基于可靠性、維修性和測(cè)試性的民用飛機(jī)供應(yīng)商選擇

黃艷，蔡景，代定強(qiáng)，李海亮

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京211106）

0 引言

當(dāng)前民用飛機(jī)“主制造商—供應(yīng)商”的研制模式使得各飛機(jī)廠商與供應(yīng)商之間建立風(fēng)險(xiǎn)合作伙伴關(guān)系，選擇合適的民用飛機(jī)供應(yīng)商不僅能夠完善企業(yè)的供應(yīng)鏈體系，同時(shí)也能降低飛機(jī)研制風(fēng)險(xiǎn)，加快研制進(jìn)程。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)民用飛機(jī)供應(yīng)商的選擇都做了相關(guān)研究。在供應(yīng)商選擇指標(biāo)方面，G.W.Dick?son［1］最先對(duì)供應(yīng)商選擇準(zhǔn)則進(jìn)行了研究，統(tǒng)計(jì)出23條評(píng)價(jià)供應(yīng)商的準(zhǔn)則，排序得出前三的選擇準(zhǔn)則為：質(zhì)量、交貨、歷史效益；C.A.Weber等［2］在此基礎(chǔ)上，將質(zhì)量、價(jià)格、準(zhǔn)時(shí)交付列為選擇的三個(gè)重要原則；郭巧榮等［3］基于層次分析法提出了民用飛機(jī)供應(yīng)商質(zhì)量保證體系并建立了對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)模型；劉翔鋒等［4］提出供應(yīng)商選擇的主要準(zhǔn)則為價(jià)格、質(zhì)量、交付等，并將準(zhǔn)則繼續(xù)分為多個(gè)指標(biāo)，進(jìn)行權(quán)重打分，選出合適的供應(yīng)商；曹廣生［5］提出“主制造商—供應(yīng)商”模式下的民用飛機(jī)評(píng)估要素包括兩種，一種為特色要素，這種要素需要根據(jù)被評(píng)估單位的特點(diǎn)進(jìn)行確定和選取，另一種要素為公共要素，包括資源投入能力、優(yōu)勢(shì)保障能力、管理協(xié)調(diào)能力等。

現(xiàn)代航空器對(duì)可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高，而在以往民用飛機(jī)產(chǎn)品供應(yīng)商的選擇過程中，雖然涉及到與可靠性、維修性和測(cè)試性相關(guān)的指標(biāo)，但這些指標(biāo)不能直接衡量供應(yīng)商產(chǎn)品的可靠性、維修性和測(cè)試性，無法滿足新的設(shè)計(jì)理念對(duì)民航產(chǎn)品的要求。

本文提出基于可靠性、維修性和測(cè)試性的民用飛機(jī)供應(yīng)商選擇方法，以民用飛機(jī)氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商為例，從產(chǎn)品可靠性和可用度的角度對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)估。

1 供應(yīng)商分類

供應(yīng)商有多種分類方式，如圖1所示。為了全面清晰地對(duì)不同種類供應(yīng)商提出可靠性要求，以便更簡(jiǎn)潔科學(xué)地選取指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，本文按照供應(yīng)商在民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈中的地位將其分為一類供應(yīng)商（大部件/分系統(tǒng)制造商）、二類供應(yīng)商（小系統(tǒng)/部件和專業(yè)化零件）、三類供應(yīng)商（原材料、標(biāo)準(zhǔn)件供應(yīng)商）［6］，分別分析其可靠性、維修性和測(cè)試性要求，提出相應(yīng)指標(biāo)。

圖1 民用飛機(jī)供應(yīng)商分類Fig.1 Classification of civil aircraft suppliers

按產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)品層次劃分的供應(yīng)商種類有如下特點(diǎn)：

（1）一類供應(yīng)商，其產(chǎn)品價(jià)值相對(duì)高、技術(shù)相對(duì)復(fù)雜、集成度相對(duì)高、攜帶風(fēng)險(xiǎn)大。

（2）二類供應(yīng)商，如復(fù)合材料件、金屬合金件制造商，其產(chǎn)品價(jià)值相對(duì)較高、技術(shù)較復(fù)雜、集成化程度相對(duì)不高。

