艦船裝備海上維修方式?jīng)Q策方法探討

楊 波，陳 雅，王旻暉

（1.海軍工程大學(xué)管理工程系，湖北武漢 430033；2.海軍裝備部裝備采購中心，北京 100071）

艦船裝備海上維修方式?jīng)Q策方法探討

楊 波1，陳 雅1，王旻暉2

（1.海軍工程大學(xué)管理工程系，湖北武漢 430033；2.海軍裝備部裝備采購中心，北京 100071）

維修方式的選擇是制定艦船裝備海上維修方案的重要步驟，采取合理的維修方式能有效提高裝備維修保障效能。在總結(jié)現(xiàn)有維修方式?jīng)Q策方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)艦船裝備海上維修的特點(diǎn)，考慮艦船裝備在海上發(fā)生故障的安全性、任務(wù)性和經(jīng)濟(jì)性三方面的影響，研究了一種將邏輯決斷分析法和模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析法相結(jié)合的維修方式?jīng)Q策方法。邏輯決斷圖的設(shè)計(jì)能為部分裝備快速選擇出最佳的維修方式，模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析是對(duì)邏輯決斷分析的補(bǔ)充，能為其他裝備進(jìn)行維修方式的決策提供參考。

艦船裝備；維修方式?jīng)Q策；邏輯決斷圖；模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析

目前，中國海軍正處于從近海走向深藍(lán)的轉(zhuǎn)型期，遠(yuǎn)海訓(xùn)練、勤務(wù)的常態(tài)化對(duì)裝備的維修保障提出了更高的要求，而為艦船裝備選擇合適的海上維修方式是加強(qiáng)艦船裝備維修保障效能的重要措施?？v觀艦船裝備維修管理的發(fā)展歷史，其基本維修方式可總結(jié)為事后維修（Corrective Maintenance，CM）、定時(shí)預(yù)防性維修（Time Based Maintenance， TBM）、視情維修（On Condition Maintenance，OCM）和改進(jìn)性維修（Modification）四大類［1］。其中改進(jìn)性維修是通過重新設(shè)計(jì)，是從根本上使維修更容易甚至消除維修的方式，超出了艦員級(jí)維修的范圍，因此不考慮用于艦船海上維修。事后維修、定時(shí)預(yù)防維修和視情維修有著不同的特點(diǎn)，需要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)、故障模式、故障規(guī)律等從設(shè)備的可靠性、維修性和經(jīng)濟(jì)性等多方面來綜合考慮，確定最佳的維修方式。筆者針對(duì)上述問題，研究艦船裝備海上維修方式?jīng)Q策的方法。

1 維修方式?jīng)Q策方法的確定

維修方式?jīng)Q策問題是典型的多屬性決策問題。當(dāng)前，關(guān)于維修方式?jīng)Q策方法總結(jié)起來主要有以下幾種。

1.1 根據(jù)設(shè)備故障模式特征決策法

主要從故障后果是否嚴(yán)重、狀態(tài)是否漸變、狀態(tài)是否聚集和狀態(tài)是否可測(cè)等方面來判斷并選擇合理的維修方式［2］。對(duì)于故障后果不嚴(yán)重、故障突發(fā)的設(shè)備，主要采用事后維修方式；對(duì)于狀態(tài)漸變、離散且不可測(cè)的設(shè)備故障，主要采用定期維修方式；對(duì)于后果嚴(yán)重、狀態(tài)漸變、聚集且可測(cè)的設(shè)備故障，則采用視情維修方式。

1.2 根據(jù)設(shè)備重要程度決策法

這種決策方式的決策原則是：按照重要程度大小對(duì)設(shè)備進(jìn)行劃分，對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備，在技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)可行等條件滿足的前提下，首選考慮采用狀態(tài)維修策略，不可行時(shí)也必須采取定期維修策略；對(duì)于主要設(shè)備，除了在故障突發(fā)的特殊情況下，都應(yīng)采用定期維修策略；對(duì)于次要設(shè)備，由于其故障后果影響甚微，因而采用事后維修的方式［3-4］。

