基于改進(jìn)變權(quán)可拓的航空裝備維修安全評(píng)價(jià)

胡宗順，黃之杰，朱 倩, 劉慎洋

(空軍勤務(wù)學(xué)院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

基于改進(jìn)變權(quán)可拓的航空裝備維修安全評(píng)價(jià)

胡宗順，黃之杰，朱 倩, 劉慎洋

(空軍勤務(wù)學(xué)院 航空四站系，江蘇 徐州 221000)

針對(duì)當(dāng)前航空裝備維修安全評(píng)價(jià)中存在的權(quán)值固定、動(dòng)態(tài)性能差、等級(jí)交叉和極值掩蓋等問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的航空裝備安全評(píng)價(jià)方法。引入改進(jìn)變權(quán)理論和多級(jí)可拓模型，在建立評(píng)價(jià)分值與評(píng)價(jià)權(quán)重函數(shù)關(guān)系基礎(chǔ)上，對(duì)低分值指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”和“突顯”，挖掘潛在信息。解決了因評(píng)價(jià)指標(biāo)過(guò)多或部分指標(biāo)權(quán)重過(guò)小而影響系統(tǒng)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，造成評(píng)價(jià)結(jié)果失真的問(wèn)題，還原航空裝備維修安全實(shí)際。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證分析，表明所建模型科學(xué)合理，能動(dòng)態(tài)體現(xiàn)評(píng)價(jià)對(duì)象安全狀況，與實(shí)際貼合度高，可用于航空裝備維修的安全評(píng)價(jià)。

航空裝備； 變權(quán)； 可拓； 安全評(píng)價(jià)

0 引 言

航空裝備維修安全是完成訓(xùn)練、作戰(zhàn)任務(wù)的前提，與民用航空裝備相比，軍用航空裝備更具多樣性和特殊性。隨著聯(lián)合作戰(zhàn)模式加強(qiáng)和新機(jī)型的裝配，裝備維修安全被提上重要議程，如何科學(xué)、全面地對(duì)航空裝備維修進(jìn)行安全評(píng)價(jià)對(duì)保證飛行安全具有重要意義[1-2]。

近些年對(duì)于航空裝備維修安全評(píng)價(jià)的研究著眼于評(píng)價(jià)方法的選擇和應(yīng)用，具有權(quán)重固定、動(dòng)態(tài)性差、極值易掩蓋等問(wèn)題，評(píng)價(jià)結(jié)果擬合性差。按照以往的評(píng)價(jià)模型，各指標(biāo)的評(píng)價(jià)得分與指標(biāo)權(quán)重相互區(qū)分開，即指標(biāo)得分的高低對(duì)原指標(biāo)權(quán)重沒有影響，這就會(huì)造成低得分或?qū)ο到y(tǒng)安全造成嚴(yán)重威脅的指標(biāo)被掩蓋。如文獻(xiàn)[3]中“重大危險(xiǎn)性故障數(shù)”權(quán)重為0.003，按照評(píng)價(jià)原則，該項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重為安全評(píng)價(jià)體系中的很小一部分，給出分值較低時(shí)也能得出安全評(píng)價(jià)等級(jí)為“優(yōu)”的評(píng)價(jià)結(jié)果。但在實(shí)際的航空裝備維修中，重大危險(xiǎn)性故障數(shù)過(guò)多表明維修存在重大缺陷，很可能導(dǎo)致飛行事故。同時(shí)，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法如模糊綜合評(píng)價(jià)法[4]、非對(duì)稱貼進(jìn)度[5]等在劃分評(píng)價(jià)等級(jí)時(shí)不易區(qū)分，安全趨勢(shì)不易顯現(xiàn)，且不能分析末級(jí)指標(biāo)的安全狀態(tài)，提出的防控措施不具針對(duì)性。

針對(duì)這些問(wèn)題，文中評(píng)價(jià)指標(biāo)得分閾值進(jìn)行設(shè)置，并改進(jìn)變權(quán)理論，建立權(quán)重與分值的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)動(dòng)態(tài)變化對(duì)低得分指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”和“突顯”，挖掘潛在信息；多級(jí)可拓模型的建立，有助于解決傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型中等級(jí)交叉問(wèn)題、極值掩蓋、末級(jí)指標(biāo)的狀態(tài)分析受限等問(wèn)題[6]；指標(biāo)聯(lián)系度的求解可區(qū)分處于相鄰等級(jí)間的分值，并能根據(jù)總體的安全狀態(tài)找到底層的“問(wèn)題”指標(biāo)，由此確定針對(duì)性的整改措施，提升評(píng)價(jià)效果[7]。

