基于WBS-AHP與灰色聚類的裝備搶修效能評(píng)估

孫玉琳，呂瑞強(qiáng)，胡 濤，王雙川

（空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

基于WBS-AHP與灰色聚類的裝備搶修效能評(píng)估

孫玉琳，呂瑞強(qiáng)，胡 濤，王雙川

（空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

針對(duì)裝備搶修效能評(píng)估問題，引入項(xiàng)目管理領(lǐng)域的工作分解結(jié)構(gòu)方法（Work Breakdown Structure，WBS）分析了系統(tǒng)的任務(wù)與流程，并以此為基礎(chǔ)建立了評(píng)估指標(biāo)體系；應(yīng)用改進(jìn)的層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）確定了指標(biāo)權(quán)重，建立了基于灰色聚類法的評(píng)估模型，提出了指標(biāo)權(quán)重靈敏度分析方法。對(duì)某場(chǎng)站飛行保障裝備的搶修效能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出聚類評(píng)估結(jié)果，并分析了指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響。為裝備搶修效能的評(píng)估與搶修力量建設(shè)提供了理論依據(jù)。

灰色聚類，WBS，AHP，搶修，效能評(píng)估

0 引言

隨著我軍軍事建設(shè)發(fā)展向?qū)崙?zhàn)化邁進(jìn)，裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修（BDAR）能力建設(shè)的重要性日益凸顯。戰(zhàn)場(chǎng)搶修作為戰(zhàn)時(shí)損傷武器裝備再生的最佳途徑，已在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了充分驗(yàn)證［1］。搶修效能是指戰(zhàn)場(chǎng)上損傷裝備在規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的條件下經(jīng)過搶修，能恢復(fù)某一滿足規(guī)定任務(wù)要求的基本功能或更多功能的能力或概率［2］。對(duì)裝備搶修效能進(jìn)行評(píng)估，可以將搶修效能的模糊問題進(jìn)行量化分析。以評(píng)估結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行搶修力量針對(duì)性建設(shè)，可以提高裝備系統(tǒng)戰(zhàn)時(shí)保障能力，保證裝備完好率，從而提高戰(zhàn)斗力。

針對(duì)裝備搶修效能評(píng)估問題，文獻(xiàn)［2］定義了裝備搶修效能的概念；文獻(xiàn)［3］提出了戰(zhàn)傷搶修保障效能的概念及效能度量模型；文獻(xiàn)［4］從人員、設(shè)備、管理和環(huán)境4方面建立了搶修效能合理評(píng)價(jià)指標(biāo)；文獻(xiàn)［5-6］應(yīng)用層次分析與模糊綜合評(píng)判，研究了防空導(dǎo)彈系統(tǒng)與地空導(dǎo)彈裝備的搶修效能評(píng)估；文獻(xiàn)［7-8］建立了通信裝備搶修效能評(píng)估的有色Petri網(wǎng)并運(yùn)用CPN-tools進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。在這些研究中，評(píng)估指標(biāo)體系的建立多采用德爾菲法與層次分析相結(jié)合，具有一定的主觀局限性；多數(shù)研究建立了特定種類裝備的評(píng)估模型，但這些模型沒有從整體上對(duì)搶修系統(tǒng)流程進(jìn)行分析，不適用于全系統(tǒng)、多種類裝備的搶修效能評(píng)估。

為解決上述問題，引入WBS方法進(jìn)行系統(tǒng)分析?；谛蜿P(guān)系分析原理改進(jìn)層次分析法，并通過靈敏度分析，量化了指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)于評(píng)估結(jié)果的影響。裝備搶修系統(tǒng)作為一個(gè)人機(jī)系統(tǒng)，影響因素多但信息貧乏。為此應(yīng)用灰色聚類法建立模型進(jìn)行評(píng)估?；疑垲惙ㄊ歉鶕?jù)數(shù)據(jù)序列的幾何特性來判別相關(guān)因素之間相關(guān)程度的一種方法。該方法對(duì)于建模數(shù)據(jù)沒有特殊要求，且需要樣本量少，計(jì)算簡(jiǎn)便［9］，適用于具有貧信息特性的裝備搶修效能評(píng)估問題。

1 基于WBS的評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

傳統(tǒng)的指標(biāo)體系構(gòu)建方法在指標(biāo)要素分析上缺少客觀性論證［4-6］。為此引入WBS方法。WBS是采用系統(tǒng)工程思想，將比較復(fù)雜的系統(tǒng)自上而下逐級(jí)分解形成層次化的結(jié)構(gòu)體系，從而達(dá)到定義系統(tǒng)工作范圍和相互關(guān)系的目的［10］，在系統(tǒng)要素識(shí)別與項(xiàng)目管理領(lǐng)域中具有全面性、精準(zhǔn)性等優(yōu)勢(shì)［11-12］。依據(jù)該方法，可以從搶修活動(dòng)的流程出發(fā)，全面識(shí)別出對(duì)系統(tǒng)效能產(chǎn)生影響的因素。根據(jù)其基本原理，將裝備的戰(zhàn)場(chǎng)搶修活動(dòng)劃分為5層流程單元，并對(duì)其中的評(píng)估、決策與修復(fù)3個(gè)程序進(jìn)行著重分析。依據(jù)WBS原理進(jìn)行的戰(zhàn)場(chǎng)搶修活動(dòng)流程分解如圖1所示。

