’。若R只满足上述条件①、②,则称R为模糊 相似矩阵,记作R。 (2)定义2。设R=(ri)。×。为7/阶模糊矩阵,对 于任意的A(O≤A≤1),令: 如={黩≥ 则称R。一(矗)。。。为模糊矩阵尺的A一截矩阵。 (3)定理1。设R=(ri)。。。为以阶模糊相似矩 阵,则存在正整数g(g≤咒),使得殿为模糊等价矩阵, 且对于任意的正整数p(夕>g)有R’一R。。 定理1给出了根

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