1 改進(jìn)變權(quán)理論的應(yīng)用

1.1“一票否決”指標(biāo)設(shè)置

該方法是劃分出具有“絕對(duì)話語(yǔ)權(quán)”的指標(biāo)，即指標(biāo)惡化時(shí)，航空裝備維修安全狀況不達(dá)標(biāo)。“一票否決”指標(biāo)設(shè)置在解決權(quán)值不變問(wèn)題時(shí)簡(jiǎn)單可行，即當(dāng)單指標(biāo)得分低于閾值時(shí)，就可判定評(píng)判對(duì)象安全狀態(tài)不合格而不用考慮其他指標(biāo)狀態(tài)。在解決評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)過(guò)多造成重要指標(biāo)高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)被中和的問(wèn)題上具有優(yōu)勢(shì)。

1.2改進(jìn)變權(quán)求解方法及流程

變權(quán)理論由李洪興提出，后續(xù)研究中提出了局部變權(quán)的公理化定義，并建立了基于均衡度的綜合模型[8]。學(xué)者劉文奇給出了更明確實(shí)用的變權(quán)函數(shù)，將其應(yīng)用于地鐵運(yùn)行安全中[8]，取得了很好的效果，但在求解傳統(tǒng)變權(quán)公式中指數(shù)α?xí)r，由人為主觀決定，且未考慮某項(xiàng)指標(biāo)惡化時(shí)，其他各指標(biāo)相應(yīng)變化關(guān)系，易導(dǎo)致指標(biāo)個(gè)數(shù)較少時(shí)，單項(xiàng)指標(biāo)惡化情況反映不明顯或被掩蓋。針對(duì)存在的不足，改進(jìn)變權(quán)理論，建立分值與權(quán)重的函數(shù)關(guān)系。

構(gòu)建改進(jìn)變權(quán)模型的基本步驟如下[9]：

(1)n個(gè)指標(biāo)A1,A2,…,An對(duì)應(yīng)的分值為u1,u2,…,un，且具有相同量綱，即ui∈[0,um](um取100)，Ai經(jīng)變權(quán)處理后的權(quán)重wi=wi(u1,u2,…,un)，i=1,2,…,n。

(2)wmi=wmi(u1,u2,…,un)為指標(biāo)i基礎(chǔ)權(quán)重，w0i=w0i(u1,u2,…,un)為指標(biāo)i功能喪失時(shí)權(quán)重，可由下式求得：

(3) 引入τi(u)函數(shù)，則變權(quán)數(shù)為：

i=1,2,…,n

其中:

2 基于多級(jí)可拓的航空裝備維修安全評(píng)價(jià)模型

2.1模型相關(guān)概念描述

(1) 模糊復(fù)合物元概念[10]。

(2) 經(jīng)典域和節(jié)域[11]。設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)域C={Cj,j=1,2,…,m}，一級(jí)指標(biāo)因素集V={vi,i=1,2,…,n}。令

其中,V為指標(biāo)集對(duì)應(yīng)等級(jí)Uj的量值范圍，為經(jīng)典域。令

式中：UC為指標(biāo)集對(duì)應(yīng)等級(jí)C的量值范圍，即節(jié)域。

2.2安全等級(jí)關(guān)聯(lián)度的確定

為方便模糊關(guān)聯(lián)度的確定，引入可拓評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)函數(shù)概念，通過(guò)改進(jìn)可以定量地將評(píng)價(jià)值轉(zhuǎn)化為屬于“正域”或者“負(fù)域”中的某一個(gè)，并克服歸一化過(guò)程中極值掩蓋等問(wèn)題。

定義2x為實(shí)域上一點(diǎn)，A=[α,β]為實(shí)域上任一區(qū)間，稱η=|x-(α+β)/2|-(β-α)/2為點(diǎn)x和區(qū)間A之間距離。同理，d(x,A,B)=η(x,B)-η(x,A)定義為點(diǎn)x與實(shí)域A和B組成區(qū)間的位置關(guān)系。建立初等函數(shù)ξ=η(x,A)/d(x,A,B)計(jì)算點(diǎn)與區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)。

