基于綜合模糊評價法的修復性維修備件確定優化研究

卜新旺++張楊++楊一凡

摘要：本文著眼提高部隊備件保障水平，綜合運用綜合模糊評價法和層次分析法等研究方法，對部隊修復性維修備件品種和數量進行優化研究，確定更加符合信息化戰爭時代要求的備件品種和數量，為我國新一代裝備備件的確定提供科學合理的依據。

Abstract： This paper focuses on how to improve the level of spare support of the troops， uses comprehensive fuzzy evaluation method and analytic hierarchy process and other research methods to optimize the variety and quantity of troops repairing maintenance spare parts， makes the variety and quantity of spare parts more in line with the requirements of the information age war， to provide a scientific and reasonable basis for the determination of the new generation of equipment spare parts in China.

關鍵詞：綜合模糊評價法；備件；修復性維修

Key words： comprehensive fuzzy evaluation method；spares；repair maintenance

中圖分類號：F224 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0125-04

0 引言

隨著信息技術的高速發展軍事變革進一步推進。我軍新一代的主戰裝備陸續列裝部隊。但由于目前我軍裝備在研制過程中對保障考慮的不夠全面，導致在裝備列裝后很難在短時間內形成保障能力，尤其是備件品種和數量的確定問題。

傳統的備件的供應辦法，從建國初期集中管理、集中供應[1]發展到當前的實物供應和經費供應相結合的供應辦法，在相應的一定時期內取得了很好的保障效果，保證了部隊維修工作的正常運轉。但是，這種機械化戰爭期間形成的供應模式與當前信息化戰爭部隊建設的需要很難相適應，往往導致備件的品種和數量總是不合理。有些備件大量積壓，而有些備件則總是保障不足，不利于我軍裝備保障建設。論文從預防性維修備件需求入手，運用綜合模糊評價法確定備件的種類，再根據可修件和不可修件的計算模型確定備件的數量。

1 預防性維修備件確定的方法

備件需求確定方法研究是規劃備件供應工作的前提。運用科學合理的方法確定備件品種和數量有利于合理規劃和利用保障資源，使新裝配部隊的裝備能夠在短時間內形成保障能力，老裝備能夠形成更加科學的保障體系，為部隊訓練和作戰任務的順利完成打下良好的基礎。備件的類型根據維修工作類型區分為預防性維修備件和修復性維修備件。論文主要研究預防性維修備件的確定方法。

1.1 預防性維修備件品種的確定方法

預防性維修備件的確定是以RCMA、MTA的工作以及預防性維修大綱為基本依據進行的。針對維護規程，進行詳細的分析，即可確定出預防性維修的備件品種。

不同裝備的預防性維修分為多少個等級，不同的等級，在規定時間內需做幾次，每一次維護要做哪些項目，每個項目都需要檢查內容，檢查時需要哪些備件，在維護規程中都做了明確規定。所以，從維護規程里面就能清楚的知曉預防性維修的備件品種[2]。

1.2 預防性維修備件數量的確定方法

預防性維修備件數量的確定相對于備件品種的確定就復雜得多，需要根據裝備維修工作類型分別進行計算。定時報廢的零部件備件數量的計算時，一般根據不可修件的計算模型進行計算；定時拆修的備件數量的計算則根據具體情況區分可修與不可修，再分別進行計算。

針對不同裝備的維護保養的規程，可以容易的得出所需的備件品種，再根據不同單位具體的裝備數量、需更換零件的單機件數、所提供的備件數量要求覆蓋的時間跨度等，即可根據不可修零部件備件數確定模型或者可修零部件備件數確定模型確定出備件數量。

2 修復性維修備件的確定方法

裝備都是由成千上萬個零部件構成的，每種零部件都可能發生故障，因此每種零部件都應該有備品。但是，實際情況并非如此。由于各零部件的故障率大小不盡相同，而且對裝備的影響程度也相差甚遠，再加上費用方面的原因，不可能為一個裝備的所有零部件都提供備件。基于以上的原因，在確定修復性維修備件品種時，需要制定相應的原則，按照原則對備品需求進行判定。一般運用專家打分法和綜合模糊評判法對影響備件的重要因素進行權衡分析并通過定量計算來權衡處理，最后得出所需備件的品種。

