基于模糊-價(jià)值理論的備件品種預(yù)測(cè)模型研究

馬海英，周 林，劉 力

(空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院，陜西 三原 713800)

備件資源是實(shí)施裝備維修的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要保證，無(wú)論是平時(shí)訓(xùn)練還是戰(zhàn)時(shí)搶修，備件資源的保障都占據(jù)著十分重要的地位，它直接影響著裝備的戰(zhàn)備完好性以及部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的保持和恢復(fù)。備件資源的保障有3 個(gè)要素，即品種、數(shù)量和成本，其中品種是最基本的要素。目前由于備件預(yù)測(cè)缺乏科學(xué)性，系統(tǒng)性和針對(duì)性，致使有的備件資源閑置，而有些裝備得不到及時(shí)備件補(bǔ)充的情況普遍存在，嚴(yán)重阻礙了裝備保障能力的保持和提高。因此確定合理的備件資源，尤其是備件品種的確定，是部隊(duì)提高裝備的戰(zhàn)備完好性和機(jī)動(dòng)能力的重要保證。

1 影響備件品種確定的因素

在武器裝備服役的過(guò)程中，維修備件的確定不僅與備件的消耗特性有關(guān)系，而且與備件的儲(chǔ)備特性有關(guān)系，是由備件的消耗特性和備件儲(chǔ)備特性共同決定的。經(jīng)綜合考慮具體影響備件品種確定的因素有以下幾點(diǎn)。

1.1 備件的消耗特性影響因素

1)備件的可靠性。備件的壽命、故障率以及備件所用的材料及制造工藝都對(duì)備件的可靠性有著重要的影響。不同類型的備件有不同的壽命，壽命較長(zhǎng)的備件其消耗就少，相反其消耗就多。備件故障率是備件不能完成預(yù)定功能的時(shí)間的概率，在實(shí)際中，故障率越小，其可靠性越高;反之故障率愈大，可靠性就越差，電子元件就是按故障大小來(lái)評(píng)價(jià)其質(zhì)量等級(jí)的。此外相同結(jié)構(gòu)的備件由于使用的材料、制造工藝不同，導(dǎo)致其備件的質(zhì)量也不相同。因此影響備件可靠性的因素有備件的壽命、備件的故障率以及備件所用的材料及制造工藝［1］。

2)備件的服役環(huán)境。備件的服役環(huán)境包括備件服役的自然環(huán)境和備件工作的系統(tǒng)環(huán)境。

備件服役的自然環(huán)境指?jìng)浼谑褂脮r(shí)的溫度、濕度及工作介質(zhì)(一般為大氣)，自然環(huán)境的溫度范圍大致在-40℃～40℃，沿海地區(qū)服役的裝備備件由于受鹽霧氣氛的影響容易發(fā)生腐蝕失效。

備件工作的系統(tǒng)環(huán)境指?jìng)浼谙到y(tǒng)的性能。由于備件的工作是在和它相關(guān)聯(lián)的其他部件相互作用的條件下工作的，因此當(dāng)一個(gè)部件發(fā)生故障后，由于條件變化，而將導(dǎo)致其他還可以使用的部件也發(fā)生故障。

3)備件的管理水平。備件的管理水平是指人的因素對(duì)備件消耗的影響。比如操作人員的行動(dòng)在技術(shù)素質(zhì)、心理素質(zhì)以及環(huán)境等因素的影響下產(chǎn)生的差錯(cuò)或者誤操作，人為的誤操作也可能造成一些部件故障等。

1.2 備件儲(chǔ)存特性的影響因素

由于備件種類的繁多，考慮到備件費(fèi)用和庫(kù)存費(fèi)用的影響，并不是所有的零部件都要儲(chǔ)存，在實(shí)際儲(chǔ)存?zhèn)浼r(shí)而是要考慮任務(wù)的輕重緩急，以不影響裝備的戰(zhàn)備完好性以及部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的保持和恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)存?zhèn)浼?，因此備件?chǔ)存特性的影響因素除備件本身的可靠性外還有以下因素:

1)備件的關(guān)鍵性。關(guān)鍵性反映了備件的重要性，指該件在裝備系統(tǒng)中所起的作用以及對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度，通常分為關(guān)鍵件、重要件和一般件。越關(guān)鍵的零部件，它的失效對(duì)整機(jī)的影響越大，就越需要儲(chǔ)備該類備件［2］。

