基于模糊-價值理論的備件品種預測模型研究

馬海英，周 林，劉 力

(空軍工程大學導彈學院，陜西 三原 713800)

備件資源是實施裝備維修的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要保證，無論是平時訓練還是戰(zhàn)時搶修，備件資源的保障都占據(jù)著十分重要的地位，它直接影響著裝備的戰(zhàn)備完好性以及部隊戰(zhàn)斗力的保持和恢復。備件資源的保障有3 個要素，即品種、數(shù)量和成本，其中品種是最基本的要素。目前由于備件預測缺乏科學性，系統(tǒng)性和針對性，致使有的備件資源閑置，而有些裝備得不到及時備件補充的情況普遍存在，嚴重阻礙了裝備保障能力的保持和提高。因此確定合理的備件資源，尤其是備件品種的確定，是部隊提高裝備的戰(zhàn)備完好性和機動能力的重要保證。

1 影響備件品種確定的因素

在武器裝備服役的過程中，維修備件的確定不僅與備件的消耗特性有關(guān)系，而且與備件的儲備特性有關(guān)系，是由備件的消耗特性和備件儲備特性共同決定的。經(jīng)綜合考慮具體影響備件品種確定的因素有以下幾點。

1.1 備件的消耗特性影響因素

1)備件的可靠性。備件的壽命、故障率以及備件所用的材料及制造工藝都對備件的可靠性有著重要的影響。不同類型的備件有不同的壽命，壽命較長的備件其消耗就少，相反其消耗就多。備件故障率是備件不能完成預定功能的時間的概率，在實際中，故障率越小，其可靠性越高;反之故障率愈大，可靠性就越差，電子元件就是按故障大小來評價其質(zhì)量等級的。此外相同結(jié)構(gòu)的備件由于使用的材料、制造工藝不同，導致其備件的質(zhì)量也不相同。因此影響備件可靠性的因素有備件的壽命、備件的故障率以及備件所用的材料及制造工藝［1］。

2)備件的服役環(huán)境。備件的服役環(huán)境包括備件服役的自然環(huán)境和備件工作的系統(tǒng)環(huán)境。

備件服役的自然環(huán)境指備件在使用時的溫度、濕度及工作介質(zhì)(一般為大氣)，自然環(huán)境的溫度范圍大致在-40℃～40℃，沿海地區(qū)服役的裝備備件由于受鹽霧氣氛的影響容易發(fā)生腐蝕失效。

備件工作的系統(tǒng)環(huán)境指備件所在系統(tǒng)的性能。由于備件的工作是在和它相關(guān)聯(lián)的其他部件相互作用的條件下工作的，因此當一個部件發(fā)生故障后，由于條件變化，而將導致其他還可以使用的部件也發(fā)生故障。

3)備件的管理水平。備件的管理水平是指人的因素對備件消耗的影響。比如操作人員的行動在技術(shù)素質(zhì)、心理素質(zhì)以及環(huán)境等因素的影響下產(chǎn)生的差錯或者誤操作，人為的誤操作也可能造成一些部件故障等。

1.2 備件儲存特性的影響因素

由于備件種類的繁多，考慮到備件費用和庫存費用的影響，并不是所有的零部件都要儲存，在實際儲存?zhèn)浼r而是要考慮任務的輕重緩急，以不影響裝備的戰(zhàn)備完好性以及部隊戰(zhàn)斗力的保持和恢復為標準儲存?zhèn)浼虼藗浼Υ嫣匦缘挠绊懸蛩爻齻浼旧淼目煽啃酝膺€有以下因素:

1)備件的關(guān)鍵性。關(guān)鍵性反映了備件的重要性，指該件在裝備系統(tǒng)中所起的作用以及對系統(tǒng)性能的影響程度，通常分為關(guān)鍵件、重要件和一般件。越關(guān)鍵的零部件，它的失效對整機的影響越大，就越需要儲備該類備件［2］。

2)備件的維修性。維修性是繼可靠性后，對備件的另一項重要指標要求。維修性好的部件，故障后能在短時間內(nèi)得到修復，不易出現(xiàn)因失修而導致缺件的情況發(fā)生。維修性用平均故障修理時間(MTTR)來衡量。

3)備件的經(jīng)濟性。經(jīng)濟性指備件的成本或價格的高低。不同的備件其購置費用和儲存保管費用是不同的。同時備件的配置總是在有限的國防經(jīng)費制約下考慮，因此必須考慮經(jīng)費的使用效益問題。因此備件的經(jīng)濟特性，是必須考慮的重要因素［2］。

4)備件的周轉(zhuǎn)性。由于武器裝備服役時間的長短、備件供應體制和維修體制的不同，導致備件周轉(zhuǎn)時間有很大差別。服役時間較長的裝備，由于戰(zhàn)爭條件的變化，后續(xù)不再生產(chǎn)，對某些備件供應時間較長，相反對于新服役的裝備備件，其裝備一直在生產(chǎn)中備件的供應時間相對要短一些。因此備件的周轉(zhuǎn)性就說明了備件獲得了難易程度。

