基于MSG-3的軍機(jī)區(qū)域評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的研究

關(guān)　博

(中國(guó)民航大學(xué) 航空工程學(xué)院，天津　300300)

0　引言

航空裝備維修一般是指為使航空裝備保持、恢復(fù)和改善規(guī)定技術(shù)狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)，是確保航空部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要組成部分[1]。我國(guó)的軍用飛機(jī)維修先后經(jīng)歷了事后維修、預(yù)防性維修等階段，現(xiàn)階段主要是采用以可靠性為中心的維修策略。相比于軍機(jī)在維修保障方面的不足，基于MSG-3的民機(jī)維修保障分析積累了較多的經(jīng)驗(yàn)，日趨成熟。

軍機(jī)更多的是針對(duì)國(guó)家安全、軍事對(duì)抗以及緊急任務(wù)等方面，其作戰(zhàn)及時(shí)性、作戰(zhàn)環(huán)境的復(fù)雜性都使得其在進(jìn)行區(qū)域分析時(shí)更復(fù)雜。我國(guó)地域遼闊，環(huán)境多樣，不同的氣候環(huán)境會(huì)對(duì)軍機(jī)裝備性能產(chǎn)生較大影響。因此為了充分發(fā)揮軍用飛機(jī)裝備的作戰(zhàn)效能，必須對(duì)其使用環(huán)境及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行研究，以建立適用有效的維修任務(wù)。因此，探索民機(jī)MSG-3邏輯在軍機(jī)區(qū)域維修分析中的應(yīng)用，建立軍機(jī)區(qū)域維修大綱具有重要的意義。

依據(jù)MSG-3分析邏輯，首先對(duì)影響軍機(jī)區(qū)域安全的影響因素進(jìn)行分析，建立軍機(jī)區(qū)域檢查分析評(píng)級(jí)指標(biāo)體系；其次，提出將層次分析法、熵權(quán)法等單一方法以及矩估計(jì)法、離差平方和最大化法等組合賦權(quán)方法應(yīng)用于評(píng)級(jí)指標(biāo)的研究中；結(jié)合實(shí)例，確定指標(biāo)權(quán)重，最后將專家對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值與指標(biāo)權(quán)重相乘，得到區(qū)域評(píng)估等級(jí)。

1　評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的建立

一般來說，軍機(jī)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境包括自然環(huán)境和作戰(zhàn)環(huán)境[2-3]。自然環(huán)境又可進(jìn)一步劃分為地理環(huán)境、氣候環(huán)境以及化學(xué)環(huán)境等。地理環(huán)境是指航空裝備運(yùn)營(yíng)的地理狀況，我國(guó)的地理環(huán)境可以分為高原、海洋以及沙漠。氣候環(huán)境是指航空裝備運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的氣候狀態(tài)，高溫、高寒、溫度持續(xù)變化、潮濕、風(fēng)沙等對(duì)軍機(jī)的外形、內(nèi)部部件、材料都會(huì)造成不同程度的損壞，影響飛機(jī)的性能?；瘜W(xué)環(huán)境主要包括鹽霧、工業(yè)廢氣、工業(yè)輻射以及微生物等形成的腐蝕性生物環(huán)境。作戰(zhàn)環(huán)境一般是在作戰(zhàn)過程中形成的、以前并不存在的環(huán)境，分為電磁環(huán)境、振動(dòng)環(huán)境、機(jī)械沖擊環(huán)境等。

民機(jī)在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域檢查分析時(shí)，對(duì)區(qū)域的影響指標(biāo)主要從三方面進(jìn)行研究，即區(qū)域稠密度等級(jí)、區(qū)域環(huán)境影響等級(jí)以及區(qū)域偶然損傷等級(jí)。結(jié)合軍機(jī)的服役環(huán)境，參考民機(jī)區(qū)域檢查評(píng)級(jí)指標(biāo)體系需要考慮的因素，對(duì)軍機(jī)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域分析評(píng)級(jí)指標(biāo)體系進(jìn)行研究。

