改進(jìn)加權(quán)分析方法的新機(jī)型航材消耗預(yù)測(cè)

徐廷學(xué)，陳洪光，韓建立，姜永生

(1.海軍航空工程學(xué)院 a.兵器科學(xué)與技術(shù)系;b.研究生管理大隊(duì);c.科研部，山東 煙臺(tái) 264001;2.中國(guó)人民解放軍91440 部隊(duì)，河南 洛陽(yáng) 471000)

航空器材是軍用飛機(jī)維修保障的核心物質(zhì)基礎(chǔ)，是航空兵部隊(duì)形成和保持作戰(zhàn)能力的重要保證。而提高航材供應(yīng)保障軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確合理地確定航材備件的品種和數(shù)量，科學(xué)的航材消耗量確定方法成為航材保障領(lǐng)域急需研究解決的課題［2］。在此只研究新機(jī)型消耗性航材是指裝機(jī)使用達(dá)到規(guī)定壽命或出現(xiàn)故障后，從飛機(jī)上拆除，即行報(bào)廢的航材［3］。雖然消耗性航材的單價(jià)一般不是很貴，但消耗量卻很大，因此對(duì)其消耗量必須進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，保證航材供應(yīng)具備良好的軍事經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)分析新機(jī)型消耗性航材的特點(diǎn)和消耗規(guī)律，以航材本身的可靠性為基礎(chǔ)、以供應(yīng)保障經(jīng)驗(yàn)為參考，科學(xué)準(zhǔn)確確定航材消耗的品種和數(shù)量。

新機(jī)型剛剛開(kāi)始部署使用時(shí)，并沒(méi)有航材消耗統(tǒng)計(jì)資料。必須以航材本身的可靠性為基礎(chǔ)研究新機(jī)型航材保障策略:一方面從軍工廠獲得與每種航材自身可靠性有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，包括使用壽命、故障率、貯存期等。另一方面參照原機(jī)型或類似機(jī)型同種航材的可靠性指標(biāo)乘以調(diào)整系數(shù)來(lái)作為本機(jī)型航材的可靠性指標(biāo)。

1 影響航材消耗量的主要因素分析

①零、部件的故障率(α1):主要是一種固有特性，它反映了零部件本身的設(shè)計(jì)、制造水平。②工作應(yīng)力(α2):同一構(gòu)件在不同的裝備上使用，或雖在同一裝備上但由于安裝位置不同，該構(gòu)件受四周實(shí)際狀況(指電的、光學(xué)的、機(jī)械的因素)的影響不同，發(fā)生故障的可能性及對(duì)航材的需求也不一樣。③零、部件對(duì)于損壞的敏感性(α3):指在搬運(yùn)、裝配、維修及使用過(guò)程中，零、部件因非正常因素而受到損壞的可能性。④氣候條件或地理?xiàng)l件(α4):裝備所在地區(qū)的溫度、濕度、風(fēng)沙、腐蝕和大氣壓力的變化都會(huì)影響裝備的使用可靠性，從而影響航材消耗量。⑤航材的使用強(qiáng)度(α5):裝備系統(tǒng)及其需要維修部分超出正常使用要求范圍(過(guò)多或過(guò)少使用)，將影響該部分的故障率。⑥航材的任務(wù)目標(biāo)(α6):指航材任務(wù)量的多少對(duì)航材消耗量的影響率。⑦航材的管理水平(α7):指航空兵場(chǎng)站對(duì)飛機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)水平對(duì)航材消耗量的影響率［4］。

2 利用網(wǎng)絡(luò)分析法確定各影響因素的權(quán)值

權(quán)重是表征影響因素重要程度大小的度量，要準(zhǔn)確評(píng)估航材的裝機(jī)使用壽命，需要確定各個(gè)影響因素的權(quán)重。處于裝機(jī)使用狀態(tài)下的航材，隨著某一兩項(xiàng)影響因素的嚴(yán)重惡化，航材的綜合可靠性也急劇下降，這與實(shí)際情況是一致的，網(wǎng)絡(luò)分析法充分考慮到了各因素之間的相互影響，利用“權(quán)重矩陣”對(duì)各相互作用并影響的因素進(jìn)行綜合分析得出其混合權(quán)重。

網(wǎng)絡(luò)分析法的系統(tǒng)元素劃分為2 部分:控制層和網(wǎng)絡(luò)層?？刂茖影▎?wèn)題目標(biāo)及決策準(zhǔn)則，網(wǎng)絡(luò)層是由受控制層支配的元素組成的元素集［5］。

在網(wǎng)絡(luò)分析法中，要對(duì)元素的重要性程度進(jìn)行比較，重要性程度如表1 所示。

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)控制層中有m 個(gè)元素P1、P2、…Pm，網(wǎng)絡(luò)層中的元素集有C1、C2、…Cn。以控制層的元素Pi為準(zhǔn)則，并按照標(biāo)度構(gòu)建判斷矩陣。將元素Cj對(duì)Ci的影響程度構(gòu)造判斷矩陣，得到判斷矩陣的特征向量。

表1 重要性程度

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如果矩陣通過(guò)了一致性檢驗(yàn)，則歸一化特征向量就是元素Cj對(duì)元素Ci影響程度的排序向量，數(shù)值越大表示對(duì)元素集Cj影響越大，數(shù)值為零表示2 個(gè)元素集不相關(guān)［6］。

