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    基于DEA的隨船備件保障方案評價(jià)方法

    2015-11-30 08:20:14劉永紅
    裝備制造技術(shù) 2015年11期
    關(guān)鍵詞:輸入輸出備件器材

    劉永紅,謝 駿

    (海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院,湖北 武漢430033)

    隨船備件保障是航行期間裝備故障能否得到及時(shí)恢復(fù)的關(guān)鍵。艦船的任務(wù)屬性決定了隨船備件攜帶方案具有軍事和經(jīng)濟(jì)雙重屬性。軍事性體現(xiàn)為最大程度的滿足維修器材需求,保證艦船裝備的完好性;經(jīng)濟(jì)性則是在保證艦船裝備的完好性的同時(shí)盡量降低保障成本。制定隨船備件保障方案最大的難點(diǎn)是,如何使得艦船裝備的完好性最大化的同時(shí)降低投入的成本。

    曲麗麗等[1]在建立保障系統(tǒng)特性評價(jià)參數(shù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于DEA的研制階段裝備保障方案評價(jià)模型。劉偉等[2]采用基于多Agent仿真的方法對戰(zhàn)時(shí)裝備維修保障效能進(jìn)行了評估。文獻(xiàn)[3-4]分別運(yùn)用集對分析理論靜態(tài)方法和馬爾可夫鏈動(dòng)態(tài)方法的綜合集對分析法,OWGA算子和CWGA算子,建立了航材保障效能評估模型。文獻(xiàn)[5]建立了多約束下的備件方案優(yōu)化模型,引入了拉格朗日約束因子并采用邊際算法對模型進(jìn)行求解。從上述文獻(xiàn)可以看出,目前保障方案研究大多關(guān)注方案的優(yōu)化,對如何評價(jià)保障方案研究較少。

    本文研究隨船器材保障方案的評價(jià)方法。在通過分析隨船器材保障方案的軍事性和經(jīng)濟(jì)性屬性,確定隨船器材保障方案評價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,按照DEA模型輸入輸出指標(biāo)的確定準(zhǔn)則將評價(jià)指標(biāo)分為輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo),建立基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)的隨船器材保障方案的保障效益評價(jià)模型,對隨船備件保障方案實(shí)施評價(jià)。該方法能夠綜合不同指標(biāo)對保障方案進(jìn)行評價(jià),避免了評價(jià)者的主觀因素干擾指標(biāo)權(quán)重的分配,方法較為簡便,具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

    1 備件保障方案的評價(jià)指標(biāo)分析

    1.1 軍事性參數(shù)指標(biāo)

    (1)備件保障概率(P)

    備件保障概率是指,在規(guī)定保障時(shí)間內(nèi)需要備件時(shí),能夠得到的概率。

    (2)期望短缺數(shù)(EBO)

    期望短缺數(shù)是指,給定的任務(wù)周期和給定的庫存水平預(yù)期的備件短缺數(shù)量。

    (3)器材供應(yīng)可用度(A)

    指任務(wù)時(shí)間與備件短缺導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間的差值與任務(wù)時(shí)間比值,是一項(xiàng)反映裝備完好性的參數(shù)指標(biāo)。

    1.2 經(jīng)濟(jì)性參數(shù)指標(biāo)

    (1)平均每航行小時(shí)器材費(fèi)用(C)

    指在單位時(shí)間里所消耗的器材總費(fèi)用與航行小時(shí)數(shù)之比。

    (2)備件利用率(R)

    備件利用率通常用經(jīng)費(fèi)利用率度量,即單位時(shí)間內(nèi)出庫使用的備件價(jià)值費(fèi)用與庫存總價(jià)值費(fèi)用之比。

    (3)平均保障延誤時(shí)間(MLDT)

    平均保障延誤時(shí)間是為取得必要的維修資源而不能及時(shí)對裝備進(jìn)行維修所延誤時(shí)間的平均值。

    2 基于DEA方法的評價(jià)模型

    2.1 確定輸入輸出指標(biāo)

    基于DEA評價(jià)模型,要求對指標(biāo)按照輸入輸出指標(biāo)進(jìn)行分類。輸入指標(biāo)是指在保障方案中投入資源的某些指標(biāo),該類指標(biāo)具有越小越好的特性;輸出指標(biāo)是指在保障方案中產(chǎn)生的、表明保障方案成效的某些指標(biāo),該類指標(biāo)具有越大越好的特性。根據(jù)輸入指標(biāo)越小越好的特性,確定期望短缺數(shù)、每航行小時(shí)器材費(fèi)用、平均保障延誤時(shí)間等三個(gè)指標(biāo)為輸入指標(biāo);根據(jù)輸出指標(biāo)越大越好的特性,確定器材保障概率、器材供應(yīng)可用度、器材利用率等三個(gè)指標(biāo)為輸出指標(biāo)。

