基于可拓层次分析法的维修保障装备种类确定研究

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(1.陆军装甲兵学院 装备保障与再制造系，北京 100072； 2.中国人民解放军95969部队，湖北 432200)

0 引言

维修保障装备作为部队维修保障人员的作业平台，对完成战时维修保障任务具有不可或缺的作用。目前大部分维修机构的维修保障装备存在冗余功能较多、与作战装备不相匹配等问题。如何针对不同种类的作战装备设置符合其战时维修保障需求的维修保障装备已成为部队保障力量建设急需解决的难题。目前分析维修保障装备功能需求多是以数量规模确定为目标[1-3]，而进行维修保障装备种类方面的研究相对较少。文献[4]提出了基于遗传算法的维修装备功能规划，通过计算维修保障装备的容积之和确定维修保障装备的种类。但其对于战时的维修保障任务分析不明确，所提出的维修保障装备种类确定方法与战时维修保障活动联系不够紧密，具有一定的局限性。因此笔者从战时维修保障任务出发，明确战时维修保障装备需要发挥的作用，将任务实际与功能需求紧密联系。在此基础之上，借鉴可拓学理论将定性的专家意见进行量化，运用EAHP方法[5-6]计算针对不同种类作战装备的维修保障装备功能需求指标权重值。该法以模糊区间的形式构造判断矩阵，不仅能够解决传统AHP法将具有模糊属性的专家判断值确定成无弹性的硬指标的问题[7]，也能够弥补AHP法不考虑一致性检验的欠缺，从而能够合理实现维修保障装备与作战装备合理匹配，有效地提高维修保障装备的工作效率，为数字化机步旅维修保障力量体系装备要素的构建奠定基础。

1 维修保障装备种类确定总体思路

为避免维修保障装备功能配置冗余，有针对性地完成战时的维修保障任务，更加合理地服务于作战力量，考虑以功能需求作为切入点，保证完成各种维修保障任务需要什么样的功能进行支撑就设置什么样的维修保障装备，实现维修保障装备效能发挥的最大化。在确定功能需求之后，根据不同作战装备的特点判断其具体需要哪些功能，因此需要通过邀请多位相关领域内的专家以每一类作战装备为研究对象，通过该类装备对每一项功能的需求程度进行两两比较计算各功能需求的权重值，舍弃小于预先设置的阈值的权重值对应的功能需求指标，由此得到不同装备的维修保障功能需求，并据此设置维修保障装备。维修保障装备种类确定思路模型如图1所示。

图1 维修保障装备种类确定思路模型

2 基于任务流程的维修保障装备功能需求确定

确定维修保障装备的功能需求首先要明确战时维修保障装备需要发挥的作用，即需要完成的维修保障任务，通过对战时维修保障任务流程进行分析，明确维修保障装备在任务流程中的各个环节所应发挥的具体作用。战时的维修保障不仅包括战斗进行阶段，也包括战斗与战斗之间的间隙阶段，需要对这两个阶段的任务都进行详细的分析，从而得到整个战斗中维修保障装备所应完成的任务集合。

在明确了维修保障任务后，就要分析维修保障装备为完成任务所需具备的功能。对于多种相似的维修保障任务，其功能需求可以进行统一设置，以维修保障装备功能能够支撑维修保障任务的完成为目标构建“维修保障任务—维修保障装备功能需求”的映射模型，由此便可确定基于维修保障任务的维修保障装备功能需求。

维修保障力量在战时主要负责对装备的维护与修理，使得主战装备及其附属设备的功能水平达到参加战斗的条件，而维修保障装备更多的是起到辅助维修保障人员完成相应维修保障任务的作用，所以若要确定维修保障装备功能需求，首先必须要明确战时维修保障任务的实施流程，才能够进一步分析战时需要维修保障装备的能够支撑整个流程中所有任务的功能模块种类。

根据各个阶段维修保障任务的不同属性特点，可以确定一个战斗周期中的维修保障任务主要包括：抢救淤陷装备任务、装备后送任务、检测装备受损部位任务、装备现地抢修任务、装备清洁任务、装备加油与充电任务、装备软件维护、装备性能调试与检测任务与后送装备修理任务。据此构建“维修保障任务—维修保障装备功能需求”映射模型如图2所示。

