基于改進(jìn)物元可拓模型的飛機(jī)監(jiān)造工作定量評(píng)價(jià)方法

倪辰旖

(中國(guó)商飛上海飛機(jī)制造有限公司維修交付中心, 上海 201323)

為確保飛機(jī)制造質(zhì)量,運(yùn)營(yíng)人或其授權(quán)人需在裝配制造過(guò)程中實(shí)施監(jiān)造,即對(duì)飛機(jī)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和檢查[1]。為規(guī)范飛機(jī)監(jiān)造工作,保證監(jiān)造工作的質(zhì)量,中國(guó)民航局適航司發(fā)布了咨詢通告AC-21-AA-2010-16《民用航空器監(jiān)造工作要求》(下簡(jiǎn)稱《工作要求》),對(duì)監(jiān)造工作的程序、流程和具體內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定,足見(jiàn)飛機(jī)監(jiān)造的重要性[2]。

為改進(jìn)飛機(jī)監(jiān)造工作方法,提高監(jiān)造工作的質(zhì)量和效率,國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)人及授權(quán)人對(duì)監(jiān)造工作管理方法不斷探討、研究和總結(jié),并建立數(shù)學(xué)模型對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。但目前,飛機(jī)監(jiān)造工作的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍較為模糊,缺乏準(zhǔn)確性和直觀性,因此,有必要采用科學(xué)有效的定性評(píng)價(jià)方法對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作進(jìn)行評(píng)價(jià)。

物元可拓法是可拓?cái)?shù)學(xué)和物元理論相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法,具有兼顧定性和定量、適用領(lǐng)域廣、評(píng)價(jià)結(jié)果可信度高的特點(diǎn)[4],被廣泛應(yīng)用于建筑安全、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、投資效益等項(xiàng)目的評(píng)價(jià)[5-6],經(jīng)改進(jìn)后也可應(yīng)用于無(wú)人作戰(zhàn)裝備、城市輕軌交通等工程領(lǐng)域[7-8]。層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)是一種定性定量分析結(jié)合的決策方法,將復(fù)雜系統(tǒng)的分析過(guò)程數(shù)學(xué)化、主觀分析定量化、要素差異數(shù)值化,以保持評(píng)價(jià)過(guò)程一致性,因而在各領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于確定指標(biāo)的權(quán)重。喬國(guó)華等[9]基于層次分析法結(jié)合物元可拓模型對(duì)電力變壓器的監(jiān)造工作進(jìn)行定量評(píng)價(jià),驗(yàn)證了基于物元可拓理論的電力變壓器監(jiān)造工作定量評(píng)估方法科學(xué)可行。

據(jù)此,對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作現(xiàn)有體系進(jìn)行梳理,建立客戶檢查項(xiàng)目評(píng)估體系,使用層次分析法確認(rèn)指標(biāo)權(quán)重,使用改進(jìn)物元可拓理論建立評(píng)價(jià)模型,引入架次數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析,利用Matlab軟件輔助編程計(jì)算,給出不同架次的評(píng)價(jià)等級(jí),驗(yàn)證使用改進(jìn)物元可拓模型對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作進(jìn)行定量評(píng)估的可行性。

通過(guò)以上工作,對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作科學(xué)有效地定性評(píng)價(jià),提高監(jiān)造工作評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,為運(yùn)營(yíng)人或其授權(quán)人的監(jiān)造工作提供參考,為飛機(jī)交付提供支持。

1 飛機(jī)監(jiān)造工作

飛機(jī)監(jiān)造工作是指在飛機(jī)制造過(guò)程中,由運(yùn)營(yíng)人或其授權(quán)人對(duì)飛機(jī)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和檢查,保證飛機(jī)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求。

1.1 監(jiān)造工作主要內(nèi)容

飛機(jī)制造階段的監(jiān)造工作主要包括兩個(gè)方面:一是完成事先確定好的客戶檢查項(xiàng)目,二是根據(jù)運(yùn)營(yíng)人或其授權(quán)人的要求增加臨時(shí)檢查。結(jié)合實(shí)際情況分析兩方面工作量占比,并考慮臨時(shí)檢查的不確定性,將以客戶檢查項(xiàng)目作為主體框架建立評(píng)估體系[10]。