2.1 備件品種的確定方法

2.1.1 綜合模糊評判方法確定備件品種概述[3]

對于某型裝備而言，影響備件品種確定的因素是多種多樣的，既有備件耗損性的影響，又有零部件相對裝備而言重要程度和關鍵性的影響，還有經濟性的影響等等。這些影響因素有的不易量化，并且與備件品種的關系是一種模糊的關系。此外，某一零部件是否應該設置備件，本質上是取決于設置該類備件是否能夠達到所期望的效果。然而，效果的衡量也帶有模糊性。綜上，采用綜合模糊評判法來確定修復性維修備件品種是科學且合理的。

綜合模糊評判法首先就是需要確定評語集，再進行評價因素的判定并進行權重分配，最后通過模糊矩陣計算設置備件效果的好壞程度來判斷是否為該零部件設置為備件。

2.1.2 專家打分法確定備件品種概述[3]

根據備件的復雜程度，可以分為結構件、標準件和成品三大類。產品的故障、失效，與本身的質量特性、安裝特性、環境特性、使用及維修特性有著密切的關聯，從不同角度對結構件、標準件和成品提出需要備件影響的各種因素，邀請具有豐富經驗的專家對各種因素的影響程度進行打分，再對所得分值進行處理，即可定量確定出備件需求，這種方法就是“專家打分法”。

2.2 備件數量的確定方法

修復性維修備件的品種的確定通過專家打分法或綜合模糊評判法可得，得出的備件的具體數量則可以根據可修和不可修模型進行計算確定（可修和不可修計算模型根據泊松分布原理導出）。大量統計表明，備件消耗服從泊松分布規律。

通過查閱相關資料，我們得出MTBUR和MTBF的關系：MTBUR=（0.8～0.9）MTBF。由于目前條件下MTBF要比MTBUR容易獲得。我國的保障性工程研究起步相對較晚，MTBUR的原始數據相對較少，所以利用上述得到的關系式便可由MTBF計算得出MTBUR。因此在這里使用了MTBUR=（0.8～0.9）MTBF這一關系式來解決無MTBUR數值的問題。為保守起見，一般采用MTBUR=0.8MTBF這一等式進行備件數量的計算。

假如備件的壽命分布函數已知（符合指數分布或正態分布等），便可應用相關的計算模型，確定出備件的數量。

3 基于綜合模糊評價法的修復性維修備件確定模型

通過綜合模糊評判法確定備件品種時是以零部件的ABC分類為基礎的。并且ABC分類法相對比較成熟，在確定修復性維修備件品種時所需的數據信息容易獲取，分析計算工作方法非常簡便，更便于在實際確定過程中應用。因此，綜合模糊評判法對于修復性維修備件的確定有著重要的價值。

首先，運用綜合模糊評價法確定修復性維修備件的品種，然后運用可修和不可修模型計算得出各個品種備件的需求量。最后運用權衡模型對得出的結果進行權衡判斷，得出最終的修復性維修備件的品種和數量。

3.1 備件品種的確定

綜合模糊評價法能夠巧妙的將一些定性的描述轉變為定量的描述，并對數據進行相應的處理實現對定性事件進行定量評價的目的。而修復性維修備件品種的確定正是一種定性的模糊的描述事件，運用綜合模糊評價法就能比較好的解決品種確定的問題。這種方法運用于這個問題的具體步驟如下：

3.1.1 確定評價的評語集

確定某種零部件是否需要備件，實質上是判斷該類備件的設置對裝備保障的效果如何。效果好則應該設置，效果不好則可不設置。我們將評語集定為：

V={效果好，效果一般，效果差}。

但是，由于效果的好壞是一個相對模糊的概念。如果說效果好，那么這個好的程度很難把握；如果說不好，那么不好的程度同樣也很難把握。因此，需要對模糊的定性的概念進行定量描述：V=（x，y，z）={效果好，效果一般，效果差}。

3.1.2 明確評價因素集

影響備件品種確定的因素很多，通過綜合的考慮，從其中選取主要的因素進行分析。現選取零部件的關鍵性、零部件的耗損性、零部件的經濟性三個主要的影響備件對裝備保障的效果的因素。

