柔性工裝綜合實施效能評價指標體系構(gòu)建方法*

西北工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院 李西寧 徐 健 王仲奇

中航飛機西安飛機分公司工裝所 李衛(wèi)平

飛機數(shù)字化柔性裝配工裝是基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的可重構(gòu)模塊化、自動化的裝配工裝系統(tǒng)。與剛性工裝相比，柔性工裝免除了裝配中的專用固定型架、夾具，可縮短工裝準備周期、減少生產(chǎn)用地[1-3]，但結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。實際中，往往只靠工裝操作人員或少數(shù)專家憑個人直覺主觀判別其優(yōu)劣，缺乏評價工裝綜合實施效能的客觀標準和指導(dǎo)規(guī)范，這一定程度上限制了柔性工裝的推廣應(yīng)用，制約了我國飛機數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的發(fā)展。

構(gòu)建評價指標體系是評價柔性工裝綜合實施效能的基礎(chǔ)性工作。一些研究者對評價指標體系的構(gòu)建問題進行了研究，文獻[4]考慮了系統(tǒng)功能性、系統(tǒng)可靠性、界面友好性和效率特征等方面因素，建立了綜合評價CBT飛機維護系統(tǒng)性能的指標體系；文獻[5]在前人研究成果上，分析了機動性、生存能力、戰(zhàn)斗火力、發(fā)現(xiàn)目標能力和操縱性能5個方面因素，構(gòu)建了飛機空戰(zhàn)能力評價指標體系；文獻[6]指出影響材料適用性的主要因素是材料性能、技術(shù)成熟度、保障能力和經(jīng)濟可承受性，并構(gòu)建了評價指標體系。以上針對不同對象構(gòu)建的評價指標體系存在主觀性較強、未篩選指標等問題，也未對評價指標體系的客觀性和可信性進行驗證，這可能導(dǎo)致評價結(jié)果失真。

為客觀評估飛機數(shù)字化柔性裝配工裝的綜合實施效能，進一步完善工裝技術(shù)體系和提高數(shù)字化柔性裝配技術(shù)水平，本文研究了柔性工裝綜合實施效能評價指標體系的構(gòu)建方法。通過分析柔性工裝的全生命周期過程，綜合考慮技術(shù)水平、裝配柔性和人機功效等因素，構(gòu)建評價指標體系；基于評價原理和數(shù)理統(tǒng)計的思想，對指標進行篩選，在一定程度上，保證了評價指標體系的客觀性和可信性。

初步建立評價指標體系

評價指標體系是根據(jù)研究對象和目的，由一系列相互聯(lián)系的指標構(gòu)成的有機整體，能夠客觀反映研究對象某方面特征。工裝實施效能是綜合描述工裝完成飛機裝配任務(wù)的能力或程度，需全面分析工裝屬性、結(jié)構(gòu)、特點等方面，構(gòu)建評價指標體系。

飛機數(shù)字化柔性裝配工裝具有產(chǎn)品的一般屬性，其全生命周期主要涵蓋了技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究、生產(chǎn)推廣和定檢與維護等階段。柔性工裝作為一個系統(tǒng)，需綜合考慮工裝的技術(shù)水平、市場需求、對研究領(lǐng)域或產(chǎn)業(yè)的影響、效益和風(fēng)險等方面，構(gòu)建評價指標體系。

與剛性工裝相比，柔性工裝從設(shè)計、制造、安裝到應(yīng)用，廣泛采用數(shù)字量的傳遞方式，由模塊化結(jié)構(gòu)單元組成，具有快速自動重構(gòu)、定位柔性化和夾緊固持柔性化等特點，可實現(xiàn)“一裝多用”[7-9]。因此，嘗試提出裝配柔性指標，含義：(1)描述對裝配類型、產(chǎn)品規(guī)格變化的適應(yīng)能力，指工裝可變性和適應(yīng)性；(2)物料輸送能力；(3)以不同次序裝配不同零件的能力；(4)描述工裝快速重構(gòu)能力。

此外，由于飛機結(jié)構(gòu)及制造工藝復(fù)雜，可能導(dǎo)致工裝布局不合理、結(jié)構(gòu)開敞性差。裝配中的人機問題時有發(fā)生，如工人操作空間不足、裝配對象不可視、操作不便，這都將影響工裝的綜合實施效能，甚至造成工人意外工傷。為準確評估工裝的人機功效，需從可達性舒適性、人員的安全性和開敞性等角度評價。

根據(jù)上述分析，影響柔性工裝綜合實施效能的因素眾多，遵循客觀性、可操作性與可對比性、定量指標與定性指標相等原則，初步構(gòu)建層次性結(jié)構(gòu)的評價指標體系，見圖1。

