船舶維修項目資源需求預測模型建模研究

姚 路，劉之萌，解 鋒

(海軍工程大學，湖北 武漢 430033)

隨著戰略轉型，裝備建設進入快速發展時期，大量新型船舶陸續服役海軍，在不斷增強海軍力量的同時，也給船舶維修保障工作提出了更高要求[1]。船舶維修是典型的復雜大型項目，需要調動大量資源，項目資源管理一般開始于項目計劃階段，是整個項目工作的基礎環節，能否對項目資源需求進行科學預測將很大程度決定項目后續工作的順利開展[2]。

船舶維修資源包括人力資源、物力資源、財力資源和信息資源等，可分為消耗類資源和占用類資源，由于國防工作對于國家而言具有優先屬性，因此軍隊項目考慮的主要制約為人員、設備、設施等占用類資源。本文將以某型船舶塢修項目為例，對船舶塢修時的各類資源進行分析梳理，采用關鍵因素分析法選取待修船舶狀態評估指標，建立待修船舶狀態評估模型和項目資源需求預測模型，可為船舶修理廠的資源配置和建設提供參考。

1 某型船舶塢修項目資源分析

船舶種類繁多，各型船舶的維修保障工作各具特點，要預測其保障資源相當復雜。某型船舶是我國新一代多用途輕型護衛船，數量多、使用廣，具有較強的代表性。本文以該型船舶為代表，開展船舶塢修項目資源預測的分析研究。

1.1 項目主要工作劃分

船舶塢修，是指船舶定期進塢或者上排進行檢修，清除船體污銹，恢復船體防護性能，排除船舶進塢修理的故障。其主要工作如下。

1)檢查水線以下船體的外觀，外板除銹涂漆和局部除銹補漆。

2)原位檢修水下裝置及其附件，研磨海底門以及船舷閥，更換填料和犧牲陽極，修補或者更換損壞的降噪涂敷層。

該型船舶在塢修時，可根據項目結構分解分為6大工程分項。

1)塢內工程。包括：結構、艏艉柱、艙柜、海底閥箱檢修；螺旋槳、艉軸及密封、舵、減搖鰭、海底門檢修；淡海水、生活污水管系檢修；搭設塢墩、玻璃鋼包覆；外板、艙柜涂裝工程；進出塢、吊運保障。

2)動力工程。包括：主機、齒輪箱、支點軸承檢修；發電機組；鍋爐本體清洗；鍋爐附件檢修；泵、通風機、空壓機、制冷機、空調裝置、海水淡化裝置檢修；甲板機械檢修。

3)電氣工程。包括：發電機組和配電裝置檢修；電動機及控制箱檢修；動力、照明線路及燈具檢修；主副機監控系統檢修。

4)管系工程。包括：燃滑油系統管系檢修；淡海水系統管系檢修；艙底、消防系統管系檢修；通風系統管系檢修；蒸汽系統管系檢修；液壓、空氣系統管系檢修；暖氣系統管系檢修。

5)居裝工程。包括：塢墩搭設；管路及艙室絕緣拆裝；內裝房間裝修；玻璃鋼修復工程。

6)涂裝工程。包括：外板涂裝工程；艙、柜清潔；主副機艙清潔刷漆；船體下部設備涂裝。

1.2 項目資源分類

船舶維修項目資源可分為經費、水、電、氣、油等消耗類資源和人員、設備、設施等占用類資源，占用類資源受編制數量、培訓時間等因素限制，難以在短期內快速形成，因此是項目資源管理的重點關鍵。這里主要考慮的占用類資源為人員、設備、設施3種，該型船舶塢修項目涉及的人員、設備、設施資源可作以下分類。

1)人員分類。①技術人員的專業和級別。專業：船體、輪機、電工、管工、居裝、涂裝、吊運。級別：助理工程師、工程師、高級工程師。②作業人員的專業和級別。專業：鈑金、電氣焊、鉗工、木工、輪機、船體、管工、居裝、涂裝、吊運。級別：初級、中級、高級。

2)保障設備分類。①變距槳葉劃螺距、靜平衡工裝；②高壓泵-油頭試驗臺；③拖船；④真空浸漆設備；⑤烤爐；⑥過程效驗儀；⑦負荷箱。

3)保障設施分類。①碼頭；②廠房；③船塢。

2 構建船舶塢修項目資源預測模型

針對船舶維修保障項目資源中的人員、設備、設施，圍繞船舶塢修項目資源保障工作范圍，開展對這3種保障資源的需求預測分析與研究。

2.1 船舶塢修項目資源需求特點分析

塢修項目保障資源也就是本課題的預測對象，具有其自身的特點規律：一是預測對象總體的必然性和個體的偶然性。項目具有相同的一般流程，但在流程的各個階段又具有其特殊性，維修所需的各類資源不盡相同。對每一艘待維修船舶來說，其維修項目的資源需求存在總體的必然性，但同時存在個體的偶然性。在經驗數據中的體現就是，每一艘船舶所需要的維修資源均有一個底數，如一定的維修人員類型和數量、一定的維修工時、一定的維修設備，而個體船舶塢修項目所需的項目資源為在此基礎上資源量的適當增加或減少。二是預測對象的無序性。項目資源需求與待修船舶狀態有關，而與其到來的順序無關。

