維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)融合模型研究

黃德所，楊善超

(陸軍軍官學(xué)院 a.十一系； b研究生管理大隊(duì)，合肥 230031)

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【后勤保障與裝備管理】

維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)融合模型研究

黃德所a，楊善超b

(陸軍軍官學(xué)院 a.十一系； b研究生管理大隊(duì)，合肥 230031)

根據(jù)目前維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)值標(biāo)度形式的多樣性，提出一種基于指數(shù)法的指標(biāo)值融合方法，將通過(guò)不同方法得到的不同標(biāo)度形式指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化和融合處理，得到同一屬性的指標(biāo)量化值，解決了目前不同標(biāo)度形式底層指標(biāo)值無(wú)法融合以及維修性評(píng)價(jià)聚合模型意義不明確的問(wèn)題，提高了單項(xiàng)指標(biāo)量化值的可信性。

標(biāo)度形式；指數(shù)法；融合

在維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)量化值的獲取過(guò)程中，由于單項(xiàng)指標(biāo)值獲取方法和量化依據(jù)的不同，導(dǎo)致其屬性的多樣化；為了便于進(jìn)行指標(biāo)聚合和綜合評(píng)價(jià)，必須對(duì)度量標(biāo)準(zhǔn)各異的單項(xiàng)指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化和融合處理[1]。在現(xiàn)有的維修性定性要求評(píng)價(jià)中，對(duì)于底層評(píng)價(jià)指標(biāo)值大都采用理想指標(biāo)值處理法或線(xiàn)性投影法等進(jìn)行無(wú)量綱化處理[2-3]。但是這些方法都運(yùn)用于數(shù)值形式的指標(biāo)值，不能將多種度量形式的指標(biāo)值進(jìn)行融合；同時(shí)難以確保無(wú)量綱處理后所反映的維修水平保持不變，導(dǎo)致單項(xiàng)指標(biāo)值可信性不強(qiáng)，評(píng)價(jià)指標(biāo)聚合模型意義不明確。針對(duì)這些問(wèn)題，本文在對(duì)維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)值獲取途徑和指標(biāo)值屬性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一種基于指數(shù)法的針對(duì)不同度量形式單項(xiàng)指標(biāo)值的融合方法。

1 維修性定性要求評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)值屬性分析

在維修性評(píng)價(jià)中，對(duì)于同一單項(xiàng)指標(biāo)，影響其指標(biāo)值融合的主要是標(biāo)度形式這一屬性問(wèn)題。針對(duì)不同的部件或是在不同的研制階段，其指標(biāo)值的獲取途徑和獲取依據(jù)都有不同；由此導(dǎo)致了同一單項(xiàng)指標(biāo)值不同情形下標(biāo)度形式的差異。要研究不同屬性單項(xiàng)指標(biāo)值的融合方法，就要對(duì)其獲取途徑、來(lái)源和屬性進(jìn)行分析。

1.1 單項(xiàng)指標(biāo)值獲取途徑和量化依據(jù)

針對(duì)某一裝備進(jìn)行維修性定性要求評(píng)價(jià)時(shí)，同一底層指標(biāo)在獲取指標(biāo)值的過(guò)程當(dāng)中有不同的途徑。例如可達(dá)性指標(biāo)，可以通過(guò)仿真方法獲取指標(biāo)值，也可以邀請(qǐng)專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)判和打分。現(xiàn)有的底層指標(biāo)值獲取途徑有多種，通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)，主要包括仿真法、統(tǒng)計(jì)方法、專(zhuān)家評(píng)判方法[4-6]。

1) 仿真方法。虛擬維修仿真方法是利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)維修環(huán)境、維修過(guò)程等進(jìn)行模擬仿真，以對(duì)部分維修性指標(biāo)進(jìn)行量化的方法[7-8]。其基本流程如圖1所示。

圖1 仿真方法基本流程

3) 專(zhuān)家評(píng)判法。專(zhuān)家評(píng)判法在維修性定性要求評(píng)價(jià)的指標(biāo)量化中運(yùn)用比較普遍。專(zhuān)家針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的底層指標(biāo)，依據(jù)各指標(biāo)評(píng)價(jià)點(diǎn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合裝備實(shí)物、圖紙、樣機(jī)等給評(píng)價(jià)對(duì)象打分，打分的形式包括分值、區(qū)間、評(píng)語(yǔ)等形式，最后對(duì)專(zhuān)家評(píng)分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、分析、歸納，得到綜合評(píng)分值[9-10]。其基本流程如圖2。

