基于蒙特卡洛模擬的船舶機械重要度等級評價

賈森君，王 琴

（舟山市知創(chuàng)科技開發(fā)有限公司，浙江 舟山 316000）

基于蒙特卡洛模擬的船舶機械重要度等級評價

賈森君，王 琴

（舟山市知創(chuàng)科技開發(fā)有限公司，浙江 舟山 316000）

船舶機械重要設備單元維修方式的確定是船舶維修的重要內容，本文通過比較分析，發(fā)現將層次分析法和蒙特卡洛算法相結合，對評估的難易程度有很大的幫助，評估結果相對準確、簡單易懂。

船舶設備；維修決策

1 概述

設備故障能對船舶、人員安全產生威脅或較大的經濟損失的設備單元稱為重要設備單元。因此，重要設備單元維修方式的確定是船舶維修的重要內容。不同的船舶設備對于船舶安全、經濟損失的影響程度是不同的，為了提高效率，使維修“有的放矢”，船舶設備維修方式的確定必須要以設備重要度評估為依據，從而建立一種科學、合理的維修決策模型。

船舶機械設備處于比較惡劣的工作條件，無論種類還是數量都復雜而繁多，而且不同設備對船舶安全運行影響程度也各不相同，所以維修決策制訂的第一步就是選擇重要設備。

通過查閱大量資料，船舶機械重要設備的評價因素、評估方法有很多，通過比較分析，發(fā)現將層次分析法和蒙特卡洛算法相結合，對評估的難易程度有很大的幫助，評估結果相對準確，這種方法不但簡單易懂，而且評價過程也比其他方法簡潔。通過對船舶設備相關數據進行分析，主要將以下三方面因素作為考慮因素：可靠性、經濟性和維修性。三種因素的結構層次如表1。

表1 船舶機械重要設備的評價因素

在此結構層次的基礎上，根據以往船舶機械裝備維修經驗確定了上述評價因素的特性指標，從而為后續(xù)子系統(tǒng)的打分提供了依據。

2 兩種常用評價方法分析

影響設備重要度評估的影響因素已經確定，對各個影響因素線性加權，建立新的重要性評價模型，該模型可準確得出船舶機械重要設備的重要度指數C:

式中：si有關專家對各子系統(tǒng)對應因素的評分值；Wi各評價因素的權重值。

各個評價因素對維修決策結果的影響程度是不相同的，只有確定了各個評價因素的影響權重，才能清楚各因素之間的相對關系和對維修決策的影響程度。用Wi(i=C11,C12,C13,C14,C15,C21,C22,C31,C32,C33)表示各個評價因素的權重大小，其準確性直接影響設備重要度的評價。

采用層次分析法，構造判斷矩陣A

矩陣A中，rij兩個因素的相對影響程度，進行rij評分后，最大特征根和對應的特征向量可借助齊次方程組的求解獲得，然后完成矩陣的一致性檢驗。只有滿足矩陣一致性，特征向量權重值才能通過歸一化方法獲得，從而求出設備的重要度。

3 基于蒙特卡洛模擬的重要度等級評價模型

由于前面方法得到的權重是由專家評分得到的，所以主觀性較強，為了增加結果真實性、科學性，釆用蒙特卡洛模擬法，對船舶機械的重要度評估進行再分析。

蒙特卡洛模擬方法是一種基于概率統(tǒng)計的評估方法，它的基本思想是首先對面向的問題進行大量的隨機性模擬實驗。本文希望借助蒙特卡洛模擬法使結果的隨機性產生積極的影響。

主要分析過程如下：

（1）用matlab隨機產生一組服從(0，1)均勻分布的隨機數，由于matlab的隨機數函數產生的是偽隨機數，利用計算機時間作為種子來產生非偽隨機數；

（2）將前面計算得來的權重值重新輸入matlab中，并進行排序，同時也將第一步產生的偽隨機數進行排序，把這兩組數據按線性加權法以一定的關系計算出設備的重要度評價指數。

（3）利用計算機重復模擬上述步驟若干次，將獲得一組統(tǒng)計數據，通過分析這組數據，可以獲得最終結果。

4 實例分析

船舶維修方式確定后，通過對某船舶主機系統(tǒng)的故障在5年間的統(tǒng)計數據進行分析，統(tǒng)計整理如下。

如前面原理所述，采用層次分析法建立重要度結構模型，然后輸入相互影響的權重系數，可獲得各個評價因素符合標準的權重判斷矩陣：

在矩陣中，影響因數的排列順序為：安全性、故障率、環(huán)保性、停機時間、故障后設備替代程度、維修費用、停機損失、監(jiān)控難易程度、維修難易程度和備件供應程度，已建立的判斷矩陣，因其一致性已經符合標準，各個因素的權重值相對比較容易得到。權重值

需要強調的是，子系統(tǒng)評價因素的各個權重值應從各個子系統(tǒng)的以往維修統(tǒng)計數據中給出。

表3 子系統(tǒng)評價因素權重值

5 結論與分析

使用前述方法進行編程，借助matlab上百次模擬，可以得到各個設備的一組重要度評價值，對這些數據進行整理和分析，在matlab環(huán)境下，建立起比較方圖。

圖1重要設備單元重要度統(tǒng)計圖

圖1 中顯示，設備的優(yōu)先級由高到低分別為3、1、4、2、8、5、6、7，亦即主軸承、增壓器、曲軸連桿、進排氣桿套、燃油系統(tǒng)、活塞及活塞環(huán)、排氣閥及頂桿、減速機構。由于本文評價的設備數量和種類都較少，經過綜合分析，確定重要較高設備為前面排序的前三級設備，由圖1信息可知，增壓器、曲軸連桿和主軸承所造成的損失是最大的，損失率分別為21.3%、21.1%和17.6%，安全性也最重要，必須設備狀態(tài)檢測手段，及預防性維修方式，其它的設備優(yōu)先級比較低，可以根據船舶具體維修情況采用定期維修或事后維修模式。

[1]高萍,吳甦.基于蒙特卡羅方法的設備維修決策模型[J].系統(tǒng)仿真學報，2007,19(22),5112-5114

[2]董玉亮，顧煜炯,楊昆.基于蒙特卡洛模擬的發(fā)電廠設備重要度分析[J].中國電機工程學報,2003,23(08),201-205

[3]張毅.基于重要度劃分的設備維修方式決策[J].武器裝備自動化,2005,26(4),23-24

[4]顧煜炯，陳昆亮，楊昆.基于熵權和層次分析的電站設備維修方式決策[J].華北電力大學學報,2008,35(6),72-82

U672

A

1006—7973（2017）12-0034-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.013