一种军用飞机品质综合评估方法

张林琳，陈礼高

(1. 91321部队，上海　200436； 2. 91372部队，上海　200436)



一种军用飞机品质综合评估方法

张林琳1，陈礼高2

(1. 91321部队，上海200436； 2. 91372部队，上海200436)

摘要：针对军用飞机品质评估工作现状，提出了一种综合的军用飞机品质评估方法。结合部队装备保障中的各类信息，建立了品质评估用指标体系；利用层次分析法和专家打分法，计算各指标的权重，利用集对分析法建立了一种综合的军用飞机品质评估模型；经实际使用，该方法评估结果准确、可信；该方法可为军用飞机的品质评估工作提供参考。

关键词：军用飞机品质评估；评估指标体系；层次分析法；指标权重；集对分析法

Citation format:ZHANG Lin-lin,CHEN Li-gao.A Method on Quality Comprehensive Evaluation for Military Aircraft[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(3):63-66.

本文中的品质，是指军用飞机在部队服役过程中的“健康状态”，对其进行评估是一种立足于装备保障实际，通过整合各类装备保障信息，准确掌握在队飞机状况，客观评价机组保障能力的工作。通过开展飞机品质评估，能够准确掌握飞机品质状况以及机组机务工作品质，进一步提高机务维护的针对性、精确性、有效性，对提高飞机品质，确保机务保障能力、飞机能够随时遂行战训任务具有重要意义。

在民用航空领域，为提高飞机的安全性和可靠性，对飞机健康状态综合评估技术的研究，成为飞机健康技术研究的一个热点[1]。文献[2]提出了一种基于多Agent的飞机电源故障预测与健康管理体系结构模型。文献[3]对当前飞机健康监测与预测系统的应用状态进行了全面论述，并对未来的发展方向进行了展望。文献[1]构建了一个基于灰色聚类法和熵权法相结合的健康状态综合评估模型，对飞机液压系统健康状态进行综合评估。飞机预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)技术具有故障预测、检测和隔离、关键部件寿命跟踪、故障报告和寿命预测等功能，是实现装备视情维修的重要手段[4]，它包括先进传感器技术，故障诊断与健康评估技术，故障预测技术，数据融合技术和系统验证与评价技术等[3]。

和民航飞机不同，军用飞机飞参数据只能用于对部分系统，如发动机进行状态监控。目前，军用飞机大多采用基于事后维修和定期计划维修为主的维修体制，缺乏对飞机整体健康状态的监控、评估方法。本文从宏观的角度，选用军用飞机品质控制系统中的相关指标构成评估指标体系，用层次分析法确定各指标权重，用集对分析法建立评估模型，对军用飞机的品质状态进行评估。

1评价方法与指标体系

随着对评估方法研究的深入，评估方法已从定性的判断发展到模型化的评估，从单一指标，发展到多指标综合评估。综合的评估方法是一个多学科边缘交叉、相互渗透、多点支撑的研究领域，一些新兴的学科方法如模糊数学、人工神经网络技术、灰色系统理论等被引入到综合评估研究中来。近年来，综合评估方法已应用在水资源系统、生态环境品质、地质灾害风险、企业技术创新能力等社会各领域的评估工作中[5-6]。

由于飞机品质综合评估问题的复杂性，目前尚未形成统一的飞机品质综合评估体系。评估用指标体系是联系评估方法与评估对象的桥梁，确定合理的指标体系是进行综合评估的基础。俄罗斯空军在1991年颁布的《航空工程保障条例》中，规定了用于评估航空装备及其维修设备状况和技术使用品质的统一指标体系，共有279项，其中反映使用组织的有91项，反映航空装备状况的有10项，反映维修设备状况的有5项，反映技术使用品质的有173项。《航空机务工作质量综合评判方法》(GJBz 20224—94)选用了9项评估指标对航空机务工作品质进行评估。

本文结合部队实际，参考《航空机务工作质量综合评判方法》(GJBz 20224—94)的递阶层次结构，确立了3类共7项指标对军用飞机品质进行评估，其递阶层次结构如表1所示。其中，准则层共有3项，分别是飞机状态、任务情况、维修管理。在本文的指标体系中，如飞机完好率、任务成功率等指标，其数值越大，表明飞机品质越好，称之为效益型指标；飞机故障率、有寿件失控数等指标，其数值越大，表明飞机品质越差，称之为成本型指标。本文选取的指标定义及其计算方法如下：

1) 飞机完好率：是在规定使用、维修条件下，单架飞机在一定时限内，可遂行作战任务的架日数与总架日数的比率。反映了装备的品质和保障情况，是制定装备管理计划的基本依据。计算方法：