指標(biāo)值的獲取依據(jù)有很多，可以是虛擬樣機(jī)、實(shí)物樣機(jī)、實(shí)物、圖紙、設(shè)計(jì)參數(shù)、相似裝備使用數(shù)據(jù)等。在裝備研制全過(guò)程中，隨著研制階段的展開(kāi)，指標(biāo)值的獲取依據(jù)也在不斷變化[11]。在方案階段，主要進(jìn)行的是裝備的論證，這期間獲取依據(jù)主要是方案設(shè)計(jì)資料、訂購(gòu)方提出的要求以及相似裝備數(shù)據(jù)；在工程研制階段，要結(jié)合圖紙、樣機(jī)等進(jìn)行裝備研制，指標(biāo)值獲取依據(jù)主要包括圖紙、虛擬樣機(jī)；在定型生產(chǎn)階段，裝備的各項(xiàng)設(shè)計(jì)、技術(shù)指標(biāo)都已經(jīng)確定，裝備也已經(jīng)投入了生產(chǎn)，維修性評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)值獲取依據(jù)主要包括實(shí)物樣機(jī)、裝備設(shè)計(jì)參數(shù)等。

同時(shí)，在不同的情形下，使用不同的指標(biāo)值其獲取依據(jù)也會(huì)不同，例如：采用統(tǒng)計(jì)方法，獲取依據(jù)可以是是實(shí)物樣機(jī)，也可以是虛擬樣機(jī)，還可以是設(shè)計(jì)參數(shù)。同一單項(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)不同途徑，依據(jù)不同來(lái)源獲取的指標(biāo)值標(biāo)度形式必定不同。

圖2 專(zhuān)家評(píng)判法流程

1.2 標(biāo)度形式分析

在現(xiàn)有的維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)量化方法下，單項(xiàng)指標(biāo)值的標(biāo)度形式主要有以下幾種：

1) 模糊語(yǔ)言標(biāo)度形式，如S={好，較好，一般，差，較差}，在運(yùn)用專(zhuān)家評(píng)判法時(shí)會(huì)產(chǎn)生模糊語(yǔ)言標(biāo)度形式的指標(biāo)值，能明確的表達(dá)出針對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象i進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)底層評(píng)價(jià)指標(biāo)j的優(yōu)劣等級(jí)；

2) 區(qū)間形式，如Q=(a,b)，在運(yùn)用專(zhuān)家評(píng)判法、仿真法時(shí)會(huì)產(chǎn)生區(qū)間標(biāo)度形式的指標(biāo)值，用區(qū)間形式表達(dá)某一指標(biāo)j的變化范圍，可以與模糊語(yǔ)言形式對(duì)應(yīng)起來(lái)判定j的優(yōu)劣等級(jí)；

3) 數(shù)值形式，如互換性程度Z=0.7，運(yùn)用仿真法和統(tǒng)計(jì)方法產(chǎn)生數(shù)值標(biāo)度形式的指標(biāo)值，直接以量值的形式體現(xiàn)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)某一指標(biāo)的優(yōu)劣程度。對(duì)于同一單項(xiàng)指標(biāo)，其指標(biāo)值針對(duì)不同的部件可能呈現(xiàn)上述一種或多種形式，這種差異是指標(biāo)融合中必須解決的問(wèn)題。

2 基于指數(shù)法的指標(biāo)值融合模型

對(duì)于同一單項(xiàng)指標(biāo)，由于獲取方法和量化依據(jù)不同，導(dǎo)致指標(biāo)值屬性的多樣性，必須對(duì)其進(jìn)行合理的規(guī)范化和融合處理，獲取綜合指標(biāo)值。本文構(gòu)建了一種基于指數(shù)法的指標(biāo)值融合模型。

指標(biāo)值融合的指數(shù)方法就是對(duì)3種形式的指標(biāo)值設(shè)定一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)B，在對(duì)指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化處理時(shí)，先將不同形式的指標(biāo)值映射到這一標(biāo)準(zhǔn)B，得到對(duì)應(yīng)的與B同屬性且可以進(jìn)行聚合的指標(biāo)值，如式(1)所示；再利用加權(quán)平均進(jìn)行融合[12-13]。

(1)