(1) 區(qū)域稠密度指標(biāo)。根據(jù)民機(jī)的研究，區(qū)域稠密度表示了區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的數(shù)量以及它們之間距離的遠(yuǎn)近程度，體現(xiàn)了該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)、設(shè)備檢查的難易程度。因此，區(qū)域稠密度的評(píng)定受到了區(qū)域尺寸的大小、區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)量以及區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備安裝的復(fù)雜程度的影響。

(2) 偶然損傷指標(biāo)。偶然損傷一般指區(qū)域之外的人或物對(duì)區(qū)域造成的不確定的損傷。軍機(jī)在作戰(zhàn)環(huán)境中，會(huì)受到機(jī)械沖擊、電磁輻射等影響，因此，軍機(jī)偶然損傷可能性應(yīng)從地面操作設(shè)備、使用與維修、天氣、外來物損傷以及機(jī)械沖擊和電磁輻射這些方面進(jìn)行考慮。

(3) 環(huán)境影響指標(biāo)。這里說的環(huán)境影響是指可能對(duì)飛機(jī)區(qū)域造成影響的環(huán)境因素。根據(jù)軍機(jī)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，主要從溫度、振動(dòng)情況、環(huán)境濕度、環(huán)境壓力、鹽霧、沙塵等方面對(duì)軍機(jī)影響因素進(jìn)行分析。

參考民機(jī)區(qū)域檢查評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)，綜合以上的分析，建立的軍機(jī)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域分析評(píng)級(jí)指標(biāo)體系如圖1所示。圖1中，目標(biāo)層A為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域分析評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的建立，要素層B為區(qū)域稠密度等級(jí)B1、環(huán)境影響等級(jí)B2以及偶然損傷等級(jí)B3，要素層以下的是指標(biāo)層C和子指標(biāo)層D。

圖1　軍機(jī)評(píng)級(jí)指標(biāo)體系

2　指標(biāo)權(quán)重評(píng)估方法研究

當(dāng)前，確定指標(biāo)權(quán)重的方法分為兩大類，即主觀權(quán)重確定方法和客觀權(quán)重確定方法。主觀賦權(quán)方法確定的指標(biāo)權(quán)重很大程度上可以很好地反映待研究對(duì)象本身所處的環(huán)境以及決策者本身的信息和特點(diǎn)，但該方法對(duì)決策者有很大的依賴性，因此往往會(huì)有很大的主觀性，無法保證評(píng)價(jià)的精確性。客觀賦權(quán)方法是依據(jù)待研究對(duì)象自身所攜帶的信息對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行研究，這種方法在理論上的計(jì)算結(jié)果將會(huì)非常地精確，不具有隨意性，但在實(shí)際的應(yīng)用研究中，這類脫離人的主觀意識(shí)和思維的方法并不一定很好地反映待研究對(duì)象的特性。隨著研究的逐漸深入，人們面對(duì)越來越多的解決問題的方法，并對(duì)這些方法逐漸改進(jìn)，從單一方法到對(duì)各種不同的方法進(jìn)行組合，即組合賦權(quán)。下面就對(duì)幾種典型方法的基本原理進(jìn)行介紹，并將其應(yīng)用到軍機(jī)評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的研究之中[4-7]。

2.1　主觀方法

2.1.1改進(jìn)FAHP

層次分析法是一種將定性問題定量化的決策分析方法，隨著研究的不斷深入，層次分析法已經(jīng)由最初的分析思想逐漸發(fā)展成熟，當(dāng)前比較典型的是改進(jìn)后的模糊層次分析法，即改進(jìn)FAHP。改進(jìn)FAHP避免了傳統(tǒng)層次分析方法中不斷構(gòu)造一致矩陣的缺陷，提高了指標(biāo)分析結(jié)果的精確性。

2.1.2特征向量法

特征向量法也稱偏好比率法，該方法重新定義了兩屬性之間的偏好程度比率，在這種比率標(biāo)度下，如果一個(gè)屬性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的邊際貢獻(xiàn)率比另一個(gè)屬性大一倍，那么該屬性的重要性程度應(yīng)該比另一屬性稍強(qiáng),這種判斷比較符合實(shí)際。根據(jù)比率標(biāo)度值和待求權(quán)重建立帶有約束的方程組，并求解可得到要求的權(quán)重。

