基于主客觀組合賦權(quán)的裝甲裝備維修性綜合評價

徐 達(dá)，李 闖，焦慶龍，何凱平，李 洋

(裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系，北京100072)

維修性是指在規(guī)定條件下并按規(guī)定的程序和資源實(shí)施維修時，產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下，保持或恢復(fù)能執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力［1］。維修性是裝備的重要特性之一，裝備從設(shè)計到定型都要開展維修性的設(shè)計、驗證、評價、試驗和增長等工作。目前，我軍裝甲裝備維修性的驗證與評價主要根據(jù)維修性設(shè)計要求并結(jié)合實(shí)裝進(jìn)行，這種方法周期長、費(fèi)用大，且對發(fā)現(xiàn)的問題難以及時改正?；谔摂M樣機(jī)的裝甲裝備維修性驗證與評價系統(tǒng)能夠在裝備設(shè)計階段對裝備的維修性進(jìn)行驗證與評價，從而及時發(fā)現(xiàn)裝備的維修性問題，有效提高裝備的維修性。

裝備維修性驗證與評價的關(guān)鍵問題是構(gòu)建指標(biāo)體系、確定指標(biāo)權(quán)重以及建立綜合評價模型。目前，主要采用主觀賦權(quán)法確定裝備維修性指標(biāo)的權(quán)重［2］，這種賦權(quán)法可最大程度地利用專家的豐富經(jīng)驗，但卻不能排除人為主觀性對評價結(jié)果的影響;因此，有學(xué)者［3］嘗試使用客觀賦權(quán)法確定裝備維修性指標(biāo)的權(quán)重，該方法可最大程度地利用指標(biāo)觀測數(shù)據(jù)帶來的信息，但也會由于指標(biāo)觀測數(shù)據(jù)的失真而使指標(biāo)的權(quán)重產(chǎn)生較大偏差。為了使指標(biāo)的權(quán)重賦值更加科學(xué)化、合理化，筆者綜合了主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種主客觀組合賦權(quán)法，并采用該方法對虛擬樣機(jī)階段的裝甲裝備維修性進(jìn)行了綜合評價。

1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

裝備維修性綜合評價指標(biāo)體系是進(jìn)行裝備維修性綜合評估的依據(jù)，根據(jù)國軍標(biāo)《裝備可靠性與維修性參數(shù)選擇和指標(biāo)確定的要求》［4］，結(jié)合裝甲裝備虛擬樣機(jī)環(huán)境下指標(biāo)驗證特點(diǎn)，構(gòu)建裝甲裝備維修性綜合評價指標(biāo)體系。

裝甲裝備維修性評價體系的構(gòu)建是一個“具體—抽象—具體”的過程，分為理論準(zhǔn)備、要素初選、體系驗證和體系應(yīng)用4個階段［5］。具體的構(gòu)建流程如圖1所示。

圖1 裝甲裝備維修性綜合評價指標(biāo)體系構(gòu)建流程

維修性為設(shè)計屬性，構(gòu)建裝甲裝備維修性綜合評價指標(biāo)體系時，應(yīng)從裝備的維修性設(shè)計要求著手選取指標(biāo)，確保指標(biāo)體系的完整性。選取的基于設(shè)計階段的裝甲裝備維修性綜合評價指標(biāo)必須能夠在虛擬樣機(jī)條件下可對其進(jìn)行驗證，即選取的指標(biāo)必須通過虛擬仿真平臺，或者依據(jù)維修性設(shè)計要求采用核對表驗證方法可獲取觀測數(shù)據(jù)?；谔摂M樣機(jī)的裝甲裝備維修性綜合評價指標(biāo)體系如圖2所示。

圖2 裝甲裝備維修性綜合評價指標(biāo)體系

從圖2可以看出:指標(biāo)體系分為2個層次、7個方面、12項指標(biāo)。其中:人素工程和可達(dá)性2個方面的驗證與評價必須結(jié)合虛擬維修仿真過程，屬于過程屬性評價;其他5個方面的驗證與評價工作需結(jié)合前期制定的維修性設(shè)計要求，利用核對表法逐一進(jìn)行核對和評價，屬于產(chǎn)品屬性評價。

