基于AHP和熵權(quán)法的航空維修安全模糊綜合評價(jià)

周長春 蔣瀾 趙新宇

摘 要：航空維修是航空運(yùn)輸安全的重要基礎(chǔ)，因此準(zhǔn)確合理地評價(jià)航空維修安全水平對航空維修具有很深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。在構(gòu)建航空維修安全狀況指標(biāo)體系的基礎(chǔ)之上，結(jié)合AHP、熵權(quán)法以及模糊綜合評價(jià)法，構(gòu)建了航空維修安全綜合評價(jià)模型。以某維修基地為例，得到了該維修基地航空維修安全評價(jià)值，并通過進(jìn)一步分析，查找影響該維修基地維修安全狀況的薄弱環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：航空維修；AHP；熵權(quán)法；模糊綜合評價(jià)

中圖分類號：V267 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0001-04

Abstract： The aviation maintenance is the important foundation of the aviation transportation safety， therefore the accurate and reasonable evaluation of the aviation maintenance safety level has the very profound practical significance to the aviation maintenance. Based on the construction of aviation maintenance safety index system， combined with AHP， entropy weight method and fuzzy comprehensive evaluation method， a comprehensive evaluation model of aviation maintenance safety is constructed. Taking a maintenance base as an example， the aviation maintenance safety evaluation value of the maintenance base is obtained， and through further analysis， the weak links affecting the maintenance safety condition of the maintenance base are discovered.

Keywords： aeronautical maintenance； AHP； entropy weight method； fuzzy comprehensive evaluation

引言

航空維修安全是為保持或恢復(fù)航空器的可靠性，它是由人、機(jī)、環(huán)境、能量、信息與管理等要素構(gòu)成的開發(fā)的復(fù)雜系統(tǒng)。雖然體現(xiàn)為維修階段的安全問題，但其安全性的生成卻貫穿于航空裝備全壽命的整個(gè)過程，反映在人員、裝備、設(shè)備、信息等多種主體中，涵蓋了指揮、管理和技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。因此準(zhǔn)確合理地評價(jià)航空維修安全水平有助于提升航空維修業(yè)務(wù)的安全管理水平以及保持航空裝備較好的技術(shù)狀態(tài)。為了充分認(rèn)識航空維修過程中存在的危險(xiǎn)性和不安全因素，需要運(yùn)用系統(tǒng)的分析方法對維修過程進(jìn)行細(xì)致深入的分析[1]，只有準(zhǔn)確地分析才能給予維修安全管理決策人員以價(jià)值判斷，確定有效的決策，也才能在安全評價(jià)中得到正確的答案。航空維修安全評價(jià)就是對航空維修存在的危險(xiǎn)性進(jìn)行定性和定量分析，并對維修的安全性做出正確的評價(jià)，提出必要的措施。

航空維修工作具有復(fù)雜性、隨機(jī)性、相對性、經(jīng)濟(jì)型、潛隱性、周期波動性和局部穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是一種技術(shù)含量高、安全風(fēng)險(xiǎn)大的技術(shù)密集型工作[2]。對航空維修安全系統(tǒng)來說，航空維修安全評價(jià)必須考慮到維修事故的人為失誤、裝備故障、環(huán)境擾動和組織失效。航空維修安全評估是應(yīng)用安全系統(tǒng)工程的方法，以有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程等安全要求為依據(jù)，對維修人員、設(shè)備及工具、維修環(huán)境以及管理進(jìn)行的全面綜合評價(jià)。因此航空維修安全評價(jià)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的評價(jià)，其涉及的內(nèi)容較多，考慮的因素較廣泛。單一評價(jià)模型的結(jié)論可能會帶來較大的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。近年來，一些學(xué)者提出，應(yīng)用一定的方法將綜合評價(jià)方法的評價(jià)結(jié)果組合成統(tǒng)一的結(jié)果，用這種組合評價(jià)方法來提高評價(jià)結(jié)果的可信度，以此來解決這一問題[3]，以提高評價(jià)結(jié)果的可信度。

層次分析法和模糊評價(jià)法主觀性強(qiáng)，評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度與專家判斷正確與否有很大的關(guān)系。而熵權(quán)法相對那些主觀賦值法，精度較高，客觀性更強(qiáng)，能夠更好地解釋所得到的結(jié)果并且其適應(yīng)性很強(qiáng)[4]。綜合上述對三種方法的分析，筆者將具有互補(bǔ)性的層次分析法和熵權(quán)法對航空維修安全進(jìn)行模糊綜合評價(jià)。

