飛機事件嚴重度模糊綜合評價法

黃茜

摘要：隨著我國大飛機戰(zhàn)略的推進和國產(chǎn)客機投入運營，大飛機制造、測試、運營與維護中不斷發(fā)現(xiàn)問題，積累了大量的問題數(shù)據(jù)。科學評價飛機事件嚴重度已成為大飛機設計、運營與“四性”管理需要迫切解決的新課題。論文借鑒國內(nèi)外民機事件與問題數(shù)據(jù)管理的經(jīng)驗，建立了基于層次分析法的飛機事件多層次評價指標體系，提出了相應因素權(quán)重向量的計算方法，再根據(jù)模糊數(shù)學理論并按照評價結(jié)果劃分的級別確定指標隸屬度；建立飛機事件嚴重度模糊綜合評價模型。研究成果可為民機事件嚴重度評價與管理提供借鑒。

【關鍵詞】層次分析 問題數(shù)據(jù) 飛機事件 嚴重度 模糊評價法

問題數(shù)據(jù)是在民用大飛機設計、測試、運營、維護過程中發(fā)現(xiàn)的與設計預期不符合、對飛機運營安全性與可靠性造成消極影響的各類信息的統(tǒng)稱。我國的民用大飛機研制正處于快速發(fā)展時期，特別是在我國自主研發(fā)的ARJ支線飛機投入商業(yè)運營和C919飛機的成功首飛已成為我國民用飛機發(fā)展的標志性成果。與此同時，在我國民用飛機發(fā)展中發(fā)現(xiàn)和積累了數(shù)量巨大的問題數(shù)據(jù)和飛機風險事件數(shù)據(jù)。美國的波音飛機公司和歐洲空中客車公司有完善的飛機問題數(shù)據(jù)和風險事件數(shù)據(jù)管理方法與標準。相比而言，我國的民用大飛機在這類數(shù)據(jù)方面的管理水平與當前大飛機快速發(fā)展的局面不相適應，如何有效管理與利用問題數(shù)據(jù)、科學分析飛機事件的嚴重度是迫切需要解決的問題。

1 飛機問題數(shù)據(jù)與飛機事件管理現(xiàn)狀

問題數(shù)據(jù)是各種與設計預期不符合項或故障事件的統(tǒng)稱。問題數(shù)據(jù)管理也主要是對故障事件進行管理。

GrB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)》是我國現(xiàn)行的故障管理的軍用標準，并被軍方和民用飛機制造行業(yè)采用。該標準規(guī)定了故障采用“故障報告表、故障分析報告表及糾正措施實施報告表”的形式進行管理。

同時，國內(nèi)己開始運用FRACAS系統(tǒng)進行飛機質(zhì)量和可靠性的管理。該系統(tǒng)利用“信息反饋，閉環(huán)管理”的原理，防止故障再現(xiàn)，從而改善其可靠性。有效運行FRACAS既可以糾正已有故障，又可以對未來新產(chǎn)品發(fā)生類似的故障起到積極的預防，實施FRACAS應建立合理的工作流程來實現(xiàn)閉環(huán)，同時，通過數(shù)據(jù)庫的積累，提供數(shù)據(jù)基礎，可以將它作為一種知識儲備，為設計提供參考信息，避免出現(xiàn)重復的設計問題。

但在實際飛機故障事件分析過程中，缺乏科學全面地飛機事件的嚴重度分析方法，使事件的風險等級確定很客觀性差，導致制定的糾正措施針對性不強，無法有效避免同類或類似故障事件重復發(fā)生。

現(xiàn)在我國民用飛機事件風險的分析與評估方法包括FMEA、ETA、風險矩陣等，這些方法不能適應問題數(shù)據(jù)中（特別是故障事件）分析中具有模糊特征原因的分析。

2 飛機事件嚴重度多層次分析評價指標體系

2.1 模糊綜合評價法

模糊集合理論（fuzzy sets）的概念于1965年由美國自動控制專家查德（L.A.Zadeh）教授提出，用以表達事物的不確定性。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

飛機事件在故障原因、后果嚴重性及發(fā)生可能性等方面具有顯著的不確定性特點，適合采用模糊綜合評價法對其進行重要度分析。

2.2 評價指標體系

2.2.1 指標體系層次

飛機事件的嚴重度評價是一個系統(tǒng)的工作，建立合理的評價指標體系是進行科學、有效評價的前提。

層次分析法首先將分析對象的因素建立起彼此相關的遞階層次結(jié)構(gòu)，清晰地反映出各相關因素之間的關系，可以利用較少的定性和定量的信息使決策過程數(shù)學化，從而使評價問題簡化。按照層次分析法的分層原則，建立的綜合評價指標體系，其結(jié)構(gòu)如圖l所示，從左到右依次是目標層、因素層和因子層。在該層次結(jié)構(gòu)中，右邊一層元素對其相關的左邊一層元素的影響就是該右邊一層元素對其相關左邊一層元素的權(quán)重。

在該評價指標體系中，定量化與定性化因素同時存在，并且相互影響。通過層次分析法建立綜合評價指標體系后，需對體系中各因素進行量化。飛機事件嚴重度綜合評價結(jié)果劃分為3個級別：緊急、嚴重和一般，用Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ表示。圖1中各項因素對飛機事件嚴重度評價影響的限值，可以根據(jù)根據(jù)相關標準規(guī)范及專家的經(jīng)驗確定。但由于每個因素代表不同的物理意義，因此在對飛機事件嚴重度進行模糊綜合評價前，需對各因素對應的原始數(shù)據(jù)標準化處理。