基本步驟為[12-13]：

(1) 通過(guò)專家實(shí)地考察并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)各安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，這是過(guò)程將系統(tǒng)指標(biāo)的不確定信息量化處理。

(2) 建立可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)。定義關(guān)聯(lián)度為：

kj(vik)為第i個(gè)1級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)第k個(gè)2級(jí)指標(biāo)關(guān)于等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度。

2.3多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

(1) 2級(jí)評(píng)價(jià)。2級(jí)指標(biāo)權(quán)值ωi=(ωik)與對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)度向量K(vik)=(kj(vik))相乘確定上級(jí)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度向量為：

K(vi)=(kj(vi))=(ωi1,ωi2,…,ωip)×

(2) 1級(jí)評(píng)價(jià)。1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量ω=(ωj)與指標(biāo)對(duì)應(yīng)安全等級(jí)關(guān)聯(lián)度K(V)=(K(vi))相乘確定評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)安全等級(jí)聯(lián)系度向量為：

K(M)=(ω1,ω2,…,ωn)×

(3) 確定安全等級(jí)。若滿足

則待評(píng)對(duì)象安全等級(jí)為j。

3 實(shí)例驗(yàn)證

為滿足沿海作戰(zhàn)需求，某航空單位承擔(dān)多機(jī)型飛行任務(wù)，維修任務(wù)重，用文中建立模型對(duì)該單位航空裝備維修安全進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。

3.1航空裝備維修安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

指標(biāo)的建立是實(shí)施安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，部分學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[3]中建立了“飛行事故、地面事故、事故征候萬(wàn)時(shí)率、重大危險(xiǎn)性故障數(shù)”的綜合指數(shù)指標(biāo)，劃分不夠具體；文獻(xiàn)[14]中按照“人為、裝備、環(huán)境、管理”建立航空維修安全末級(jí)指標(biāo)，劃分相對(duì)粗糙且較難量化；文獻(xiàn)[15]中從維修安全和維修質(zhì)量二方面構(gòu)建指標(biāo)，均為定量指標(biāo)。文獻(xiàn)[5]中通過(guò)對(duì)航空裝備維修系統(tǒng)全面、細(xì)致分析，從“人，機(jī)、環(huán)、管”4方面構(gòu)建航空裝備維修指標(biāo)，較好適應(yīng)評(píng)價(jià)環(huán)境，滿足安全評(píng)價(jià)要求。文中采用該指標(biāo)進(jìn)行研究[16]。如圖1所示。

圖1 航空裝備維修安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)調(diào)研情況，參照指標(biāo)的構(gòu)建結(jié)果，設(shè)指標(biāo)“飛機(jī)因素”和“保障裝備”為“一票否決”指標(biāo)。當(dāng)評(píng)價(jià)對(duì)象“一票否決”指標(biāo)評(píng)價(jià)分值低于“不合格”標(biāo)準(zhǔn)，即判定為整體不合格。

3.2安全等級(jí)劃分

為提高安全狀況優(yōu)劣的識(shí)別程度，將安全等級(jí)論域劃分為5級(jí)，見表1。

表1 安全等級(jí)劃分

3.3基于改進(jìn)變權(quán)可拓模型評(píng)價(jià)

在2016～2017年間，先后多次對(duì)該單位調(diào)研，以收集所需數(shù)據(jù)。根據(jù)模型需求，邀請(qǐng)航空裝備專家8位、飛行員代表2位共10人組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)該單位實(shí)際狀況打分。小組成員熟悉航空裝備維修，且具備實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確保了咨詢結(jié)果的可靠性。評(píng)價(jià)以問(wèn)卷形式開展，按照百分制進(jìn)行，分值越低說(shuō)明該指標(biāo)在維修中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素越大。在文獻(xiàn)[5]中，作者組織專家對(duì)各指標(biāo)重要程度投票，并利用熵權(quán)法建模求得指標(biāo)固定權(quán)重(見表2)，本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)行變權(quán)研究。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，確定1級(jí)指標(biāo)權(quán)重wi=(0.18,0.31,0.22,0.29)。

