空管設備大修方案評估方法研究

摘 要：對空管設備設施進行及時、經濟、有效的維修保障活動，是保持、恢復甚至提高空管安全保障能力的關鍵。實施設備的維修保障活動要依據設備維修方案的指導，在維修活動中，維修方案的選擇是一項重要內容，決定了設備維修保障活動的有效性和經濟性。設備維修保障方案評估則是進行方案選擇的基本依據，因此，研究、優化空管設備維修保障方案的評估方法對于維修保障活動具有重要意義。

關鍵詞：空管設備；大修；方案評估

引言

目前，隨著我國經濟的快速增長，我國民用航空業也進入了一個快速發展期，中國民航運輸總周轉量已居世界第二位，已成為名副其實的民航大國。隨著經濟、科技及安全高速運輸需求的快速增長，我國民航事業將向民航強國進軍。高速發展的民航事業要求有更高效率和安全的空中交通管制保障，近年來我國空管設備設施也正在不斷完善，從設備的種類和數量上都有很大的發展，現在我國空管運行保障的設備設施已初具規模。但是，如何對這些設備設施進行及時、經濟、有效的維修保障活動，是保持、恢復甚至提高空管安全保障能力的關鍵。實施設備的維護維修活動要依據設備維修方案的指導，在維修活動中，維修方案的選擇是一項重要內容，決定了設備維修活動的有效性和經濟性。設備維修方案評估則是進行方案選擇的基本依據，因此，研究、優化空管設備維修方案的評估方法對于維修活動具有重要意義。

1 目前我國空管設備維修保障的現狀

根據《民航空管通信導航監視設備巡檢大修管理規定》，目前各地區空管局都成立了相應的設備維修中心或相應的設備維修保障機構，并按規定要求建立起了相關設備的巡檢制度，對空管通信、導航、監視及氣象設備都開展了定期的巡檢工作，以2015年為例，空管系統就對11個類型，224個臺站的通信、導航、監視共578臺套的設備設施進行了巡檢，通過定期巡檢發展了設備所存在的問題515起，現場排除故障151起。起到了設備運行保障安全關口前移的目的。

而在空管設備維修管理方面，根據《民航空管通信導航監視設備巡檢大修管理規定》，目前空管設備大修只有雷達設備作了包括周期，內容和效果的相關規定，而在通信，導航等空管設備的大修管理上暫時還沒有相關的規定可參考。另由于經費和因進口設備較多缺乏國外廠家的技術支持等原因，故目前空管設備大修暫時還停留在‘不得不為而為之’的狀態之中。有時就算得到了大修的許可批復，但由于經費所限，設備的大修也是停留在解決急需排除的故障上，少有對整套系統的全面維護維修，甚至升級改造。其實設備的大修范疇也包括了設備核心或關鍵部件的強制更換和升級改造，所以我們需要建立起一個行之有效的設備設施維修方案的制定與評估管理體系。

隨著我國空管設備的快速增長，制定空管設備設施維修保障的相關管理規定及實施方案指導材料是迫在眉睫之事。制定設備設施的維修方案和對方案進行評估優選，不僅可提高設備設施維修后的保障能力，更可使‘資金用在刀刃上’。故對空管設備維修方案的制定和評估方法進行研究具有深遠意義。

2 設備維修方案的組成要素

空管設備維修方案，是從總體上對設備維修工作方式、方法的概要性說明，是關于設備維修的總體規劃，其內容包括維修類型、維修原則、維修級別劃分及其任務、維修策略、預計的主要維修資源和維修活動約束等[1]。

空管設備維修類型主要包括計劃維修和非計劃維修，或分為小修、中修和大修以及修復性維修等，計劃維修也稱預防性維修，非計劃維修也稱修復性維修。維修類型規定了設備維修應進行的具體工作（保養、檢查、更換等）和工作時機.維修原則規定了設備完成修理的預定程度（國外稱修理策略），如有些廠家在設備設計時就要求設備設計成不可修復的、局部可修復的和全部可修復的三種。對不可修復的設備有故障時用備件予以更換。在維修保障方案中還可包括維修環境條件，主要是指對維修設施的要求和限制，如各維修級別的場站條件、維修備件和消耗品的配置方案、期望的氣象條件等[2]。

