模糊層次分析法在輪機管理中的應用

高 嵐，李 俊，宋慶國

（武漢理工大學 能源與動力工程學院，武漢430063）

海洋更清潔、船舶更安全是當今航運業的兩大主題。隨著科學技術的發展，船舶上的硬件（指機電設備、導航儀器、自動控制設備等）已達到了相當完善、可靠的程度。船舶能否安全、高效、經濟地營運，直接取決于管理者的管理水平。

1 輪機管理的管理模式及現狀

1.1 四代管理模式

第一代管理：行為管理。它采用最簡單、最原始的方法進行管理：自己干。當獨自工作時，這一管理模式適用。第二代管理：指導性管理。這種方法通過專家指導其他人工作來調整自己的時間，并能使工作保持專家的水準。當雇傭新手時，需要嚴格地監督和詳細地指導，這一管理模式適用。第三代管理：結果管理。在這種管理方法中，管理者告訴執行者完成某項任務所要達到的預期結果，以及什么時候完成這一任務，然后由執行者自己決定如何去實現這一任務。這是目前廣為運用的一種方法。為了達到預定結果，執行者有時求助于扭曲機制和篡改數據的手段來實現這一結果。第四代管理：質量、科學方法和團隊一體化相結合的綜合管理。它避開了第一代管理中對生產能力的限制、第二代管理中的微觀管理問題以及第三代管理中扭曲機制和篡改數字的問題。但怎樣有效合理地把質量、科學方法和團隊一體化結合起來，目前還沒有一套完整有效的體系［1-2］。

1.2 船舶輪機管理的現狀

現在遠洋船舶管理體系執行的是ISM（國際安全管理）規則體系文件和程序文件。ISM規則是在海上安全和防止污染為加強管理的一項國際標準。它采用國際質量管理原理，將公司安全運行活動歸納成一套安全管理體系，實現活動規范化、工作程序化和行為文件化；從而將一切安全和防污染活動置于嚴格控制之下。它的側重點就在于加強安全管理，提高公司人員和船員的素質，來防止或減少由于管理不當或操作不慎而引起的海難事故［3］。ISM規則的缺陷是太程序化，過少地考慮人的因素。該規則只注重結果，相當于第三代管理模式。船舶在具體實施這一規則時，為了達到ISM規則所規定的目標，總是以各種手段來篡改數據，做一些表面的文章來掩蓋機電設備運行的實際狀況，從這種意義上來說，ISM管理體系還不是很完美，需要進一步地完善。

由于船舶輪機系統屬性多樣、結構復雜，難以完全采用定量方法或簡單歸結為費用、效益或效率進行優化分析與評價，也難以在任何情況下，做到使輪機系統具有單一層次結構。這時需要首先建立多要素、多層次的分析系統，并采用定性與定量結合的方法，使輪機這一復雜系統的結構明朗化。

2 模糊層次分析法

這時采用層次分析法（AHP）來進行分析無疑是可行的。層次分析法（AHP）是一種將定性分析與定量測度結合起來的多目標決策分析方法，是解決復雜系統決策的有效工具，然而遇到不確定性和模糊性因素較多的問題時，難免受到打分者主觀判斷的影響，與實際情況偏差較大。因此對判斷矩陣的權重通過技術處理，使其模糊化，且能在一定范圍內變化，所得結果會更符合實際。這種方法就是模糊層次分析法，它比層次分析法更合理，更精確，而且也克服人為的主觀判斷的影響。因此模糊層次分析法為第四代輪機管理提供理論依據，應用在輪機管理中是合理可行的。

2.1 三角模糊數的定義及運算

定義1：若M＝（l，m，u），其中0＜l≤m≤u，稱M為一個三角模糊數，其隸屬函數表示為［4］：

定義2：設有模糊數 M1＝（l1，m1，u1），M2＝（l2，m2，u2），則 M1≥M2的可能度為：

其中λ∈［0，1］，λ值的大小取決于決策者的風險態度。當λ＞0.5時，稱決策者是追求風險的；當λ＝0.5時，稱決策者是風險中立的；當λ＜0.5時，稱決策者是討惡風險的；特別地，當λ＝1時，稱p（M1≥M2）為 M1≥M2的悲觀可能度；當λ＝0時，稱p（M1≥M2）為M1≥M2的樂觀可能度。本文取λ＝0.5。

2.2 模糊層次分析法的計算步驟

1）按問題要求建立一個描述系統功能或特征的內部獨立的遞階層次結構模型。

2）通過專家打分和向管理人員調查，建立模糊判斷矩陣。模糊判斷矩陣包括同一層各因素的因素判斷矩陣，以及與該層相關聯的外層因素形成的方案判斷矩陣。打分規則為，①對不能量化的因素，查詢比例標度表確定分值大小（見表1）；②有數字指標時，可用兩指標的比值作為權重。如指標5.5／2.2＝ 2.5，取（1，2.5，3）為模糊權重。模糊判斷矩陣具有互反性質，設A＝（aij）n×n是判斷矩陣，aij＝（lij，mij，uij）則有［5］