1.3 運(yùn)用邏輯決斷圖決策法

邏輯決斷圖分析法［5-6］是可靠性維修理論中的重要方法，它將設(shè)備維修所考慮的各種因素輸入到邏輯決斷圖中進(jìn)行分析決斷，通過不斷的“是”、“否”回答完成決斷過程，最后確定出最佳的維修方式，具有清晰易懂的特點(diǎn)。

1.4 運(yùn)用綜合評(píng)判模型決策法

目前國內(nèi)外常用的綜合評(píng)判模型主要有專家評(píng)判模型、經(jīng)濟(jì)分析模型和運(yùn)籌學(xué)模型三大類。其中被用于進(jìn)行維修方法決策的主要有模糊綜合評(píng)判法和層次分析法。

1.4.1 模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)判法是對(duì)含有一些差異界限不明確因素的事物進(jìn)行單級(jí)或多級(jí)評(píng)判的方法，是一種定性和定量相結(jié)合的評(píng)判方法，對(duì)影響因素多而且因素的評(píng)定具有模糊性，又需分層的復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)判非常有效。文獻(xiàn)［7-9］等均采用模糊綜合評(píng)判法來解決維修方式?jīng)Q策的問題。

1.4.2 層次分析法

層次分析法是根據(jù)具有遞階結(jié)構(gòu)的目標(biāo)、子目標(biāo)、約束條件對(duì)方案進(jìn)行評(píng)判，利用判斷矩陣確定各評(píng)判因素的相對(duì)權(quán)重，以此擇優(yōu)排序的方法，是一種定性與定量相結(jié)合的方法［10-13］。然而在用層次分析法進(jìn)行維修方式?jīng)Q策時(shí)均假設(shè)各維修方式在所有屬性下的評(píng)價(jià)及屬性的權(quán)值都是確定性的，而在實(shí)際情況下決策者很難給出清晰的屬性權(quán)值。為了彌補(bǔ)這個(gè)問題，文獻(xiàn)［14］提出用模糊層次分析法進(jìn)行維修決策。另外，在用層次分析法進(jìn)行決策的過程中僅僅對(duì)目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案間由下而上的支配層次關(guān)系進(jìn)行考慮，沒有考慮到準(zhǔn)則、元素集、元素之間的相互影響關(guān)系，具有一定的局限性，而網(wǎng)絡(luò)層次分析法能有效地解決這一問題，但目前用網(wǎng)絡(luò)層次分析法解決維修方式?jīng)Q策問題的文獻(xiàn)甚少。

在上述方法中，邏輯決斷圖分析法具有簡(jiǎn)單易行、邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，能在時(shí)間短、開支少的情況下，利用專家、使用人員和維修人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備分類，確定出設(shè)備建議采用的維修方式等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于其要求按照非此即彼的方式從設(shè)定好的有限的問題中明確選擇出其中某個(gè)特定的結(jié)果，這種方式與人的思維的模糊性不相符合，對(duì)于某些設(shè)備對(duì)應(yīng)的決斷圖中的某些問題，有時(shí)存在選擇上的困難。而綜合評(píng)判法是定性、定量相結(jié)合的方法，能把多目標(biāo)、多準(zhǔn)則又難以全部量化處理的決策問題簡(jiǎn)單化，是被廣泛接受和使用的多屬性決策方法，尤其是模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析法，將復(fù)雜問題中的各因素劃分成相關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟?，使?fù)雜問題得到了有效簡(jiǎn)化，不僅考慮到了目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案間的支配和相互影響關(guān)系，還考慮到了評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊性，提高了決策的準(zhǔn)確性，有效地利用邏輯決斷圖簡(jiǎn)單明了、操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，并規(guī)避其不確定性和不準(zhǔn)確性的缺點(diǎn)。筆者將邏輯決斷圖分析法與模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析法相結(jié)合，進(jìn)行艦船裝備海上維修方式的選擇。

