基于ANFIS的裝備維修保障能力生成度評估

王申坪，李忠海，李忠光，李建華，董 薇

(國防大學(xué) 聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院，北京 100089)

裝備維修保障能力是后裝保障能力的重要組成部分，目前，裝備維修保障組織機(jī)構(gòu)的維修保障能力發(fā)展程度參差不齊，能力生成的指導(dǎo)方案也不盡相同，因此如何科學(xué)評估裝備維修保障能力生成水平就顯得十分重要。為了量化裝備維修保障能力生成水平，使用裝備維修保障能力生成度來表征裝備維修保障能力生成水平的高低，能力生成度值越大代表能力生成水平越高。為全面反映裝備維修保障能力生成度的內(nèi)涵，構(gòu)建了涵蓋八種要素的指標(biāo)體系。由于指標(biāo)體系要素多，且要素具有不確定性和模糊性，本文使用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對裝備維修保障能力生成度進(jìn)行評估。

自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型(Adaptive Network based Fuzzy Inference System，ANFIS)，是模糊推理系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展，同時(shí)具備神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)與模糊推理系統(tǒng)模糊信息處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，特別適合解決多變量、非線性系統(tǒng)的建模問題。該模型能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提取特定的模糊規(guī)則，形成模糊隸屬度函數(shù)，得出的判斷規(guī)則比較客觀，可避免專家主觀偏好帶來的影響[1]。

1 裝備維修保障能力生成度指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

綜合考慮裝備維修保障能力生成度評估的科學(xué)性和合理性，評估指標(biāo)體系的構(gòu)建選取了保障人員專業(yè)性、保障體系科學(xué)性、組織機(jī)構(gòu)融合性、籌供儲(chǔ)水平、保障經(jīng)費(fèi)合理性、信息共享程度、風(fēng)險(xiǎn)控制和技術(shù)資料完備性等八方面內(nèi)容[2-3]。

1)保障人員專業(yè)性

維修保障人員專業(yè)性通常用職業(yè)素質(zhì)來衡量。裝備維修保障人員職業(yè)素質(zhì)包括軍地維修保障人員職業(yè)意識、職業(yè)知識、職業(yè)技能、職業(yè)道德和職業(yè)心理。其個(gè)體維修保障職業(yè)技能也可以通過學(xué)歷水平、專業(yè)培訓(xùn)、軍事體能、文化素養(yǎng)情況綜合評判。其單位裝備維修保障人員維修技能高低通常由自主維修率衡量[4-5]。

2)保障體系科學(xué)性

一是維修保障作業(yè)內(nèi)容完善性。各級裝備維修保障匯總、申請和批復(fù)不但要明確故障部位、分級分類等維修專業(yè)技術(shù)說明，還要明確任務(wù)總體目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)限、戰(zhàn)場環(huán)境、防護(hù)、輸送和機(jī)動(dòng)等情況。二是維修保障作業(yè)模式合理性。部分新型復(fù)雜裝備采用兩級作業(yè)體系比較合理，并且，兩級作業(yè)體系的層級也有“浮動(dòng)”情況。如有的裝備適合從旅級到基地級的作業(yè)體系，從而減少軍屬維修保障機(jī)構(gòu)這一環(huán)節(jié)。三是維修保障作業(yè)節(jié)點(diǎn)耗時(shí)長短。如一般規(guī)定某裝備小修時(shí)間通常幾小時(shí)，但是卻花費(fèi)數(shù)天時(shí)間，可以判定作業(yè)超期。

3)組織機(jī)構(gòu)融合性

組織機(jī)構(gòu)融合性主要包括三項(xiàng)主觀指標(biāo)：一是融合基礎(chǔ)，主要包括國防工業(yè)開放程度、“民參軍”規(guī)模、“私參公”實(shí)力等。二是融合深度，主要包括裝備維修保障器材和保障裝備科研生產(chǎn)社會(huì)化、地方裝備維修保障人才社會(huì)化、軍隊(duì)裝備維修保障社會(huì)化、裝備維修保障國防動(dòng)員社會(huì)化等。三是融合效果，主要包括地方經(jīng)濟(jì)效益和裝備維修保障企業(yè)組織競爭力等[8-9]。

4)籌供儲(chǔ)水平

主要是對各級維修保障力量的輔助設(shè)施設(shè)備與裝備的更新配套情況整體能力水平的衡量。

5)保障經(jīng)費(fèi)合理性

一是裝備維修保障經(jīng)費(fèi)渠道順暢性。二是裝備維修保障經(jīng)費(fèi)管理精細(xì)程度。三是裝備維修保障價(jià)格形成機(jī)制靈活性。

6)信息共享程度

一是信息互操作能力強(qiáng)不強(qiáng)。二是信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化水平高不高。三是信息采集手段多不多。

7)風(fēng)險(xiǎn)控制

一是合同執(zhí)行力控制。包括考量法規(guī)的強(qiáng)制約束力和企業(yè)的存續(xù)能力[10]。二是保障質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制。三是戰(zhàn)斗凝聚力控制。包括從事維修保障活動(dòng)的軍官、士官、士兵、現(xiàn)役文職人員、文職人員、職工和臨時(shí)職工等軍地各級維修保障組織人員的政治立場、戰(zhàn)斗精神、為國奉獻(xiàn)、愛崗敬業(yè)、為軍服務(wù)的職業(yè)道德文化認(rèn)同感。