2.2.2 各因素的定義

各因素的定義如表1～表7所示。

（1）飛機事件風險類型。風險類型確定是判斷事件風險類型的過程。事件的風險類別主要包括與飛機系統(tǒng)有關的風險、與飛機結(jié)構(gòu)強度有關的風險等。當確定事件的風險類型后，通過組建相關的風險評估小組，對事件開展進一步的風險評估工作。

飛機系統(tǒng)事件的風險類型如表1所示。

（2）事件后果嚴重性等級。后果嚴重性等級確定是確定事件導致后果的嚴重性等級的過程。為了確定事件的后果嚴重性等級，應了解所觀測事件在飛機運營過程中產(chǎn)生的實際后果，例如，對飛機、飛行機組以及乘客和客艙機組等的影響情況，根據(jù)表2中所列的相應等級劃分來實現(xiàn)。

（3）事件發(fā)生可能性。飛機失效（故障）事件發(fā)生可能性等級主要依據(jù)每架飛機預期全壽命周期或特定型號一定數(shù)量飛機在總運行壽命時，飛機（失效或故障）事件發(fā)生的次數(shù)的來確定。這主要依靠可靠性數(shù)據(jù)或已有案例綜合確定。

發(fā)生可能性概率確定是分析與計算事件發(fā)生的可能性概率。評定方法可以是定性分析也可以是定量分析，主要取決于掌握該事件信息和相關資料的詳細程度。對于定性分析，主要是指結(jié)合實際的工程經(jīng)驗和表3的定義來估計該事件的發(fā)生可能性情況。對于定量分析，則是對大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析與計算，包括單機風險評估和機隊風險。endprint

（4）故障原因。故障原因可以分為設計、工藝、操作、管理、器材與材料和軟件六大類。如表4所示。

（5）問題數(shù)據(jù)分類。如表5所示。

同一級等級的問題對安全和運行的影響不同，如表7所示。

2.3 構(gòu)建權(quán)重向量

通過專家經(jīng)驗法或者AHP層次分析法構(gòu)建權(quán)重向量?？紤]到在生成比較判斷矩陣時是定性比較量化的結(jié)果，不需要進行精確計算，因此，只需采用簡便的方法計算比較判斷矩陣的最大特征值九max和所對應的排序向量f即權(quán)重向量）即可。建立權(quán)重向量后需進行歸一化，并對權(quán)重向量矩陣進行一致性檢驗，一般要求矩陣一致性指標CR

3 飛機事件嚴重度模糊綜合評價

3.1 建立因素集

因素集是指以所決策（評價）系統(tǒng)中影響評判的各種因素為元素所組成的集合，通常用U表示，即：

各元素Vl即代表各種可能的總評判結(jié)果。模糊綜合評判的目的，就是在綜合考慮所有影響因素基礎上，從評判集中得出一最佳的評判結(jié)果。

本評價體系中，V共有三個等級，緊急、嚴重、一般。

3.4 建立各層級隸屬度矩陣

3.5 多層次模糊綜合評價

模糊綜合評價是一個多級逆推的過程，先從最末2層相鄰因素層開始計算，根據(jù)因素集的指標權(quán)重向量與模糊隸屬度矩陣，不斷往前推出上一級的模糊隸屬度，從而可得到頂級目標層的模糊隸屬度。

模糊綜合決策模型為：

B=A·R

評判集V上的模糊子集，表示系統(tǒng)評判集諸因素的相對重要程度。

在得到評判結(jié)果后，需要在集值統(tǒng)計的基礎上，進行規(guī)范化處理?，F(xiàn)有規(guī)范化處理算法較多，根據(jù)問題數(shù)據(jù)重要度的單一屬性很難達到最優(yōu)（劣）值，因此在對評價數(shù)據(jù)的規(guī)范處理時，建議采用變化比較緩和的S形曲線變換，以免規(guī)范化后影響決策的質(zhì)量。

S型變換：

4 結(jié)論

（1）論文通過對大飛機事件與問題數(shù)據(jù)管理特點的分析，提出問題數(shù)據(jù)為基礎，層次分析與模糊綜合評價法相結(jié)合，建立了飛機事件的嚴重度綜合評價指標體系，共分為4個層次、70個因素，并明確定義了各個因素的含義。

（2）論文建立了飛機事件的嚴重度多層次綜合模糊評價的方法和計算過程，提出了適用于基于層次分析法的數(shù)據(jù)規(guī)范化算法，保證評價結(jié)果的可信度。

（3）研究成果的應用有利于提高我國現(xiàn)有大飛機事件嚴重度評價的科學性與準確性，為大飛機事件的有效管理提供技術支持。

參考文獻

[1]田永梅，淺談FRACAS在產(chǎn)品故障管理過程中的應用[J].航空標準化與質(zhì)量，2011 （02）：21-23.

[2]許珂，張曉強.FRACAS系統(tǒng)在提高產(chǎn)品運用可靠性方面的作用[J].鐵道機車與動車，2015 （01）： 20-22.

[3]秦淋，楊春霞，劉義虎，民用飛機試飛數(shù)據(jù)協(xié)同平臺的應用[J].數(shù)據(jù)采集與處理.2012：429-432.

[4]楊大光.基于熵的飛行安全多層次模糊綜合評價方法[J].工業(yè)控制計算機，2017，30（02）： 89-91.

[5]趙京，楊聰，胡衛(wèi)建.基于AHP-模糊綜合評價法的輪履復合型搜索機器人性能評價及其軟件開發(fā)[J].北京工業(yè)大學學報，2016， 42 （06）： 801-808.

[6]李寧，王李管，賈明濤，基于層次分析法的礦井六大系統(tǒng)模糊綜合評價[J]，中南大學學報（自然科學版），2015，46 （02）： 631-637.