基于模糊-价值理论的备件品种预测模型研究

马海英，周 林，刘 力

(空军工程大学导弹学院，陕西 三原 713800)

备件资源是实施装备维修的物质基础和重要保证，无论是平时训练还是战时抢修，备件资源的保障都占据着十分重要的地位，它直接影响着装备的战备完好性以及部队战斗力的保持和恢复。备件资源的保障有3 个要素，即品种、数量和成本，其中品种是最基本的要素。目前由于备件预测缺乏科学性，系统性和针对性，致使有的备件资源闲置，而有些装备得不到及时备件补充的情况普遍存在，严重阻碍了装备保障能力的保持和提高。因此确定合理的备件资源，尤其是备件品种的确定，是部队提高装备的战备完好性和机动能力的重要保证。

1 影响备件品种确定的因素

在武器装备服役的过程中，维修备件的确定不仅与备件的消耗特性有关系，而且与备件的储备特性有关系，是由备件的消耗特性和备件储备特性共同决定的。经综合考虑具体影响备件品种确定的因素有以下几点。

1.1 备件的消耗特性影响因素

1)备件的可靠性。备件的寿命、故障率以及备件所用的材料及制造工艺都对备件的可靠性有着重要的影响。不同类型的备件有不同的寿命，寿命较长的备件其消耗就少，相反其消耗就多。备件故障率是备件不能完成预定功能的时间的概率，在实际中，故障率越小，其可靠性越高;反之故障率愈大，可靠性就越差，电子元件就是按故障大小来评价其质量等级的。此外相同结构的备件由于使用的材料、制造工艺不同，导致其备件的质量也不相同。因此影响备件可靠性的因素有备件的寿命、备件的故障率以及备件所用的材料及制造工艺［1］。

2)备件的服役环境。备件的服役环境包括备件服役的自然环境和备件工作的系统环境。

备件服役的自然环境指备件在使用时的温度、湿度及工作介质(一般为大气)，自然环境的温度范围大致在-40℃～40℃，沿海地区服役的装备备件由于受盐雾气氛的影响容易发生腐蚀失效。

备件工作的系统环境指备件所在系统的性能。由于备件的工作是在和它相关联的其他部件相互作用的条件下工作的，因此当一个部件发生故障后，由于条件变化，而将导致其他还可以使用的部件也发生故障。

3)备件的管理水平。备件的管理水平是指人的因素对备件消耗的影响。比如操作人员的行动在技术素质、心理素质以及环境等因素的影响下产生的差错或者误操作，人为的误操作也可能造成一些部件故障等。

1.2 备件储存特性的影响因素

由于备件种类的繁多，考虑到备件费用和库存费用的影响，并不是所有的零部件都要储存，在实际储存备件时而是要考虑任务的轻重缓急，以不影响装备的战备完好性以及部队战斗力的保持和恢复为标准储存备件，因此备件储存特性的影响因素除备件本身的可靠性外还有以下因素:

1)备件的关键性。关键性反映了备件的重要性，指该件在装备系统中所起的作用以及对系统性能的影响程度，通常分为关键件、重要件和一般件。越关键的零部件，它的失效对整机的影响越大，就越需要储备该类备件［2］。

2)备件的维修性。维修性是继可靠性后，对备件的另一项重要指标要求。维修性好的部件，故障后能在短时间内得到修复，不易出现因失修而导致缺件的情况发生。维修性用平均故障修理时间(MTTR)来衡量。

3)备件的经济性。经济性指备件的成本或价格的高低。不同的备件其购置费用和储存保管费用是不同的。同时备件的配置总是在有限的国防经费制约下考虑，因此必须考虑经费的使用效益问题。因此备件的经济特性，是必须考虑的重要因素［2］。

4)备件的周转性。由于武器装备服役时间的长短、备件供应体制和维修体制的不同，导致备件周转时间有很大差别。服役时间较长的装备，由于战争条件的变化，后续不再生产，对某些备件供应时间较长，相反对于新服役的装备备件，其装备一直在生产中备件的供应时间相对要短一些。因此备件的周转性就说明了备件获得了难易程度。