由于數(shù)值形式指標(biāo)值大多來(lái)源于統(tǒng)計(jì)方法和專(zhuān)家評(píng)判法，且處于[0,1]之內(nèi)，1表示指標(biāo)值最優(yōu)(效益型指標(biāo)，如果是成本型指標(biāo)，可以將其轉(zhuǎn)換為效益型指標(biāo)值)。同樣，1可以用來(lái)表示模糊語(yǔ)言標(biāo)度形式中的“最好”這一等級(jí)；如果將區(qū)間都轉(zhuǎn)換為[0,1]，此時(shí)1也能表示指標(biāo)最優(yōu)。因此將指數(shù)B設(shè)為1，可以更好地進(jìn)行3種形式指標(biāo)值的映射和轉(zhuǎn)換。

2.1 指數(shù)模型

2.1.1 數(shù)值標(biāo)度指標(biāo)值的指數(shù)模型

2.1.2 區(qū)間標(biāo)度指標(biāo)值的指數(shù)模型

對(duì)于區(qū)間形式的指標(biāo)值，其指數(shù)模型的構(gòu)建步驟如下：

1) 用區(qū)間指標(biāo)值(a,b)除以評(píng)分區(qū)間(Pmin,Pmax)的最大值Pmax，得到在[0,1]之內(nèi)的區(qū)間指標(biāo)值。如式(2)：

(2)

3) 基于重心決策理論[14]，多個(gè)決策者對(duì)某部件指標(biāo)j的評(píng)價(jià)值取為

(3)

λj便是區(qū)間標(biāo)度形式指標(biāo)值向指數(shù)B映射后得到的指標(biāo)值。

2.1.3 模糊語(yǔ)言標(biāo)度指標(biāo)值的指數(shù)模型

針對(duì)模糊語(yǔ)言標(biāo)度形式指標(biāo)值，首先按照其具體的評(píng)價(jià)等級(jí)(共分5級(jí))將其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成區(qū)間形式，如表1 所示。

其次，利用區(qū)間形式指標(biāo)指數(shù)模型中2)～3)步驟對(duì)模糊語(yǔ)言標(biāo)度轉(zhuǎn)換后的區(qū)間進(jìn)行處理，便可將模糊語(yǔ)言標(biāo)度形式映射至指數(shù)B，得到其對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值。

表1 模糊語(yǔ)言標(biāo)度形式與區(qū)間標(biāo)度形式對(duì)應(yīng)表

2.2 融合模型

指標(biāo)的融合就是將每一個(gè)部件的同一指標(biāo)值進(jìn)行融合，得到該單項(xiàng)指標(biāo)的綜合指標(biāo)值。設(shè)第r個(gè)部件的第j個(gè)指標(biāo)的量化值為λrj(3種不同形式指標(biāo)值通過(guò)指數(shù)模型處理得到；r=1,2,…,m；m為部件個(gè)數(shù))，則針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，指標(biāo)j的綜合評(píng)價(jià)值為

(4)

其中，ρr是第r個(gè)部件的權(quán)重，由式(5)確定，式(5)中kr為第r個(gè)部件的可靠度。

(5)

3 實(shí)例分析

針對(duì)某型裝備的方位隨動(dòng)系統(tǒng)，其包含的部件如圖3所示。從文獻(xiàn)[15]所構(gòu)建的維修性定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中選取“標(biāo)準(zhǔn)化程度”3級(jí)指標(biāo)，進(jìn)行指標(biāo)值得獲取和融合。

圖3 方位隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于這4個(gè)部件的標(biāo)準(zhǔn)化程度指標(biāo)，通過(guò)不同方法得到的指標(biāo)值如表2所示。

表2 各部件標(biāo)記規(guī)范性指標(biāo)值

其中，專(zhuān)家1～專(zhuān)家4的權(quán)重向量為：Ω=(0.6,0.8,0.8,0.7)T。

根據(jù)文中構(gòu)建的指數(shù)模型，分別將方位伺服驅(qū)動(dòng)器指標(biāo)值帶入到模糊語(yǔ)言形式指數(shù)模型、將交流電機(jī)和減速器指標(biāo)值代入到數(shù)值形式指數(shù)模型、將齒輪副指標(biāo)值代入到區(qū)間形式指數(shù)模型，經(jīng)過(guò)處理后得到的指標(biāo)值如表3所示。