1.2 客戶檢查項(xiàng)目的實(shí)施流程

飛機(jī)監(jiān)造工作伴隨飛機(jī)制造整個(gè)過(guò)程,以實(shí)施客戶檢查項(xiàng)目為主要內(nèi)容,其流程主要包含四個(gè)步驟[11]。

(1)確認(rèn)客戶檢查項(xiàng)目。由運(yùn)營(yíng)人或授權(quán)人與制造廠簽訂書(shū)面文件確認(rèn)需要執(zhí)行的客戶檢查項(xiàng)目。

(2)執(zhí)行客戶檢查項(xiàng)目。按照合同約定由飛機(jī)運(yùn)營(yíng)人或授權(quán)人執(zhí)行客戶檢查項(xiàng)目并進(jìn)行記錄。

(3)處置客戶檢查問(wèn)題。制造廠監(jiān)造人員記錄執(zhí)行客戶檢查項(xiàng)目時(shí)發(fā)現(xiàn)的檢查問(wèn)題,組織責(zé)任部門(mén)處理并記錄。

(4)關(guān)閉客戶檢查項(xiàng)目和問(wèn)題?？蛻魴z查項(xiàng)目執(zhí)行后即視為項(xiàng)目的關(guān)閉;運(yùn)營(yíng)人或授權(quán)人對(duì)檢查問(wèn)題處置結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,并同意問(wèn)題的關(guān)閉。

1.3 客戶檢查項(xiàng)目的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在執(zhí)行客戶檢查項(xiàng)目的過(guò)程中,運(yùn)營(yíng)人或其授權(quán)人的監(jiān)造代表通常根據(jù)圖紙、手冊(cè)或工藝規(guī)范進(jìn)行檢查,對(duì)于偏離要求的零件、位置、偏離情況和程度進(jìn)行記錄,由制造廠商整改并答復(fù)最終結(jié)果。

根據(jù)問(wèn)題數(shù)量和性質(zhì),綜合考慮對(duì)生產(chǎn)成本及交付計(jì)劃的影響,通常作為對(duì)單個(gè)客戶檢查項(xiàng)目的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2 客戶檢查項(xiàng)目評(píng)價(jià)體系的建立

根據(jù)《工作要求》的監(jiān)造必檢項(xiàng)目,將飛機(jī)客戶檢查項(xiàng)目分為重要結(jié)構(gòu)件的對(duì)接檢查、重要封閉區(qū)域關(guān)閉前的檢查、重要非封閉區(qū)域檢查、系統(tǒng)測(cè)試或功能試驗(yàn)/展示、外部噴漆檢查、客艙和設(shè)備檢查6個(gè)部分。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)流程和監(jiān)造實(shí)施需求,對(duì)客戶檢查項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)化、提取和篩選,形成6個(gè)一級(jí)指標(biāo)和37個(gè)二級(jí)指標(biāo),建立如表1所示的客戶檢查項(xiàng)目評(píng)價(jià)體系。

表1 客戶檢查項(xiàng)目評(píng)價(jià)體系

3 改進(jìn)物元可拓模型的建立

傳統(tǒng)的物元可拓模型將物元表示為有序三元組r=(N,C,V),即事物N具有特征C,其特征量值為V。結(jié)合可拓理論,通過(guò)建立相同特征物元評(píng)價(jià)模型、確立各特征量值標(biāo)準(zhǔn)(經(jīng)典域和節(jié)域)、根據(jù)各項(xiàng)特征的實(shí)測(cè)數(shù)值(待評(píng)物元)計(jì)算關(guān)聯(lián)度和特征值,最終評(píng)價(jià)物元所屬類(lèi)別。然而,傳統(tǒng)的物元可拓模型存在一定的局限和不足[12]:①評(píng)價(jià)指標(biāo)的多元性和量綱差距可能很大,且當(dāng)實(shí)測(cè)值超出節(jié)域范圍時(shí),該模型無(wú)法評(píng)價(jià);②從算法角度來(lái)看,關(guān)聯(lián)度可以看作模糊數(shù)學(xué)中隸屬度的一種,但根據(jù)最大隸屬度原理,在某些情況下關(guān)聯(lián)度并不能反映對(duì)象邊界的模糊性,造成信息丟失和結(jié)果偏差。