（3）三類供應(yīng)商，其產(chǎn)品價(jià)值相對(duì)不高、技術(shù)相對(duì)較為簡(jiǎn)單、種類繁多、項(xiàng)目瑣碎。

2 不同類型供應(yīng)商的選擇準(zhǔn)則與指標(biāo)

在選取選擇準(zhǔn)則與指標(biāo)時(shí)，需要遵循目的性原則、現(xiàn)實(shí)性原則、系統(tǒng)全面性原則和定量與定性相結(jié)合的原則［7］?？紤]民用飛機(jī)產(chǎn)品的高要求、高風(fēng)險(xiǎn)性，為形成全面且合理的評(píng)估準(zhǔn)則指標(biāo)體系，除了可靠性、維修性和測(cè)試性三個(gè)中心準(zhǔn)則外，仍需將一般制造業(yè)評(píng)估體系中的質(zhì)量、服務(wù)、技術(shù)、體系準(zhǔn)則納入考慮范圍。由于民用飛機(jī)一、二類供應(yīng)商主要是系統(tǒng)供應(yīng)商，因此其指標(biāo)相同。民用飛機(jī)一、二類供應(yīng)商的選擇準(zhǔn)則與指標(biāo)如表1所示。

表1 基于可靠性、維修性和測(cè)試性的民用飛機(jī)一、二類供應(yīng)商選擇準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Selection criteria and evaluation indicators of the first and second class suppliers of civil aircraft based on reliability，maintainability and testability

由于民用飛機(jī)三類供應(yīng)商主要是指標(biāo)準(zhǔn)件、原材料供應(yīng)商，其中不涉及民用飛機(jī)系統(tǒng)的準(zhǔn)則和指標(biāo)，因此，民用飛機(jī)三類供應(yīng)商的選擇準(zhǔn)則和指標(biāo)主要如表2所示。

表2 基于可靠性、維修性和測(cè)試性的民用飛機(jī)三類供應(yīng)商選擇準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 2 Selection criteria and evaluation indicators of the third class of civil aircraft suppliers based on reliability，maintainability and testability

（1）質(zhì)量準(zhǔn)則

大量研究表明，質(zhì)量準(zhǔn)則經(jīng)常被列為供應(yīng)商選擇時(shí)的第一要素。質(zhì)量準(zhǔn)則可以參照以往供應(yīng)商的產(chǎn)品合格率、產(chǎn)品性能、返修退貨比率等。

（2）服務(wù)準(zhǔn)則

供應(yīng)商的服務(wù)質(zhì)量會(huì)影響制造商對(duì)供應(yīng)商的選擇。在供應(yīng)商選擇過程中，主要從供應(yīng)商以往工作中所體現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)工作支持情況以及供應(yīng)商所承諾的擔(dān)保年限、試驗(yàn)支持等方面進(jìn)行考慮。

（3）技術(shù)準(zhǔn)則

供應(yīng)商通常需要在項(xiàng)目研制初期就參與進(jìn)來，因此其技術(shù)水平直接影響到產(chǎn)品的性能和飛機(jī)的整體性能。技術(shù)水平包括設(shè)計(jì)能力、生產(chǎn)能力、可靠性驗(yàn)證能力。

（4）體系準(zhǔn)則

為確保供應(yīng)商能夠以合理高效的方式滿足主制造商的要求，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠度，應(yīng)對(duì)供應(yīng)商提出可靠性相關(guān)的體系要求，包括設(shè)計(jì)保證體系和質(zhì)量認(rèn)證體系等。

（5）可靠性準(zhǔn)則

結(jié)合常用的可靠性參數(shù)和用戶需求，主要考慮的產(chǎn)品可靠性指標(biāo)有簽派可靠度、航班可靠度、平均故障時(shí)間、平均非計(jì)劃拆卸間隔時(shí)間、平均使用總壽命、機(jī)組報(bào)告故障率、失效率等。

（6）維修性準(zhǔn)則

在選擇過程中，主要考慮的維修性指標(biāo)包括平均修復(fù)時(shí)間、航線可更換單元更換時(shí)間、每飛行小時(shí)維修工時(shí)等。

（7）測(cè)試性準(zhǔn)則

可測(cè)試性能降低產(chǎn)品壽命周期費(fèi)用，提前發(fā)現(xiàn)故障。測(cè)試性準(zhǔn)則包括故障檢測(cè)率、故障隔離率、虛警率、故障檢測(cè)時(shí)間等。

