一種軍用飛機品質綜合評估方法

張林琳，陳禮高

(1. 91321部隊，上?！?00436； 2. 91372部隊，上?！?00436)

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一種軍用飛機品質綜合評估方法

張林琳1，陳禮高2

(1. 91321部隊，上海200436； 2. 91372部隊，上海200436)

摘要：針對軍用飛機品質評估工作現(xiàn)狀，提出了一種綜合的軍用飛機品質評估方法。結合部隊裝備保障中的各類信息，建立了品質評估用指標體系；利用層次分析法和專家打分法，計算各指標的權重，利用集對分析法建立了一種綜合的軍用飛機品質評估模型；經實際使用，該方法評估結果準確、可信；該方法可為軍用飛機的品質評估工作提供參考。

關鍵詞：軍用飛機品質評估；評估指標體系；層次分析法；指標權重；集對分析法

Citation format:ZHANG Lin-lin,CHEN Li-gao.A Method on Quality Comprehensive Evaluation for Military Aircraft[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(3):63-66.

本文中的品質，是指軍用飛機在部隊服役過程中的“健康狀態(tài)”，對其進行評估是一種立足于裝備保障實際，通過整合各類裝備保障信息，準確掌握在隊飛機狀況，客觀評價機組保障能力的工作。通過開展飛機品質評估，能夠準確掌握飛機品質狀況以及機組機務工作品質，進一步提高機務維護的針對性、精確性、有效性，對提高飛機品質，確保機務保障能力、飛機能夠隨時遂行戰(zhàn)訓任務具有重要意義。

在民用航空領域，為提高飛機的安全性和可靠性，對飛機健康狀態(tài)綜合評估技術的研究，成為飛機健康技術研究的一個熱點[1]。文獻[2]提出了一種基于多Agent的飛機電源故障預測與健康管理體系結構模型。文獻[3]對當前飛機健康監(jiān)測與預測系統(tǒng)的應用狀態(tài)進行了全面論述，并對未來的發(fā)展方向進行了展望。文獻[1]構建了一個基于灰色聚類法和熵權法相結合的健康狀態(tài)綜合評估模型，對飛機液壓系統(tǒng)健康狀態(tài)進行綜合評估。飛機預測與健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)技術具有故障預測、檢測和隔離、關鍵部件壽命跟蹤、故障報告和壽命預測等功能，是實現(xiàn)裝備視情維修的重要手段[4]，它包括先進傳感器技術，故障診斷與健康評估技術，故障預測技術，數(shù)據(jù)融合技術和系統(tǒng)驗證與評價技術等[3]。

和民航飛機不同，軍用飛機飛參數(shù)據(jù)只能用于對部分系統(tǒng)，如發(fā)動機進行狀態(tài)監(jiān)控。目前，軍用飛機大多采用基于事后維修和定期計劃維修為主的維修體制，缺乏對飛機整體健康狀態(tài)的監(jiān)控、評估方法。本文從宏觀的角度，選用軍用飛機品質控制系統(tǒng)中的相關指標構成評估指標體系，用層次分析法確定各指標權重，用集對分析法建立評估模型，對軍用飛機的品質狀態(tài)進行評估。

1評價方法與指標體系

隨著對評估方法研究的深入，評估方法已從定性的判斷發(fā)展到模型化的評估，從單一指標，發(fā)展到多指標綜合評估。綜合的評估方法是一個多學科邊緣交叉、相互滲透、多點支撐的研究領域，一些新興的學科方法如模糊數(shù)學、人工神經網絡技術、灰色系統(tǒng)理論等被引入到綜合評估研究中來。近年來，綜合評估方法已應用在水資源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境品質、地質災害風險、企業(yè)技術創(chuàng)新能力等社會各領域的評估工作中[5-6]。