图2 维修保障任务—维修保障装备功能需求映射模型

由图2可知，维修保障任务的完成需要维修保障装备具备抢救功能、现地抢修功能、检测功能、定点维修功能和保养功能5类功能。

抢救功能：该功能主要负责将战场上受到敌方火力、核、化袭击从而导致战损而不能继续发挥其作战效能或因地形等因素导致淤陷或沉没的作战装备以最快速度离开敌人的火力覆盖网向隐蔽处或集中修理点转移，从而避免被彻底摧毁，减少维修工作量，最大程度地挽回作战力量的损失。

现地抢修功能：该功能主要负责迅速对战场上因受损而无法继续参战的主战装备就地展开抢修，由于时间是抢修的主要因素，因此该功能只需要在短时间内恢复装备必要的作战功能及技术状态即可，一般采用原件修理与换件修理等工序简单的修理方式。

检测功能：该功能主要负责对产生战损或技术故障的装备的具体故障位置进行判断与检查，为修理工作的重点提供依据。

定点维修功能：该功能主要负责利用战斗间隙这段时间在集中修理点对后送回来的且在己方能力范围内的战损装备进行修理，恢复其作战功能；对参战的技术性能仍完好的装备进行部件技术状态的简单维护，确保其在下一阶段的战斗中发挥最大的作战效能。

保养功能：该功能主要负责对已被现地抢修或战斗间隙时修理的装备进行清洁、加油、充电、软件维护等保养工作，将装备的技术性能调整到最佳状态。

3 基于可拓层次分析法的维修保障装备种类确定过程

3.1 可拓层次分析方法[8]的实施步骤

3.1.1 构造可拓判断矩阵

邀请相关领域的专家若干名对所有因素相互之间的优劣程度以区间数的形式进行量化表达，从而构造出可拓判断矩阵A=(aij)n×n。

3.1.2 计算群体可拓判断矩阵

定理：设a=(a-,a+),b=(b-,b+)为两个可拓区间数，则有：

a⊗b=(a-,a+)⊗(b-,b+)=(a-b-,a+b+)

(1)

对第t位专家给出的可拓区间数aijt= (aij-t,aij+ t)根据公式：

⊗(aij1+aij2+ … +aijT)

(2)

可求得专家群体可拓判断矩阵：

A0= (A0-,A0+) = (aij*)n×n

3.1.3 计算每位专家与专家群体的偏差

将A0= (A0-,A0+)分解为A0-,A0+，根据欧氏距离公式，可得每位专家给出可拓判断矩阵与专家群体可拓判断矩阵的每一项元素偏差为：

(3)

(4)

这里θijt表示第t位专家给出的可拓区间数aij*的相对偏差，Δθt表示第t位专家的可拓判断矩阵与专家群体可拓判断矩阵的偏差。

根据专家判断一致性的原则，Δθt越小，则表明第t位专家的判断结果越相似于专家群体的判断结果，应对该专家赋予较高的权重。

3.1.4 计算专家权重λt

根据各专家给出的可拓判断矩阵与专家群体可拓判断矩阵的偏差Δθt可得专家权重，即：

(5)

对ρt进行归一化处理可得第t位专家的权重系数λt为：

(6)

3.1.5 计算综合可拓判断矩阵

a⊕b=(a-,a+)⊕(b-,b+)=(a-+b-,a++b+)

(7)

可计算出综合可拓判断矩阵元素值，即：

⊕λ2aij2⊕… ⊕λTaijT

(8)

由此可得综合判断矩阵为：

(9)

3.1.6 确定指标权重

按下式计算权重系数k,m：

(10)

(11)

当求得的k,m满足0≤k≤1≤m，则说明各位专家给出的可拓判断矩阵一致性良好，否则应请专家重新判断，直至给出的可拓判断矩阵具备合理的一致性为止。

按下式求取各指标的权重向量：

S=(S1,S2,……,Sn)T=(kx-,mx+)

(12)

3.1.7 层次单排序

定义可拓区间数a≥b的可能性程度为：

(13)

根据上式计算V(Si≥Sj)，如果其结果不为负值，则有：

Pj=1,Pi=V(Si≥Sj)(i,j=1,2,……,n)

(14)

其中:n为指标个数。

Pi经归一化处理后可得向量：

P=(P′1,P′2,……,P′n)T

(15)

表示某一层上各指标对其上一层某指标的层次单排序。

3.1.8 层次总排序

根据研究内容可知，层次单排序结果即为最终的评价指标主观权重总排序的特殊形式，故这里不再进行叙述。

3.2 维修保障装备种类确定过程

以某保障分队的维修保障装备种类设置为例，假设该保障分队对应的作战分队具有的装(设)备有8×8轮式装甲装备、工程装备、光电设备、通信指控设备、轻武器设备，现对其保障分队的维修保障装备种类进行确定。(注：经过专家统一约定，若出现小于0.1的功能需求指标，则认为该类装备不需要该功能，或认为该功能附属于其他功能中可以进行通用性设计，在设置维修保障装备功能模块时应将其舍去。)