論文中用分別表示零部件的關鍵性、耗損性、經濟性，確定評價因素集為：

U={U1，U2，U3}={關鍵性，耗損性，經濟性}

3.1.3 利用層次分析法進行權重分配

零部件設置備件的關鍵性、耗損性和經濟性都是影響保障效果的重要因素，但是這三者并不是一個等價的關系。也就是三者對保障效果的影響程度是不同的。下面利用層次分析法對三個因素進行分析后得三個影響因素的權重。首先，建立層次結構模型（圖1）。

然后，對因素的重要性比較構造判斷矩陣并進行計算，所得判斷矩陣（表1）及相應計算的步驟如下。

根據判斷矩陣進行一致性檢驗。如果通過一致性檢驗，則W1、W2、W3分別為關鍵性、耗損性、經濟性的權重。如果沒有通過，則需要對重要性進行調整，直到符合一致性檢驗。

3.1.4 確定模糊矩陣

①評價因素的分類。

隸屬度函數是確定模糊矩陣的關鍵。函數必須反映各零部件三大屬性對確定備件品種的影響程度。首先，將各影響因素進行A，B，C分類：

1）關鍵性因素。

根據零部件的故障嚴酷度來確定關鍵性程度，而零部件故障的嚴酷度可以由FMECA或RCMA邏輯決斷來得到。嚴酷度越大，關鍵性越高，設置備件對裝備保障的效果越好。根據FMECA將嚴酷度分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ四級。當我們定義關鍵性中A類對應于嚴酷度較大，而C類對應于嚴酷度較小的時候。它們與嚴酷度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ的對應關系如表2所示。

2）耗損性因素。

零部件的耗損性則可以根據產品的消耗量來衡量。顯然，耗損越多的零部件，設置備件的必要性越大，反之，則必要性越小。耗損性我們同樣按照A，B，C進行分類。由于新研制裝備的耗損性沒法通過實際統計情況快速獲得，這里利用FMECA的數據，計算出零部件預計年耗損率（E），然后依據年耗損率進行分類。對于已經裝配部隊的裝備則可根據使用期間統計的耗損量進行分類。分類標準：

其中，E1=0.6～0.7，E2=0.3～0.4，為保守期間，應取E1=0.7，E2=0.4。

3）經濟性因素。

按照上述規律，同樣將經濟性分為A，B，C三類，定義A類零部件花費最低，C類花費最高。根據查閱資料我們獲得一個經濟學規律：占全部消耗零部件70%左右的低價產品，只需要花費全部花費金額的10%左右，而占全部零部件10%左右的高價產品，需要花費占70%左右的總金額。根據規律，可得出經濟性分類的兩個準則，如表3所示。

經濟性分類依照的原則是：以費用準則為主，兼顧考慮數量準則。

根據準則，可以確定三類零部件的金額分界值，并進行分類：

②確定隸屬度。

根據上述A、B、C分類原則，A類零部件屬于效果好的隸屬度大，而屬于效果差的隸屬度小。C類零部件屬于效果好的隸屬度小，屬于效果差的隸屬度大。再根據相關模糊數學原理，確定出各類零部件影響效果的隸屬度如下：

A類：Ra=（0.6，0.3，0.1）

B類：Rb=（0.2，0.6，0.2）

C類：Rc=（0.1，0.3，0.6）

我們可以看出，位于矩陣第一位的是隸屬效果好的程度，處于中間的是效果一般的程度，而第三位的是隸屬效果差的程度，所以，隸屬度對應著效果評語集。

③確定模糊矩陣。

Ru1-關鍵性隸屬度向量，表示該零部件隸屬效果好壞的程度；

Ru2-耗損性隸屬度向量；

Ru3-經濟性隸屬度向量。

④綜合評判矩陣的計算。

由三大影響因素的權重A和模糊矩陣R便可計算得出評判矩陣B：

式中b1，b2，b3分別表示效果好，效果一般和效果差的程度。

3.2 備件數量的確定

運用綜合模糊評判法確定出的修復性維修備件數量時，其具體計算模型一般區分可修件和不可修件進行計算的。

對于不可修件的計算模型為：

λ=（W·F·H·T）/MTBUR（2）

其中，λ表示不可修零部件消耗量的數學期望；W表示裝備數量；F表示零件單機（車）件數；H表示裝備年工作時間（小時/年）；T表示時間跨度（年）；MTBUR表示平均不定期更換時間（小時）。