8)技術(shù)資料完備性

技術(shù)資料方面的評估參數(shù)主要考慮技術(shù)資料數(shù)量配套率和技術(shù)資料品種配套率。

由于指標(biāo)體系指標(biāo)數(shù)量多，而且非線性和不確定性特征明顯，為了減少主觀偏好、增強(qiáng)客觀判斷，本文使用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建了裝備維修保障能力生成度評估模型。

2 自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型

2.1 模型結(jié)構(gòu)

自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用的是Sugeno型模型系統(tǒng)，由前件和后件構(gòu)成。其典型的模糊規(guī)則形式為：如果x設(shè)為A，y設(shè)為B，則z=f(x,y)，其中前件模糊集合為A和B，而后件精確函數(shù)為z=f(x,y)，輸入變量x和y的多項(xiàng)式為f(x,y)，當(dāng)f(x,y)為一階多項(xiàng)式時(shí)，即為一階Sugeno模糊網(wǎng)絡(luò)模型，其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 ANFIS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(2輸入單輸出)

第1層：單元代表模糊分割后的模糊子集，隸屬函數(shù)采用鐘形函數(shù)；

第2層：每個(gè)單元用“∏”標(biāo)注，把輸入變量組合成相應(yīng)的規(guī)則，輸出為所有輸入的算術(shù)乘積；

第3層：每個(gè)單元用符號“N”標(biāo)注，把規(guī)則的激勵(lì)強(qiáng)度進(jìn)行歸一化處理；

第4層：每個(gè)單元用符號“f”標(biāo)注，活化函數(shù)fi為線性函數(shù)，輸入為網(wǎng)絡(luò)的輸入及歸一化激勵(lì)強(qiáng)度；

第5層：輸出層用符號“∑”標(biāo)注，總輸出為

2.2 指標(biāo)體系樣本采集

為了確定模型的輸入，采用專家調(diào)查法(Delphi)法與層次分析法(AHP)法綜合確定各指標(biāo)權(quán)重。專家調(diào)查法用專家咨詢表來評價(jià)，咨詢對象以10～30位專家為宜，咨詢依據(jù)為兩兩相對重要性的指標(biāo)構(gòu)造的各層矩陣，確定權(quán)重方法為層次分析法。然后對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行“變權(quán)”處理。各項(xiàng)指標(biāo)因子的綜合值與單項(xiàng)值都能裝備維修保障能力生成度的高低，為客觀起見，再用變權(quán)綜合法對初始樣本進(jìn)行調(diào)教，達(dá)到激勵(lì)與懲罰極好和極差值的目的。

3 能力生成度評估算例分析

裝備維修保障能力生成度評估包括以下3個(gè)步驟：模糊處理和量化數(shù)據(jù)；用相關(guān)的隸屬函數(shù)確定隸屬度；輸入采集的樣本數(shù)據(jù)對ANFIS評估模型進(jìn)行訓(xùn)練，誤差符合相關(guān)要求。

結(jié)合裝備維修保障實(shí)際，模擬采集數(shù)據(jù)并處理后獲得的樣本數(shù)據(jù)如表1所示。其中1～10組數(shù)據(jù)為經(jīng)過量化和模糊處理，并求出隸屬度的樣本數(shù)據(jù)。

表1 樣本數(shù)據(jù)

本文模型為8輸入單輸出模型，模型結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 評估模型結(jié)構(gòu)

運(yùn)行Matlab仿真軟件[9-10]，經(jīng)過200步迭代訓(xùn)練后，ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練誤差僅為4.1×10-3，模糊規(guī)則數(shù)為12個(gè)。由此可見，ANFIS網(wǎng)絡(luò)模型不僅能大大減少模糊規(guī)則個(gè)數(shù)，還可以有效提高誤差精度，評估模型如圖3。

圖3 ANFIS網(wǎng)絡(luò)評估模型

其中11～15組數(shù)據(jù)為抽測的五家裝備維修保障機(jī)構(gòu)能力生成度待測評數(shù)據(jù)，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2。

表2 五家裝備維修保障機(jī)構(gòu)采集數(shù)據(jù)

從評估結(jié)果來看，編號15的裝備維修保障機(jī)構(gòu)能力生成度最高，可以推測出該裝備維修保障機(jī)構(gòu)走在了這五家裝備維修保障機(jī)構(gòu)的前列，可以作為裝備維修保障能力生成的先行試點(diǎn)進(jìn)行推廣應(yīng)用；編號12號裝備維修保障機(jī)構(gòu)能力生成度最低，可以推測該裝備維修保障企業(yè)機(jī)構(gòu)屬于裝備維修保障能力深度發(fā)展戰(zhàn)略中較為落后的。這也與各方案的指標(biāo)因素特點(diǎn)一致，根據(jù)評估結(jié)果即可迅速判斷出裝備維修保障能力程度發(fā)展最好的裝備維修保障機(jī)構(gòu)，為推動(dòng)裝備維修保障能力深度發(fā)展提供了量化指標(biāo)，宏觀上能清晰了解裝備維修保障機(jī)構(gòu)裝備維修保障能力發(fā)展程度，為進(jìn)一步深化裝備維修保障能力創(chuàng)新發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)論

通過建立網(wǎng)絡(luò)評估模型，對裝備維修保障能力生成度進(jìn)行量化處理，得出裝備維修保障能力深度發(fā)展過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的評價(jià)指標(biāo)體系，明確裝備維修保障機(jī)構(gòu)的能力生成過程和程度，對深化研究裝備維修保障機(jī)構(gòu)裝備維修保障能力發(fā)展具有一定參考價(jià)值。