針對(duì)以上兩點(diǎn),對(duì)傳統(tǒng)物元可拓模型做出以下改善[13]:①將經(jīng)典域和待評(píng)價(jià)物元?dú)w一處理;②采用貼近度代替關(guān)聯(lián)度計(jì)算。

3.1 構(gòu)建經(jīng)典域、節(jié)域和待評(píng)物元

3.1.1 經(jīng)典域物元

Rj=(Nj,Ci,Vij)=

(1)

式中:Rj為對(duì)應(yīng)第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的同征物元;Nj為物元N的第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí);Ci為選取的第i個(gè)指標(biāo);Vij為第i個(gè)指標(biāo)在第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的取值范圍,用(aij,bij)表示,其中aij,bij為取值范圍的上下界限值。

3.1.2 節(jié)域物元

(2)

式中:Rp為Np為物元N的全部評(píng)價(jià)等級(jí);Vpi為第i個(gè)指標(biāo)的全部指標(biāo)取值范圍,用(api,bpi)表示,api、bpi為全部指標(biāo)取值范圍的上下界限值。

3.1.3 待評(píng)物元

(3)

式中:R0為待評(píng)價(jià)物元;N0為待評(píng)物元的評(píng)價(jià)等級(jí);Vi為第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)際量值。

3.2 歸一化處理

因指標(biāo)量綱已統(tǒng)一,為便于貼近度計(jì)算,將Rj、Rp、R0歸一化處理,用R′j、R′p、R′0表示。

(4)

式中:a′ij=aij/bpi,b′ij=bij/bpi。

(5)

式中:a′pi=api/bpi。

(6)

式中:v′i=vi/bpi。

3.3 確定權(quán)重

采用層次分析法確定權(quán)重,主要包含以下四個(gè)步驟。

(1)分解問(wèn)題。分析問(wèn)題并分解為多個(gè)因素,梳理因素之間的隸屬關(guān)系,建立層次結(jié)構(gòu)模型。

(2)比較賦值。同一層次中的因素兩兩比較,根據(jù)本層相對(duì)于上層重要程度用1～9的標(biāo)度值賦值。

(3)處理數(shù)據(jù)。計(jì)算最大特征根及特征向量,并計(jì)算各因素權(quán)重。各層因素權(quán)重加權(quán)計(jì)算得到每個(gè)因素的權(quán)重值。

(4)一致性檢驗(yàn)。為保證各因素判斷的協(xié)調(diào)一致,避免互相矛盾,對(duì)權(quán)重結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

3.4 計(jì)算貼近度

采用貼近度代替關(guān)聯(lián)度計(jì)算:

(7)

(8)

式中:Dij為物元關(guān)于指標(biāo)ci到經(jīng)典域的距;Kj(N0)為物元與評(píng)價(jià)等級(jí)j的貼近度;n為指標(biāo)ci的總數(shù);w(ci)為指標(biāo)ci的權(quán)重;v′i為歸一化處理后的指標(biāo)ci的實(shí)測(cè)值。

3.5 評(píng)價(jià)等級(jí)判定

比較貼近度大小,待評(píng)價(jià)物元的評(píng)價(jià)等級(jí)由最大貼近度判定:

K(N0)=max{K1(N0),K2(N0),…,Kj(N0)}

(9)

(10)

則其評(píng)價(jià)等級(jí)變量特征值j*為

(11)

可通過(guò)j*判斷待評(píng)事物偏向評(píng)價(jià)等級(jí)的程度。

4 算例分析

4.1 構(gòu)建經(jīng)典域、節(jié)域及待評(píng)價(jià)物元

對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作進(jìn)行評(píng)價(jià),劃分為1～5的五個(gè)遞進(jìn)等級(jí),等級(jí)1為最差,等級(jí)5為最好。為方便每個(gè)指標(biāo)的分值計(jì)算,以百分制計(jì)值,即可建立經(jīng)典域Rj及節(jié)域Rp,如表2所示。

表2 經(jīng)典域和節(jié)域的建立

執(zhí)行檢查項(xiàng)目時(shí)所發(fā)現(xiàn)的檢查問(wèn)題可以反映監(jiān)造工作的執(zhí)行情況,客戶檢查問(wèn)題根據(jù)對(duì)飛機(jī)質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度的影響可分為超差、偏離、品質(zhì)、建議等不同的類(lèi)別。選取四架份同型號(hào)飛機(jī)提取研究數(shù)據(jù),綜合考慮影響項(xiàng)目執(zhí)行和檢查問(wèn)題提出的多種因素(如航司、檢查和處置方式等),對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)逐一計(jì)分,建立待評(píng)價(jià)物元R0,如表3所示。