2 指標(biāo)主客觀組合賦權(quán)法

2．1 主客觀組合賦權(quán)模型

采用序關(guān)系分析法與熵值法相結(jié)合來確定裝甲裝備維修性指標(biāo)的權(quán)重［6］。序關(guān)系分析法是一種主觀賦權(quán)法，是依據(jù)層次分析法的原理，并經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)而來的，該方法可以充分反映專家對各項指標(biāo)權(quán)重的評估狀況，同時也保證了指標(biāo)間正確的重要度排序。熵值法是一種客觀賦權(quán)法，是借助不同評價方案下的指標(biāo)值，利用物理學(xué)中熵的概念對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而得到各指標(biāo)的權(quán)重，該方法已廣泛用于解決各領(lǐng)域中綜合評價指標(biāo)的賦權(quán)問題。

主觀賦權(quán)法可以充分利用專家的經(jīng)驗，客觀賦權(quán)法可最大限度地利用指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合設(shè)計階段裝甲裝備維修性綜合評價的實(shí)際情況，綜合主、客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)，本文提出了一種主客觀組合賦權(quán)法。首先，利用主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法分別求得第j項評價指標(biāo)的主、客觀權(quán)重;然后，進(jìn)行線性組合，則組合權(quán)重為

式中:k1、k2分別為主、客觀權(quán)重的加權(quán)系數(shù)，k1＞0，k2＞ 0，k1+k2=1 。

可以看出:wj同時體現(xiàn)了專家的主觀經(jīng)驗以及指標(biāo)觀測值所給出的客、觀信息，k1、k2的大小關(guān)系到組合權(quán)重的客觀性準(zhǔn)確性。本文通過定義目標(biāo)函數(shù)

對其求最小值，得到 k1、k2。

應(yīng)用Lagrange條件極值原理，在滿足條件k1＞0，k2＞0，k1+k2=1 的情況下，求得 k1=0．5，k2=0．5。

由此可見:最適合的主、客觀權(quán)重組合方法是主、客觀權(quán)重各占一半，即

2．2 序關(guān)系分析法

1)設(shè)指標(biāo)集為X={x1，x2，…，xm}，在指標(biāo)集中逐一選擇最重要的指標(biāo)，第1次挑選出的指標(biāo)記為x*1，經(jīng)過m-1次挑選后剩下的指標(biāo)記為x*m，對指標(biāo)集中各項指標(biāo)重新排序，得X*={x*1，x*2，…，x*m}。

式中:rj的取值可參考表1。

同樣重要1．2 xj比 xj+1稍微重要1．4 xj比 xj+1明顯重要1．6 xj比 xj+1強(qiáng)烈重要1．8 xj比 xj+1極端重要1．1，1．3，1．5，1．7含義1．0 xj與 xj+1 rj兩相鄰判斷的中間情況

由表1可見:當(dāng)指標(biāo)之間的序關(guān)系成立時，則

3)計算各指標(biāo)的權(quán)重wj。由式(4)可得

將式(6)對j求和，得

再由式(4)逐次計算可得wj(j=1，2，…，m)。

2．3 熵值法

設(shè)指標(biāo)數(shù)據(jù)集為 xij，其中:i=1，2，…，n ，為參評對象數(shù);j=1，2，…，m ，為指標(biāo)數(shù)。

1)計算第i個參評對象的第j項指標(biāo)的特征比重

2)計算第j項指標(biāo)的熵值

式中:ej＞0。定義gj=1-ej，為差異系數(shù)，gj越大，則該項指標(biāo)的作用越大。

3)計算各指標(biāo)的權(quán)重

3 實(shí)例驗證

設(shè)定3種設(shè)計方案下基于虛擬樣機(jī)模型的某型坦克動力艙故障維修任務(wù)，采集其各項維修性指標(biāo)數(shù)據(jù)。利用仿真平臺、核對表法對12項指標(biāo)逐一進(jìn)行驗證與評價。其中:視覺可達(dá)性、接觸可達(dá)性和維修操作空間3項指標(biāo)數(shù)據(jù)分別通過模擬維修人員的視覺信息反饋、空間信息反饋、碰撞檢測反饋，并結(jié)合相應(yīng)的評分規(guī)則來獲取;維修工作姿態(tài)和維修工作負(fù)荷2項指標(biāo)數(shù)據(jù)依托JACK仿真軟件，通過模擬維修人員在維修過程中身體各關(guān)節(jié)的受力程度信息反饋和單位工作時間內(nèi)體能消耗情況信息反饋來獲取;測試性、簡易性、標(biāo)準(zhǔn)化、互換性、防差錯性、識別標(biāo)志性和維修安全性7項指標(biāo)數(shù)據(jù)主要結(jié)合維修性設(shè)計要求，采用核對表法來獲取，這里測試性指標(biāo)主要是對檢測裝置放置口、裝置連接口等部位的空間大小進(jìn)行評估，并作為測試性的評估值。各項指標(biāo)的觀測值如表2所示。

