船舶維修項(xiàng)目資源需求預(yù)測模型建模研究

姚 路，劉之萌，解 鋒

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

隨著戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，裝備建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，大量新型船舶陸續(xù)服役海軍，在不斷增強(qiáng)海軍力量的同時(shí)，也給船舶維修保障工作提出了更高要求[1]。船舶維修是典型的復(fù)雜大型項(xiàng)目，需要調(diào)動(dòng)大量資源，項(xiàng)目資源管理一般開始于項(xiàng)目計(jì)劃階段，是整個(gè)項(xiàng)目工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，能否對項(xiàng)目資源需求進(jìn)行科學(xué)預(yù)測將很大程度決定項(xiàng)目后續(xù)工作的順利開展[2]。

船舶維修資源包括人力資源、物力資源、財(cái)力資源和信息資源等，可分為消耗類資源和占用類資源，由于國防工作對于國家而言具有優(yōu)先屬性，因此軍隊(duì)項(xiàng)目考慮的主要制約為人員、設(shè)備、設(shè)施等占用類資源。本文將以某型船舶塢修項(xiàng)目為例，對船舶塢修時(shí)的各類資源進(jìn)行分析梳理，采用關(guān)鍵因素分析法選取待修船舶狀態(tài)評估指標(biāo)，建立待修船舶狀態(tài)評估模型和項(xiàng)目資源需求預(yù)測模型，可為船舶修理廠的資源配置和建設(shè)提供參考。

1 某型船舶塢修項(xiàng)目資源分析

船舶種類繁多，各型船舶的維修保障工作各具特點(diǎn)，要預(yù)測其保障資源相當(dāng)復(fù)雜。某型船舶是我國新一代多用途輕型護(hù)衛(wèi)船，數(shù)量多、使用廣，具有較強(qiáng)的代表性。本文以該型船舶為代表，開展船舶塢修項(xiàng)目資源預(yù)測的分析研究。

1.1 項(xiàng)目主要工作劃分

船舶塢修，是指船舶定期進(jìn)塢或者上排進(jìn)行檢修，清除船體污銹，恢復(fù)船體防護(hù)性能，排除船舶進(jìn)塢修理的故障。其主要工作如下。

1)檢查水線以下船體的外觀，外板除銹涂漆和局部除銹補(bǔ)漆。

2)原位檢修水下裝置及其附件，研磨海底門以及船舷閥，更換填料和犧牲陽極，修補(bǔ)或者更換損壞的降噪涂敷層。

該型船舶在塢修時(shí)，可根據(jù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分解分為6大工程分項(xiàng)。

1)塢內(nèi)工程。包括：結(jié)構(gòu)、艏艉柱、艙柜、海底閥箱檢修；螺旋槳、艉軸及密封、舵、減搖鰭、海底門檢修；淡海水、生活污水管系檢修；搭設(shè)塢墩、玻璃鋼包覆；外板、艙柜涂裝工程；進(jìn)出塢、吊運(yùn)保障。

2)動(dòng)力工程。包括：主機(jī)、齒輪箱、支點(diǎn)軸承檢修；發(fā)電機(jī)組；鍋爐本體清洗；鍋爐附件檢修；泵、通風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、制冷機(jī)、空調(diào)裝置、海水淡化裝置檢修；甲板機(jī)械檢修。

3)電氣工程。包括：發(fā)電機(jī)組和配電裝置檢修；電動(dòng)機(jī)及控制箱檢修；動(dòng)力、照明線路及燈具檢修；主副機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)檢修。

4)管系工程。包括：燃滑油系統(tǒng)管系檢修；淡海水系統(tǒng)管系檢修；艙底、消防系統(tǒng)管系檢修；通風(fēng)系統(tǒng)管系檢修；蒸汽系統(tǒng)管系檢修；液壓、空氣系統(tǒng)管系檢修；暖氣系統(tǒng)管系檢修。

5)居裝工程。包括：塢墩搭設(shè)；管路及艙室絕緣拆裝；內(nèi)裝房間裝修；玻璃鋼修復(fù)工程。

6)涂裝工程。包括：外板涂裝工程；艙、柜清潔；主副機(jī)艙清潔刷漆；船體下部設(shè)備涂裝。

1.2 項(xiàng)目資源分類

船舶維修項(xiàng)目資源可分為經(jīng)費(fèi)、水、電、氣、油等消耗類資源和人員、設(shè)備、設(shè)施等占用類資源，占用類資源受編制數(shù)量、培訓(xùn)時(shí)間等因素限制，難以在短期內(nèi)快速形成，因此是項(xiàng)目資源管理的重點(diǎn)關(guān)鍵。這里主要考慮的占用類資源為人員、設(shè)備、設(shè)施3種，該型船舶塢修項(xiàng)目涉及的人員、設(shè)備、設(shè)施資源可作以下分類。

1)人員分類。①技術(shù)人員的專業(yè)和級(jí)別。專業(yè)：船體、輪機(jī)、電工、管工、居裝、涂裝、吊運(yùn)。級(jí)別：助理工程師、工程師、高級(jí)工程師。②作業(yè)人員的專業(yè)和級(jí)別。專業(yè)：鈑金、電氣焊、鉗工、木工、輪機(jī)、船體、管工、居裝、涂裝、吊運(yùn)。級(jí)別：初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)。

