舰船装备海上维修方式决策方法探讨

杨 波，陈 雅，王旻晖

（1.海军工程大学管理工程系，湖北武汉 430033；2.海军装备部装备采购中心，北京 100071）

舰船装备海上维修方式决策方法探讨

杨 波1，陈 雅1，王旻晖2

（1.海军工程大学管理工程系，湖北武汉 430033；2.海军装备部装备采购中心，北京 100071）

维修方式的选择是制定舰船装备海上维修方案的重要步骤，采取合理的维修方式能有效提高装备维修保障效能。在总结现有维修方式决策方法的基础上，针对舰船装备海上维修的特点，考虑舰船装备在海上发生故障的安全性、任务性和经济性三方面的影响，研究了一种将逻辑决断分析法和模糊网络层次分析法相结合的维修方式决策方法。逻辑决断图的设计能为部分装备快速选择出最佳的维修方式，模糊网络层次分析是对逻辑决断分析的补充，能为其他装备进行维修方式的决策提供参考。

舰船装备；维修方式决策；逻辑决断图；模糊网络层次分析

目前，中国海军正处于从近海走向深蓝的转型期，远海训练、勤务的常态化对装备的维修保障提出了更高的要求，而为舰船装备选择合适的海上维修方式是加强舰船装备维修保障效能的重要措施。纵观舰船装备维修管理的发展历史，其基本维修方式可总结为事后维修（Corrective Maintenance，CM）、定时预防性维修（Time Based Maintenance， TBM）、视情维修（On Condition Maintenance，OCM）和改进性维修（Modification）四大类［1］。其中改进性维修是通过重新设计，是从根本上使维修更容易甚至消除维修的方式，超出了舰员级维修的范围，因此不考虑用于舰船海上维修。事后维修、定时预防维修和视情维修有着不同的特点，需要根据设备的运行特点、故障模式、故障规律等从设备的可靠性、维修性和经济性等多方面来综合考虑，确定最佳的维修方式。笔者针对上述问题，研究舰船装备海上维修方式决策的方法。

1 维修方式决策方法的确定

维修方式决策问题是典型的多属性决策问题。当前，关于维修方式决策方法总结起来主要有以下几种。

1.1 根据设备故障模式特征决策法

主要从故障后果是否严重、状态是否渐变、状态是否聚集和状态是否可测等方面来判断并选择合理的维修方式［2］。对于故障后果不严重、故障突发的设备，主要采用事后维修方式；对于状态渐变、离散且不可测的设备故障，主要采用定期维修方式；对于后果严重、状态渐变、聚集且可测的设备故障，则采用视情维修方式。

1.2 根据设备重要程度决策法

这种决策方式的决策原则是：按照重要程度大小对设备进行划分，对于关键设备，在技术可行和经济可行等条件满足的前提下，首选考虑采用状态维修策略，不可行时也必须采取定期维修策略；对于主要设备，除了在故障突发的特殊情况下，都应采用定期维修策略；对于次要设备，由于其故障后果影响甚微，因而采用事后维修的方式［3-4］。

1.3 运用逻辑决断图决策法

逻辑决断图分析法［5-6］是可靠性维修理论中的重要方法，它将设备维修所考虑的各种因素输入到逻辑决断图中进行分析决断，通过不断的“是”、“否”回答完成决断过程，最后确定出最佳的维修方式，具有清晰易懂的特点。

1.4 运用综合评判模型决策法

目前国内外常用的综合评判模型主要有专家评判模型、经济分析模型和运筹学模型三大类。其中被用于进行维修方法决策的主要有模糊综合评判法和层次分析法。

1.4.1 模糊综合评判法

模糊综合评判法是对含有一些差异界限不明确因素的事物进行单级或多级评判的方法，是一种定性和定量相结合的评判方法，对影响因素多而且因素的评定具有模糊性，又需分层的复杂系统的评判非常有效。文献［7-9］等均采用模糊综合评判法来解决维修方式决策的问题。