3）求局部因素模糊權重向量S和局部方案模糊權重矩陣F，形成局部權重向量N＝S×F，依此方法從最底層開始逐層向上計算，得到綜合方案權重向量Q［4］。局部因素模糊權重向量S＝［S1，S2，…，Sn］由公式（3）求得，Sk表示局部因素模糊權重。

局部方案模糊權重為：

Fkt表示第t個方案對第k因素的局部方案權重值，t＝1，2，…，T，形成局部方案權重矩陣F＝［Fkt］n×T。

4）根據可能度公式（2）建立綜合權重排序矩陣P，按照排序公式（5）計算，得到最終的方案排序向量ω，根據權重的大小值，判斷各方案的優劣［5］。其排序向量ω＝（ω1，ω2，…，ωT）由向量ωi組成。

3 應用

3.1 船舶輪機系統的遞階層次結構模型

在對船舶的船員、機電設備和環境進行分析的基礎上，建立了由機艙人員、機電設備和環境構成的層次結構模型，見圖1。

圖1 輪機系統的遞階層次結構

建立了船舶輪機系統的遞階層次結構，目的是通過模糊AHP來分析如何使輪機系統發揮最佳效能。這時就要考慮經濟、安全等方面的因素，也就是從輪機系統管理的整體效率狀況來進行分析，并考慮到在環境保護方面等等。于是把輪機系統的遞階層次結構轉化為評價輪機系統管理效率的遞階層次，見圖2。

由于篇幅有限，只給出船舶在進出港的狀況，并且考慮的主要因素是船舶安全圖3。

3.2 構造模糊判斷矩陣

為使判斷定量化，關鍵在于使任意兩個方案關于某一準則的相對優越程度得到定量描述。必須仔細反復比較同一層任意兩個元素，哪個元素重要一些，重要程度是多少，并對重要程度賦予一定權值，一般采用1～9標度法（見表1）。由專家打分給出的兩兩比較判斷矩陣表，見表2～4。

表2 進出港時輪機管理水平指標因素判斷矩陣

表3 管理制度指標因素判斷矩陣

表4 管理制度指標方案判斷矩陣

由圖3可見，只以管理制度指標C2為例，管理制度指標C2下有兩個因素：P4（崗位操作規程執行情況），P5（工作記錄完整情況）；通過專家打分，得到因素判斷矩陣和方案判斷矩陣。依照此原理各因素都有一個因素矩陣和方案判斷矩陣。

3.3 計算因素權重向量和方案權重矩陣

依公式（3）求得局部因素模糊權重向量為：

同理，由（4）式求得局部方案權重矩陣為：

那么局部權重向量為N＝S×F＝［（0.525，0.802，1.221）］。N表示管理制度指標方案中因素的權重大小，給出逐層計算求出各因素的局部權重向量，就可以得到綜合方案權重向量Q。

3.4 計算方案排序向量

依公式（2）建立綜合權重排序矩陣P，由排序公式（5）計算得到最終的方案排序向量

4 結論

最終的方案排序向量的結果分析，在船舶進出港時輪機系統中各要素重要性的排列順序應為P1-P4-P3-P2-P9-P5-P8-P7-P6，并且P1要優先得多，即在船舶進出港時，機械設備的整機性能應處于比其它因素都高的地位。其次是崗位操作規程執行情況，說明在進出港期間，應嚴格按照駕駛臺的命令操縱主機及其它機械設備。還可以看出，在人員指標方面，輪機部各成員的合作程度所占的權重遠遠超過了其它因素，這就說明了人員的合作，即輪機部的團隊一體化的環境對輪機部整個系統的重要性，從而也說明了人為因素的科學性。

這一分析結果與實際船舶在進出港時的管理是一致的，且各因素得到具體的量化。這說明了用模糊層次分析法來對輪機管理進行分析這個方法是可行的，具有實用的價值。將該方法編譯成軟件，由輪機長和專家打分后對各船舶的機艙進行全面分析，根據得出結論并結合ISM規則由輪機長具體實施管理，解決輪機管理中的量化問題。進而將該方法推廣到全船，由船長組織實施管理，能為船舶營運提供最佳的管理方法，為航運企業獲得最大的利益。

［1］吳 恒.船舶動力裝置技術管理［M］.大連：大連海事大學出版社，1999.

［2］黃 飛.船舶輪機“人-機”一體化管理模式的研究［D］.大連：大連海事大學，2005.

［3］夏治發.劉 超.ISM的實施與輪機管理力度的加強［J］.大連海事大學學報，2001，27（4）：107-109.

［4］徐澤水.三角模糊數學互補判斷矩陣的一種排序方法［J］.模糊系統與數學，2002，16（1）：47-50.

［5］高 笑，趙宏偉，馮璞喬.模糊層次分析法在機場備用電源選擇中的應用［J］.西安航空技術高等專科學校學報，2005，23（1）：6-9.