综合以上分析，影响备件品种确定的因素归结为如图1所示。

图1 影响备件品种确定的因素

2 选择确定备件品种的方法

备件品种的方法包括:逻辑决断法、价值工程法、可靠性方法和模糊综合评判方法、FMEA 法、LORA 法等。逻辑决断法按预定程序对备件品种逐一进行逻辑决断，以确定是否设置该类备件。价值工程法通过功能分析和评价，计算出功能价值，选定备件品种［3］。可靠性方法是通过对零部件的维修策略、维修方式等分析研究，确定备件品种［4］。模糊综合评判方法应用模糊数学法综合评判，进行备件品种的决策［5］。虽然价值工程法和模糊综合评判法都分别考虑了影响备件品种的多种因素，但这两种综合方法还是具有一定的局限性，依据前文分析的影响备件品种确定的因素，尤其考虑备件的关键性和经济性，本文应用模糊综合评判法确定备件的重要性顺序，然后利用ABC 分类法依据备件的经济性确定备件储存的品种，建立备件品种的预测模型。

3 备件品种确定的组合预测模型

3.1 备件品种重要性的确定

由于影响备件品种确定的因素较多，且有的因素可以定量，有的因素只能做定性分析、比较，对于多因素决策可采用模糊聚类的分析方法来确定备件重要性的顺序［6］。

1)确定评价集。各备件按重要性可分为非常重要、重要、一般及不重要，因此确定备件品种的评价集为S ={非常重要，重要，一般，不重要}。

2)确定评价对象的因素集合。依据前面的影响因素分析，确定备件品种重要性的一级评价因素为备件的消耗特性和备件的储存特性，其二级评价因素分别为备件的可靠性、备件的服役环境、备件的管理水平、备件的关键性、备件的维修性、备件的经济性及备件的周转性。

3)分配评价因素权重。采用“群组评判法”，即由，n 位专家对两级共七个评价因素排序，最优的分值为7，依次为6，5，4，3，2，1，kij为第n 位专家对评价因素ui的评判值，由下式计算出各因素的评价权重aij，得评价因素权重向量A =即

4)构造综合评价矩阵

根据专家对被评对象对每个因素进行评价量化，得到模糊关系矩阵

5)综合评价合成算子，得到综合评价向量

6)把上述所得的评价向量进行单值化，可以得到其评价的结果。取评语集V={非常重要，重要，一般，不重要}的相应值为5，4，3，2，则每个备件总的重要性值为:

7)计算备件的重要性系数即:

其中:Fi为备件的重要系数;bi为备件的重要性值;n 为备件种类数。

3.2 备件的经济系数

备件的经济性包括购买、储备和维护等价段的费用同时也要考虑备件获得的难易程度。则备件的经济系数为:

其中:Ci为备件的经济系数;pi为备件的成本;n 为备件种类数。

3.3 计算备件的价值系数

将备件的关键系数与备件的经济系数之比作为备件的价值系数［7］。即

其中Vi为备件的价值系数。备件的价值系数越大，说明其在花费同等费用的情况下获得的功能越多，因此该备件应优先储备。

3.4 确定备件品种

依据前面所得的各备件价值系数的由大到小进行排序，若以相同的等间距排列在横坐标上，相应备件的经济系数累加百分比作为纵坐标。如图2 所示。把备件的经济系数累加百分比在0 到80%内的备件作为储存的备件，80%以外的备件舍去，这样就确定了该武器装备需要配置的备件品种。

图2 备件品种分类图

3.5 备件分类特征分析

1)A 类备件按照价值系数排序，并且备件经济性占总价值的80%。备件价值系数越大，在备件保障不足的情况下，造成的军事损失和经济损失越大，因此备件的价值系数越大，备件对武器装备保障度的影响较大，这些备件就必须作为备件储存的重点，因此A 类备件的品种就是备件储存品种的主要部分。

2)C 类备件由于重要性最小，可不作为储存的对象。

3)B 类备件处于A、C 两类之间，它的重要性介于二者之间，可作为备件储存品种的次要部分。

4 结束语

本文综合考虑影响备件品种的多种因素，运用模糊综合评判法确定备件的重要性，利用价值工程理论，以其重要性和经济性结合ABC 分类法确定备件储存的品种。这种方法综合考虑了备件影响装备性能的各种因素，对新型武器装备备件的品种进行确定兼顾了备件功能的最大实现和经济效优先原则。这种方法一方面可有效解决装备备件需求与储备之间日益突出的矛盾，且存在备件消耗大、储备结构不合理、备件采购费用高等问题，另一方面文中所见的模型可以利用Matlab 编程较为方便的实现，使模型的具有较好的应用价值。

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