圖1 初步構(gòu)建的柔性工裝綜合實施效能評價指標體系

指標篩選

由于國內(nèi)對如何評價柔性工裝尚未建立統(tǒng)一標準，加之所需資料缺乏，初建的評價指標體系主觀性可能較強，不一定能客觀、系統(tǒng)地反映工裝綜合實施效能；此外，指標間內(nèi)涵可能存在一定重復(fù)性和相關(guān)性，或個別指標不具有廣泛代表性，這些都將會直接導(dǎo)致評價失真。為得到客觀實用、重點突出的評價指標體系，提高指標的可信度和可操作性，需對初建的指標體系進行篩選與驗證，剔除內(nèi)容重復(fù)或重要程度低的指標。

目前，用于篩選指標的方法有4種：調(diào)查統(tǒng)計法、ISM法、Dematel法和主成分分析法。調(diào)查統(tǒng)計法[10]廣泛吸取各方面人員的意見、建議，具有可靠的實踐基礎(chǔ)，并能用綜合評價原理和數(shù)理統(tǒng)計的方法對數(shù)據(jù)進行處理，具有較強的科學(xué)性、客觀性。本文采用調(diào)查統(tǒng)計法，規(guī)劃的指標篩選流程如圖2所示。

圖2 指標篩選流程

1 設(shè)計調(diào)查問卷

針對研究對象特點，設(shè)計了李克特量表式(Likert-Type Scale)[11]的調(diào)查問卷，確定的評價指標體系由6個一級指標與21個二級指標構(gòu)成，采用語義學(xué)標度的5個測量等級：很重要、比較重要、一般重要、不重要和很不重要。為方便評價者對指標重要程度進行判定和數(shù)據(jù)處理，對5個等級進行量化處理，依次賦值: 5、4、3、2、1。發(fā)給26位專家和5名裝備技術(shù)人員。共回收有效問卷29份，有效率93.55%，符合統(tǒng)計學(xué)要求。

2 信度與效度分析

信度是指量表反映實際情況的可靠性和穩(wěn)定性程度，即測量的一致性[12]。任何問卷如果沒有經(jīng)過信度分析，其統(tǒng)計結(jié)果的真實性和說服力會受到質(zhì)疑。本文的信度是指調(diào)查對象對問卷中評價指標的信任程度。采用克朗巴哈信度系數(shù)α衡量信度的大小，a∈(0，l)，值越大表示問卷數(shù)據(jù)的一致性信度越高，有：

其中，n表示量表中指標的總數(shù)，Vi2表示評價結(jié)果的總方差， St2表示第i個指標得分標準差。取α閥值為0.7，使用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件，計算各一級指標的信度系數(shù)，見表1。

表1 評價指標信度系數(shù)

由表1知，總體信度為0.7851，證明問卷的信度較高，且6個一級指標的信度系數(shù)都在0.7以上，符合α大于0.7的要求，故可對采集的數(shù)據(jù)進一步處理和分析。

效度是指調(diào)查問卷內(nèi)容對于所研究問題的有效性或準確性[13]。效度高，即表示測量結(jié)果能夠顯示被測對象的特征，是對所調(diào)查項目真實情況的反映。本文主要分析和判斷問卷的內(nèi)容效度和構(gòu)架效度。內(nèi)容效度指衡量調(diào)查問卷內(nèi)容切合研究主題的程度，其實質(zhì)是檢驗由概念到指標的經(jīng)驗推演是否符合邏輯，為：

其中，N為評價人數(shù)，ne為持肯定評價人數(shù)。一般效度系數(shù)在0.7以上屬于高效度，在0.3～0.7之間屬于中等效度，在0.3以下是低效度。構(gòu)架效度是實際所調(diào)查結(jié)果與所調(diào)查項目的同構(gòu)效度，它表明了實際調(diào)查項目在結(jié)構(gòu)上能夠替代所要調(diào)查項目的程度。一般用巴特利特球體檢驗法和KMO測量法判斷因子分析與數(shù)據(jù)之間的適應(yīng)程度，并確定因子分析是否有效。巴特利特球體檢驗以變量的相關(guān)系數(shù)矩陣為出發(fā)點，零假設(shè)相關(guān)系數(shù)矩陣是單位陣。如果該檢驗的統(tǒng)計量數(shù)值較大，且其對應(yīng)的相伴概率值小于用戶給定的顯著性水平(一般取0.01)，則應(yīng)拒絕該假設(shè)，表示變量各自獨立，適合作因子分析；反之，則不能拒絕零假設(shè)，認為相關(guān)系數(shù)矩陣可能是一個單位陣，不適合作因子分析。KMO檢驗用于檢驗變量間的偏相關(guān)系數(shù)是否過小。根據(jù)Kaiser的KMO度量標準：KMO＞0.9 非 常 適 合，0.8＜KMO＜0.9比較適合，0.7＜KMO＜0.8一般適合，KMO＜0.5不適合作因子分析。