2.2　客觀方法

2.2.1熵權(quán)法

該方法是一種比較典型的客觀賦權(quán)方法，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)信息，利用信息熵的理論來計(jì)算指標(biāo)的熵權(quán)，熵權(quán)越大，表明該指標(biāo)的變異量越小，其所提供的信息也就越大，在決策評(píng)價(jià)問題中，其所起的作用也越大。該方法根據(jù)第j個(gè)指標(biāo)在第i個(gè)方案所占的比重pij、熵值ej和差異系數(shù)gj計(jì)算變異系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

2.2.2變異系數(shù)法

變異系數(shù)法直接利用各項(xiàng)指標(biāo)所包含的信息，通過計(jì)算得到指標(biāo)的權(quán)重，克服了指標(biāo)權(quán)重分配均衡化的缺陷，更能反映指標(biāo)之間的差異性。該方法根據(jù)指標(biāo)的均方差與指標(biāo)均值之間的比值計(jì)算指標(biāo)的變異系數(shù)，并進(jìn)一步將變異系數(shù)作歸一化處理，得到指標(biāo)權(quán)重。

2.3　組合賦權(quán)法

2.3.1矩估計(jì)法

矩估計(jì)法是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中一種比較典型的統(tǒng)計(jì)分析方法，即以樣本矩的某一函數(shù)代替總體矩對(duì)估計(jì)量進(jìn)行求解的方法。該方法首先對(duì)不同方法確定的權(quán)重進(jìn)行處理，根據(jù)權(quán)重的期望和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理確定主觀權(quán)重和客觀權(quán)重在綜合權(quán)重中的相對(duì)重要系數(shù)α和β，構(gòu)建具有約束條件的綜合權(quán)重的評(píng)估模型，進(jìn)而對(duì)評(píng)估模型進(jìn)行求解，得到要求的權(quán)重。

2.3.2離差平方和最大化法

離差平方和最大化法利用指標(biāo)的離差平方和最大化來對(duì)綜合權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化。該方法對(duì)不同方法確定的指標(biāo)權(quán)重的離差進(jìn)行確定，構(gòu)造所需的優(yōu)化模型，并將優(yōu)化模型下的結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，得到所要求的指標(biāo)權(quán)重。

3　實(shí)例分析

作為飛機(jī)的動(dòng)力之源，燃油系統(tǒng)為發(fā)動(dòng)機(jī)及其輔助動(dòng)力裝置提供燃油[8-11]。中央翼油箱作為機(jī)翼油箱的一部分也極為重要，因此本文選擇中央翼油箱作為區(qū)域維修分析的對(duì)象。中央翼油箱包括主油泵、副油泵、油量表傳感器、單向活門以及浮子活門等部件。根據(jù)MSG-3分析邏輯，油箱區(qū)域內(nèi)油量傳感器包含導(dǎo)線，需要對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)區(qū)域分析，而對(duì)不包括導(dǎo)線部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域分析。本文以標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域分析為例，按照指標(biāo)的數(shù)據(jù)需求，收集了大量軍機(jī)指標(biāo)的客觀數(shù)據(jù)，并請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的航空維修人員對(duì)評(píng)級(jí)指標(biāo)體系中的指標(biāo)按照打分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分。以評(píng)級(jí)指標(biāo)體系中的偶然損傷指標(biāo)為例，分別將改進(jìn)FAHP、特征向量法、熵權(quán)法、變異系數(shù)法、矩估計(jì)法以及離差平方和最大化法應(yīng)用于軍機(jī)評(píng)級(jí)指標(biāo)體系的研究之中，得到偶然損傷指標(biāo)的權(quán)重，如表1和圖2所示。