2)保障設(shè)備分類。①變距槳葉劃螺距、靜平衡工裝；②高壓泵-油頭試驗(yàn)臺(tái)；③拖船；④真空浸漆設(shè)備；⑤烤爐；⑥過程效驗(yàn)儀；⑦負(fù)荷箱。

3)保障設(shè)施分類。①碼頭；②廠房；③船塢。

2 構(gòu)建船舶塢修項(xiàng)目資源預(yù)測模型

針對船舶維修保障項(xiàng)目資源中的人員、設(shè)備、設(shè)施，圍繞船舶塢修項(xiàng)目資源保障工作范圍，開展對這3種保障資源的需求預(yù)測分析與研究。

2.1 船舶塢修項(xiàng)目資源需求特點(diǎn)分析

塢修項(xiàng)目保障資源也就是本課題的預(yù)測對象，具有其自身的特點(diǎn)規(guī)律：一是預(yù)測對象總體的必然性和個(gè)體的偶然性。項(xiàng)目具有相同的一般流程，但在流程的各個(gè)階段又具有其特殊性，維修所需的各類資源不盡相同。對每一艘待維修船舶來說，其維修項(xiàng)目的資源需求存在總體的必然性，但同時(shí)存在個(gè)體的偶然性。在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的體現(xiàn)就是，每一艘船舶所需要的維修資源均有一個(gè)底數(shù)，如一定的維修人員類型和數(shù)量、一定的維修工時(shí)、一定的維修設(shè)備，而個(gè)體船舶塢修項(xiàng)目所需的項(xiàng)目資源為在此基礎(chǔ)上資源量的適當(dāng)增加或減少。二是預(yù)測對象的無序性。項(xiàng)目資源需求與待修船舶狀態(tài)有關(guān)，而與其到來的順序無關(guān)。

針對這種典型帶不確定信息的統(tǒng)計(jì)預(yù)測問題，從以往維修數(shù)據(jù)能夠給出塢修資源較為明顯的分類。因此，如果能夠在塢修之前初步估計(jì)該待維修船舶的塢修級(jí)別，我們就能據(jù)此給出一個(gè)較為合理的塢修資源預(yù)測。這就需要綜合分析歷史的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、目前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的類型等相互關(guān)聯(lián)的帶一定模糊性的信息，并建立合適的預(yù)測模型，給出船舶塢修的項(xiàng)目資源需求預(yù)測。

2.2 船舶維修項(xiàng)目資源需求預(yù)測輸入與方法

預(yù)測模型可劃分為2個(gè)部分，一部分是以待塢修船舶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為輸入的船舶狀態(tài)評估模型，另一部分為基于模糊信息的統(tǒng)計(jì)加權(quán)預(yù)測模型。

1)歷史數(shù)據(jù)處理。考慮維修資源需求預(yù)測對經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的要求，提出歷史數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理方法。主要工作是對以往的項(xiàng)目信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)收集，分別統(tǒng)計(jì)各類資源的需求消耗量，為資源需求預(yù)測提供有效參考。

采集數(shù)據(jù)類型包括：技術(shù)人員的專業(yè)、級(jí)別、數(shù)量、時(shí)間(天數(shù))；作業(yè)人員的專業(yè)、級(jí)別、數(shù)量、時(shí)間(小時(shí))；保障設(shè)備和設(shè)施的類型、型號(hào)(規(guī)模)、數(shù)量、時(shí)間。對于數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要是采用聚類的方式分類，將船舶塢修項(xiàng)目的所需資源分為3個(gè)檔次，計(jì)算各檔次的統(tǒng)計(jì)平均值，以此對應(yīng)塢修項(xiàng)目各級(jí)別(一般、較嚴(yán)重、嚴(yán)重)的資源需求量。同理可以得出船舶各工程分項(xiàng)的塢修各級(jí)別的資源需求量。

2)船舶狀態(tài)評估。考慮維修資源需求預(yù)測對待維修船舶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的要求，提出船舶當(dāng)前狀態(tài)評估方法。

(1)船舶待修狀態(tài)關(guān)鍵因素分析。決定船舶待修狀態(tài)的影響因素眾多，待維修船舶狀態(tài)的初步評估需篩選出科學(xué)合理的評估指標(biāo)。根據(jù)指標(biāo)確定的理論，理想指標(biāo)往往應(yīng)滿足完整性、可運(yùn)算性、可分解性、無冗余性等原則[3]。考慮待修船舶實(shí)時(shí)狀態(tài)評估指標(biāo)的特點(diǎn)以及理想指標(biāo)原則要求，本文采用合理性、必要性、獨(dú)立性和可測性作為指標(biāo)篩選的屬性原則,指標(biāo)篩選屬性含義如表1所示。