可見，設備維修方案中可包含很多內容，對這些內容進行歸納整理，可以抽取出基本的內容，即設備維修方案的要素。在擬制設備維修方案時，按其要素進行整體架構，可以使方案更加清晰易懂，便于實施。

空管設備維修保障方案的要素，按照其在維修方案中的作用、與設備維修關系的密切程度以及在方案中出現的形式，可以細分為基本要素和備選要素。

基本要素是指在整個設備維修方案中都必須出現的要素，這些要素是設備維修的具體工作和活動，是組織設備保障活動或擬制方案時必須掌握的基本依據等。具體包括了設備使用情況分析、設備現狀檢查與分析、維修任務計劃、維修指導思想和原則、維修方式方法、維修條件準備、維修力量編成部署、維修活動時間表等八個部分。

而備選要素是指不是所有設備維修方案中都必須具備的，只是在特定方案或滿足特定需要而出現的要素，這些要素主要是與設備維修活動密切相關或在制定方案時需要掌握、了解的內容。如某些重要設備的維修必須制定應急預案，或在某些大修中只能在開展維修活動后才能確定的一些具體模塊的故障就可作為備選要素加以考慮。

3 空管設備大修方案評估方法研究

目前，空管設備的大修主要是根據維修人員經驗和一般性的設備維修技術手冊制定維修方案和分配維修資源，缺乏準確性、優選性。有些大修不能很好地起到保證設備正常運行周期要求的作用。所以，空管設備大修方案評估是保證維修方案編制合理、執行成功并取得良好效果的關鍵性措施。對空管設備大修方案進行評估，可以衡量方案制定的合理性及可行性，發現方案編制的局限性和不足，及時動態制定和調整方案，使大修方案的編制更加合理，維修資源能夠得到最優利用。

下面我們就來介紹幾種常用的大修方案評估方法[2]：

3.1 層次分析法

20世紀70年代，美國運籌學家、匹茲堡大學教授T.L.Saaty推出了一種簡便、靈活而且實用的多準則決策的系統分析方法：層次分析法。它將人的思維過程層次化、數量化，并用數學方法為分析、決策、預報或控制提供定量的依據。它是一種定性和定量相結合的多目標決策方法，用于確定個指標間的權重大小，它把復雜問題分解，開成層次結構，系統化，層次化，且方法簡單易于實現[3]。

3.2 模糊評價法

Bellman與Zadeh于1970年提出了模糊決策的思想后，經Dubois等的改進，使決策問題轉化為在多判據情況下，對給定的各選方案進行排序擇優的問題，模糊綜合評判法就產生了。它是一種模糊定量評價方法，在評價備選方案時，對方案中所需評價的對象及整個方案的優劣程度用優、良、差等模糊概念來表達。

3.3 神經網絡評價法

1943年，McCulloch和Pitts首次提出神經元的數學模型，開始了神經網絡的研究。20世紀80年代后期神經網絡理論在世界范圍內得到了迅速的發展。目前神經網絡及其變形在系統設計方案評價領域已有廣泛的應用[3]。

3.4 物元分析法

1983年蔡文提出了物元分析法。物元分析法是研究解決不相容問題的規律和方法的新興學科，是思維科學、系統科學、數學三者相交叉的邊緣學科。它的核心是研究“出點子、想辦法”的規律、理論和方法，具有很濃的人工智能色彩。物元分析提出了實用的“可拓決策”方法，可用于決策理論的研究[3]。

3.5 聚類分析法

聚類分析是指在沒有或不用樣品所屬類別信息的情況下，依據樣品集數據的內在結構，在樣品間相似性度量的基礎上，對樣品進行分類的方法。其基本思想是用相似性尺度來衡量事物之間的親疏程度，把相似的樣本歸為一類，而把差異大的樣本區分開來，以此來實現分類[3]。

3.6 主成分分析法

20世紀30年代，由Fisher、ltotelling、許寶祿及Roy等人的一系列奠基性工作，使得多元統計分析成為應用數學的一個重要分支。主成分分析是將其分量相關的原隨機向量，借助于一個正交變換，轉化成其分量不相關的新隨機向量，并以方差作為信息量的側度，對新隨機向量進行降維處理，再通過構造適當的價值函數，進一步把低維系統轉化為一維系統[3]。