2) 飞机故障率：是指在规定使用、维修条件下，在一定时限内，飞机发生故障的次数与飞行时间的比率。是反映装备可靠性和飞机品质的指标，是分析装备使用规律、设置维修内容、确定维修时机和选定维修方式的基本依据。计算方法：

3) 飞机空中故障率：是指在规定使用、维修条件下，单架飞机在一定时限内，发生空中故障的总数与该机飞行小时数的比率。反映了飞机任务可靠性和安全性，以及飞机的设计、制造品质及维修保障水平。计算方法：

4) 任务成功率：是在规定使用、维修条件下，单架飞机在一定时限内，完成飞行任务的架次与总任务架次的比率。反映了部队完成飞行任务情况与效率的指标。计算方法：

5) 飞机误飞率：是指在规定使用、维修条件下，单架飞机在一定时限内，误飞的架次占总飞行架次的比率。反映了装备制造、翻修、维护品质和维修管理情况。计算方法：

6) 平均不“四无”次数：是指在规定的使用和维修保障条件下，单架飞机在一定时限内，检查飞机过程中出现的不“四无”的平均次数。反映了机务维修保障能力。“四无”是指无故障缺陷、无锈蚀、无油垢、无多余物。

计算方法：查阅工作笔记，直接统计该架飞机的不“四无”次数，然后除以检查次数。

7) 有寿件失控数：是指在规定的使用和维修保障条件下，单架飞机在一定时限内，机组对飞机有寿件控制出现差错的次数。反映了机务维修管理能力。

计算方法：查阅相关登记本。

表1　飞机品质评估指标体系结构

2指标权重计算

首先利用层次分析法确定各项指标的权重。层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP)把复杂问题先分解成各个组成元素，再按支配关系分组，形成递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸元素的相对重要程度，然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总排序。整个过程体现了人的决策思维的基本特征，即分解、判断和综合，它是一种定量与定性相结合并将人的主观判断用数量形式表达和处理的方法。

确定各指标相对于总目标“飞机品质评估”权重的步骤包括构建判断矩阵和求解权重两个步骤。

2.1构建判断矩阵

根据层次分析法的方法，首先对表1中各层次元素建立判断矩阵，按1～9比例标度，由专家通过两两比较的方式，对各元素的相对重要性程度进行赋值。其中，1～9比例标度的含义如表2所示。

表2　1～9比例标度含义

其中，若元素i和元素j的重要性之比为aij，那么元素j与元素i的重要性之比为aji=1/aij。

对于要比较的指标而言，认为一样重要就是1∶1，强烈重要就是9∶1，也可以取中间数值，如6∶1等。通过两两比较，把数值填入表格，并排列成判断矩阵。判断矩阵是对角线值为1的正反矩阵。

根据本文构建的递阶层次结构，可以得到4个判断矩阵。以准则层相对于目标层的判断矩阵为例，某专家打分的数据如表3所示(左边比上边)。

表3　准则层打分表

准则层“飞机状态”中各指标两两比较的数据如表4所示。

2.2求解指标权重

在构建判断矩阵后，可用求解矩阵特征根的方法求出各指标相对应准则层(或目标层)的权重，并用统计检验方法对判断矩阵进行一致性检验。最后将单准则层下各指标的相对权重进行合成，得到各项指标相对目标层的合成权重。

表4　飞机状态打分表

3基于集对分析法的评估模型

3.1集对分析法

集对分析法(Set Pair Analysis,SPA)是我国学者赵克勤基于对立统一观点提出的一种不确定性分析方法，是研究两个或多个事物同异联系和转化的一种系统数学方法，其核心是将系统内的确定性与不确定性予以辩证的分析和数学处理，将系统的确定性分为“同一”与“对立”两方面，将系统的不确定性定义为“差异”，“同一”、“差异”和“对立”三者相互联系、相互制约，并在一定条件下可以相互转化。集对分析法在数学、物理、信息管理、经济、资源与环境等众多领域得到了广泛的应用[5]。集对分析的基本概念是集对及其联系度，集对是指具有一定联系的2个集合所组成的对子。在具体的问题背景下，对集对在某特性上的联系进行分类定量刻画，以联系度表示集对的辩证关系。其表达式为：μ=a+bi+cj。

其中：a、b、c为非负实数，分别称为集对的同一度、差异度和对立度。a、c相对确定，b相对不确定。i、j分别为差异度和对立度的相应系数，规定i∈[-1，1]，j=-1。联系度的意义是在某问题背景下，对集对中两集合的联系进行相对确定和相对不确定辩证定量刻画。其中三者的统一形成两集合联系的整体，有：a+b+c=1。