有17名專家對問卷進行了判斷，其中有15人對本問卷持肯定態(tài)度，據(jù)公式得：C=76.47%，即本問卷調(diào)查的效度系數(shù)為0.7647，內(nèi)容效度很高。使用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件，得巴特利特球度檢驗統(tǒng)計的觀測值為1084.298，相應(yīng)概率sig.取值為0，認為相關(guān)系數(shù)矩陣與單位陣間存在顯著差異，原假設(shè)被拒絕；同時，KMO值為0.824，適合作因子分析，并可知方差累計貢獻率為72.83%，具有良好的架構(gòu)效度。

3 算術(shù)平均值和標準差分析

表2 指標數(shù)據(jù)綜合處理結(jié)果

依據(jù)調(diào)查問卷中對各指標要素的評判情況，求各指標的算術(shù)平均值，可推斷被調(diào)查者對各指標重要程度的判定。此外，由于被調(diào)查者對指標重要程度的看法分布不均勻，有可能出現(xiàn)平均值得分相同的兩項指標之間的重要性分布不相同，還必須對各指標得分標準差及一致性進行分析，其實質(zhì)就是檢驗各指標對其算術(shù)平均數(shù)的偏差(離散)程度，標準差越大，說明被調(diào)查者對指標的重要程度的意見越不一致。各指標的算術(shù)平均值及標準差計算結(jié)果見表2。

由表2可知，技術(shù)的創(chuàng)新性與先進性、裝配質(zhì)量可靠性、工裝的開敞性等指標的得分都比較高，說明這些指標在柔性工裝綜合實施效能評價指標中的重要程度較高。然而，編號4、17、20的指標得分均值在4.0以下、標準差在1.0以上，表明這3個指標的重要程度可能不高，被調(diào)查者對這3個指標的重要程度判定意見分歧較大，進一步咨詢相關(guān)專家意見，決定剔除這3個指標。最終構(gòu)建的評價指標體系包含6個一級指標和18個二級指標，如圖3所示。

圖3 柔性工裝綜合實施效能評價指標體系

結(jié)束語

本文綜合考慮工裝技術(shù)水平、可靠性、裝配柔性和人機功效等方面因素，初步構(gòu)建了飛機柔性工裝綜合實施效能評價指標體系。為解決構(gòu)建了評價指標體系過程存在主觀性、盲目性和片面追求指標的全面性等問題，設(shè)計了李克特量表格式調(diào)查問卷，檢驗了指標信度和效度，分析了各指標平均值和標準差，實現(xiàn)了指標篩選，一定程度上保證了評價指標體系的客觀性、可信性。下一步，將以建立的評價指標體系為基礎(chǔ)，構(gòu)建評價模型，評價柔性工裝綜合實施效能。

[1] 郭恩明.國外飛機柔性裝配技術(shù).航空制造技術(shù)，2005(9):28-32.

[2] 鄒冀華,劉志存.大型飛機部件數(shù)字化對接裝配技術(shù)研究.計算機集成制造系統(tǒng)，2007，13(7):1368-1373.

[3] 李西寧,胡匡植,李維亮,等.飛機數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù).航空制造技術(shù)，2013(12): 40-43.

[4] 杜鶴民，余隋懷，初建杰，等.基于Fuzzy AHP的CBT飛機維護系統(tǒng)評價.航空制造技術(shù)，2009(18): 96-99.

[5] 劉亞斌，劉更，劉文彬.基于AHP-模糊法的飛機空戰(zhàn)能力指標評級.航空制造技術(shù)，2013(8): 68-70.

[6] 郭啟雯，才鴻年，王富恥，等.材料適用性評價指標體系構(gòu)建研究.材料工程，2009(9): 9-12.

[7] 杜兆才.蓬勃發(fā)展的數(shù)字化柔性裝配技術(shù).航空制造技術(shù)，2012(1):100-101.

[8] 王亮，李東升.飛機數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)體系研究. 航空制造技術(shù)，2010(10):58-61.

[9] 郭飛燕，王仲奇，康永剛等.基于坐標孔的數(shù)字化柔性工裝定位技術(shù).計算機集成制造系統(tǒng)，2013，19(4): 720-726.

[10] 張小寧，林航飛，陳小鴻，等.剩余最短路徑算法應(yīng)用于起迄點交通調(diào)查統(tǒng)計 .上海 :同濟大學(xué)學(xué)報，2006，34(10): 1335-1339.

[11] 孫超平，楊善林.戰(zhàn)略SWOT決策模型的構(gòu)建及其實證研究.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009(3): 868-872.

[12] 程賁，姜江，譚越進，等.基于證據(jù)推理的武器裝備體系能力需求滿足度評估方法.系統(tǒng)工程理論與實踐，2011，31(11): 2210-2216.

[13] 郭小紅，徐小輝，王超，等.衛(wèi)星參數(shù)趨勢預(yù)測EMA熵組合算法.飛行器測控學(xué)報，2013(2): 118-122.