1 航空維修安全評價(jià)模型建立的步驟

1.1 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

在設(shè)計(jì)維修安全評價(jià)指標(biāo)時(shí)，務(wù)必要遵循科學(xué)性原則。目標(biāo)或被評價(jià)對象的性質(zhì)和特點(diǎn)是要在設(shè)計(jì)的每一個(gè)指標(biāo)的概念時(shí)能客觀合理地反映，同時(shí)影響維修安全狀況的主要因素或潛在因素更應(yīng)該全面地反映。因?yàn)榫S修安全水平是不可直接測量的，要使其具有可測性，就只有將其進(jìn)行逐級分解。高級指標(biāo)一般用末級指標(biāo)來反映，每一個(gè)末級指標(biāo)在評價(jià)體系中都應(yīng)該被盡可能的分析測定，以此幫助量化指標(biāo)。維修安全管理是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，它是由多個(gè)要素組成的，因此必須從多個(gè)角度分析，才能對維修安全管理有一個(gè)更好的認(rèn)識，同時(shí)維修安全評價(jià)體系中的指標(biāo)首先要滿足全面性，其次彼此之間還要盡量滿足相對的獨(dú)立性和不可取代性，相互之間不能重疊。為了客觀、全面、科學(xué)地衡量航空公司管理建設(shè)和實(shí)施水平，[5]本文結(jié)合科學(xué)性、可測性、全面性、獨(dú)立性以及導(dǎo)向性，從維修人員、裝備狀況、維修環(huán)境、組織管理4個(gè)方面確立航空維修安全管理評價(jià)指標(biāo)體系。

圖1 航空安全維修綜合評價(jià)指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

1.2.1 主觀權(quán)重確定-層次分析法

層次分析法（AHP）是美國著名數(shù)學(xué)家托馬斯·賽蒂于20世紀(jì)70年代中期正式提出的。它是一種多層次權(quán)重系數(shù)解析法，這種以定性與定量相結(jié)合來處理各種復(fù)雜的決策因素的方法，以數(shù)量形式表達(dá)人的主觀判斷，系統(tǒng)性強(qiáng)、使用靈活簡便，是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法[6]。

1.2.2 客觀權(quán)重-熵權(quán)法

“熵”（Entropy）是一個(gè)熱力學(xué)概念，1948年克勞德·香農(nóng)把熵引入信息論，用信息熵來度量系統(tǒng)狀態(tài)混亂或無序程度[8]。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法。在具體使用過程中，熵權(quán)法根據(jù)各指標(biāo)的變異程度計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)，然后用熵權(quán)對各指標(biāo)進(jìn)行修正，從而得到更為客觀的指標(biāo)權(quán)重。

1.2.3 確定綜合權(quán)重

層次分析法主觀隨意性較大，但是系統(tǒng)性和解釋性強(qiáng)。熵權(quán)法有時(shí)得到的權(quán)重可能與實(shí)際重要程度不符甚至相悖，但是權(quán)重客觀性強(qiáng)不易受到主觀因素的影響。因此通過使用組合方法將主觀和客觀權(quán)重進(jìn)行有效的組合賦權(quán)，實(shí)現(xiàn)主觀判斷與客觀數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而使得評價(jià)結(jié)果更切合實(shí)際[7]。

采用AHP-熵權(quán)法確定評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重為

？棕i=？琢？棕■■+（1-？琢）？棕■■ （1）

式中，？琢為層次分析法求得權(quán)重所占組合權(quán)重比例， ？棕■■為層次分析法計(jì)算的各項(xiàng)權(quán)重；（1-？琢）為熵權(quán)法求得權(quán)重所占組合權(quán)重比例，？棕■■為熵權(quán)計(jì)算的各項(xiàng)權(quán)重[8]。結(jié)合相關(guān)專家意見及經(jīng)驗(yàn)后選取系數(shù)？琢為0.4。

2 基于AHP-熵權(quán)法的航空維修安全模糊綜合評價(jià)

2.1 模糊綜合評價(jià)原理

模糊綜合評價(jià)是在分析多種因素影響的前提下，應(yīng)用模糊變換原理和模糊數(shù)學(xué)的基本理論-隸屬度或隸屬函數(shù)來描述中介過渡的模糊信息量，盡可能全面地考慮評估對象相關(guān)的各種因素，考慮到影響因素權(quán)重，應(yīng)用隸屬度把定性問題轉(zhuǎn)化為定量問題，再通過模糊合成關(guān)系得出科學(xué)的評估結(jié)論。本文在基于AHP-熵權(quán)法確定指標(biāo)綜合權(quán)重的前提下，運(yùn)用模糊綜合評價(jià)方法建立綜合評價(jià)模型，評價(jià)出航空維修安全等級。

2.2 基本步驟

建立因素集。根據(jù)前面建立的航空維修安全評價(jià)指標(biāo)體系，可知航空維修安全評價(jià)因素集為U={u1，u2，u3，u4}，其中維修人員u1={u11，u12，u13，u14，u15}，設(shè)備狀況u2={u21，u22，u23，u24}，維修環(huán)境u3={u31，u32，u33，u34}，組織管理u4={u41，u42，u43}并設(shè)定備擇集V={？自1優(yōu)，？自2良，？自3一般，？自4差}。

根據(jù)基于熵權(quán)的模糊層次分析理論，按照以下步驟對維修基地的航空維修安全進(jìn)行評價(jià)。

（1）確定指標(biāo)權(quán)重

依據(jù)AHP法和熵權(quán)法分別求出指標(biāo)的主觀權(quán)重？棕■■與客觀權(quán)重？棕■■，再通過式（1）求出各指標(biāo)的綜合權(quán)重？棕i。