表2 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)變權(quán)求解及取值

(1) 變權(quán)求解。評(píng)價(jià)小組對(duì)該單位的打分情況見表2。依據(jù)評(píng)分結(jié)果，參照變權(quán)理論對(duì)評(píng)分進(jìn)行核對(duì)，不存在“一票否決”指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的情況。接著按照變權(quán)求解方法利用Matlab工具進(jìn)行計(jì)算，對(duì)相對(duì)得分較低的指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”和“突顯”。

由計(jì)算結(jié)果可以看出，得分越低，對(duì)應(yīng)權(quán)值相對(duì)增大幅度越高，即在指標(biāo)總權(quán)值不變的情況下，得分高、安全程度高的指標(biāo)權(quán)值相應(yīng)降低，所謂“安全無(wú)小事”，在求航空裝備維修總體隸屬等級(jí)時(shí)，低得分指標(biāo)權(quán)值的增加更能真實(shí)體現(xiàn)實(shí)際安全狀況。

(2) 多級(jí)可拓模型求解與評(píng)價(jià)。針對(duì)表1，建立航空裝備維修風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)域及評(píng)價(jià)因素集C={C1,C2,C3,C4,C5}={極差,較差,中,良,優(yōu)}；1級(jí)指標(biāo)V={v1,v2,v3,v4}。具體求解步驟如下：

① 確定v1的經(jīng)典域和節(jié)域:

由此，v2、v3、v4的經(jīng)典域和節(jié)域也可確定，這里不再贅述。

② 確定待評(píng)價(jià)對(duì)象物元。由考評(píng)細(xì)則定性對(duì)各指標(biāo)打分確定待評(píng)對(duì)象物元，結(jié)果見表2。

③ 關(guān)聯(lián)度計(jì)算。以1級(jí)指標(biāo)v1對(duì)應(yīng)2級(jí)指標(biāo)v11為例，進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算：

則，對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)度為：

同理可得其他2級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度(見表2)。

④ 進(jìn)行多級(jí)可拓評(píng)價(jià)。首先進(jìn)行2級(jí)評(píng)價(jià)，由2級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量與對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)度向量相乘確定上級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度。

以“人為因素”為例計(jì)算關(guān)聯(lián)度：

K(v1)=(0.2807,0.306,0.4133)×

(-0.64,-0.52,-0.28,0.092,-0.001)

則可求一級(jí)評(píng)價(jià)，即該航空單位裝備維修的總體評(píng)價(jià)：

K(M)=(0.18,0.31,0.22,0.29)×

(-0.615,-0.486,-0.229,0.083,-0.095)

3.4評(píng)價(jià)結(jié)果分析

(1) 安全狀況分析。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該單位航空裝備維修安全狀態(tài)為“良”，對(duì)照2016年《規(guī)范化管理調(diào)研考評(píng)》情況，該單位航空裝備得分為843分(總分值1 000分)安全狀況較好，由此可見，模型評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相吻合，驗(yàn)證了本方法的合理性。通過(guò)總體關(guān)聯(lián)度可以看出，與狀態(tài)“良”的關(guān)聯(lián)度為0.083，與狀態(tài)“優(yōu)”的關(guān)聯(lián)度為-0.095，且0.083lt;0.095，說(shuō)明該單位航空裝備維修安全狀態(tài)更具有維持“良”狀態(tài)的特性，較長(zhǎng)一段時(shí)間不會(huì)改變，應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)。

由聯(lián)系度可以看出，各1級(jí)指標(biāo)因素總體評(píng)價(jià)均為“良”，說(shuō)明下屬指標(biāo)存在一定安全隱患，需逐項(xiàng)進(jìn)行排查。同時(shí)，“管理因素”與等級(jí) “良”的關(guān)聯(lián)度為0.008，與等級(jí)“中”的關(guān)聯(lián)度為0.007，說(shuō)明該指標(biāo)具有從等級(jí)“良”轉(zhuǎn)向等級(jí)“中”的趨勢(shì)，需要重點(diǎn)防范；“裝、設(shè)備因素”有 從等級(jí)“良”轉(zhuǎn)向等級(jí)“優(yōu)”的趨勢(shì)，需進(jìn)一步規(guī)范保持。總的來(lái)說(shuō)，該單位航空裝備維修工作整體較好，但存在較小風(fēng)險(xiǎn)。需在工作、保障時(shí)加以注意，或者嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)安全規(guī)定、嚴(yán)格按照裝備維修規(guī)范開展工作，確保裝備維修安全。