    2.2 建立評價(jià)模型

    假設(shè)有n個(gè)保障方案,每個(gè)保障方案都有m種輸入指標(biāo)和s種輸出指標(biāo),Xj和Yj分別為保障方案的輸入向量和輸出向量;v和u分別為輸入向量和輸出向量對應(yīng)的權(quán)向量。當(dāng)保障方案數(shù)大于輸入輸出指標(biāo)的二倍時(shí),應(yīng)用主成分分析法進(jìn)行預(yù)處理[1],得到由原來指標(biāo)的線性組合構(gòu)成的新指標(biāo)變量。

    以某一保障方案的效率評價(jià)指數(shù)hjo為目標(biāo),以全部保障方案的效率指數(shù)hj為約束,求取該保障方案效率評價(jià)指數(shù)hjo的最大值

    令t=1/(vTX0),w=tv,μ=tu式(1)化簡為一個(gè)等價(jià)的線性規(guī)劃形式:

    將上述線性規(guī)劃進(jìn)行對偶規(guī)劃模型轉(zhuǎn)變,并引入松弛變量s+和s-,得到

    式中:θ為保障方案的的相對效率指數(shù);λj為相對于保障方案的第j各決策單元的組合比例。

    2.3 有效性分析

    設(shè)對偶規(guī)劃的最優(yōu)解為 λ0,s+,s-,θ,有:若 θ<1,則不為弱DEA有效;若 θ=1且s+≠0或 s-≠0,則為弱 DEA 有效;若 θ=1且 s+=s-=0時(shí),則為 DEA 有效。

    2.4 有效單元的再評價(jià)

    當(dāng)時(shí),則說明有多個(gè)方案是有效的,需要對有效決策單元進(jìn)行再一次的評價(jià),此時(shí)就需要構(gòu)造劣勢前沿面。構(gòu)造劣勢前沿面就是把可能集中有效的決策單元去掉,將剩余的非有效決策單元組成新的可能集,以此構(gòu)造新的有效前沿面,再以該前沿面為標(biāo)準(zhǔn)來判斷原來的有效決策單元,從而實(shí)現(xiàn)原有效單元的再評價(jià)。

    設(shè)原保障方案中前k個(gè)決策單元是(弱)有效的,其余為非有效,則(弱)有效單元 j0(j0=1,2,…,k)的評價(jià)模型為

    2.5 保障方案排序

    根據(jù)計(jì)算得出的值對保障決策單元進(jìn)行排序,值愈大,說明保障決策單元的效益愈好,反之,則越差。

    3 實(shí)例分析

    某型隨船執(zhí)行任務(wù)航行30天,有6個(gè)備選保障方案,每個(gè)保障方案的保障特性參數(shù)指標(biāo)見表1。

    表1 保障方案特性評價(jià)參數(shù)

    由于保障方案數(shù)等于輸入輸出指標(biāo)的二倍,采用主成分分析得到新的輸入輸出向量:

    各指標(biāo)的權(quán)重為:

    M=(0.150 0.159 0.125 0.415 0.086 0.065)

    將表1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后代入式(5),部分為負(fù)值,將輸入輸出向量同時(shí)平移2個(gè)單位后,代入式(3),運(yùn)用Matlab編程計(jì)算,結(jié)果見表2.先分析了系統(tǒng)的主要功能,然后根據(jù)系統(tǒng)功能分別介紹了系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu),提出維修四要素(維修要素:維修人員;維修工具、設(shè)備與設(shè)施;維修作業(yè)過程信息),對維修過程評估信息進(jìn)行分析,采用知識庫模式集成,實(shí)現(xiàn)虛擬維修。

    [1]楊 炎,蔣科藝,李本威,等.虛擬維修仿真的研究進(jìn)展[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào),2009,24(4):24-25.

    [2]馬 亮.武器裝備虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].電子工程,2010,1:133-136.

    [3]解 璞,郭英耳.基于虛擬維修的場景圖研究[J].航空維修與工程,2006,3:41-43.

    [4]崔凱旋,石 全,張文宇,等.云理論在裝備保障訓(xùn)練效果評估中的應(yīng)用[J].火力與指揮控制,2013,38(3):108-111.

    [5]劉 勇,徐廷學(xué),孫海燕.基于改進(jìn)云重心方法的裝備維修性定性評價(jià)[J].火力與指揮控制,2014,39(3):64-68.

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