1.4.2 层次分析法

层次分析法是根据具有递阶结构的目标、子目标、约束条件对方案进行评判，利用判断矩阵确定各评判因素的相对权重，以此择优排序的方法，是一种定性与定量相结合的方法［10-13］。然而在用层次分析法进行维修方式决策时均假设各维修方式在所有属性下的评价及属性的权值都是确定性的，而在实际情况下决策者很难给出清晰的属性权值。为了弥补这个问题，文献［14］提出用模糊层次分析法进行维修决策。另外，在用层次分析法进行决策的过程中仅仅对目标、准则和方案间由下而上的支配层次关系进行考虑，没有考虑到准则、元素集、元素之间的相互影响关系，具有一定的局限性，而网络层次分析法能有效地解决这一问题，但目前用网络层次分析法解决维修方式决策问题的文献甚少。

在上述方法中，逻辑决断图分析法具有简单易行、逻辑性强的特点，能在时间短、开支少的情况下，利用专家、使用人员和维修人员的经验对设备分类，确定出设备建议采用的维修方式等优点。然而，由于其要求按照非此即彼的方式从设定好的有限的问题中明确选择出其中某个特定的结果，这种方式与人的思维的模糊性不相符合，对于某些设备对应的决断图中的某些问题，有时存在选择上的困难。而综合评判法是定性、定量相结合的方法，能把多目标、多准则又难以全部量化处理的决策问题简单化，是被广泛接受和使用的多属性决策方法，尤其是模糊网络层次分析法，将复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使复杂问题得到了有效简化，不仅考虑到了目标、准则和方案间的支配和相互影响关系，还考虑到了评价指标的模糊性，提高了决策的准确性，有效地利用逻辑决断图简单明了、操作性强的特点，并规避其不确定性和不准确性的缺点。笔者将逻辑决断图分析法与模糊网络层次分析法相结合，进行舰船装备海上维修方式的选择。

2 舰船装备海上维修方式决策分析

舰船装备在海上连续工作的时间长、强度大，且受恶劣的海洋环境的影响，不可避免地会导致某些装备在远航过程中发生故障，而在执行任务过程中的装备发生故障不仅会影响任务的顺利执行，带来重大经济损失，甚至可能会危及舰员的生命安全，造成灾难性后果，因此，在对舰船装备进行海上维修方式决策时，需要综合考虑安全性影响、任务性影响和经济性影响。据此，可构建如图1所示的舰船装备维修方式决策的逻辑决断图。

通过逻辑决断分析，可为一部分装备选出合适的维修方式，但由于逻辑决断只是定性的分析，所以多数装备需要进行进一步决策才能确定出最佳的维修方式，下面建立模糊网络层次分析模型来对这部分装备进行维修方式决策，其决策过程分以下几个部分。

2.1 构建舰船装备维修方式决策的层次结构

网络层次分析模型的结构包含三个层次：

1）最顶层是目标层，即维修策略的选择。

2）第二层为准则层，包括安全性影响、维修费用和可用度。

3）第三层是由CM、TBM和OCM组成的方案层。准则层与方案层之间存在支配和反馈关系，准则层内部存在相互影响的关系。

其结构如图2所示。

2.2 搜集数据进行配对比较

采用德尔菲法，通过专家评价得到各指标的权重。具体步骤如下：

向领域内的5个专家（3个维修人员，2个分管相应装备的舰员）询问以下3组问题：

问题A：将维修费用、安全性影响和可用度3个准则进行两两比较，其相对重要度如何？

问题B1：以安全性影响为准则，将CM、TBM和OCM三种维修方式降低安全性影响的能力进行两两比较，其结果如何？

问题B2：以费用为准则，将CM、TBM和OCM三种维修方式所需的费用进行两两比较，其相对经济性如何？

问题B3：以可用度为准则，将CM、TBM和OCM三种维修方式提高装备可用度的能力进行两两比较，其结果如何？

问题C1：考虑CM策略，对安全性影响、费用和可用度进行两两比较，分别评价满意度。例如，费用和安全性影响的比较，即考虑所花费的费用，对其降低安全性影响的能力的满意度为多少？换言之，采用CM策略所降低的安全性影响值得花费这么多的费用么？