1)采用序關(guān)系分析法計算各指標(biāo)權(quán)重。設(shè)表2中各項指標(biāo)權(quán)重從左至右依次為w1，w2，…，w12，邀請專家對12項指標(biāo)的重要度進(jìn)行排序，得出相鄰指標(biāo)間的重要度之比rj，并根據(jù)式(6)計算，結(jié)果如表3所示。

表2 3種方案下動力艙維修任務(wù)各項指標(biāo)觀測值

表3 各項指標(biāo)相關(guān)計算結(jié)果

首先根據(jù)表3，由式(9)求得然后，根據(jù)式(4)求得排序后的各項指標(biāo)權(quán)重，如表4所示。

再根據(jù)式(4)將表4中的w*j還原為 wj，即

2)采用熵值法計算各項指標(biāo)的權(quán)重。由式(10)求得3個方案下各項指標(biāo)的特征比重矩陣為

由式(11)求得各項指標(biāo)的熵值向量為

E=(0．999 6，0．999 6，0．999 6，0．999 7，0．999 7，0．999 7，0．999 7，0．999 7，0．999 7，0．999 7，0．999 8，0．999 8)，

由式(12)求得各項指標(biāo)的權(quán)重為

wj2={0．096，0．106，0．097，0．092，0．081，0．075，0．092，0．084，0．071，0．083，0．057，0．066}?？梢钥闯?熵值法是通過對各指標(biāo)縱向數(shù)值的分散程度來決定指標(biāo)權(quán)重，指標(biāo)的分散程度越大，權(quán)重就越大。

3)采用組合賦權(quán)法計算各項指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)式(3)，對上述2種方法求得的各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行組合，求得組合權(quán)重為

wj={0．099，0．114，0．104，0．078，0．073，0．093，

0．085，0．081，0．075，0．068，0．058，0．072}。3種賦權(quán)法的賦權(quán)結(jié)果如表5所示。

表5 不同賦權(quán)法求得的各項指標(biāo)的權(quán)重

對3個方案進(jìn)行綜合評價，得其綜合評價值。式中:yi為第i個方案的綜合評價值;wj為各項指標(biāo)的權(quán)重;xij為第i個方案的第j項指標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)。

根據(jù)表 2、5，由式(14)可得

4)綜合評價。采用線性加權(quán)綜合評價模型，即

由此可見:3個設(shè)計方案的優(yōu)劣排序為A、B、C。

維修時間是驗證維修性好壞的直接標(biāo)準(zhǔn)，為了進(jìn)一步驗證該方法的可行性和科學(xué)性，對根據(jù)3個方案設(shè)計的實(shí)裝動力艙進(jìn)行相應(yīng)的故障維修試驗，并取現(xiàn)場記錄的各項維修活動時間的平均值作為最終統(tǒng)計時間，結(jié)果如表6所示。

表6 3臺受試坦克動力艙設(shè)定故障維修時間

從表6可以看出:3個設(shè)計方案的優(yōu)劣排序為A、B、C，這一結(jié)果與綜合評價結(jié)果一致，表明本文提出的方法是可行的。

4 結(jié)論

本文提出了一種融合主、客觀賦權(quán)法優(yōu)點(diǎn)的組合賦權(quán)法，并采用該方法對某型坦克虛擬樣機(jī)的維修性進(jìn)行了綜合評價，取得了良好效果。但采用線性組合使得2種賦權(quán)結(jié)果對組合后的權(quán)重影響都很大，若任意一種賦權(quán)方法失真，必然導(dǎo)致組合權(quán)重失真。下一步將著重研究加入修正因子、非線性組合賦權(quán)法，使評價結(jié)果更加合理。

［1］ GB/T 9414．2-2012維修性第2部分:設(shè)計和開發(fā)階段維修性要求與研究［S］．

［2］ 徐達(dá)，王寶琦，吳溪，等．基于多層次灰色關(guān)聯(lián)度的裝備維修性定性要求綜合評價方法［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2013(11):27-30．

［3］ 徐達(dá)，李闖，焦慶龍，等．基于VIKOR的裝備維修性定性指綜合評價研究［J］．制造技術(shù)與機(jī)床，2014(9):109-112．

［4］ GJB1909．7-94裝備可靠性維修性參數(shù)選擇和指標(biāo)確定的要求［S］．

［5］ 呂川．維修性設(shè)計分析與驗證［M］．北京:國防工業(yè)出版社，2012．

［6］ 羅肖健，郭瑜，李潔．船舶設(shè)備維修性評估方法概述［J］．中國修船，2004(4):34-36．