圖1 裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修WBS工作流程分解與影響因素分析圖

對(duì)所有效能影響因素進(jìn)行聚類分析，歸納出裝備屬性、人員能力、技術(shù)要素、保障供應(yīng)和環(huán)境設(shè)施五大類指標(biāo)因素?？偨Y(jié)出一、二級(jí)指標(biāo)如表1所示。不同種類的裝備在指標(biāo)類別上無差異，在各級(jí)指標(biāo)重要程度排序關(guān)系評(píng)定上有所不同。

2 基于AHP灰色聚類的評(píng)估模型

2.1 改進(jìn)AHP法確定指標(biāo)權(quán)重

應(yīng)用序關(guān)系比較原理對(duì)層次分析法進(jìn)行了改進(jìn)，使指標(biāo)重要度由關(guān)系排序數(shù)唯一確定。重要度排序關(guān)系及其重要度賦值如表2所示。令1/r（r為關(guān)系排序數(shù)）作為指標(biāo)元素判斷矩陣重要性標(biāo)度。據(jù)此得出一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣RA。

表1 裝備搶修效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

將判斷矩陣的各個(gè)列向量歸一化，再按行求和取平均，得A對(duì)于目標(biāo)的組合權(quán)重：

將得到的組合權(quán)重進(jìn)行一致性驗(yàn)證，定義一致性指標(biāo)CI為：

同理，經(jīng)過序關(guān)系分析、重要度賦權(quán)、構(gòu)建判斷矩陣，計(jì)算出相對(duì)權(quán)重，可得二級(jí)指標(biāo)組合權(quán)重值如下：

2.2 灰色聚類評(píng)估模型

對(duì)于裝備搶修效能的灰色聚類評(píng)估，可以看成是n個(gè)對(duì)象，m個(gè)評(píng)估指標(biāo)，s個(gè)不同的灰類，根據(jù)對(duì)象關(guān)于指標(biāo)j的樣本實(shí)現(xiàn)值Xij，對(duì)相應(yīng)的對(duì)象i進(jìn)行評(píng)估的過程。具體步驟如下［13］：

①確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。

表2 飛行保障裝備搶修效能指標(biāo)元素重要性簡(jiǎn)易表

②劃分評(píng)估灰類，選取閾值。

例如將j指標(biāo)的取值范圍劃分為［α1，α2］，…，［αk-1，αk］，…，［αs，αs+1］，其中：閾值αk（k=1，2，…，s）的值可根據(jù)實(shí)際問題的要求或定性研究結(jié)果確定。

③建立三角白化權(quán)函數(shù)。

正斷層是常見的斷層形式，指斷層上盤在重力或水平張力作用下沿著斷層面向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)周圍土質(zhì)硬度較低，管子在正斷層斜拉作用下易發(fā)生拉伸破壞。該項(xiàng)研究利用ADINA有限元軟件模擬管子在正斷層位移錯(cuò)動(dòng)及管道內(nèi)壓共同作用下的破壞變形，以此來研究不同內(nèi)壓對(duì)輸液管道抗震性能的影響。

④整理各對(duì)象指標(biāo)實(shí)現(xiàn)值。

⑤計(jì)算對(duì)象i（i=1，2，…，n）關(guān)于灰類k（k=1，2，…，s）的綜合聚類系數(shù)為：

式中：ηj為指標(biāo)j在綜合聚類中的權(quán)重。

2.3 指標(biāo)權(quán)重靈敏度分析

圖2 三角白化權(quán)函數(shù)表

由于賦權(quán)存在一定的主觀性，權(quán)重的變化可能會(huì)引起評(píng)估結(jié)果的變化?；诖耍瑢?duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行靈敏度分析，量化表示權(quán)重對(duì)于評(píng)估結(jié)果［14］的影響。

2.3.1 確定邊際指標(biāo)權(quán)重

邊際指標(biāo)權(quán)重是指使評(píng)估結(jié)果發(fā)生變化的指標(biāo)權(quán)重臨界值［15］。權(quán)重為臨界值ωA1時(shí)，存在兩個(gè)灰類的綜合聚類系數(shù)相等，即存在

由式（2）可得：

聯(lián)立式（3）和式（4）可求出邊際指標(biāo)權(quán)重。

2.3.2 確定使評(píng)估結(jié)果變化的權(quán)重區(qū)間

當(dāng)權(quán)重變化超過邊際值時(shí)，評(píng)估結(jié)論將發(fā)生變化，則權(quán)重靈敏。為直觀表示權(quán)重變化與結(jié)論變化之間的關(guān)系，可由圖3的方式表示靈敏區(qū)間。其中上軸為 ωi權(quán)值，下軸為 ωj權(quán)值；ωi′與 ωj′為邊際指標(biāo)權(quán)重值。