2)備件的維修性。維修性是繼可靠性后，對(duì)備件的另一項(xiàng)重要指標(biāo)要求。維修性好的部件，故障后能在短時(shí)間內(nèi)得到修復(fù)，不易出現(xiàn)因失修而導(dǎo)致缺件的情況發(fā)生。維修性用平均故障修理時(shí)間(MTTR)來(lái)衡量。

3)備件的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性指?jìng)浼某杀净騼r(jià)格的高低。不同的備件其購(gòu)置費(fèi)用和儲(chǔ)存保管費(fèi)用是不同的。同時(shí)備件的配置總是在有限的國(guó)防經(jīng)費(fèi)制約下考慮，因此必須考慮經(jīng)費(fèi)的使用效益問(wèn)題。因此備件的經(jīng)濟(jì)特性，是必須考慮的重要因素［2］。

4)備件的周轉(zhuǎn)性。由于武器裝備服役時(shí)間的長(zhǎng)短、備件供應(yīng)體制和維修體制的不同，導(dǎo)致備件周轉(zhuǎn)時(shí)間有很大差別。服役時(shí)間較長(zhǎng)的裝備，由于戰(zhàn)爭(zhēng)條件的變化，后續(xù)不再生產(chǎn)，對(duì)某些備件供應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，相反對(duì)于新服役的裝備備件，其裝備一直在生產(chǎn)中備件的供應(yīng)時(shí)間相對(duì)要短一些。因此備件的周轉(zhuǎn)性就說(shuō)明了備件獲得了難易程度。

綜合以上分析，影響備件品種確定的因素歸結(jié)為如圖1所示。

圖1 影響備件品種確定的因素

2 選擇確定備件品種的方法

備件品種的方法包括:邏輯決斷法、價(jià)值工程法、可靠性方法和模糊綜合評(píng)判方法、FMEA 法、LORA 法等。邏輯決斷法按預(yù)定程序?qū)浼贩N逐一進(jìn)行邏輯決斷，以確定是否設(shè)置該類備件。價(jià)值工程法通過(guò)功能分析和評(píng)價(jià)，計(jì)算出功能價(jià)值，選定備件品種［3］。可靠性方法是通過(guò)對(duì)零部件的維修策略、維修方式等分析研究，確定備件品種［4］。模糊綜合評(píng)判方法應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)法綜合評(píng)判，進(jìn)行備件品種的決策［5］。雖然價(jià)值工程法和模糊綜合評(píng)判法都分別考慮了影響備件品種的多種因素，但這兩種綜合方法還是具有一定的局限性，依據(jù)前文分析的影響備件品種確定的因素，尤其考慮備件的關(guān)鍵性和經(jīng)濟(jì)性，本文應(yīng)用模糊綜合評(píng)判法確定備件的重要性順序，然后利用ABC 分類法依據(jù)備件的經(jīng)濟(jì)性確定備件儲(chǔ)存的品種，建立備件品種的預(yù)測(cè)模型。

3 備件品種確定的組合預(yù)測(cè)模型

3.1 備件品種重要性的確定

由于影響備件品種確定的因素較多，且有的因素可以定量，有的因素只能做定性分析、比較，對(duì)于多因素決策可采用模糊聚類的分析方法來(lái)確定備件重要性的順序［6］。

1)確定評(píng)價(jià)集。各備件按重要性可分為非常重要、重要、一般及不重要，因此確定備件品種的評(píng)價(jià)集為S ={非常重要，重要，一般，不重要}。

2)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集合。依據(jù)前面的影響因素分析，確定備件品種重要性的一級(jí)評(píng)價(jià)因素為備件的消耗特性和備件的儲(chǔ)存特性，其二級(jí)評(píng)價(jià)因素分別為備件的可靠性、備件的服役環(huán)境、備件的管理水平、備件的關(guān)鍵性、備件的維修性、備件的經(jīng)濟(jì)性及備件的周轉(zhuǎn)性。