3.2基于集对分析的评估模型

(1)

(2)

(3)

因此，对于效益型指标，集对的联系度为

(4)

同理，对于区间值等成本型指标，集对的联系度为

(5)

式(4)、式(5)的同一度和对立度分别说明了待评估飞机关于评估指标趋向最优集合和趋向最劣集合的程度，并且两式关于同一度和对立度互为对称，具有相同的差异度。因而可以说明刻画的一致性和对立性。综上所述，可将其统一记为

(6)

由于ak和ck相对确定，分别表示待评估的飞机fk接近于待评估飞机集合F品质最优和最劣的肯定和否定程度。在相对确定条件下，定义待评估的飞机 fk(k=1,2,…,m)与最优评估集U的相对贴近度：

(7)

计算贴近度rk，其值越大，说明待评飞机fk越接近最优评估集U，故可根据rk的大小对飞机品质进行评估，同时，根据公式(4)、式(5)可知各项指标对于最优值或最劣值的趋向程度。

4编程实现

结合本文介绍的层次分析法和集对分析法，采用PHP+MySQL结构，编制了飞机品质评估系统。PHP是一种服务器端、跨平台、HTML嵌入式的脚本语言，具有安全性高、支持广泛的数据库等优点，是一种被广泛采用的开源式多用途脚本语言，尤其适合Web开发。MySQL是目前最为流行的开源数据库，是完全网络化的关系型数据库系统，具有跨平台、运行速度快、支持面向对象、数据库存储容量大以及安全性高的特点。PHP+MySQL结构由于其性能特点及其开源免费的特点，是目前被广泛应用的一种体系结构。

5结论

本文结合实际，基于层次分析法和集对分析法，利用部队经常统计的训练数据，构建了一种军用飞机品质评估方法，其核心思想是计算单架飞机的各项指标与模型中构建的最优集的相对贴近程度，该方法不需要进行指标同趋势化、归一化等计算，受主观因素影响小，简单易操作。本文的方法在部队实际应用中取得了较好的效果，用本方法对军用飞机进行评估，结果可信度高。对机务保障由粗放型向精确型转变，维修管理由机群控制向单机控制转变，提供了一种值得借鉴的方法。本文的方法也可为车辆、军械、航材等装备保障部分队保障效能评估工作提供参考。

参考文献：

[1]崔建国.飞机液压系统健康状态综合评估技术研究[J].控制工程,2014,21(3):446-454.

[2]张莉,袁海文.飞机电源多Agent预测与健康管理系统研究[J].计算机工程与应用,2010,46(19):227-230.

[3]莫固良,汪慧云,李兴旺,单添敏.飞机健康监测与预测系统的发展及展望[J].振动、测试与诊断，2013,33(6)：925-930.

[4]马宁,吕琛.飞机故障预测与健康管理框架研究[J].华中科技大学学报，2009,37(1)：207-209.

[5]赵克勤，米红.非传统安全与集对分析[M].北京：知识产权出版社，2010.

[6]杜栋，庞庆华，吴炎.现代综合评价方法与案例精选[M].北京：清华大学出版社，2008.

(责任编辑唐定国)

A Method on Quality Comprehensive Evaluation for Military Aircraft

ZHANG Lin-lin1, CHEN Li-gao2

(1.The No. 91321stTroop of PLA, Shanghai 200436, China；2.The No. 91372ndTroop of PLA, Shanghai 200436, China)

Abstract:Based on the evaluation condition of military aircraft, a comprehensive evaluation method of aircraft was put forward. An index system was built for military aircraft’s quality evaluation using the information of logistics support. A comprehensive method on quality evaluation for military aircraft was built, and it used analytic hierarchy process and expert grading to compute each index’s weight and used set pair analysis (SPA) to build the evaluation model. The result of evaluation using this method was proved to be accurate and believable according to the actual application. This method can be used to evaluate the quality of military aircraft.

Key words:military aircraft quality evaluation; evaluation index system; analytic hierarchy process; index weight; set pair analysis

文章编号：1006-0707(2016)03-0063-04

中图分类号：V271.4

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.03.016

作者简介：张林琳(1976—)，男，博士，高级工程师，主要从事航空装备技术保障、航空装备质量评估研究。

收稿日期：2015-09-21；修回日期：2015-10-08

本文引用格式：张林琳，陈礼高.一种军用飞机品质综合评估方法[J].兵器装备工程学报，2016(3):63-66.

【后勤保障与装备管理】