表3 待評(píng)價(jià)物元的建立

4.2 確定權(quán)重

通過(guò)AHP法得到飛機(jī)客戶檢查項(xiàng)目各級(jí)指標(biāo)權(quán)重如表4所示[13]。

表4 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

4.3 貼近度計(jì)算

利用Matlab軟件,運(yùn)用歸一化后的R′j、R′p、R′0及指標(biāo)權(quán)重計(jì)算貼近度及其特征值如表5和表6所示。

表5 貼近度計(jì)算結(jié)果

表6 特征值計(jì)算結(jié)果

4.4 等級(jí)的判定和分析

結(jié)合計(jì)算結(jié)果可以判定,架次A為2級(jí),架次B、D為4級(jí),架次C為5級(jí)。結(jié)合j*判斷,架次B的j*值為3.646 0,架次D的j*值為3.828 7,則架次B和D都有傾向3級(jí)的趨勢(shì),B的趨勢(shì)更明顯。

以上結(jié)果與實(shí)施監(jiān)造工作的飛機(jī)運(yùn)營(yíng)人或授權(quán)人反饋信息基本一致,可以說(shuō)明物元可拓法應(yīng)用于飛機(jī)監(jiān)造工作評(píng)價(jià)的可行性。

受不同航司的檢查方式和實(shí)際情況等因素影響,從客戶檢查項(xiàng)目入手對(duì)監(jiān)造工作進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果能反映從監(jiān)造角度對(duì)飛機(jī)制造的總體評(píng)價(jià),對(duì)于運(yùn)營(yíng)人和制造廠商具有參考和指導(dǎo)意義。

對(duì)運(yùn)營(yíng)人而言,不同架次監(jiān)造工作的評(píng)價(jià)等級(jí)可以更直觀地為飛機(jī)交付準(zhǔn)備工作提供參考,同時(shí)也可據(jù)此對(duì)后續(xù)架次監(jiān)造工作進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重賦值可以為設(shè)立重點(diǎn)檢查項(xiàng)目提供指導(dǎo)。

對(duì)制造廠商而言,可以對(duì)不同運(yùn)營(yíng)人的監(jiān)造工作分析總結(jié),有利于靈活地配合運(yùn)營(yíng)人完成監(jiān)造工作,同時(shí)也可對(duì)重點(diǎn)檢查項(xiàng)目加強(qiáng)自檢力度或采取相關(guān)措施提高飛機(jī)質(zhì)量。

4.5 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

運(yùn)用Matlab的App Designer模塊進(jìn)行應(yīng)用程序設(shè)計(jì),安裝后按要求導(dǎo)入經(jīng)典域、權(quán)重和評(píng)價(jià)物元即可快速計(jì)算評(píng)價(jià)等級(jí),為后續(xù)架次監(jiān)造工作評(píng)估提供方便。如圖1所示。

圖1 應(yīng)用程序界面

5 結(jié)論

(1)以客戶檢查項(xiàng)目為基礎(chǔ)構(gòu)建客戶檢查項(xiàng)目評(píng)估體系,包含各區(qū)域和階段的必檢環(huán)節(jié),與實(shí)際監(jiān)造工作一致。

(2)考慮到傳統(tǒng)物元可拓法的局限性,在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上改進(jìn),對(duì)飛機(jī)監(jiān)造工作進(jìn)行定量分析。結(jié)合實(shí)際情況構(gòu)建物元可拓模型,運(yùn)用層次分析法

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)賦值,通過(guò)計(jì)算貼近度進(jìn)行等級(jí)判定。判定結(jié)果與實(shí)際反饋一致。

(3)相較于原有的監(jiān)造工作評(píng)價(jià)方法,基于改進(jìn)物元可拓理論的定量評(píng)價(jià)方法提高了監(jiān)造工作評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,為航空器運(yùn)營(yíng)人及授權(quán)人的監(jiān)造工作提供參考,為后續(xù)飛機(jī)交付工作提供支持,也為制造商提高飛機(jī)質(zhì)量提供指導(dǎo)。