3)分配評(píng)價(jià)因素權(quán)重。采用“群組評(píng)判法”，即由，n 位專家對(duì)兩級(jí)共七個(gè)評(píng)價(jià)因素排序，最優(yōu)的分值為7，依次為6，5，4，3，2，1，kij為第n 位專家對(duì)評(píng)價(jià)因素ui的評(píng)判值，由下式計(jì)算出各因素的評(píng)價(jià)權(quán)重aij，得評(píng)價(jià)因素權(quán)重向量A =即

4)構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)專家對(duì)被評(píng)對(duì)象對(duì)每個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)量化，得到模糊關(guān)系矩陣

5)綜合評(píng)價(jià)合成算子，得到綜合評(píng)價(jià)向量

6)把上述所得的評(píng)價(jià)向量進(jìn)行單值化，可以得到其評(píng)價(jià)的結(jié)果。取評(píng)語(yǔ)集V={非常重要，重要，一般，不重要}的相應(yīng)值為5，4，3，2，則每個(gè)備件總的重要性值為:

7)計(jì)算備件的重要性系數(shù)即:

其中:Fi為備件的重要系數(shù);bi為備件的重要性值;n 為備件種類數(shù)。

3.2 備件的經(jīng)濟(jì)系數(shù)

備件的經(jīng)濟(jì)性包括購(gòu)買、儲(chǔ)備和維護(hù)等價(jià)段的費(fèi)用同時(shí)也要考慮備件獲得的難易程度。則備件的經(jīng)濟(jì)系數(shù)為:

其中:Ci為備件的經(jīng)濟(jì)系數(shù);pi為備件的成本;n 為備件種類數(shù)。

3.3 計(jì)算備件的價(jià)值系數(shù)

將備件的關(guān)鍵系數(shù)與備件的經(jīng)濟(jì)系數(shù)之比作為備件的價(jià)值系數(shù)［7］。即

其中Vi為備件的價(jià)值系數(shù)。備件的價(jià)值系數(shù)越大，說(shuō)明其在花費(fèi)同等費(fèi)用的情況下獲得的功能越多，因此該備件應(yīng)優(yōu)先儲(chǔ)備。

3.4 確定備件品種

依據(jù)前面所得的各備件價(jià)值系數(shù)的由大到小進(jìn)行排序，若以相同的等間距排列在橫坐標(biāo)上，相應(yīng)備件的經(jīng)濟(jì)系數(shù)累加百分比作為縱坐標(biāo)。如圖2 所示。把備件的經(jīng)濟(jì)系數(shù)累加百分比在0 到80%內(nèi)的備件作為儲(chǔ)存的備件，80%以外的備件舍去，這樣就確定了該武器裝備需要配置的備件品種。

圖2 備件品種分類圖

3.5 備件分類特征分析

1)A 類備件按照價(jià)值系數(shù)排序，并且備件經(jīng)濟(jì)性占總價(jià)值的80%。備件價(jià)值系數(shù)越大，在備件保障不足的情況下，造成的軍事?lián)p失和經(jīng)濟(jì)損失越大，因此備件的價(jià)值系數(shù)越大，備件對(duì)武器裝備保障度的影響較大，這些備件就必須作為備件儲(chǔ)存的重點(diǎn)，因此A 類備件的品種就是備件儲(chǔ)存品種的主要部分。

2)C 類備件由于重要性最小，可不作為儲(chǔ)存的對(duì)象。

3)B 類備件處于A、C 兩類之間，它的重要性介于二者之間，可作為備件儲(chǔ)存品種的次要部分。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文綜合考慮影響備件品種的多種因素，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判法確定備件的重要性，利用價(jià)值工程理論，以其重要性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合ABC 分類法確定備件儲(chǔ)存的品種。這種方法綜合考慮了備件影響裝備性能的各種因素，對(duì)新型武器裝備備件的品種進(jìn)行確定兼顧了備件功能的最大實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)效優(yōu)先原則。這種方法一方面可有效解決裝備備件需求與儲(chǔ)備之間日益突出的矛盾，且存在備件消耗大、儲(chǔ)備結(jié)構(gòu)不合理、備件采購(gòu)費(fèi)用高等問(wèn)題，另一方面文中所見(jiàn)的模型可以利用Matlab 編程較為方便的實(shí)現(xiàn)，使模型的具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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