模糊层次分析法在轮机管理中的应用

高 岚，李 俊，宋庆国

（武汉理工大学 能源与动力工程学院，武汉430063）

海洋更清洁、船舶更安全是当今航运业的两大主题。随着科学技术的发展，船舶上的硬件（指机电设备、导航仪器、自动控制设备等）已达到了相当完善、可靠的程度。船舶能否安全、高效、经济地营运，直接取决于管理者的管理水平。

1 轮机管理的管理模式及现状

1.1 四代管理模式

第一代管理：行为管理。它采用最简单、最原始的方法进行管理：自己干。当独自工作时，这一管理模式适用。第二代管理：指导性管理。这种方法通过专家指导其他人工作来调整自己的时间，并能使工作保持专家的水准。当雇佣新手时，需要严格地监督和详细地指导，这一管理模式适用。第三代管理：结果管理。在这种管理方法中，管理者告诉执行者完成某项任务所要达到的预期结果，以及什么时候完成这一任务，然后由执行者自己决定如何去实现这一任务。这是目前广为运用的一种方法。为了达到预定结果，执行者有时求助于扭曲机制和篡改数据的手段来实现这一结果。第四代管理：质量、科学方法和团队一体化相结合的综合管理。它避开了第一代管理中对生产能力的限制、第二代管理中的微观管理问题以及第三代管理中扭曲机制和篡改数字的问题。但怎样有效合理地把质量、科学方法和团队一体化结合起来，目前还没有一套完整有效的体系［1-2］。

1.2 船舶轮机管理的现状

现在远洋船舶管理体系执行的是ISM（国际安全管理）规则体系文件和程序文件。ISM规则是在海上安全和防止污染为加强管理的一项国际标准。它采用国际质量管理原理，将公司安全运行活动归纳成一套安全管理体系，实现活动规范化、工作程序化和行为文件化；从而将一切安全和防污染活动置于严格控制之下。它的侧重点就在于加强安全管理，提高公司人员和船员的素质，来防止或减少由于管理不当或操作不慎而引起的海难事故［3］。ISM规则的缺陷是太程序化，过少地考虑人的因素。该规则只注重结果，相当于第三代管理模式。船舶在具体实施这一规则时，为了达到ISM规则所规定的目标，总是以各种手段来篡改数据，做一些表面的文章来掩盖机电设备运行的实际状况，从这种意义上来说，ISM管理体系还不是很完美，需要进一步地完善。

由于船舶轮机系统属性多样、结构复杂，难以完全采用定量方法或简单归结为费用、效益或效率进行优化分析与评价，也难以在任何情况下，做到使轮机系统具有单一层次结构。这时需要首先建立多要素、多层次的分析系统，并采用定性与定量结合的方法，使轮机这一复杂系统的结构明朗化。

2 模糊层次分析法

这时采用层次分析法（AHP）来进行分析无疑是可行的。层次分析法（AHP）是一种将定性分析与定量测度结合起来的多目标决策分析方法，是解决复杂系统决策的有效工具，然而遇到不确定性和模糊性因素较多的问题时，难免受到打分者主观判断的影响，与实际情况偏差较大。因此对判断矩阵的权重通过技术处理，使其模糊化，且能在一定范围内变化，所得结果会更符合实际。这种方法就是模糊层次分析法，它比层次分析法更合理，更精确，而且也克服人为的主观判断的影响。因此模糊层次分析法为第四代轮机管理提供理论依据，应用在轮机管理中是合理可行的。

2.1 三角模糊数的定义及运算

定义1：若M＝（l，m，u），其中0＜l≤m≤u，称M为一个三角模糊数，其隶属函数表示为［4］：

定义2：设有模糊数 M1＝（l1，m1，u1），M2＝（l2，m2，u2），则 M1≥M2的可能度为：

其中λ∈［0，1］，λ值的大小取决于决策者的风险态度。当λ＞0.5时，称决策者是追求风险的；当λ＝0.5时，称决策者是风险中立的；当λ＜0.5时，称决策者是讨恶风险的；特别地，当λ＝1时，称p（M1≥M2）为 M1≥M2的悲观可能度；当λ＝0时，称p（M1≥M2）为M1≥M2的乐观可能度。本文取λ＝0.5。

2.2 模糊层次分析法的计算步骤

1）按问题要求建立一个描述系统功能或特征的内部独立的递阶层次结构模型。

2）通过专家打分和向管理人员调查，建立模糊判断矩阵。模糊判断矩阵包括同一层各因素的因素判断矩阵，以及与该层相关联的外层因素形成的方案判断矩阵。打分规则为，①对不能量化的因素，查询比例标度表确定分值大小（见表1）；②有数字指标时，可用两指标的比值作为权重。如指标5.5／2.2＝ 2.5，取（1，2.5，3）为模糊权重。模糊判断矩阵具有互反性质，设A＝（aij）n×n是判断矩阵，aij＝（lij，mij，uij）则有［5］