问题C2：考虑TBM策略，对安全性影响、费用和可用度进行两两比较，分别评价满意度。

问题C3：考虑OCM策略，对安全性影响、费用和可用度进行两两比较，分别评价满意度。

为方便专家给出答案，确定出了相应的比较范围，如表1所示，专家根据自己的知识和经验，参照表1给出相应的答案，取其平均值作为两两比较的数据。

表1 重要度和满意度描述的取值范围

通过上述方式得到的模糊数用于构造以下形式的两两比较矩阵。

2.3 评估优势度

由于用超级矩阵计算排序结果，转化模糊优势度为数值优势度这一步骤只能以确定的值进行计算，因此在进行各元素的两两比较之后，将以模糊数形式表示的优势度转化为数值形式，再将其输入到超级矩阵中进行计算。

首先，利用模糊数的运算法则计算初级优势度，计算方法如下：

然后，将初级优势度转化为数值形式，转化过程如下：

1）计算˜Si≥˜Sj的可能度，计算方法如下：

3）用以下公式得到模糊判断矩阵中各元素的数值优势度

2.4 计算排序结果

排序结果的计算步骤如下：

1）将基于以上两两比较矩阵获得的归一化的特征向量值输入到超矩阵列向量，确定出未加权超矩阵：

其中，W12表示方案层相对于准则层的权重，为3×3矩阵，W21表示准则层相对于方案层的权重，为3×3矩阵，W22表示准则层的内部影响，为3×3矩阵，W23准则层相对于目标层的权重。方案层内部元素之间，目标层与方案层之间，目标层相对于准则层不存在反馈或依赖关系，因此其输入为0。

2）超矩阵W的每一元素Wij都是基于一个两两比较矩阵获得的归一化特征向量，列和为1，但是，W不是归一化矩阵，为了方便计算，用加权矩阵使超矩阵的每列归一化，得到加权超矩阵。

3）使用幂法，即通过加权超矩阵自乘的方法（每一次自乘都需要将列向量归一化），使矩阵各列向量保持不变，得到极限超矩阵。在极限超矩阵中，权重最大的维修策略即为所选择的最优维修策略。

3 结束语

笔者对现有的维修方式决策方法进行了总结与分析，并在此基础上，根据海上舰船装备的特点，提出了一种将逻辑决断分析法和模糊网络层次分析法相结合，以装备故障的安全性、任务性和经济性影响作为基本准则的维修方式决策方法。在决策过程中所考虑的维修方式包括事后维修、定时预防性维修和视情维修。所提出的决策方法能充分利用逻辑决断图和模糊网络层次分析法的优点，可为舰船装备海上维修方式的决策提供理论支撑。

（References）

［1］吴建忠，何海龙，陈志兵，等.维修思想发展综述［J］.装备指挥技术学院学报，2003，14（3）：20-23.WU Jian-zhong，HE Hai-long，CHEN Zhi-bing，et al.Review of maintenance thought development［J］.Journal of Equipment Commanding Technique College，2003，14（3）：20-23.（in Chinese）

［2］李晶.设备故障发生规律与维修方式的选择［J］.医疗装备，2009，（1）：65-66.LI Jing.Study on the regularity of equipments failure and the selection of maintenance mode［J］.Medical Equipment，2009，（1）：65-66.（in Chinese）

［3］C G L H Fe lix，J R C Jose.Maintenance strategy based on a multicriterion classification of equipments［J］.Reliability Engineering and System Safety，2006，（91）：444-451.

