基于多層次灰色關(guān)聯(lián)度的裝備維修性定性要求綜合評(píng)價(jià)方法

徐 達(dá) 王寶琦 吳 溪 張春林

(裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系，北京 100072)

維修性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)其規(guī)定狀態(tài)的能力。裝備維修性要求包括定性要求和定量要求，描述了進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)所要達(dá)到的具體目標(biāo)［1］。傳統(tǒng)的裝備維修性定性要求綜合評(píng)價(jià)基本上以專家經(jīng)驗(yàn)為主［2］，缺少定量評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)重影響不同裝備維修性設(shè)計(jì)方案的評(píng)選工作。

裝備維修性定性要求綜合評(píng)價(jià)的新方法愈來愈多，如云模型等［3］，灰色綜合評(píng)價(jià)方法作為新型評(píng)價(jià)模型已開始應(yīng)用于一些裝備效能綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域［4～5］，但是對(duì)于多層次的復(fù)雜定性要求體系的維修性評(píng)價(jià)方法，亟待研究。本文提出的評(píng)價(jià)方法，對(duì)于裝備設(shè)計(jì)階段，選擇維修性最優(yōu)設(shè)計(jì)方案具有現(xiàn)實(shí)意義和重要參考價(jià)值。

1 裝備維修性定性要求體系的構(gòu)建

1.1 定性要求選擇的依據(jù)

裝備研制或改進(jìn)中的維修性設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)規(guī)定的維修性定量與定性要求，選擇出適用的維修性定性要求是構(gòu)建裝備維修性定性要求體系的前提。裝備維修性定性要求選擇的一般依據(jù)為:(1)裝備的使用需求;(2)裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);(3)和預(yù)期的維修方案結(jié)合考慮;(4)考慮指標(biāo)如何驗(yàn)證。

1.2 定性要求體系的構(gòu)建

根據(jù)GJB/Z 91－97《維修性設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)》和定性要求選擇的依據(jù)，結(jié)合我軍裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和維修實(shí)際情況，提出了多層次的裝備維修性定性要求體系，如圖1所示。

考慮定性要求的驗(yàn)證特點(diǎn)，可以將裝備維修性定性要求體系分為兩類。第一類屬性稱為過程屬性，這一屬性中的維修性定性要求都需要通過結(jié)合裝備維修過程，才能得到其具體驗(yàn)證結(jié)果，其中包括可達(dá)性、人素工程和測(cè)試性3種要素。可達(dá)性反應(yīng)的是維修人員在維修過程中接近故障部件的難易程度;人素工程是對(duì)裝備維修過程中人體對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求;測(cè)試性是影響裝備故障診斷時(shí)間長短的重要因素。在裝備設(shè)計(jì)階段，過程屬性一般采用數(shù)字樣機(jī)虛擬仿真手段進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)價(jià)。第二類屬性稱為產(chǎn)品屬性，分析對(duì)象為產(chǎn)品本身，這一屬性中的維修性要素不需要結(jié)合裝備維修過程，只要裝備的模型確定，即可得到驗(yàn)證結(jié)果。其中包括簡易性、標(biāo)準(zhǔn)化與互換性、防差錯(cuò)能力和維修安全性。

2 維修性定性要求體系綜合評(píng)價(jià)模型

2.1 灰色理論與維修性定性要求體系

在研制階段評(píng)價(jià)其維修性設(shè)計(jì)水平，實(shí)際上就是評(píng)定設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，應(yīng)選擇維修性設(shè)計(jì)好的方案，以便進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)。過去進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)決策時(shí)通常的做法是:首先預(yù)計(jì)各種選擇方案中的平均修復(fù)時(shí)間和平均維修時(shí)間等參數(shù)，然后比較預(yù)計(jì)結(jié)果，通常采用回歸預(yù)計(jì)法、單元對(duì)比法和時(shí)間累計(jì)法等，但是它的實(shí)現(xiàn)卻依賴于原型或類似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)，工作量大，在實(shí)際操作過程中只能預(yù)計(jì)維修性的定量參數(shù)，而不能明確表達(dá)設(shè)計(jì)因素與維修性之間的關(guān)系。