表1 指標(biāo)篩選的屬性含義

首先考慮待修船舶實(shí)時(shí)狀態(tài)可從客觀和主觀2個(gè)方面進(jìn)行評估：①船舶的常規(guī)運(yùn)行即上次維修至今航行參數(shù)；②操作者根據(jù)航行過程對于船舶狀態(tài)的判斷。根據(jù)指標(biāo)篩選原則要求，常規(guī)航行參數(shù)可選取3個(gè)：航行時(shí)間、航行里程、運(yùn)行時(shí)間，操作者根據(jù)航行過程對船舶狀態(tài)的判斷指標(biāo)可設(shè)計(jì)為該船舶指揮人員對于船舶狀態(tài)的打分評估情況。

(2)船舶待修狀態(tài)評價(jià)模型。根據(jù)上述關(guān)鍵因素分析得到的評估指標(biāo)，我們建立如下模型：

I2i=0.4I1+0.6Pi，

其中：T0、S0、T1均為常數(shù)，表示船舶維修后至下一次維修的理論航行時(shí)間、航行里程、間隔時(shí)間；Th、Sh、Tw表示該船上次維修后的實(shí)際航行時(shí)間、航行里程、間隔時(shí)間;I1表示該船總體的維修指數(shù);L0表示該船總體的塢修級(jí)別；I2i表示該船第i個(gè)工程分項(xiàng)的維修指數(shù);Li表示該船第i個(gè)工程分項(xiàng)的維修級(jí)別；Pi表示該船船長對于該船使用過程中的初步評估，取值1、2、3,對應(yīng)6大工程分項(xiàng)的狀況為一般、較嚴(yán)重、嚴(yán)重。

3)基于模糊信息的統(tǒng)計(jì)加權(quán)預(yù)測模型。在得到待維修船舶塢修級(jí)別的初步評估后，我們再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到3聚類統(tǒng)計(jì)平均值，建立如下對資源數(shù)量的預(yù)測模型：

R=∝R1+βR2+γR3，

其中,R表示維修過程中某類資源的需求數(shù)量；R1、R2、R3則分別表示該類資源對應(yīng)塢修級(jí)別的歷史統(tǒng)計(jì)均值。∝、β、γ代表加權(quán)系數(shù)，根據(jù)專家評定，暫定取值為：

3 案例分析

某廠計(jì)劃對一艘某型船舶進(jìn)行塢修，該船維修后至下一次維修的理論航行時(shí)間、航行里程、維修間隔時(shí)間為1×104h、7.4×103km、2 a，實(shí)際航行時(shí)間、航行里程、維修間隔時(shí)間為9×103h、8.33×103km、1.8 a，對于該船使用過程進(jìn)行初步評估，對工程分項(xiàng)的評估結(jié)果分別為1、3、2、2、3、2。

以塢內(nèi)工程為例分析，所需技術(shù)人員與作業(yè)人員部分保障信息見表2，作業(yè)人員工時(shí)數(shù)需求表見表3。

下面以作業(yè)人員工時(shí)數(shù)為例，當(dāng)i=1時(shí)，根據(jù)船舶狀態(tài)模型計(jì)算可得：

L0=1，

I21=0.4I1+0.6P1=0.996，

L1=1。

即塢內(nèi)工程評價(jià)狀態(tài)為一般，再根據(jù)基于模糊信息的統(tǒng)計(jì)加權(quán)預(yù)測模型。

Rij=∝Rij1+βRij2+γRij3，

其中，Rij表示該塢修項(xiàng)目的塢內(nèi)工程i專業(yè)j級(jí)別作業(yè)人員作業(yè)工時(shí)數(shù)，Rij1、Rij2、Rij3表示塢內(nèi)工程i專業(yè)j級(jí)別作業(yè)人員作業(yè)工時(shí)數(shù)在塢修級(jí)別為一般、較嚴(yán)重、嚴(yán)重時(shí)的歷史統(tǒng)計(jì)均值。可得塢內(nèi)工程作業(yè)人員工時(shí)數(shù)預(yù)測結(jié)果見表4。

表2 塢內(nèi)工程所需技術(shù)人員與作業(yè)人員保障信息表

表3 塢內(nèi)工程作業(yè)人員工時(shí)數(shù)需求表 h

表4 塢內(nèi)工程作業(yè)人員工時(shí)數(shù)預(yù)測結(jié)果表 h

同理，我們可按此法分類得到各工程分項(xiàng)人員、設(shè)備、設(shè)施資源需求預(yù)測結(jié)果。

4 結(jié)束語

船舶維修保障項(xiàng)目資源需求預(yù)測是船舶維修保障項(xiàng)目中的重要一環(huán)，本文所建立的模型方法具有一定的普適性，預(yù)測結(jié)果對船舶修理廠及海軍有關(guān)業(yè)務(wù)部門制定維修項(xiàng)目計(jì)劃和配置項(xiàng)目資源能夠提供一些參考，但不足之處在于項(xiàng)目歷史數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還需要在工作中通過大量采集數(shù)據(jù)和研究分析來不斷提高，船舶狀態(tài)評估系數(shù)還可進(jìn)一步論證，項(xiàng)目各級(jí)別加權(quán)系數(shù)可根據(jù)艦船狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化處理，以提高預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。