由于三類供應(yīng)商為原材料標(biāo)準(zhǔn)件供應(yīng)商，出現(xiàn)問題時(shí)對(duì)產(chǎn)品直接進(jìn)行更換，因此不需考慮維修性和測(cè)試性準(zhǔn)則。

3 民用飛機(jī)供應(yīng)商選擇方法

供應(yīng)商選擇方法有定性方法［8］（如經(jīng)驗(yàn)判斷法、群決策法、協(xié)商選擇法、招標(biāo)采購法［9-10］等）、定量方法（如采購成本法［11］、ABC成本法、成本比率法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、線性權(quán)重法、多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃法［12］等）、定性與定量相結(jié)合的方法（如層次分析法［13］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊綜合分析法［14］、遺傳算法、TOPSIS方法［15-16］）。由于 民用飛機(jī) 供應(yīng)商的選擇受多種因素的影響，各因素之間的聯(lián)系難以精確定量，因此單純的定性或定量方法都難以做出合理準(zhǔn)確的判斷。層次分析法有機(jī)地結(jié)合了定性與定量因素，且計(jì)算簡(jiǎn)單易行，同時(shí)符合制造企業(yè)供應(yīng)商選擇評(píng)價(jià)體系的特點(diǎn)［17］，在航空領(lǐng)域受到了廣泛應(yīng)用及認(rèn)可［18］，因此本文選用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP）。

3.1 AHP概述

AHP對(duì)復(fù)雜決策問題進(jìn)行清晰的層次分解，將決策相關(guān)因素分解形成目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)和方案等若干層次，并按照一定規(guī)則對(duì)每一層所包含的要素建立判斷矩陣，采用數(shù)學(xué)方法計(jì)算得出權(quán)重。通過計(jì)算每個(gè)層次要素對(duì)總體目標(biāo)的組合權(quán)重，得出不同方案的權(quán)值，為選擇最優(yōu)供應(yīng)商提供依據(jù)［19］。

3.2 AHP的基本流程

（1）構(gòu)造遞階層次

先確定目標(biāo)層，再根據(jù)問題復(fù)雜程度將目標(biāo)層分解為若干要素并建立從上而下的層次結(jié)構(gòu)模型，最終得出方案層對(duì)目標(biāo)層的優(yōu)劣次序。層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 層次結(jié)構(gòu)模型Fig.2 Hierarchical model

層次結(jié)構(gòu)模型主要分為四個(gè)層次。

①目標(biāo)層A：表示要解決的問題或要達(dá)到的目標(biāo)。

②準(zhǔn)則層B：表示為了達(dá)到總目標(biāo)的因素，備選方案所涉及到的中間環(huán)節(jié)，即為供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)、技術(shù)等因素。

③指標(biāo)層C：即準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)的子因素，如產(chǎn)品合格率等。

④方案層P：即所有供應(yīng)商。

（2）成對(duì)比較

建立層次結(jié)構(gòu)模型后，進(jìn)行各層次之間各要素的相互比較，實(shí)現(xiàn)定性與定量分析。比較的結(jié)果轉(zhuǎn)換成矩陣為式中：元素aij為Ai與Aj之間比較的相對(duì)重要性。

判斷矩陣A中的元素滿足如下關(guān)系：

（3）對(duì)比尺標(biāo)

AHP一般使用1～9標(biāo)度法，其每個(gè)數(shù)字及代表的含義如表3所示。

表3 層次分析法1～9標(biāo)注Table 3 Annotation of AHP from 1 to 9

（4）計(jì)算各基準(zhǔn)層指標(biāo)權(quán)重方法

目前有三種常用的近似計(jì)算權(quán)重方法：和積法、方根法、冪法［20］。

（5）計(jì)算判斷最大特征值

可利用Excel表格中MDETERM函數(shù)語句和規(guī)劃求解功能對(duì)最大特征值進(jìn)行求解。

（6）一致性與一致性檢驗(yàn)

實(shí)際問題的復(fù)雜程度和對(duì)問題的認(rèn)識(shí)深度可能導(dǎo)致判斷矩陣中各要素之間的排序矛盾，從而影響矩陣的一致性。在AHP中，需要檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性是否在可接受的范圍內(nèi)。