表1　不同分析方法下的偶然損傷指標(biāo)權(quán)重

利用下式計(jì)算評(píng)級(jí)指標(biāo)的安全等級(jí)：

其中：P為專家人數(shù)；β(i)為專家對(duì)指標(biāo)的最終評(píng)價(jià)得分向量。

由式(1)可得到不同方法確定的稠密度等級(jí)、環(huán)境影響等級(jí)以及偶然損傷等級(jí)，如表2所示，表示為圖例的形式如圖3所示。

圖2　不同分析方法下偶然損傷影響指標(biāo)權(quán)重

方法稠密度等級(jí)環(huán)境影響等級(jí)偶然損傷等級(jí)改進(jìn)FAHP法1.32972.23091.2678特征向量法1.352.44471.4549熵權(quán)法1.36922.55781.4135變異系數(shù)法1.31662.41211.4061矩估計(jì)法1.3352.42861.4235離差平方和最大化法1.33082.44021.4237

圖3　不同分析方法下區(qū)域指標(biāo)評(píng)估等級(jí)

4　結(jié)論

(1) 從應(yīng)用主觀方法計(jì)算的數(shù)據(jù)可以看出，改進(jìn)FAHP得到的各指標(biāo)權(quán)重簡(jiǎn)潔實(shí)用。但專家打分時(shí)對(duì)于定性指標(biāo)的數(shù)據(jù)反饋精度不夠，數(shù)據(jù)體現(xiàn)相對(duì)比較模糊，這會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的相對(duì)精確度。特征向量法重新定義了兩個(gè)指標(biāo)間的相對(duì)重要性比率，使得各個(gè)指標(biāo)之間都有具體數(shù)據(jù)比率的限定，從而使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，但其對(duì)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)變動(dòng)較為敏感，當(dāng)指標(biāo)間的重要性比率過大時(shí)會(huì)使得計(jì)算結(jié)果失真，所以結(jié)合改進(jìn)FAHP和特征向量法會(huì)使計(jì)算結(jié)果更為合理。

(2) 從應(yīng)用客觀方法計(jì)算的數(shù)據(jù)可以看出，熵權(quán)法著重突出了局部差異，對(duì)于數(shù)據(jù)“變異”程度大的指標(biāo)，其計(jì)算出的權(quán)重結(jié)果就相對(duì)更大，這種算法會(huì)使數(shù)值的精度更高、客觀性更強(qiáng)。而在只知道指標(biāo)的數(shù)據(jù)而無法得到較為準(zhǔn)確的各指標(biāo)權(quán)重時(shí)，熵權(quán)法仍可得到比較可信的結(jié)果。但熵權(quán)法對(duì)變動(dòng)較大的數(shù)據(jù)相對(duì)敏感也是它的一個(gè)缺點(diǎn)，這樣會(huì)過分夸大數(shù)據(jù)變動(dòng)較大的指標(biāo)的權(quán)重，使得其權(quán)重值可能不符合指標(biāo)的實(shí)際重要程度。這里同時(shí)進(jìn)行變異系數(shù)法的計(jì)算在一定程度上修正了單純用熵權(quán)法賦權(quán)所帶來的數(shù)據(jù)不均衡化問題，使數(shù)據(jù)更為科學(xué)和準(zhǔn)確。

(3) 兩種組合賦權(quán)方法兼顧了主客觀方法的優(yōu)勢(shì)，將主客觀方法得到的權(quán)重按照一定的方式進(jìn)行綜合，彌補(bǔ)了單一方法所存在的不同程度的缺陷。當(dāng)權(quán)重的計(jì)算更多要依靠主觀經(jīng)驗(yàn)和專家的判斷或者更多依靠客觀數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先選用矩估計(jì)法，因?yàn)榫毓烙?jì)法會(huì)側(cè)重考慮主觀和客觀方法的相對(duì)重要程度，使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際要求。而當(dāng)權(quán)重的計(jì)算過程中主觀計(jì)算方法和客觀計(jì)算方法都提供了重要的信息時(shí)，離差平方和最大化計(jì)算組合賦權(quán)結(jié)果更符合實(shí)際要求。

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