基于改進變權可拓的航空裝備維修安全評價

胡宗順，黃之杰，朱 倩, 劉慎洋

(空軍勤務學院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

基于改進變權可拓的航空裝備維修安全評價

胡宗順，黃之杰，朱 倩, 劉慎洋

(空軍勤務學院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

針對當前航空裝備維修安全評價中存在的權值固定、動態性能差、等級交叉和極值掩蓋等問題，提出了一種改進的航空裝備安全評價方法。引入改進變權理論和多級可拓模型，在建立評價分值與評價權重函數關系基礎上，對低分值指標進行“懲罰”和“突顯”，挖掘潛在信息。解決了因評價指標過多或部分指標權重過小而影響系統評價數據，造成評價結果失真的問題，還原航空裝備維修安全實際。通過實例驗證分析，表明所建模型科學合理，能動態體現評價對象安全狀況，與實際貼合度高，可用于航空裝備維修的安全評價。

航空裝備； 變權； 可拓； 安全評價

0 引 言

航空裝備維修安全是完成訓練、作戰任務的前提，與民用航空裝備相比，軍用航空裝備更具多樣性和特殊性。隨著聯合作戰模式加強和新機型的裝配，裝備維修安全被提上重要議程，如何科學、全面地對航空裝備維修進行安全評價對保證飛行安全具有重要意義[1-2]。

近些年對于航空裝備維修安全評價的研究著眼于評價方法的選擇和應用，具有權重固定、動態性差、極值易掩蓋等問題，評價結果擬合性差。按照以往的評價模型，各指標的評價得分與指標權重相互區分開，即指標得分的高低對原指標權重沒有影響，這就會造成低得分或對系統安全造成嚴重威脅的指標被掩蓋。如文獻[3]中“重大危險性故障數”權重為0.003，按照評價原則，該項指標權重為安全評價體系中的很小一部分，給出分值較低時也能得出安全評價等級為“優”的評價結果。但在實際的航空裝備維修中，重大危險性故障數過多表明維修存在重大缺陷，很可能導致飛行事故。同時，傳統評價方法如模糊綜合評價法[4]、非對稱貼進度[5]等在劃分評價等級時不易區分，安全趨勢不易顯現，且不能分析末級指標的安全狀態，提出的防控措施不具針對性。

針對這些問題，文中評價指標得分閾值進行設置，并改進變權理論，建立權重與分值的函數關系，通過動態變化對低得分指標進行“懲罰”和“突顯”，挖掘潛在信息；多級可拓模型的建立，有助于解決傳統評價模型中等級交叉問題、極值掩蓋、末級指標的狀態分析受限等問題[6]；指標聯系度的求解可區分處于相鄰等級間的分值，并能根據總體的安全狀態找到底層的“問題”指標，由此確定針對性的整改措施，提升評價效果[7]。

1 改進變權理論的應用

1.1“一票否決”指標設置

該方法是劃分出具有“絕對話語權”的指標，即指標惡化時，航空裝備維修安全狀況不達標。“一票否決”指標設置在解決權值不變問題時簡單可行，即當單指標得分低于閾值時，就可判定評判對象安全狀態不合格而不用考慮其他指標狀態。在解決評價對象指標過多造成重要指標高風險狀態被中和的問題上具有優勢。

1.2改進變權求解方法及流程

變權理論由李洪興提出，后續研究中提出了局部變權的公理化定義，并建立了基于均衡度的綜合模型[8]。學者劉文奇給出了更明確實用的變權函數，將其應用于地鐵運行安全中[8]，取得了很好的效果，但在求解傳統變權公式中指數α時，由人為主觀決定，且未考慮某項指標惡化時，其他各指標相應變化關系，易導致指標個數較少時，單項指標惡化情況反映不明顯或被掩蓋。針對存在的不足，改進變權理論，建立分值與權重的函數關系。

構建改進變權模型的基本步驟如下[9]：

(1)n個指標A1,A2,…,An對應的分值為u1,u2,…,un，且具有相同量綱，即ui∈[0,um](um取100)，Ai經變權處理后的權重wi=wi(u1,u2,…,un)，i=1,2,…,n。

(2)wmi=wmi(u1,u2,…,un)為指標i基礎權重，w0i=w0i(u1,u2,…,un)為指標i功能喪失時權重，可由下式求得：

(3) 引入τi(u)函數，則變權數為：

i=1,2,…,n

其中:

2 基于多級可拓的航空裝備維修安全評價模型

2.1模型相關概念描述

(1) 模糊復合物元概念[10]。

(2) 經典域和節域[11]。設風險等級域C={Cj,j=1,2,…,m}，一級指標因素集V={vi,i=1,2,…,n}。令

其中,V為指標集對應等級Uj的量值范圍，為經典域。令

式中：UC為指標集對應等級C的量值范圍，即節域。

2.2安全等級關聯度的確定

為方便模糊關聯度的確定，引入可拓評價關聯函數概念，通過改進可以定量地將評價值轉化為屬于“正域”或者“負域”中的某一個，并克服歸一化過程中極值掩蓋等問題。

定義2x為實域上一點，A=[α,β]為實域上任一區間，稱η=|x-(α+β)/2|-(β-α)/2為點x和區間A之間距離。同理，d(x,A,B)=η(x,B)-η(x,A)定義為點x與實域A和B組成區間的位置關系。建立初等函數ξ=η(x,A)/d(x,A,B)計算點與區間關聯函數。

基本步驟為[12-13]：

(1) 通過專家實地考察并結合經驗對各安全評價指標進行打分，這是過程將系統指標的不確定信息量化處理。

(2) 建立可拓關聯函數。定義關聯度為：

kj(vik)為第i個1級指標對應第k個2級指標關于等級j的關聯度。

2.3多級可拓評價模型構建

(1) 2級評價。2級指標權值ωi=(ωik)與對應關聯度向量K(vik)=(kj(vik))相乘確定上級指標關聯度向量為：

K(vi)=(kj(vi))=(ωi1,ωi2,…,ωip)×

(2) 1級評價。1級指標的權重向量ω=(ωj)與指標對應安全等級關聯度K(V)=(K(vi))相乘確定評價系統對安全等級聯系度向量為：

K(M)=(ω1,ω2,…,ωn)×

(3) 確定安全等級。若滿足

則待評對象安全等級為j。

3 實例驗證

為滿足沿海作戰需求，某航空單位承擔多機型飛行任務，維修任務重，用文中建立模型對該單位航空裝備維修安全進行實例驗證。

3.1航空裝備維修安全評價指標體系建立

指標的建立是實施安全評價的基礎，部分學者進行了相關研究。文獻[3]中建立了“飛行事故、地面事故、事故征候萬時率、重大危險性故障數”的綜合指數指標，劃分不夠具體；文獻[14]中按照“人為、裝備、環境、管理”建立航空維修安全末級指標，劃分相對粗糙且較難量化；文獻[15]中從維修安全和維修質量二方面構建指標，均為定量指標。文獻[5]中通過對航空裝備維修系統全面、細致分析，從“人，機、環、管”4方面構建航空裝備維修指標，較好適應評價環境，滿足安全評價要求。文中采用該指標進行研究[16]。如圖1所示。

圖1 航空裝備維修安全評價指標

根據調研情況，參照指標的構建結果，設指標“飛機因素”和“保障裝備”為“一票否決”指標。當評價對象“一票否決”指標評價分值低于“不合格”標準，即判定為整體不合格。

3.2安全等級劃分

為提高安全狀況優劣的識別程度，將安全等級論域劃分為5級，見表1。

表1 安全等級劃分

3.3基于改進變權可拓模型評價

在2016～2017年間，先后多次對該單位調研，以收集所需數據。根據模型需求，邀請航空裝備專家8位、飛行員代表2位共10人組成評價小組，對該單位實際狀況打分。小組成員熟悉航空裝備維修，且具備實踐經驗，確保了咨詢結果的可靠性。評價以問卷形式開展，按照百分制進行，分值越低說明該指標在維修中存在的風險因素越大。在文獻[5]中，作者組織專家對各指標重要程度投票，并利用熵權法建模求得指標固定權重(見表2)，本文在此基礎上進行變權研究。根據以往經驗，確定1級指標權重wi=(0.18,0.31,0.22,0.29)。

表2 安全評價指標變權求解及取值

(1) 變權求解。評價小組對該單位的打分情況見表2。依據評分結果，參照變權理論對評分進行核對，不存在“一票否決”指標不達標的情況。接著按照變權求解方法利用Matlab工具進行計算，對相對得分較低的指標進行“懲罰”和“突顯”。

由計算結果可以看出，得分越低，對應權值相對增大幅度越高，即在指標總權值不變的情況下，得分高、安全程度高的指標權值相應降低，所謂“安全無小事”，在求航空裝備維修總體隸屬等級時，低得分指標權值的增加更能真實體現實際安全狀況。

(2) 多級可拓模型求解與評價。針對表1，建立航空裝備維修風險等級域及評價因素集C={C1,C2,C3,C4,C5}={極差,較差,中,良,優}；1級指標V={v1,v2,v3,v4}。具體求解步驟如下：

① 確定v1的經典域和節域:

由此，v2、v3、v4的經典域和節域也可確定，這里不再贅述。

② 確定待評價對象物元。由考評細則定性對各指標打分確定待評對象物元，結果見表2。

③ 關聯度計算。以1級指標v1對應2級指標v11為例，進行關聯度計算：

則，對應關聯度為：

同理可得其他2級指標的關聯度(見表2)。

④ 進行多級可拓評價。首先進行2級評價，由2級指標權重向量與對應關聯度向量相乘確定上級指標風險等級關聯度。

以“人為因素”為例計算關聯度：

K(v1)=(0.2807,0.306,0.4133)×

(-0.64,-0.52,-0.28,0.092,-0.001)