灰色理論評(píng)價(jià)方法是按發(fā)展趨勢(shì)作分析，因此對(duì)樣本量的多少?zèng)]有要求，其數(shù)學(xué)方法是非統(tǒng)計(jì)的方法，不需要有典型的分布規(guī)律，計(jì)算量小［6］。由于裝備維修性定性要求體系中的各個(gè)因素得分主要依靠專家依據(jù)核查表打分或虛擬仿真得出的驗(yàn)證結(jié)果，所以數(shù)據(jù)與客觀實(shí)際具有一定的偏差，信息不完全，即“灰色”?；疑碚撌菑男畔⒌姆峭陚湫猿霭l(fā)研究和處理復(fù)雜系統(tǒng)的理論，其中基于灰色關(guān)聯(lián)度的評(píng)價(jià)方法是利用各方案與最優(yōu)方案之間的關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)評(píng)價(jià)方案進(jìn)行比較、排序。本文提出的裝備維修性定性要求體系是具有多層次的體系，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的單層次灰色關(guān)聯(lián)度方法不能滿足對(duì)裝備維修性定性要求體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，需要改進(jìn)為多層次的關(guān)聯(lián)度綜合評(píng)價(jià)模型。

2.2 基于多層次灰色關(guān)聯(lián)度維修性綜合評(píng)價(jià)模型

灰色理論應(yīng)用最廣泛的是關(guān)聯(lián)度分析方法，其基本思想是通過分析系統(tǒng)中各元素之間關(guān)聯(lián)程度或近似度，對(duì)系統(tǒng)排序。本文提出的基于多層次灰色關(guān)聯(lián)度的綜合評(píng)價(jià)方法的總體流程如圖2所示。

2.2.1 確定參評(píng)和參考數(shù)據(jù)列

設(shè)參評(píng)對(duì)象(方案)為n個(gè)，評(píng)價(jià)參數(shù)為m個(gè)，xij為第i個(gè)參評(píng)對(duì)象中第j個(gè)參數(shù)的得分原始值，參評(píng)數(shù)據(jù)列為:

參考數(shù)據(jù)列作為參評(píng)數(shù)據(jù)的參考比較的標(biāo)準(zhǔn)，參考數(shù)據(jù)列是由各個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)的最優(yōu)值組成的數(shù)據(jù)列:

確定參評(píng)和參考數(shù)據(jù)列后，構(gòu)造矩陣D:

2.2.2 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

由于維修性定性要求體系中各因素的得分情況通常是有不同量綱和數(shù)量級(jí)，不能直接進(jìn)行比較和運(yùn)算，為了保證結(jié)果的可靠性，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。規(guī)范化的方法有多種，考慮到裝備維修性定性要求得分的特點(diǎn)，這里采用極值處理法［7］，模型如下:

經(jīng)過規(guī)范化處理后矩陣D轉(zhuǎn)化為矩陣C:

2.2.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

對(duì)于任意參評(píng)數(shù)據(jù)列和參考數(shù)據(jù)列可用下述關(guān)系表示出二者繪制的曲線在各點(diǎn)的差:

式中:ξij是第i個(gè)參評(píng)對(duì)象的第j個(gè)參數(shù)與參考數(shù)據(jù)列的相對(duì)差值，稱為關(guān)聯(lián)系數(shù)。ζ為分辨系數(shù)，引入它是為了減少極值對(duì)計(jì)算的影響，一般取ζ=0.5較合適。

通過關(guān)聯(lián)系數(shù)得到各個(gè)參評(píng)對(duì)象的評(píng)價(jià)矩陣E:

2.2.4 多層次灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型

單層次灰色關(guān)聯(lián)度的綜合評(píng)價(jià)模型為:

3 實(shí)例驗(yàn)證

現(xiàn)以某裝備的3個(gè)設(shè)計(jì)方案為例，利用本文提出的基于多層次灰色關(guān)聯(lián)度的裝備維修性定性要求綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)其進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)優(yōu)劣排序。結(jié)合圖1所示的裝備維修性定性要求體系，專家結(jié)合裝備數(shù)字樣機(jī)給出的打分結(jié)果如表1所示。

表1中第一列中括號(hào)內(nèi)數(shù)值為該參數(shù)的滿分值，其中標(biāo)準(zhǔn)化和互換性是采用百分?jǐn)?shù)制打分，其他均為百分制打分。維修工作負(fù)荷評(píng)價(jià)分值越小越好，屬于成本型屬性參數(shù)，其他維修性定性要求分值越大越好，屬于效益型屬性參數(shù)。

表1 3個(gè)設(shè)計(jì)方案

則參評(píng)數(shù)據(jù)列即為表1中的數(shù)據(jù)，并從中選出最優(yōu)的數(shù)值構(gòu)成參考數(shù)據(jù)列，即X*=［88，90，93，88，77，92，88，95，86，91，93，90，88］，將參評(píng)數(shù)據(jù)列和參考數(shù)據(jù)列代入到公式(1)中進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，再將結(jié)果代入公式(2)得到3個(gè)方案的評(píng)價(jià)矩陣E。

通過層次分析法可得最底層參數(shù)的權(quán)重W:

將E和W一起代入到單層次灰色關(guān)聯(lián)度的綜合評(píng)價(jià)模型，得到裝備維修性定性要求體系的第3層次的灰色關(guān)聯(lián)度，同理按圖2所示的評(píng)價(jià)流程迭代3次即可得出最高層的3個(gè)方案的關(guān)聯(lián)度:R=［0.529 4，0.511 7，0.633 0］。可見該裝備的維修性設(shè)計(jì)從好到差的順序依次是:方案C、方案A、方案B。

為了驗(yàn)證該方法的客觀可信度，到部隊(duì)調(diào)研這3種設(shè)計(jì)方案的物理樣機(jī)的維修性設(shè)計(jì)水平，專家給出的定性排名與用該方法得到的結(jié)果完全一致，說明了該方法合理可行。

4 結(jié)語

本文提出了裝備維修性定性要求體系，研究了基于多層次灰色關(guān)聯(lián)度的綜合評(píng)價(jià)模型，得出以下結(jié)論:

(1)該評(píng)價(jià)方法有效地解決了裝備維修性設(shè)計(jì)因素多樣性以及評(píng)分不確定性的問題，并將定性分析轉(zhuǎn)換為定量結(jié)果;

(2)該方法解決了參數(shù)體系中各個(gè)參數(shù)指標(biāo)之間量綱不同的問題;

(3)該評(píng)價(jià)模型科學(xué)有效、合理可行，為裝備維修性設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)。

［1］呂川.維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2012.

［2］黎放，楊元，楊建軍.裝備維修性設(shè)計(jì)參數(shù)綜合評(píng)估方法［J］.工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2008，15(1):11 －15.

［3］Wu Xi，Xu Da，Yang Zhenjun，et al.Research on maintainability evaluation method of the weapon system based on cloud［C］.QR2MSE2012，2012:1269－1271.

［4］唐政，孫超，劉宗偉.基于灰色層次分析法的水聲對(duì)抗系統(tǒng)效能評(píng)估［J］.兵工學(xué)報(bào)，2012，33(4):432 －436.

［5］賈珺，戰(zhàn)曉蘇，程文俊.基于灰色關(guān)聯(lián)分析的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)綜合能力評(píng)估［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2012，24(6):1185 －1188.

［6］杜棟，龐慶華，吳炎.現(xiàn)代綜合評(píng)價(jià)方法與案例精選［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［7］郭亞軍.綜合評(píng)價(jià)理論、方法及拓展［M］.北京:科學(xué)出版社，2012.