改進加權分析方法的新機型航材消耗預測

徐廷學，陳洪光，韓建立，姜永生

(1.海軍航空工程學院 a.兵器科學與技術系;b.研究生管理大隊;c.科研部，山東 煙臺 264001;2.中國人民解放軍91440 部隊，河南 洛陽 471000)

航空器材是軍用飛機維修保障的核心物質基礎，是航空兵部隊形成和保持作戰能力的重要保證。而提高航材供應保障軍事效益和經濟效益的關鍵在于準確合理地確定航材備件的品種和數量，科學的航材消耗量確定方法成為航材保障領域急需研究解決的課題［2］。在此只研究新機型消耗性航材是指裝機使用達到規定壽命或出現故障后，從飛機上拆除，即行報廢的航材［3］。雖然消耗性航材的單價一般不是很貴，但消耗量卻很大，因此對其消耗量必須進行科學預測，保證航材供應具備良好的軍事經濟效益。通過分析新機型消耗性航材的特點和消耗規律，以航材本身的可靠性為基礎、以供應保障經驗為參考，科學準確確定航材消耗的品種和數量。

新機型剛剛開始部署使用時，并沒有航材消耗統計資料。必須以航材本身的可靠性為基礎研究新機型航材保障策略:一方面從軍工廠獲得與每種航材自身可靠性有關的技術指標，包括使用壽命、故障率、貯存期等。另一方面參照原機型或類似機型同種航材的可靠性指標乘以調整系數來作為本機型航材的可靠性指標。

1 影響航材消耗量的主要因素分析

①零、部件的故障率(α1):主要是一種固有特性，它反映了零部件本身的設計、制造水平。②工作應力(α2):同一構件在不同的裝備上使用，或雖在同一裝備上但由于安裝位置不同，該構件受四周實際狀況(指電的、光學的、機械的因素)的影響不同，發生故障的可能性及對航材的需求也不一樣。③零、部件對于損壞的敏感性(α3):指在搬運、裝配、維修及使用過程中，零、部件因非正常因素而受到損壞的可能性。④氣候條件或地理條件(α4):裝備所在地區的溫度、濕度、風沙、腐蝕和大氣壓力的變化都會影響裝備的使用可靠性，從而影響航材消耗量。⑤航材的使用強度(α5):裝備系統及其需要維修部分超出正常使用要求范圍(過多或過少使用)，將影響該部分的故障率。⑥航材的任務目標(α6):指航材任務量的多少對航材消耗量的影響率。⑦航材的管理水平(α7):指航空兵場站對飛機的維護保養水平對航材消耗量的影響率［4］。

2 利用網絡分析法確定各影響因素的權值

權重是表征影響因素重要程度大小的度量，要準確評估航材的裝機使用壽命，需要確定各個影響因素的權重。處于裝機使用狀態下的航材，隨著某一兩項影響因素的嚴重惡化，航材的綜合可靠性也急劇下降，這與實際情況是一致的，網絡分析法充分考慮到了各因素之間的相互影響，利用“權重矩陣”對各相互作用并影響的因素進行綜合分析得出其混合權重。

網絡分析法的系統元素劃分為2 部分:控制層和網絡層。控制層包括問題目標及決策準則，網絡層是由受控制層支配的元素組成的元素集［5］。

在網絡分析法中，要對元素的重要性程度進行比較，重要性程度如表1 所示。

假設網絡控制層中有m 個元素P1、P2、…Pm，網絡層中的元素集有C1、C2、…Cn。以控制層的元素Pi為準則，并按照標度構建判斷矩陣。將元素Cj對Ci的影響程度構造判斷矩陣，得到判斷矩陣的特征向量。

表1 重要性程度

對判斷矩陣進行一致性檢驗，如果矩陣通過了一致性檢驗，則歸一化特征向量就是元素Cj對元素Ci影響程度的排序向量，數值越大表示對元素集Cj影響越大，數值為零表示2 個元素集不相關［6］。

以Pi為主準則，以不同的元素集作為次準則分析其他元素集對它的影響，得到n 個排序向量組成一個權重矩陣Ai，即:

3 以改進的加權系數法確定新機型航材初始消耗量

設某型號航材有n 個影響因素，第i(i=1，…，n)個影響因素的權重為wi，則該型號的航材使用壽命:

其中T 為航材出廠時規定的可靠使用壽命。所以該型號航材單機型的年消耗量［7］:

4 實例分析

一般新機型裝備部隊后，前3a 由軍工廠進行技術和備件的保障。設某場站新來一批新型殲擊機，收集到模型航材的工程研制中的數據包括航材的可靠性、維修性的實驗數據、故障率(0. 05)、工作應力(0. 85)、對于損壞的敏感性(0.80)和確定的可靠使用壽命(2 000 h);相似航材的統計數據包括氣候條件或地理條件對航材的影響水平(0.70)、航材的使用強度(0.50)、該型機承擔的任務目標(0.50)及該場站的管理水平(0.80)。

利用網絡分析法對各個影響因素的權重進行分析。首先構建ANP 方法的網絡結構，即確定度量模型的控制層元素以及網絡層元素;然后根據專家意見確定判斷矩陣、權重矩陣并檢驗其一致性，進而得出各個影響因素權重的大小，即對總目標影響程度的大小。

具體的評語集:

V={V1，V2，V3，V4，V5}={無影響，稍微影響，明顯影響，強烈影響，嚴重影響}

影響因素集:

α={α1，α2，α3，α4，α5，α6，α7}={零、部件的故障率，工作應力，零、部件對于損壞的敏感性，氣候條件或地理條件，航材的使用強度，航材的任務目標，航材的管理水平}

針對某一個影響因素進行兩兩比較，判斷哪一個影響因素對它的影響作用更大，從而得到該影響因素對其他影響因素的歸一化的排序向量。這里用aij表示，它表示第i 個影響因素對第j 個影響因素的影響權值，且有

處理結果得到下面一個權重矩陣:

通過ANP 的專門計算機軟件Super Decision，可以很方便得到加權矩陣。然后通過計算可以得到A 的極限矩陣，并且得到對應于1 的歸一化特征向量即影響航材消耗量的各個因素的權重結果:

ω = (0.10，0.05，0.06，0.19，0.32，0.23，0.05)

將獲得的參數帶入式(2)中，得到該種航材的裝機使用壽命預測值:

設該場站同種型號飛機的年度飛行小時預計共為5 690 h，則帶入式(3)可得該型號航材年度消耗量:

所以該型航材的年度消耗量預計為5 個。

5 結束語

科學地確定新機型航材消耗量的品種和數量一直是航材保障領域研究的難題。本文采用改進的加權系數法對新機型航材消耗量進行了預測研究，充分考慮了影響航材消耗的各個主要因素，合理利用了航材的出廠參數，比較精確地預測了新機型航材的消耗量，改進了當前新機型航材保障完全靠經驗的方法。下一步，將利用航材實際的消耗數據對影響航材消耗量的參數進行修正，構建更加準確的預測模型。

［1］劉洋，薛培生，鄭炳賢.航材備件需求確定流程及方法研究［J］.江蘇航空，2006(4):12-13.

［2］曹文靜，施建洪，崔嘉.一種針對交互式軟件的功能測試方法［J］.海軍航空工程學院學報，2009(5):583-586.

［3］岳奎志，韓維，宋巖，等. 艦艇編隊航材快速補給的系統動力學模型［J］.兵工自動化，2011(7):14-18.

［4］朱華進，陳瑾.裝備維修備件需求預測模型研究［J］.艦船電子工程，2010(9):147-149.

［5］劉嘉鵬，詹原瑞.基于貝葉斯網絡和網絡分析法的探討［J］.計算機工程，2008(18):266-271.

［6］吳國棟.基于ANP 的武器裝備作戰能力冪指數評估方法研究［J］.四川兵工學報，2010(2).

［7］韓增奇，于俊杰，王朝陽. 航空兵異地駐訓航材需求預測模型［J］.四川兵工學報，2010(2):35-37.