由于飛機品質綜合評估問題的復雜性，目前尚未形成統(tǒng)一的飛機品質綜合評估體系。評估用指標體系是聯(lián)系評估方法與評估對象的橋梁，確定合理的指標體系是進行綜合評估的基礎。俄羅斯空軍在1991年頒布的《航空工程保障條例》中，規(guī)定了用于評估航空裝備及其維修設備狀況和技術使用品質的統(tǒng)一指標體系，共有279項，其中反映使用組織的有91項，反映航空裝備狀況的有10項，反映維修設備狀況的有5項，反映技術使用品質的有173項?！逗娇諜C務工作質量綜合評判方法》(GJBz 20224—94)選用了9項評估指標對航空機務工作品質進行評估。

本文結合部隊實際，參考《航空機務工作質量綜合評判方法》(GJBz 20224—94)的遞階層次結構，確立了3類共7項指標對軍用飛機品質進行評估，其遞階層次結構如表1所示。其中，準則層共有3項，分別是飛機狀態(tài)、任務情況、維修管理。在本文的指標體系中，如飛機完好率、任務成功率等指標，其數(shù)值越大，表明飛機品質越好，稱之為效益型指標；飛機故障率、有壽件失控數(shù)等指標，其數(shù)值越大，表明飛機品質越差，稱之為成本型指標。本文選取的指標定義及其計算方法如下：

1) 飛機完好率：是在規(guī)定使用、維修條件下，單架飛機在一定時限內，可遂行作戰(zhàn)任務的架日數(shù)與總架日數(shù)的比率。反映了裝備的品質和保障情況，是制定裝備管理計劃的基本依據(jù)。計算方法：

2) 飛機故障率：是指在規(guī)定使用、維修條件下，在一定時限內，飛機發(fā)生故障的次數(shù)與飛行時間的比率。是反映裝備可靠性和飛機品質的指標，是分析裝備使用規(guī)律、設置維修內容、確定維修時機和選定維修方式的基本依據(jù)。計算方法：

3) 飛機空中故障率：是指在規(guī)定使用、維修條件下，單架飛機在一定時限內，發(fā)生空中故障的總數(shù)與該機飛行小時數(shù)的比率。反映了飛機任務可靠性和安全性，以及飛機的設計、制造品質及維修保障水平。計算方法：

4) 任務成功率：是在規(guī)定使用、維修條件下，單架飛機在一定時限內，完成飛行任務的架次與總任務架次的比率。反映了部隊完成飛行任務情況與效率的指標。計算方法：

5) 飛機誤飛率：是指在規(guī)定使用、維修條件下，單架飛機在一定時限內，誤飛的架次占總飛行架次的比率。反映了裝備制造、翻修、維護品質和維修管理情況。計算方法：

6) 平均不“四無”次數(shù)：是指在規(guī)定的使用和維修保障條件下，單架飛機在一定時限內，檢查飛機過程中出現(xiàn)的不“四無”的平均次數(shù)。反映了機務維修保障能力?！八臒o”是指無故障缺陷、無銹蝕、無油垢、無多余物。

計算方法：查閱工作筆記，直接統(tǒng)計該架飛機的不“四無”次數(shù)，然后除以檢查次數(shù)。

7) 有壽件失控數(shù)：是指在規(guī)定的使用和維修保障條件下，單架飛機在一定時限內，機組對飛機有壽件控制出現(xiàn)差錯的次數(shù)。反映了機務維修管理能力。

計算方法：查閱相關登記本。

表1　飛機品質評估指標體系結構

2指標權重計算

首先利用層次分析法確定各項指標的權重。層次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP)把復雜問題先分解成各個組成元素，再按支配關系分組，形成遞階層次結構，通過兩兩比較的方式確定層次中諸元素的相對重要程度，然后綜合決策者的判斷，確定決策方案相對重要性的總排序。整個過程體現(xiàn)了人的決策思維的基本特征，即分解、判斷和綜合，它是一種定量與定性相結合并將人的主觀判斷用數(shù)量形式表達和處理的方法。