表3 經(jīng)指數(shù)模型處理后指標(biāo)值

經(jīng)過(guò)查找資料和計(jì)算，4個(gè)部件的權(quán)重分別為0.4、0.3、0.2、0.1，通過(guò)式(4)得到此方位隨動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度指標(biāo)值為：ξ=0.68。這個(gè)指標(biāo)量化值是由3種不同標(biāo)度形式指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化和融合處理之后得到的，可以繼續(xù)進(jìn)行向上的聚合，以得到上層指標(biāo)值；同時(shí)將其與表1結(jié)合起來(lái)，可以得出結(jié)論：此裝備方位隨動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)記規(guī)范性好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于指數(shù)法的多屬性指標(biāo)值融合方法，可以將通過(guò)不同方法獲得的不同標(biāo)度形式的單項(xiàng)指標(biāo)值進(jìn)行規(guī)范化和融合處理，使維修性評(píng)價(jià)底層指標(biāo)量化值的獲取更加可信，解決了不同標(biāo)度形式指標(biāo)值無(wú)法融合和指標(biāo)聚合模型意義不明確的問(wèn)題，為維修性定性要求評(píng)價(jià)的提供了手段和方法。

[1] 曲玉琨,張新征,王章龍,等.火炮系統(tǒng)效能綜合評(píng)價(jià)與指標(biāo)無(wú)量綱化處理的研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào),2006(1):1-4.

[2] 張衛(wèi)華,趙銘軍.指標(biāo)無(wú)量綱化方法對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性的影響及其實(shí)證分析[J].統(tǒng)計(jì)與信息論壇,2005,20(3):33-36.

[3] 朱孔來(lái).評(píng)價(jià)指標(biāo)的非線(xiàn)性無(wú)量綱模糊處理方法[J].統(tǒng)計(jì)與信息論壇,1997(3):10-14.

[4] 徐達(dá),王寶琦,吳溪.裝備維修可達(dá)性綜合評(píng)價(jià)方法研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2013(6):77-80.

[5] 張冬,張平,方強(qiáng),等.基于模糊層次分析法的艦艇維修性評(píng)估方法[J].中國(guó)艦船研究,2013,8(1):102-106.

[6] 徐達(dá),李闖,李洋.基于TOPSIS 的裝備維修性定性指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)研究[J].航天控制,2014,32(5):92-96.

[7] 陳帝江,張紅旗,張祥祥,程五四.一種虛擬產(chǎn)品維修性綜合評(píng)價(jià)方法[J].機(jī)械與電子,2013(8):10-17.

[8] BARABADI A,MARKESET T.Reliability and maintainability performance under Arctic conditions[J].Int J Syst Assur Eng Manag,2011(3):205-217.

[9] 高松.船舶維修性評(píng)價(jià)及其改進(jìn)研究[D].大連：大連海事大學(xué),2010.06.

[10]陸中,孫有朝.基于模糊多屬性決策理論的虛擬產(chǎn)品維修性評(píng)價(jià)模型研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2009(24):2978-2983.

[11]呂川.維修性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2012：99-101.

[12]薛明浩,端木京順,高建國(guó),等.基于綜合指數(shù)模型的航空裝備安全評(píng)價(jià)[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2015,41(7):71-74.

[13]呂小峰,錢(qián)志新,張曉春,等.基于綜合指數(shù)法的中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)綜合指數(shù)模型設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2013,42(1):1-5.

[14]霍成,李慧勇,張守鋒.改進(jìn)的模糊集重心決策法在錯(cuò)峰限電分配中的應(yīng)用[J].山西電力,2013(3):4-7.

[15] 黃德所,李琴,李俊.裝備維修性定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建研究[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2015,22(2):101-105.

(責(zé)任編輯 唐定國(guó))

Study on Index Value Fusion Model of MaintainabilityQualitative Requirements Evaluation

HUANG De-suoa, YANG Shan-chaob

(a.Eleven Department; b.The Graduate Management Team, Army Officer Academy of PLA, Hefei 230031, China)

To solve the problems that there is no method to fuse the bottom index value of different scale forms, this paper proposed a fusion method based on index theory. This method is to standardize and fuse the index values of different scale forms gotten from different methods, and then to get index values of same property. The paper provides a method to increase the creditability of index value.

scale form; index method; fusion

2016-10-27；

2016-12-02

部委預(yù)研

基金項(xiàng)目 (9140A27010213JB91)

黃德所(1963—)，男，博士，教授，主要從事復(fù)雜系統(tǒng)和裝備維修性評(píng)價(jià)研究。

10.11809/scbgxb2017.04.019

黃德所，楊善超.維修性定性要求評(píng)價(jià)指標(biāo)融合模型研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(4):87-90.

format:HUANG De-suo, YANG Shan-chao.Study on Index Value Fusion Model of Maintainability Qualitative Requirements Evaluation[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):87-90.

U692

A

2096-2304(2017)04-0087-04