［4］张毅.基于重要度划分的设备维修方式决策［J］.武器装备自动化，2005，24（6）：23-24.ZHANG Yi.Maintenance mode decision making based on the importance of equipments［J］.Armament Automation，2005，24（6）：23-24.（in Chinese）

［5］徐卫童，康建设.机械系统的维修方式决策模型研究［J］.科学技术与工程，2007，7（23）：6168-6169，6179.XU Wei-tong，KANG Jian-she.Research on the maintenance mode decision-making of mechanical systems［J］.Science Technology and Engineering，2007，7（23）：6168-6169，6179.（in Chinese）

［6］夏唐斌，奚立峰，李斯克.基于RCM的港口机械关键设备的维修决策［J］.工业工程与管理，2009，14（2）：67-72.XIA Tang-bin，XI Li-feng，LI Si-ke.Maintenance decision-making of port machinery key equipments based on RCM［J］.Industrial Engineering and Management，2009，14（2）：67-72.（in Chinese）

［7］Suresh P V，Chaudhuri D，Rao B V A.Fuzzy-set approach to select maintenance strategies for multi-state equipment［J］.IEEE Transactions on Reliability，1994， 43（3）：451-456.

［8］常建娥，蒋太立.模糊综合评判在设备维修决策中的应用［J］.组合机床与自动化加工技术，2006，（3）：26-28.CHANG Jian-e，JIANG Tai-li.The application of fuzzy comprehensive evaluation in maintenance decisions［J］.Combination Machine Tools and Automatic Processing Technology，2006，（3）：26-28.（in Chinese）

［9］简根妹.基于RCM的设备维修方式决策［J］.甘肃科技，2010，26（16）：94-95，99.JIAN Gen-mei.Maintenance mode decision-making of equipment based RCM［J］.Gansu Science and Technology，2010，26（16）：94-95，99.（in Chinese）

［10］Labib AW，O＇Connor RF，Williams GB.An effective maintenance system using the analytic hierarchy process［J］.Integrated Manufacturing Systems，1998，（9）：87-98.

［11］Bevilacqua M，Braglia M.The analytical hierarchy process applied to maintenance strategy selection［J］.Relaibility Engineering and System Safety，2000，（70）：71-83.

［12］Bertolini M，Bevilacqua M.A combined goal programming-AHP approach to maintenance selection problem［J］.Reliability Engineering and System Safety，2006，（91）：839-848.

［13］NS Arunraj，J Maiti.Risk-based maintenance policy selection using AHP and goal programming［J］.Safety Science，2010，（48）：238-247.

［14］Wang L，Chu J，Wu J.Selection of optimum maintenance strategies based on a fuzzy analytic hierarchy process［J］.International Journal of Production Economic，2007，（107）：151-163.

Discussion about Maintenance Mode Decision Method for Warship Weapon Equipments

YANG Bo1，CHEN Ya1，WANG Min-hui2
（1.Department of Management Science，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，Hubei，China；2.Procurement Centre of Naval Equipment Department，Beijing 100071，China）

The choice of maintenance modes is an important step to establish maintenance strategy for warship weapon equipments at sea.Application of reasonable maintenance mode can enhance the maintenance support efficiency.Based on summing up the existing maintenance mode decision methods，a maintenance decision model combined logical judgment figure with fuzzy analytic network process was proposed according to the characteristics of warship equipment maintenance at sea.The security，economy and mission-oriented influence of equipment failure were considered，and the proposed method of logical judgment figure can be used to choose the best maintenance modes for most warship equipment，meanwhile fuzzy analytic network process is the complement that is used to make maintenance decision for the rest equipments.

warship weapon equipment；maintenance mode decision；logical judgment figure；fuzzy analytic network process

TH17

A

1673-6524（2014）01-0083-05

2013-10-08；

2013-12-20

杨波（1964-），男，博士，副教授，主要从事决策支持系统技术研究。E-mail：yb167＠sina.com