綜合以上分析，影響備件品種確定的因素歸結(jié)為如圖1所示。

圖1 影響備件品種確定的因素

2 選擇確定備件品種的方法

備件品種的方法包括:邏輯決斷法、價值工程法、可靠性方法和模糊綜合評判方法、FMEA 法、LORA 法等。邏輯決斷法按預定程序?qū)浼贩N逐一進行邏輯決斷，以確定是否設(shè)置該類備件。價值工程法通過功能分析和評價，計算出功能價值，選定備件品種［3］。可靠性方法是通過對零部件的維修策略、維修方式等分析研究，確定備件品種［4］。模糊綜合評判方法應用模糊數(shù)學法綜合評判，進行備件品種的決策［5］。雖然價值工程法和模糊綜合評判法都分別考慮了影響備件品種的多種因素，但這兩種綜合方法還是具有一定的局限性，依據(jù)前文分析的影響備件品種確定的因素，尤其考慮備件的關(guān)鍵性和經(jīng)濟性，本文應用模糊綜合評判法確定備件的重要性順序，然后利用ABC 分類法依據(jù)備件的經(jīng)濟性確定備件儲存的品種，建立備件品種的預測模型。

3 備件品種確定的組合預測模型

3.1 備件品種重要性的確定

由于影響備件品種確定的因素較多，且有的因素可以定量，有的因素只能做定性分析、比較，對于多因素決策可采用模糊聚類的分析方法來確定備件重要性的順序［6］。

1)確定評價集。各備件按重要性可分為非常重要、重要、一般及不重要，因此確定備件品種的評價集為S ={非常重要，重要，一般，不重要}。

2)確定評價對象的因素集合。依據(jù)前面的影響因素分析，確定備件品種重要性的一級評價因素為備件的消耗特性和備件的儲存特性，其二級評價因素分別為備件的可靠性、備件的服役環(huán)境、備件的管理水平、備件的關(guān)鍵性、備件的維修性、備件的經(jīng)濟性及備件的周轉(zhuǎn)性。

3)分配評價因素權(quán)重。采用“群組評判法”，即由，n 位專家對兩級共七個評價因素排序，最優(yōu)的分值為7，依次為6，5，4，3，2，1，kij為第n 位專家對評價因素ui的評判值，由下式計算出各因素的評價權(quán)重aij，得評價因素權(quán)重向量A =即

4)構(gòu)造綜合評價矩陣

根據(jù)專家對被評對象對每個因素進行評價量化，得到模糊關(guān)系矩陣

5)綜合評價合成算子，得到綜合評價向量

6)把上述所得的評價向量進行單值化，可以得到其評價的結(jié)果。取評語集V={非常重要，重要，一般，不重要}的相應值為5，4，3，2，則每個備件總的重要性值為:

7)計算備件的重要性系數(shù)即:

其中:Fi為備件的重要系數(shù);bi為備件的重要性值;n 為備件種類數(shù)。

3.2 備件的經(jīng)濟系數(shù)

備件的經(jīng)濟性包括購買、儲備和維護等價段的費用同時也要考慮備件獲得的難易程度。則備件的經(jīng)濟系數(shù)為:

其中:Ci為備件的經(jīng)濟系數(shù);pi為備件的成本;n 為備件種類數(shù)。

3.3 計算備件的價值系數(shù)

將備件的關(guān)鍵系數(shù)與備件的經(jīng)濟系數(shù)之比作為備件的價值系數(shù)［7］。即

其中Vi為備件的價值系數(shù)。備件的價值系數(shù)越大，說明其在花費同等費用的情況下獲得的功能越多，因此該備件應優(yōu)先儲備。

3.4 確定備件品種

依據(jù)前面所得的各備件價值系數(shù)的由大到小進行排序，若以相同的等間距排列在橫坐標上，相應備件的經(jīng)濟系數(shù)累加百分比作為縱坐標。如圖2 所示。把備件的經(jīng)濟系數(shù)累加百分比在0 到80%內(nèi)的備件作為儲存的備件，80%以外的備件舍去，這樣就確定了該武器裝備需要配置的備件品種。

圖2 備件品種分類圖

3.5 備件分類特征分析

1)A 類備件按照價值系數(shù)排序，并且備件經(jīng)濟性占總價值的80%。備件價值系數(shù)越大，在備件保障不足的情況下，造成的軍事?lián)p失和經(jīng)濟損失越大，因此備件的價值系數(shù)越大，備件對武器裝備保障度的影響較大，這些備件就必須作為備件儲存的重點，因此A 類備件的品種就是備件儲存品種的主要部分。

2)C 類備件由于重要性最小，可不作為儲存的對象。

3)B 類備件處于A、C 兩類之間，它的重要性介于二者之間，可作為備件儲存品種的次要部分。

4 結(jié)束語

本文綜合考慮影響備件品種的多種因素，運用模糊綜合評判法確定備件的重要性，利用價值工程理論，以其重要性和經(jīng)濟性結(jié)合ABC 分類法確定備件儲存的品種。這種方法綜合考慮了備件影響裝備性能的各種因素，對新型武器裝備備件的品種進行確定兼顧了備件功能的最大實現(xiàn)和經(jīng)濟效優(yōu)先原則。這種方法一方面可有效解決裝備備件需求與儲備之間日益突出的矛盾，且存在備件消耗大、儲備結(jié)構(gòu)不合理、備件采購費用高等問題，另一方面文中所見的模型可以利用Matlab 編程較為方便的實現(xiàn)，使模型的具有較好的應用價值。

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