以Pi為主準(zhǔn)則，以不同的元素集作為次準(zhǔn)則分析其他元素集對(duì)它的影響，得到n 個(gè)排序向量組成一個(gè)權(quán)重矩陣Ai，即:

3 以改進(jìn)的加權(quán)系數(shù)法確定新機(jī)型航材初始消耗量

設(shè)某型號(hào)航材有n 個(gè)影響因素，第i(i=1，…，n)個(gè)影響因素的權(quán)重為wi，則該型號(hào)的航材使用壽命:

其中T 為航材出廠時(shí)規(guī)定的可靠使用壽命。所以該型號(hào)航材單機(jī)型的年消耗量［7］:

4 實(shí)例分析

一般新機(jī)型裝備部隊(duì)后，前3a 由軍工廠進(jìn)行技術(shù)和備件的保障。設(shè)某場(chǎng)站新來(lái)一批新型殲擊機(jī)，收集到模型航材的工程研制中的數(shù)據(jù)包括航材的可靠性、維修性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、故障率(0. 05)、工作應(yīng)力(0. 85)、對(duì)于損壞的敏感性(0.80)和確定的可靠使用壽命(2 000 h);相似航材的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括氣候條件或地理?xiàng)l件對(duì)航材的影響水平(0.70)、航材的使用強(qiáng)度(0.50)、該型機(jī)承擔(dān)的任務(wù)目標(biāo)(0.50)及該場(chǎng)站的管理水平(0.80)。

利用網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)各個(gè)影響因素的權(quán)重進(jìn)行分析。首先構(gòu)建ANP 方法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即確定度量模型的控制層元素以及網(wǎng)絡(luò)層元素;然后根據(jù)專家意見(jiàn)確定判斷矩陣、權(quán)重矩陣并檢驗(yàn)其一致性，進(jìn)而得出各個(gè)影響因素權(quán)重的大小，即對(duì)總目標(biāo)影響程度的大小。

具體的評(píng)語(yǔ)集:

V={V1，V2，V3，V4，V5}={無(wú)影響，稍微影響，明顯影響，強(qiáng)烈影響，嚴(yán)重影響}

影響因素集:

α={α1，α2，α3，α4，α5，α6，α7}={零、部件的故障率，工作應(yīng)力，零、部件對(duì)于損壞的敏感性，氣候條件或地理?xiàng)l件，航材的使用強(qiáng)度，航材的任務(wù)目標(biāo)，航材的管理水平}

針對(duì)某一個(gè)影響因素進(jìn)行兩兩比較，判斷哪一個(gè)影響因素對(duì)它的影響作用更大，從而得到該影響因素對(duì)其他影響因素的歸一化的排序向量。這里用aij表示，它表示第i 個(gè)影響因素對(duì)第j 個(gè)影響因素的影響權(quán)值，且有

處理結(jié)果得到下面一個(gè)權(quán)重矩陣:

通過(guò)ANP 的專門(mén)計(jì)算機(jī)軟件Super Decision，可以很方便得到加權(quán)矩陣。然后通過(guò)計(jì)算可以得到A 的極限矩陣，并且得到對(duì)應(yīng)于1 的歸一化特征向量即影響航材消耗量的各個(gè)因素的權(quán)重結(jié)果:

ω = (0.10，0.05，0.06，0.19，0.32，0.23，0.05)

將獲得的參數(shù)帶入式(2)中，得到該種航材的裝機(jī)使用壽命預(yù)測(cè)值:

設(shè)該場(chǎng)站同種型號(hào)飛機(jī)的年度飛行小時(shí)預(yù)計(jì)共為5 690 h，則帶入式(3)可得該型號(hào)航材年度消耗量:

所以該型航材的年度消耗量預(yù)計(jì)為5 個(gè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)地確定新機(jī)型航材消耗量的品種和數(shù)量一直是航材保障領(lǐng)域研究的難題。本文采用改進(jìn)的加權(quán)系數(shù)法對(duì)新機(jī)型航材消耗量進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究，充分考慮了影響航材消耗的各個(gè)主要因素，合理利用了航材的出廠參數(shù)，比較精確地預(yù)測(cè)了新機(jī)型航材的消耗量，改進(jìn)了當(dāng)前新機(jī)型航材保障完全靠經(jīng)驗(yàn)的方法。下一步，將利用航材實(shí)際的消耗數(shù)據(jù)對(duì)影響航材消耗量的參數(shù)進(jìn)行修正，構(gòu)建更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型。

［1］劉洋，薛培生，鄭炳賢.航材備件需求確定流程及方法研究［J］.江蘇航空，2006(4):12-13.

［2］曹文靜，施建洪，崔嘉.一種針對(duì)交互式軟件的功能測(cè)試方法［J］.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(5):583-586.

［3］岳奎志，韓維，宋巖，等. 艦艇編隊(duì)航材快速補(bǔ)給的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型［J］.兵工自動(dòng)化，2011(7):14-18.

［4］朱華進(jìn)，陳瑾.裝備維修備件需求預(yù)測(cè)模型研究［J］.艦船電子工程，2010(9):147-149.

［5］劉嘉鵬，詹原瑞.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)分析法的探討［J］.計(jì)算機(jī)工程，2008(18):266-271.

［6］吳國(guó)棟.基于ANP 的武器裝備作戰(zhàn)能力冪指數(shù)評(píng)估方法研究［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2010(2).

［7］韓增奇，于俊杰，王朝陽(yáng). 航空兵異地駐訓(xùn)航材需求預(yù)測(cè)模型［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2010(2):35-37.