根據經驗，我們得知MTBUR=0.8MTBF。再將λ代入下式中即可求出備件數量：

其中，s表示備件數量；p表示備件獲得概率；

對于可修零部件的計算模型為：

其中，λ表示可修零部件消耗量的數學期望；MTTR表示平均修理時間（天）；TAT表示維修周轉時間（天）；W、F、H、T同式（2）；

同理，將λ代入式（3）中即可求出備件數量。

當考慮零件維修后能繼續使用概率r時，需要在公式（3）計算出備件數量s的基礎上再按下式計算備件數量：

其中，N表示考慮了r后的備件數量；s表示經式（3）計算出的備件數量；r表示經修復能使零件恢復到可繼續使用的概率。

以上兩個計算模型都是根據泊松分布導出。統計表明，備件消耗服從泊松分布規律。

3.3 權衡和并歸處理

上面介紹了用綜合模糊評判法來確定備件品種和數量的步驟和方法，現規定具體操作時依據的準則：

①當b1+b2？叟0.90時，則該零部件應該設置一定數量的數量備件。

②當0.90>b1+b2？叟0.70時，則該零部件即可以設置備件也可以不設置備件，具體情況可以根據用戶自己需求確定。

③當b1+b2<0.70時，則該零部件不考慮在基層級設置備件，等待其發生故障后再對備件供應目錄進行調整。

4 案例分析

通過查閱相關資料我們知道構成主離合器的零部件有主動鼓、被動鼓、連接齒套、彈簧、起動齒圈、外齒摩擦片、內齒摩擦片、連接齒輪、壓縮輪盤、主動軸蓋、密封環、活動盤、注油管、固定螺帽、活動盤分離環、分離彈子、固定盤分離環、調整墊、密封襯套、套筒、活動盤拉臂、彈簧銷314軸承、60722軸承、壓板、軸承座、接合盤、固定螺栓、氈墊、氈墊蓋等等[4]。為了確定主離合器哪些零部件需要設置備件，需要對以上零部件進行分析。但是，分析所有零件的工作量過大，所以選取前10種零件進行研究來證明方法的可行性。

4.1 確定備件品種

首先應用綜合模糊評判法進行分析：邀請相關專家和技術人員20人，對主離合器進行分析判定。

第一步，確定權重集A和各零部件的A，B，C屬性

根據層次分析法可以得出A1=（w11，w12，w13）=（0.42，0.2，0.38）。

按照此方法，分別計算出選出的10個零部件的權重集；再依據第3節介紹的原則，分別10個零部件的關鍵性、耗損性和經濟性屬性進行分析判斷，得到各零部件的分類。然后確定出權重集和分類如表4所示。

第二步，確定模糊矩陣

根據A，B，C相對于保障效果好壞的模糊判斷（A類：Ra=（0.6，0.3，0.1），B類：Rb=（0.2，0.6，0.2），C類：Rc=（0.1，0.3，0.6）），再結合零部件的權重集，由公式（1），即可得出各零部件的綜合模糊評判結果，如表5所示。

4.2 修復性維修備件數量確定

通過以上方法已經得到了需要設置備件的零部件，對于可修的零部件，可以通過公式（2）-（5）計算出來。計算結果如表6。其中，W表示裝備數量用；T表示裝備使用保證期（年）；TAT表示周轉時間（天）；MTTR表示平均修理時間（天）；MTBF表示平均故障間隔時間（小時）；P表示保障概率用。

5 結束語

論文運用系統的思維和方法為裝備備件品種和數量的確定提供了科學可行的方案。新的方法有效的解決了傳統備件供應中不合理的現象，在保障維修正常進行的同時，減少了資源的浪費，能夠更好的適應信息化裝備的需求，更好的為打贏信息化戰爭提供備件保障。

參考文獻：

[1]單志偉.裝備管理[M].北京：裝甲兵工程學院，1996.

[2]伍書劍.備件品種和數量確定方法研究[D].北京：裝甲兵工程學院，1997.

[3]陳慶華，李曉松.系統工程理論與實踐[M].北京：國防工業出版社，2009.

[4]孫偉.裝甲車輛構造[M].北京：兵器工業出版社，2006：30-30.