確定各指標相對于總目標“飛機品質評估”權重的步驟包括構建判斷矩陣和求解權重兩個步驟。

2.1構建判斷矩陣

根據(jù)層次分析法的方法，首先對表1中各層次元素建立判斷矩陣，按1～9比例標度，由專家通過兩兩比較的方式，對各元素的相對重要性程度進行賦值。其中，1～9比例標度的含義如表2所示。

表2　1～9比例標度含義

其中，若元素i和元素j的重要性之比為aij，那么元素j與元素i的重要性之比為aji=1/aij。

對于要比較的指標而言，認為一樣重要就是1∶1，強烈重要就是9∶1，也可以取中間數(shù)值，如6∶1等。通過兩兩比較，把數(shù)值填入表格，并排列成判斷矩陣。判斷矩陣是對角線值為1的正反矩陣。

根據(jù)本文構建的遞階層次結構，可以得到4個判斷矩陣。以準則層相對于目標層的判斷矩陣為例，某專家打分的數(shù)據(jù)如表3所示(左邊比上邊)。

表3　準則層打分表

準則層“飛機狀態(tài)”中各指標兩兩比較的數(shù)據(jù)如表4所示。

2.2求解指標權重

在構建判斷矩陣后，可用求解矩陣特征根的方法求出各指標相對應準則層(或目標層)的權重，并用統(tǒng)計檢驗方法對判斷矩陣進行一致性檢驗。最后將單準則層下各指標的相對權重進行合成，得到各項指標相對目標層的合成權重。

表4　飛機狀態(tài)打分表

3基于集對分析法的評估模型

3.1集對分析法

集對分析法(Set Pair Analysis,SPA)是我國學者趙克勤基于對立統(tǒng)一觀點提出的一種不確定性分析方法，是研究兩個或多個事物同異聯(lián)系和轉化的一種系統(tǒng)數(shù)學方法，其核心是將系統(tǒng)內的確定性與不確定性予以辯證的分析和數(shù)學處理，將系統(tǒng)的確定性分為“同一”與“對立”兩方面，將系統(tǒng)的不確定性定義為“差異”，“同一”、“差異”和“對立”三者相互聯(lián)系、相互制約，并在一定條件下可以相互轉化。集對分析法在數(shù)學、物理、信息管理、經濟、資源與環(huán)境等眾多領域得到了廣泛的應用[5]。集對分析的基本概念是集對及其聯(lián)系度，集對是指具有一定聯(lián)系的2個集合所組成的對子。在具體的問題背景下，對集對在某特性上的聯(lián)系進行分類定量刻畫，以聯(lián)系度表示集對的辯證關系。其表達式為：μ=a+bi+cj。

其中：a、b、c為非負實數(shù)，分別稱為集對的同一度、差異度和對立度。a、c相對確定，b相對不確定。i、j分別為差異度和對立度的相應系數(shù)，規(guī)定i∈[-1，1]，j=-1。聯(lián)系度的意義是在某問題背景下，對集對中兩集合的聯(lián)系進行相對確定和相對不確定辯證定量刻畫。其中三者的統(tǒng)一形成兩集合聯(lián)系的整體，有：a+b+c=1。

3.2基于集對分析的評估模型

(1)

(2)

(3)

因此，對于效益型指標，集對的聯(lián)系度為

(4)

同理，對于區(qū)間值等成本型指標，集對的聯(lián)系度為

(5)

式(4)、式(5)的同一度和對立度分別說明了待評估飛機關于評估指標趨向最優(yōu)集合和趨向最劣集合的程度，并且兩式關于同一度和對立度互為對稱，具有相同的差異度。因而可以說明刻畫的一致性和對立性。綜上所述，可將其統(tǒng)一記為

(6)

由于ak和ck相對確定，分別表示待評估的飛機fk接近于待評估飛機集合F品質最優(yōu)和最劣的肯定和否定程度。在相對確定條件下，定義待評估的飛機 fk(k=1,2,…,m)與最優(yōu)評估集U的相對貼近度：

(7)