3.2.1 构造可拓判断矩阵

邀请4位从事数字化机步旅维修保障力量研究的专家以不同的列装装(设)备为研究对象，按照定点维修功能、保养功能、检测功能、抢救功能、现地抢修功能的顺序对其所需维修保障装备维修保障装备的功能需求重要度以1-10标度进行区间评分，评分标准如表1所示。

表1 维修保障装备功能需求重要度评分标准

打分情况如下(以8×8轮式装甲装备(下脚标为1)为例)：

3.2.2 计算群体可拓判断矩阵

根据式(1)和式(2)可得群体可拓判断矩阵并将其分解为：

3.2.3 计算每位专家与专家群体的偏差

根据式(3)和式(4)可得：

Δθ11= 5.51,Δθ12= 7.25,Δθ13= 7.07,Δθ14= 12.40

3.2.4 计算专家权重λt

结合上述结果，根据式(5)和式(6)可计算各专家的权重分别为：

λ11= 0.276,λ12= 0.258,

λ13= 0.261,λ14= 0.205

3.2.5 计算综合可拓判断矩阵

根据式(7)、式(8)和式(9)可计算综合可拓判断矩阵为：

3.2.6 确定指标权重

x1-= (0.324,0.249,0.154,0.181,0.092)

x1+= (0.309,0.223,0.108,0.159,0.201)

根据式(10)和(11)可计算权重系数k1,m1分别为：

k1=0.928,m1=1.098

所求结果满足0≤k≤1≤m，则一致性良好。

根据式(12)求得各指标的权重向量：

S11= (k1x11-,m1x11 +) = (0.300,0.339)

S12= (k1x12-,m1x12 +) = (0.231,0.245)

S13= (k1x13-,m1x13 +) = (0.143,0.119)

S14= (k1x14-,m1x14 +) = (0.169,0.174)

S15= (k1x15-,m1x15 +) = (0.085,0.220)

3.2.7 层次单排序

根据式(13)计算V(S1i≥S1j)，以S15为基准，得：

V(S1i≥S15) = (2.921,2.141,0.607,1.267,1.000)

由于上述结果不为负值，因此根据式(14)可得：

(P1i) = (2.921,2.141,0.607,1.267,1.000)

对P11—P15进行归一化处理，根据式(15)可得：

P1=(0.368,0.270,0.077,0.160,0.125)

按照先前专家统一约定的规则，将对应权重值小于0.1的功能需求指标舍去，即可得到8×8轮式装甲装备的维修保障装备功能需求种类为：定点维修功能、保养功能、现地抢修功能、抢救功能。

按照该算例对其他种类的列装装(设)备的需要维修保障装备具备的功能种类进行确定，如表2所示。

从表2中可知，所有作战装备皆需要的维修保障功能为定点维修功能与保养功能，但是由于各类装备的构造原理及自身性能具有本质上的区别，因此无法将定点维修功能进行整合，而对不同装备来说保养功能作用的发挥都是以除油、防锈、防腐蚀、防霉烂变质、技术状况检查与校正等技术手段为目标，因此可将维修保障装备的保养功能进行整合，使得保养功能能够满足所有类别作战装备的需求。

表2 某保障分队维修保障装备功能需求种类

此外，对于同时具有定点维修与现地抢修两类功能需求的装(设)备如轮式装甲装备与轻武器设备来说，由于在战时修理与抢修工作性质相似，因此考虑将二者进行合并，从而设置相应的维修保障装备。

由此可确定该保障分队的维修保障装备种类，如图3所示。

4 结论

本文从维修保障任务出发，提出了基于可拓层次分析法的维修保障装备种类确定过程。采用该方法设置维修保障装备更具针对性，既能够以维修保障任务为瞄准点保证了所设置的维修保障装备能够支撑战时维修保障任务的完成，也通过按需设置保证了维修保障装备种类的精简性以及与作战装备的高契合度。

本文能够为确定维修保障力量的装备要素提供依据，确保了维修保障装备体系构建的科学性与可行性，为下文维修保障装备数量计算奠定理论基础，但仅是从装备类别设置的角度进行了研究，下一步将结合战时维修任务工作量，维修规模等因素对各类别维修保障装备数量配备进行研究。

图3 某保障分队维修保障装备种类