則可求一級評價，即該航空單位裝備維修的總體評價：

K(M)=(0.18,0.31,0.22,0.29)×

(-0.615,-0.486,-0.229,0.083,-0.095)

3.4評價結果分析

(1) 安全狀況分析。評價結果顯示，該單位航空裝備維修安全狀態為“良”，對照2016年《規范化管理調研考評》情況，該單位航空裝備得分為843分(總分值1 000分)安全狀況較好，由此可見，模型評價結果與實際情況相吻合，驗證了本方法的合理性。通過總體關聯度可以看出，與狀態“良”的關聯度為0.083，與狀態“優”的關聯度為-0.095，且0.083lt;0.095，說明該單位航空裝備維修安全狀態更具有維持“良”狀態的特性，較長一段時間不會改變，應根據評價結果進行針對性改進。

由聯系度可以看出，各1級指標因素總體評價均為“良”，說明下屬指標存在一定安全隱患，需逐項進行排查。同時，“管理因素”與等級 “良”的關聯度為0.008，與等級“中”的關聯度為0.007，說明該指標具有從等級“良”轉向等級“中”的趨勢，需要重點防范；“裝、設備因素”有 從等級“良”轉向等級“優”的趨勢，需進一步規范保持。總的來說，該單位航空裝備維修工作整體較好，但存在較小風險。需在工作、保障時加以注意，或者嚴格執行相關安全規定、嚴格按照裝備維修規范開展工作，確保裝備維修安全。

(2) 多種評價模型方法對比分析。為驗證文中評價模型的可信性和科學性，設置了3組與文中模型方法相關的評價模型，依據文中數據對該單位裝備維修安全狀況進行評價，評價結果見表3。

表3 多種評價方法的評價結果

① 由方法1、2對比看出，使用熵權確定的安全等級也為4，但進行關聯度分析時發現，0.081gt;0.027，相對比方法1中關聯度0.083lt;0.095，方法2的評價結果更偏向狀態“優”，未體現出專家評分結果843分(總分為1 000分)所顯示的保持狀態“良”的趨勢，即掩蓋了評價對象部分指標惡化的現象。

② 由方法1、3對比，將改進變權模型處理的指標權重應用于模糊綜合評價中，通過確立隸屬度函數構建模糊判斷矩陣求解該單位裝備維修隸屬度評價得分為91.2，安全等級為5，安全狀態為 “優偏良”，等級隸屬度排序與實際存在偏差。并且，模糊綜合評價模型較難處理等級交叉問題，且無法具體到每個末級指標的狀態分析；多級可拓評價模型充分考慮等級狀態的均衡性，通過引入聯系度將處于相鄰等級間的分值進行區分，并能根據總體的安全狀態找到底層的“問題”指標，由此確定針對性的整改措施，提升評價效果。

4 結 語

基于改進變權的多級可拓模型能較科學、客觀地對航空裝備維修安全評價指標進行描述，同時能對各指標的動態特性進行刻畫。在根據調研數據及實際狀況確定指標固定權重后將模型應用于待評價的航空單位，結合各指標實際得分情況動態調整權值，然后由多級可拓模型評價結果進行安全等級劃分，并提出針對性整改措施，最后對多種方法比較分析，結果表明，文中模型動態性好、切合度高，為航空裝備維修安全評價提供了新的思路。

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SafetyAssessmentofAviationEquipmentMaintenanceBasedonImprovedVariableWeightandMulti-levelExtensibleModel

HUZongshun,HUANGZhijie,ZHUQian,LIUShenyang

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, Jiangsu, China)

An improved safety assessment method of aviation equipment maintenance was proposed.The problems of unchangeable weights, poor dynamical performance, cross-grade and extreme concealment in safety assessment of aviation equipment maintenance have been solved.Improved variable weight and multi-level extensible model were proposed.Based on functional relationship between assessment grades and weights built in this paper, by tapping potential information, it is penalized and highlighted those indicators with lower grades.The problem of inaccurate assessment resulted by many indicators or lower weights has been solved.Through an example analysis of an aviation equipment maintenance, this model can dynamically reflect the truth of the assessment system, and provide a method of modeling for the safety assessment of aviation equipment maintenance.

aviation equipment; variable weights; extensible model; safety assessment

X 928

A

1006-7167(2017)10-0308-06

2017-04-20

胡宗順(1992-)，男，河南信陽人，碩士生，主要從事航空四站保障技術與信息化研究。Tel.:13056202713； E-mail:2272110501@qq.com

黃之杰(1978-),男,江蘇宿遷人,博士,副教授,碩士生導師,研究方向:航空四站保障技術與信息化。Tel.:0516-82371681;E-mail:670940136@qq.com