(2) 多種評(píng)價(jià)模型方法對(duì)比分析。為驗(yàn)證文中評(píng)價(jià)模型的可信性和科學(xué)性，設(shè)置了3組與文中模型方法相關(guān)的評(píng)價(jià)模型，依據(jù)文中數(shù)據(jù)對(duì)該單位裝備維修安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 多種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果

① 由方法1、2對(duì)比看出，使用熵權(quán)確定的安全等級(jí)也為4，但進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，0.081gt;0.027，相對(duì)比方法1中關(guān)聯(lián)度0.083lt;0.095，方法2的評(píng)價(jià)結(jié)果更偏向狀態(tài)“優(yōu)”，未體現(xiàn)出專家評(píng)分結(jié)果843分(總分為1 000分)所顯示的保持狀態(tài)“良”的趨勢(shì)，即掩蓋了評(píng)價(jià)對(duì)象部分指標(biāo)惡化的現(xiàn)象。

② 由方法1、3對(duì)比，將改進(jìn)變權(quán)模型處理的指標(biāo)權(quán)重應(yīng)用于模糊綜合評(píng)價(jià)中，通過(guò)確立隸屬度函數(shù)構(gòu)建模糊判斷矩陣求解該單位裝備維修隸屬度評(píng)價(jià)得分為91.2，安全等級(jí)為5，安全狀態(tài)為 “優(yōu)偏良”，等級(jí)隸屬度排序與實(shí)際存在偏差。并且，模糊綜合評(píng)價(jià)模型較難處理等級(jí)交叉問(wèn)題，且無(wú)法具體到每個(gè)末級(jí)指標(biāo)的狀態(tài)分析；多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型充分考慮等級(jí)狀態(tài)的均衡性，通過(guò)引入聯(lián)系度將處于相鄰等級(jí)間的分值進(jìn)行區(qū)分，并能根據(jù)總體的安全狀態(tài)找到底層的“問(wèn)題”指標(biāo)，由此確定針對(duì)性的整改措施，提升評(píng)價(jià)效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于改進(jìn)變權(quán)的多級(jí)可拓模型能較科學(xué)、客觀地對(duì)航空裝備維修安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行描述，同時(shí)能對(duì)各指標(biāo)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行刻畫。在根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)及實(shí)際狀況確定指標(biāo)固定權(quán)重后將模型應(yīng)用于待評(píng)價(jià)的航空單位，結(jié)合各指標(biāo)實(shí)際得分情況動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)值，然后由多級(jí)可拓模型評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行安全等級(jí)劃分，并提出針對(duì)性整改措施，最后對(duì)多種方法比較分析，結(jié)果表明，文中模型動(dòng)態(tài)性好、切合度高，為航空裝備維修安全評(píng)價(jià)提供了新的思路。

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SafetyAssessmentofAviationEquipmentMaintenanceBasedonImprovedVariableWeightandMulti-levelExtensibleModel

HUZongshun,HUANGZhijie,ZHUQian,LIUShenyang

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, Jiangsu, China)

An improved safety assessment method of aviation equipment maintenance was proposed.The problems of unchangeable weights, poor dynamical performance, cross-grade and extreme concealment in safety assessment of aviation equipment maintenance have been solved.Improved variable weight and multi-level extensible model were proposed.Based on functional relationship between assessment grades and weights built in this paper, by tapping potential information, it is penalized and highlighted those indicators with lower grades.The problem of inaccurate assessment resulted by many indicators or lower weights has been solved.Through an example analysis of an aviation equipment maintenance, this model can dynamically reflect the truth of the assessment system, and provide a method of modeling for the safety assessment of aviation equipment maintenance.

aviation equipment; variable weights; extensible model; safety assessment

X 928

A

1006-7167(2017)10-0308-06

2017-04-20

胡宗順(1992-)，男，河南信陽(yáng)人，碩士生，主要從事航空四站保障技術(shù)與信息化研究。Tel.:13056202713； E-mail:2272110501@qq.com

黃之杰(1978-),男,江蘇宿遷人,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:航空四站保障技術(shù)與信息化。Tel.:0516-82371681;E-mail:670940136@qq.com