計算貼近度rk，其值越大，說明待評飛機fk越接近最優(yōu)評估集U，故可根據(jù)rk的大小對飛機品質進行評估，同時，根據(jù)公式(4)、式(5)可知各項指標對于最優(yōu)值或最劣值的趨向程度。

4編程實現(xiàn)

結合本文介紹的層次分析法和集對分析法，采用PHP+MySQL結構，編制了飛機品質評估系統(tǒng)。PHP是一種服務器端、跨平臺、HTML嵌入式的腳本語言，具有安全性高、支持廣泛的數(shù)據(jù)庫等優(yōu)點，是一種被廣泛采用的開源式多用途腳本語言，尤其適合Web開發(fā)。MySQL是目前最為流行的開源數(shù)據(jù)庫，是完全網絡化的關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具有跨平臺、運行速度快、支持面向對象、數(shù)據(jù)庫存儲容量大以及安全性高的特點。PHP+MySQL結構由于其性能特點及其開源免費的特點，是目前被廣泛應用的一種體系結構。

5結論

本文結合實際，基于層次分析法和集對分析法，利用部隊經常統(tǒng)計的訓練數(shù)據(jù)，構建了一種軍用飛機品質評估方法，其核心思想是計算單架飛機的各項指標與模型中構建的最優(yōu)集的相對貼近程度，該方法不需要進行指標同趨勢化、歸一化等計算，受主觀因素影響小，簡單易操作。本文的方法在部隊實際應用中取得了較好的效果，用本方法對軍用飛機進行評估，結果可信度高。對機務保障由粗放型向精確型轉變，維修管理由機群控制向單機控制轉變，提供了一種值得借鑒的方法。本文的方法也可為車輛、軍械、航材等裝備保障部分隊保障效能評估工作提供參考。

參考文獻：

[1]崔建國.飛機液壓系統(tǒng)健康狀態(tài)綜合評估技術研究[J].控制工程,2014,21(3):446-454.

[2]張莉,袁海文.飛機電源多Agent預測與健康管理系統(tǒng)研究[J].計算機工程與應用,2010,46(19):227-230.

[3]莫固良,汪慧云,李興旺,單添敏.飛機健康監(jiān)測與預測系統(tǒng)的發(fā)展及展望[J].振動、測試與診斷，2013,33(6)：925-930.

[4]馬寧,呂琛.飛機故障預測與健康管理框架研究[J].華中科技大學學報，2009,37(1)：207-209.

[5]趙克勤，米紅.非傳統(tǒng)安全與集對分析[M].北京：知識產權出版社，2010.

[6]杜棟，龐慶華，吳炎.現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選[M].北京：清華大學出版社，2008.

(責任編輯唐定國)

A Method on Quality Comprehensive Evaluation for Military Aircraft

ZHANG Lin-lin1, CHEN Li-gao2

(1.The No. 91321stTroop of PLA, Shanghai 200436, China；2.The No. 91372ndTroop of PLA, Shanghai 200436, China)

Abstract:Based on the evaluation condition of military aircraft, a comprehensive evaluation method of aircraft was put forward. An index system was built for military aircraft’s quality evaluation using the information of logistics support. A comprehensive method on quality evaluation for military aircraft was built, and it used analytic hierarchy process and expert grading to compute each index’s weight and used set pair analysis (SPA) to build the evaluation model. The result of evaluation using this method was proved to be accurate and believable according to the actual application. This method can be used to evaluate the quality of military aircraft.

Key words:military aircraft quality evaluation; evaluation index system; analytic hierarchy process; index weight; set pair analysis

文章編號：1006-0707(2016)03-0063-04

中圖分類號：V271.4

文獻標識碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.016

作者簡介：張林琳(1976—)，男，博士，高級工程師，主要從事航空裝備技術保障、航空裝備質量評估研究。

收稿日期：2015-09-21；修回日期：2015-10-08

本文引用格式：張林琳，陳禮高.一種軍用飛機品質綜合評估方法[J].兵器裝備工程學報，2016(3):63-66.

【后勤保障與裝備管理】