判斷矩陣A的一致性指標(biāo)（Consistence Index，簡(jiǎn)稱CI）為

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值。

由于判斷矩陣的一致性隨著標(biāo)度不同而有所變化，基于此，薩迪教授引入了一致性比例（Con?sistence Ratio，簡(jiǎn) 稱CR）［21］作為評(píng)價(jià)一致性 的 指標(biāo)，即：

隨機(jī)一致性指標(biāo)（Random Consistency Index，簡(jiǎn)稱RI）如表4所示。當(dāng)所求得的ICR＜0.1，則判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，否則需重新修正判斷矩陣。

表4 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Table 4 Average random consistency index

4 案例分析

4.1 構(gòu)建多層次選擇模型

以民用飛機(jī)氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商為例，進(jìn)行基于可靠性、維修性和測(cè)試性的供應(yīng)商選擇。氧氣系統(tǒng)屬于一類供應(yīng)商，有A、B兩個(gè)備選供應(yīng)商。由于不同系統(tǒng)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的供應(yīng)商選擇指標(biāo)不同，從表1中選擇適合氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商的選擇準(zhǔn)則及指標(biāo)，建立層次分析模型如圖3所示。

圖3 基于可靠性、維修性和測(cè)試性的氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商選擇模型Fig.3 The supplier selection model of oxygen system based on reliability，maintainability and testability

4.2 構(gòu)造判斷矩陣

以質(zhì)量準(zhǔn)則為例，通過打分構(gòu)造其指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣，如表5所示。

表5 質(zhì)量準(zhǔn)則的判斷矩陣表Table 5 Judgement matrix sheet of quality criteria

根據(jù)式（1）、式（2）構(gòu)造判斷矩陣為

4.3 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

對(duì) 于 判 斷 矩 陣A質(zhì)量，最 大 特 征 值λmax為3.009 2，一致性比率0.008 9＜0.1，滿足一致性要求。

對(duì)其他準(zhǔn)則進(jìn)行相同的計(jì)算，并將其最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量歸一化，即可獲得各個(gè)指標(biāo)層C對(duì)準(zhǔn)則層B的權(quán)重，表示為wC-B。同理，計(jì)算出準(zhǔn)則層B對(duì)目標(biāo)層A的權(quán)重，表示為wB-A。指標(biāo)層C對(duì)目標(biāo)層A的權(quán)重為wC-A，且wC-A=wC-BwB-A。

氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商選擇準(zhǔn)則和指標(biāo)權(quán)重如表6所示。

表6 基于可靠性、維修性和測(cè)試性的氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商選擇準(zhǔn)則和指標(biāo)權(quán)重Table 6 Oxygen system supplier selection criteria and index weight based on reliability，maintainability testability

4.4 方案評(píng)估

依次對(duì)供應(yīng)商A、B的20項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分，構(gòu)造判斷矩陣，并計(jì)算權(quán)重。以“產(chǎn)品合格率”指標(biāo)為例，打分結(jié)果及方案層P對(duì)指標(biāo)層C的權(quán)重wP-C如表7所示。

同理可得供應(yīng)商A、B相對(duì)每一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。方案層P對(duì)目標(biāo)層A的組合權(quán)重為

由此，獲得兩個(gè)備選供應(yīng)商方案分別對(duì)決策目標(biāo)的排序權(quán)重，如表8所示，可以看出：在此案例中，供應(yīng)商A的權(quán)重更高，表明在考慮可靠性、維修性和測(cè)試性的情況下最終選擇A供應(yīng)商。

表7 產(chǎn)品合格率打分及權(quán)重表Table 7 Product qualification rate scoring and weight

表8 方案層中要素對(duì)應(yīng)決策目標(biāo)的權(quán)重Table 8 The weights of the elements in the scheme layer to the decision objectives

5 結(jié)論

（1）本文以氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商為例，得到了該系統(tǒng)備選供應(yīng)商在方案層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層的權(quán)重，確定了最佳氧氣系統(tǒng)供應(yīng)商。

（2）本文提出的方法為民用飛機(jī)供應(yīng)商的選擇提供了不同選擇視角，滿足了現(xiàn)代民用飛機(jī)設(shè)計(jì)理念下對(duì)供應(yīng)商選擇的需求，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。