2 艦船裝備海上維修方式?jīng)Q策分析

艦船裝備在海上連續(xù)工作的時(shí)間長、強(qiáng)度大，且受惡劣的海洋環(huán)境的影響，不可避免地會(huì)導(dǎo)致某些裝備在遠(yuǎn)航過程中發(fā)生故障，而在執(zhí)行任務(wù)過程中的裝備發(fā)生故障不僅會(huì)影響任務(wù)的順利執(zhí)行，帶來重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能會(huì)危及艦員的生命安全，造成災(zāi)難性后果，因此，在對(duì)艦船裝備進(jìn)行海上維修方式?jīng)Q策時(shí)，需要綜合考慮安全性影響、任務(wù)性影響和經(jīng)濟(jì)性影響。據(jù)此，可構(gòu)建如圖1所示的艦船裝備維修方式?jīng)Q策的邏輯決斷圖。

通過邏輯決斷分析，可為一部分裝備選出合適的維修方式，但由于邏輯決斷只是定性的分析，所以多數(shù)裝備需要進(jìn)行進(jìn)一步?jīng)Q策才能確定出最佳的維修方式，下面建立模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析模型來對(duì)這部分裝備進(jìn)行維修方式?jīng)Q策，其決策過程分以下幾個(gè)部分。

2.1 構(gòu)建艦船裝備維修方式?jīng)Q策的層次結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)層次分析模型的結(jié)構(gòu)包含三個(gè)層次：

1）最頂層是目標(biāo)層，即維修策略的選擇。

2）第二層為準(zhǔn)則層，包括安全性影響、維修費(fèi)用和可用度。

3）第三層是由CM、TBM和OCM組成的方案層。準(zhǔn)則層與方案層之間存在支配和反饋關(guān)系，準(zhǔn)則層內(nèi)部存在相互影響的關(guān)系。

其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 搜集數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)比較

采用德爾菲法，通過專家評(píng)價(jià)得到各指標(biāo)的權(quán)重。具體步驟如下：

向領(lǐng)域內(nèi)的5個(gè)專家（3個(gè)維修人員，2個(gè)分管相應(yīng)裝備的艦員）詢問以下3組問題：

問題A：將維修費(fèi)用、安全性影響和可用度3個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較，其相對(duì)重要度如何？

問題B1：以安全性影響為準(zhǔn)則，將CM、TBM和OCM三種維修方式降低安全性影響的能力進(jìn)行兩兩比較，其結(jié)果如何？

問題B2：以費(fèi)用為準(zhǔn)則，將CM、TBM和OCM三種維修方式所需的費(fèi)用進(jìn)行兩兩比較，其相對(duì)經(jīng)濟(jì)性如何？

問題B3：以可用度為準(zhǔn)則，將CM、TBM和OCM三種維修方式提高裝備可用度的能力進(jìn)行兩兩比較，其結(jié)果如何？

問題C1：考慮CM策略，對(duì)安全性影響、費(fèi)用和可用度進(jìn)行兩兩比較，分別評(píng)價(jià)滿意度。例如，費(fèi)用和安全性影響的比較，即考慮所花費(fèi)的費(fèi)用，對(duì)其降低安全性影響的能力的滿意度為多少？換言之，采用CM策略所降低的安全性影響值得花費(fèi)這么多的費(fèi)用么？

問題C2：考慮TBM策略，對(duì)安全性影響、費(fèi)用和可用度進(jìn)行兩兩比較，分別評(píng)價(jià)滿意度。

問題C3：考慮OCM策略，對(duì)安全性影響、費(fèi)用和可用度進(jìn)行兩兩比較，分別評(píng)價(jià)滿意度。

為方便專家給出答案，確定出了相應(yīng)的比較范圍，如表1所示，專家根據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，參照表1給出相應(yīng)的答案，取其平均值作為兩兩比較的數(shù)據(jù)。

表1 重要度和滿意度描述的取值范圍

通過上述方式得到的模糊數(shù)用于構(gòu)造以下形式的兩兩比較矩陣。

2.3 評(píng)估優(yōu)勢(shì)度

由于用超級(jí)矩陣計(jì)算排序結(jié)果，轉(zhuǎn)化模糊優(yōu)勢(shì)度為數(shù)值優(yōu)勢(shì)度這一步驟只能以確定的值進(jìn)行計(jì)算，因此在進(jìn)行各元素的兩兩比較之后，將以模糊數(shù)形式表示的優(yōu)勢(shì)度轉(zhuǎn)化為數(shù)值形式，再將其輸入到超級(jí)矩陣中進(jìn)行計(jì)算。