3.7 數據包分析法

1978年，美國著名運籌學家A.Charnes和W.W.Cooper等學者，以相對效率要領為基礎，以凸分析和數學規劃為工具，創建了DEA模型——C2R模型。DEA法不僅可對同一類型各決策單元的相對有效性做出評價與排序，而且還可進一步分析各決策單元非DE有效的原因及其改進方向，從而為決策者提供重要的管理決策信息[3]。

可見對設備大修方案的評估方法有很多，我們應該根據大修的需求，方案的特點等因素選擇一種適合的評估方法，從而使我們得到一個更符合我們設備大修需求，更經濟可靠的維修方案。下面我們就來深入探討一下層次分析法和模糊評價法相綜合在空管設備大修方案評估上的應用方法。

總體步驟是在我們對空管設備的實際情況制定好一份以上的大修備選方案后，我們可聘請相關專業的專家進行評審并出具個人獨立的意見，然后結合實際評價中的可操作性和信息有效性，使用證據理論對多位專家意見進行融合，對各個指標進行比較，形成判斷矩陣，克服其它方法中決策者主觀意見影響評價結果的不足；其次，采用層次分析法確定指標權重，將評價者的專業知識和經驗判斷給予充分量化。最后，采用模糊綜合評判進行評估得到最終結果。

例如，現有一組數據，定義專家1和專家2的意見分別為信度函數Bel1和Bel2，m1和m2分別是其對應的基本概率指派函數，焦元為九級標度，專家對各焦元的信度如表1所示[3]。

使用Dempster合成法則對專家的意見進行數據融合，可得到數據融合結果見表2[3]。

比較表1和表2，采用證據理論進行數據融合后，通過證據理論的數據融合作用增強了專家持相同意見的評估值，削弱了持不同的意見的評估值，并將數據融合結果的最大值對應的標度作為判斷矩陣的取值。

這樣在克服了決策者主觀意見影響評價結果的不足后，我們還要采用層次分析法確定指標權重，將評價者的專業知識和經驗判斷給予充分量化。根據專家們對各個元素相對于上一層的某要素而言，評定該層次中各有關元素相對重要性的意見，利用證據理論對專家們的意見進行融合，構造判斷矩陣[3]。

層次單排序。根據判斷矩陣計算其最大特征根λmax及其對應的特征向量W，將特征向量歸一化后即求得該層次下各個元素的權重。然后逐層利用單排序計算相對于上層的權重，直至目標層，得到目標層相對于最底層指標的權重，即層次總排序。若上一層所有元素A1，A2，···，Am的層次總排序已經完成，得到的權重值分別為a1，a2，am，與aj對應的本層次元素B1，B2，···，Bn的層次單排序結果為，即層次總排序為歸一化的正規向量[3]。

在設備大修支持系統中，指標值都是可以從數據庫或設備手冊中直接或間接得來，模糊綜合評判可以將層次分析法得來的權重和各指標值結合起來，得到最后的評價結果。引入模糊數學的隸屬函數將各種指標值變換到[0，1]范圍內可比較的值。例如：

成本型指標的隸屬函數：

效益型指標的隸屬函數：

由此得到決策矩陣B，采用模糊綜合評判方法得綜合重要度：

4 進一步深入研究的意義

空管設備維修不只關系到設備能否正常運行，更關系到能否為空中飛行安全提供持續有效的保障。維修方案的制定則是空管設備設施維修的關鍵，其制定是否科學合理，是否行之有效關系到設備設施的可用性和可靠性，故對維修方案的評估意義深遠。文章只是對維修方案評估進行了一些粗略的探討，對采用哪種維修方式更為有效等領域都未能涉獵，旨在拋磚引玉，希望各位同行能繼續深入研究，共同攻克這一難題。

參考文獻

[1]彭濤，阮擁軍，董立寧.基于要素的裝備維修保障方案評估方法研究[Z].

[2]陳葉青.裝備維修保障設計方案評估方法研究[Z].

[3]王芳芳，胡小建.大型裝備維修計劃綜合評估方法研究[Z].