圖3 指標(biāo)權(quán)重靈敏度區(qū)間示意圖

3 實(shí)例分析

以中部地區(qū)某航空兵場(chǎng)站的飛行保障裝備為實(shí)例進(jìn)行分析。通過實(shí)地調(diào)研與數(shù)據(jù)分析獲取數(shù)據(jù)值，運(yùn)用灰色聚類的方法來評(píng)估搶修效能。

3.1 聚類評(píng)估

根據(jù)航空兵場(chǎng)站保障實(shí)際情況、歷史資料查閱和專家經(jīng)驗(yàn)列出各指標(biāo)的閾值、延拓值。應(yīng)用德爾菲法將各指標(biāo)劃分為4個(gè)灰類。各指標(biāo)實(shí)現(xiàn)值分別由裝備檢測(cè)、案例評(píng)價(jià)、專家打分等不同方法決定，具體值見表3。

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)值，將各指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)值代入對(duì)應(yīng)的灰類白化權(quán)函數(shù)隸屬度計(jì)算公式，從而得到各分類指標(biāo)灰類的白化權(quán)函數(shù)值［16］，如表4所示。

表3 各指標(biāo)灰類、閾值、延拓值及實(shí)現(xiàn)值

表4 分類指標(biāo)灰類白化權(quán)函數(shù)值

根據(jù)表4，結(jié)合綜合聚系數(shù)計(jì)算公式，得到搶修效能各項(xiàng)指標(biāo)關(guān)于灰類 k（k=1，2，3，4）的聚類系數(shù)δk，結(jié)果如表 5。

表5 綜合聚類系數(shù)δk

3.2 評(píng)估結(jié)果分析

3.2.1 聚類結(jié)果

3.2.2 指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)結(jié)果的影響

一級(jí)指標(biāo)中，指標(biāo)μ1與μ2權(quán)重值最高，該兩項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)評(píng)估結(jié)果造成的影響最為顯著。因此，以 μ1與 μ2為例進(jìn)行靈敏度分析。ωμ1+ωμ2=0.580，依據(jù)式（2）～式（3）聯(lián)立求得邊際指標(biāo)權(quán)重為：

當(dāng)指標(biāo) μ1與 μ2權(quán)重變化達(dá)到 ωμ1＜0.105，ωμ2＞0.475范圍時(shí)，評(píng)估結(jié)果發(fā)生變化。此時(shí)，評(píng)價(jià)對(duì)象聚類屬于一般類，表明在人員力量影響因素占有較高比重時(shí)，該場(chǎng)站搶修效能會(huì)有所下降。該結(jié)果顯示了指標(biāo)權(quán)重的變化對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生的影響。

3.3 搶修力量建設(shè)建議

基于評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)該場(chǎng)站搶修力量建設(shè)提出以下建議：①在搶修人力建設(shè)上，采取集中組訓(xùn)等形式，與院校、訓(xùn)練基地聯(lián)合培養(yǎng)搶修人才，彌補(bǔ)人力上的不足。②在技術(shù)要素上，積累裝備損傷數(shù)據(jù)，建立裝備技術(shù)資料儲(chǔ)備庫(kù)；著重研究先進(jìn)損傷修復(fù)技術(shù)在飛行保障裝備上的應(yīng)用。③在保障供應(yīng)方面，通過模型求解備件的合理儲(chǔ)備量與攜行量，提高戰(zhàn)場(chǎng)保障效率。

4 結(jié)論

本文引入WBS方法進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立基于改進(jìn)AHP與灰色聚類的裝備搶修效能評(píng)估模型，并給出了指標(biāo)權(quán)重靈敏度分析方法，為裝備搶修效能評(píng)估提供了方法依據(jù)和理論支撐。通過某場(chǎng)站飛行保障裝備的實(shí)例分析，得出了搶修效能評(píng)估結(jié)果，驗(yàn)證了方法的可行性；依據(jù)靈敏度分析方法量化了指標(biāo)權(quán)重變化對(duì)于評(píng)估結(jié)果的影響?；谠u(píng)估結(jié)果分析了該場(chǎng)站提高搶修效能的著手點(diǎn)，在裝備搶修力量的建設(shè)方面具有一定的參考價(jià)值。

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Efficiency Evaluation of Emergency Repair on Equipment Based on WBS-AHP and Grey Clustering

SUN Yu-lin，LYU Rui-qiang，HU Tao，WANG Shuang-chuan
（Air Force Logistics College，Xuzhou 221000，China）

Aimed at efficiency evaluation of emergency repair system，WBS （Work Breakdown Structure）is introduced to analyze the system mission and process，then the evaluation index system is established.The weight is calculated by AHP （Analytic Hierarchy Process）.A model based on grey clustering and a mode of sensitivity analysis are made.Take an example to calculate，then the change of results caused is analyzed by weight change.Theoretical basis for efficiency evaluation and BDAR power construction are provided.

grey clustering，WBS，AHP，emergency repair，efficiency evaluation

1002-0640（2017）10-0034-05

E246

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.10.008

2016-08-16

2016-10-21

孫玉琳（1992- ），男，河北唐山人，碩士研究生。研究方向：航空四站保障技術(shù)與信息化。