3）求局部因素模糊权重向量S和局部方案模糊权重矩阵F，形成局部权重向量N＝S×F，依此方法从最底层开始逐层向上计算，得到综合方案权重向量Q［4］。局部因素模糊权重向量S＝［S1，S2，…，Sn］由公式（3）求得，Sk表示局部因素模糊权重。

局部方案模糊权重为：

Fkt表示第t个方案对第k因素的局部方案权重值，t＝1，2，…，T，形成局部方案权重矩阵F＝［Fkt］n×T。

4）根据可能度公式（2）建立综合权重排序矩阵P，按照排序公式（5）计算，得到最终的方案排序向量ω，根据权重的大小值，判断各方案的优劣［5］。其排序向量ω＝（ω1，ω2，…，ωT）由向量ωi组成。

3 应用

3.1 船舶轮机系统的递阶层次结构模型

在对船舶的船员、机电设备和环境进行分析的基础上，建立了由机舱人员、机电设备和环境构成的层次结构模型，见图1。

图1 轮机系统的递阶层次结构

建立了船舶轮机系统的递阶层次结构，目的是通过模糊AHP来分析如何使轮机系统发挥最佳效能。这时就要考虑经济、安全等方面的因素，也就是从轮机系统管理的整体效率状况来进行分析，并考虑到在环境保护方面等等。于是把轮机系统的递阶层次结构转化为评价轮机系统管理效率的递阶层次，见图2。

由于篇幅有限，只给出船舶在进出港的状况，并且考虑的主要因素是船舶安全图3。

3.2 构造模糊判断矩阵

为使判断定量化，关键在于使任意两个方案关于某一准则的相对优越程度得到定量描述。必须仔细反复比较同一层任意两个元素，哪个元素重要一些，重要程度是多少，并对重要程度赋予一定权值，一般采用1～9标度法（见表1）。由专家打分给出的两两比较判断矩阵表，见表2～4。

表2 进出港时轮机管理水平指标因素判断矩阵

表3 管理制度指标因素判断矩阵

表4 管理制度指标方案判断矩阵

由图3可见，只以管理制度指标C2为例，管理制度指标C2下有两个因素：P4（岗位操作规程执行情况），P5（工作记录完整情况）；通过专家打分，得到因素判断矩阵和方案判断矩阵。依照此原理各因素都有一个因素矩阵和方案判断矩阵。

3.3 计算因素权重向量和方案权重矩阵

依公式（3）求得局部因素模糊权重向量为：

同理，由（4）式求得局部方案权重矩阵为：

那么局部权重向量为N＝S×F＝［（0.525，0.802，1.221）］。N表示管理制度指标方案中因素的权重大小，给出逐层计算求出各因素的局部权重向量，就可以得到综合方案权重向量Q。

3.4 计算方案排序向量

依公式（2）建立综合权重排序矩阵P，由排序公式（5）计算得到最终的方案排序向量

4 结论

最终的方案排序向量的结果分析，在船舶进出港时轮机系统中各要素重要性的排列顺序应为P1-P4-P3-P2-P9-P5-P8-P7-P6，并且P1要优先得多，即在船舶进出港时，机械设备的整机性能应处于比其它因素都高的地位。其次是岗位操作规程执行情况，说明在进出港期间，应严格按照驾驶台的命令操纵主机及其它机械设备。还可以看出，在人员指标方面，轮机部各成员的合作程度所占的权重远远超过了其它因素，这就说明了人员的合作，即轮机部的团队一体化的环境对轮机部整个系统的重要性，从而也说明了人为因素的科学性。

这一分析结果与实际船舶在进出港时的管理是一致的，且各因素得到具体的量化。这说明了用模糊层次分析法来对轮机管理进行分析这个方法是可行的，具有实用的价值。将该方法编译成软件，由轮机长和专家打分后对各船舶的机舱进行全面分析，根据得出结论并结合ISM规则由轮机长具体实施管理，解决轮机管理中的量化问题。进而将该方法推广到全船，由船长组织实施管理，能为船舶营运提供最佳的管理方法，为航运企业获得最大的利益。

［1］吴 恒.船舶动力装置技术管理［M］.大连：大连海事大学出版社，1999.

［2］黄 飞.船舶轮机“人-机”一体化管理模式的研究［D］.大连：大连海事大学，2005.

［3］夏治发.刘 超.ISM的实施与轮机管理力度的加强［J］.大连海事大学学报，2001，27（4）：107-109.

［4］徐泽水.三角模糊数学互补判断矩阵的一种排序方法［J］.模糊系统与数学，2002，16（1）：47-50.

［5］高 笑，赵宏伟，冯璞乔.模糊层次分析法在机场备用电源选择中的应用［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2005，23（1）：6-9.