首先，利用模糊數(shù)的運(yùn)算法則計(jì)算初級(jí)優(yōu)勢(shì)度，計(jì)算方法如下：

然后，將初級(jí)優(yōu)勢(shì)度轉(zhuǎn)化為數(shù)值形式，轉(zhuǎn)化過程如下：

1）計(jì)算?Si≥?Sj的可能度，計(jì)算方法如下：

3）用以下公式得到模糊判斷矩陣中各元素的數(shù)值優(yōu)勢(shì)度

2.4 計(jì)算排序結(jié)果

排序結(jié)果的計(jì)算步驟如下：

1）將基于以上兩兩比較矩陣獲得的歸一化的特征向量值輸入到超矩陣列向量，確定出未加權(quán)超矩陣：

其中，W12表示方案層相對(duì)于準(zhǔn)則層的權(quán)重，為3×3矩陣，W21表示準(zhǔn)則層相對(duì)于方案層的權(quán)重，為3×3矩陣，W22表示準(zhǔn)則層的內(nèi)部影響，為3×3矩陣，W23準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重。方案層內(nèi)部元素之間，目標(biāo)層與方案層之間，目標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層不存在反饋或依賴關(guān)系，因此其輸入為0。

2）超矩陣W的每一元素Wij都是基于一個(gè)兩兩比較矩陣獲得的歸一化特征向量，列和為1，但是，W不是歸一化矩陣，為了方便計(jì)算，用加權(quán)矩陣使超矩陣的每列歸一化，得到加權(quán)超矩陣。

3）使用冪法，即通過加權(quán)超矩陣自乘的方法（每一次自乘都需要將列向量歸一化），使矩陣各列向量保持不變，得到極限超矩陣。在極限超矩陣中，權(quán)重最大的維修策略即為所選擇的最優(yōu)維修策略。

3 結(jié)束語

筆者對(duì)現(xiàn)有的維修方式?jīng)Q策方法進(jìn)行了總結(jié)與分析，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)海上艦船裝備的特點(diǎn)，提出了一種將邏輯決斷分析法和模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析法相結(jié)合，以裝備故障的安全性、任務(wù)性和經(jīng)濟(jì)性影響作為基本準(zhǔn)則的維修方式?jīng)Q策方法。在決策過程中所考慮的維修方式包括事后維修、定時(shí)預(yù)防性維修和視情維修。所提出的決策方法能充分利用邏輯決斷圖和模糊網(wǎng)絡(luò)層次分析法的優(yōu)點(diǎn)，可為艦船裝備海上維修方式的決策提供理論支撐。

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Discussion about Maintenance Mode Decision Method for Warship Weapon Equipments

YANG Bo1，CHEN Ya1，WANG Min-hui2
（1.Department of Management Science，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，Hubei，China；2.Procurement Centre of Naval Equipment Department，Beijing 100071，China）

The choice of maintenance modes is an important step to establish maintenance strategy for warship weapon equipments at sea.Application of reasonable maintenance mode can enhance the maintenance support efficiency.Based on summing up the existing maintenance mode decision methods，a maintenance decision model combined logical judgment figure with fuzzy analytic network process was proposed according to the characteristics of warship equipment maintenance at sea.The security，economy and mission-oriented influence of equipment failure were considered，and the proposed method of logical judgment figure can be used to choose the best maintenance modes for most warship equipment，meanwhile fuzzy analytic network process is the complement that is used to make maintenance decision for the rest equipments.

warship weapon equipment；maintenance mode decision；logical judgment figure；fuzzy analytic network process

TH17

A

1673-6524（2014）01-0083-05

2013-10-08；

2013-12-20

楊波（1964-），男，博士，副教授，主要從事決策支持系統(tǒng)技術(shù)研究。E-mail：yb167＠sina.com