（2）構(gòu)造模糊評判矩陣

為評估航空維修單位的安全狀況，邀請相關(guān)領(lǐng)域的12位經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員、管理人員和機(jī)務(wù)專家根據(jù){優(yōu)、良、一般、差}對圖1中的二級指標(biāo)進(jìn)行評分。由于指標(biāo)中有經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)和收益型指標(biāo)，因此在計(jì)算時(shí)需要將指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一。為進(jìn)行統(tǒng)一，本文將經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)，如使用壽命、破損程度、裝備延誤時(shí)間、故障率、惡劣氣候、突發(fā)情況等轉(zhuǎn)換成收益型指標(biāo)[9]。轉(zhuǎn)換后得到的專家評估結(jié)果統(tǒng)計(jì)表如表1所示，然后建立模糊矩陣R。

（3）建立組合模型

通過AHP-熵權(quán)法得出的權(quán)向量？棕i（i=0，1，2，3，4），將評判矩陣Ri（i=0，1，2，3，4）不同行進(jìn)行綜合，確定模糊綜合評價(jià)結(jié)果向量Bi（i=0，1，2，3，4）。且評價(jià)模型為

Bi=？棕i·Ri （2）

與上述評價(jià)指標(biāo)體系對應(yīng)，令相應(yīng)的一級指標(biāo)的模糊綜合評價(jià)向量為B0，二級指標(biāo)的模糊綜合評價(jià)向量分別為B1、B2、B3、B4，并且R0=（B1 B2 B3 B4）T。

（4）結(jié)果分析

結(jié)合相關(guān)專家建議，對評價(jià)集V={？自1優(yōu)，？自2良，？自3一般，？自4差}相應(yīng)賦值為4，3，2，1。為了更直觀地描述航空維修安全狀況，通過量化指標(biāo)模型得出總評價(jià)值S0和4個(gè)一級指標(biāo)的評價(jià)值S1、S2、S3和S4。指標(biāo)量化模型如下。

S=Bi·（4，3，2，1）T （3）

3 實(shí)例分析

以某維修基地為例，根據(jù)本文建立的綜合評價(jià)指標(biāo)體系以及相關(guān)領(lǐng)域的12位專家的評價(jià)信息，通過AHP-熵權(quán)法確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重，應(yīng)用模糊評判最終確定該維修基地的航空維修安全水平狀況。

3.1指標(biāo)權(quán)重的確定

應(yīng)用AHP和熵權(quán)法分別求得航空維修安全指標(biāo)的主觀和客觀權(quán)重，并通過式（1）計(jì)算出各指標(biāo)的綜合權(quán)重，如表2所示。

表2 AHP-熵權(quán)法的各指標(biāo)權(quán)重

3.2根據(jù)專家評估統(tǒng)計(jì)表計(jì)算模糊矩陣如下所示

3.3運(yùn)用式（2）計(jì)算得到各級的模糊綜合評價(jià)向量

B1=（0.5483 0.2879 0.1052 0.0585）

B2=（0.052 0.1177 0.1931 0.6372）

B3=（0.1971 0.1127 0.2185 0.4716）

B4=（0.5865 0.2783 0.0475 0.0872）

B0=（0.3276 0.1951 0.1419 0.3353）

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)模糊評價(jià)結(jié)果，運(yùn)用式（3）計(jì)算得到該維修基地航空維修安全評價(jià)值為S0=2.5148，S1=3.3258，S2=1.5845，S3=2.0351，S4=3.3631。通過計(jì)算結(jié)果可知，該維修基地航空維修安全等級為良。其中，在維修人員方面安全等級為良，其很大程度上保證了該維修基地的安全水平。相反裝備狀況和維修環(huán)境的安全水平較低，有必要定期改善維修工作的硬件條件，使裝備方面的影響率降至最低，其改進(jìn)措施與維修安全密切相關(guān)；盡量降低工作環(huán)境中影響維修可靠性的因素，如噪聲、溫度和濕度等，以便維修人員專心工作[10]。

4 結(jié)束語

（1）根據(jù)維修基地維修活動的實(shí)際情況，建立了一種基于AHP-熵權(quán)法的航空維修安全模糊綜合評價(jià)模型，并對維修安全等級進(jìn)行了量化，為進(jìn)一步查找航空維修發(fā)展和建設(shè)過程中存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

（2）通過實(shí)例驗(yàn)證，該模型有一定的科學(xué)性和可操作性，能夠客觀反映航空維修的安全狀況。維修安全性的綜合評估，為維修安全提供了定量的決策依據(jù)，可進(jìn)一步改善維修安全管理的有效性。

（3）從實(shí)例計(jì)算中可知，維修技能、故障率、惡劣氣候以及組織指揮是影響航空維修安全的主要因素，該維修基地需要加強(qiáng)安全檢查監(jiān)督、完善安全預(yù)案制定、培養(yǎng)維修安全教育意識等一系列對策來提高航空維修安全水平。

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