針對這種典型帶不確定信息的統計預測問題，從以往維修數據能夠給出塢修資源較為明顯的分類。因此，如果能夠在塢修之前初步估計該待維修船舶的塢修級別，我們就能據此給出一個較為合理的塢修資源預測。這就需要綜合分析歷史的經驗數據、目前的實時數據、數據的類型等相互關聯的帶一定模糊性的信息，并建立合適的預測模型，給出船舶塢修的項目資源需求預測。

2.2 船舶維修項目資源需求預測輸入與方法

預測模型可劃分為2個部分，一部分是以待塢修船舶的實時數據為輸入的船舶狀態評估模型，另一部分為基于模糊信息的統計加權預測模型。

1)歷史數據處理?？紤]維修資源需求預測對經驗數據的要求，提出歷史數據采集及預處理方法。主要工作是對以往的項目信息進行統計收集，分別統計各類資源的需求消耗量，為資源需求預測提供有效參考。

采集數據類型包括：技術人員的專業、級別、數量、時間(天數)；作業人員的專業、級別、數量、時間(小時)；保障設備和設施的類型、型號(規模)、數量、時間。對于數據的預處理主要是采用聚類的方式分類，將船舶塢修項目的所需資源分為3個檔次，計算各檔次的統計平均值，以此對應塢修項目各級別(一般、較嚴重、嚴重)的資源需求量。同理可以得出船舶各工程分項的塢修各級別的資源需求量。

2)船舶狀態評估。考慮維修資源需求預測對待維修船舶實時數據的要求，提出船舶當前狀態評估方法。

(1)船舶待修狀態關鍵因素分析。決定船舶待修狀態的影響因素眾多，待維修船舶狀態的初步評估需篩選出科學合理的評估指標。根據指標確定的理論，理想指標往往應滿足完整性、可運算性、可分解性、無冗余性等原則[3]。考慮待修船舶實時狀態評估指標的特點以及理想指標原則要求，本文采用合理性、必要性、獨立性和可測性作為指標篩選的屬性原則,指標篩選屬性含義如表1所示。

表1 指標篩選的屬性含義

首先考慮待修船舶實時狀態可從客觀和主觀2個方面進行評估：①船舶的常規運行即上次維修至今航行參數；②操作者根據航行過程對于船舶狀態的判斷。根據指標篩選原則要求，常規航行參數可選取3個：航行時間、航行里程、運行時間，操作者根據航行過程對船舶狀態的判斷指標可設計為該船舶指揮人員對于船舶狀態的打分評估情況。

(2)船舶待修狀態評價模型。根據上述關鍵因素分析得到的評估指標，我們建立如下模型：

I2i=0.4I1+0.6Pi，

其中：T0、S0、T1均為常數，表示船舶維修后至下一次維修的理論航行時間、航行里程、間隔時間；Th、Sh、Tw表示該船上次維修后的實際航行時間、航行里程、間隔時間;I1表示該船總體的維修指數;L0表示該船總體的塢修級別；I2i表示該船第i個工程分項的維修指數;Li表示該船第i個工程分項的維修級別；Pi表示該船船長對于該船使用過程中的初步評估，取值1、2、3,對應6大工程分項的狀況為一般、較嚴重、嚴重。

3)基于模糊信息的統計加權預測模型。在得到待維修船舶塢修級別的初步評估后，我們再結合經驗數據得到3聚類統計平均值，建立如下對資源數量的預測模型：

R=∝R1+βR2+γR3，

其中,R表示維修過程中某類資源的需求數量；R1、R2、R3則分別表示該類資源對應塢修級別的歷史統計均值。∝、β、γ代表加權系數，根據專家評定，暫定取值為：

3 案例分析

某廠計劃對一艘某型船舶進行塢修，該船維修后至下一次維修的理論航行時間、航行里程、維修間隔時間為1×104h、7.4×103km、2 a，實際航行時間、航行里程、維修間隔時間為9×103h、8.33×103km、1.8 a，對于該船使用過程進行初步評估，對工程分項的評估結果分別為1、3、2、2、3、2。

以塢內工程為例分析，所需技術人員與作業人員部分保障信息見表2，作業人員工時數需求表見表3。

下面以作業人員工時數為例，當i=1時，根據船舶狀態模型計算可得：

L0=1，

I21=0.4I1+0.6P1=0.996，

L1=1。

即塢內工程評價狀態為一般，再根據基于模糊信息的統計加權預測模型。

Rij=∝Rij1+βRij2+γRij3，

其中，Rij表示該塢修項目的塢內工程i專業j級別作業人員作業工時數，Rij1、Rij2、Rij3表示塢內工程i專業j級別作業人員作業工時數在塢修級別為一般、較嚴重、嚴重時的歷史統計均值?？傻脡]內工程作業人員工時數預測結果見表4。

表2 塢內工程所需技術人員與作業人員保障信息表

表3 塢內工程作業人員工時數需求表 h

表4 塢內工程作業人員工時數預測結果表 h

同理，我們可按此法分類得到各工程分項人員、設備、設施資源需求預測結果。

4 結束語

船舶維修保障項目資源需求預測是船舶維修保障項目中的重要一環，本文所建立的模型方法具有一定的普適性，預測結果對船舶修理廠及海軍有關業務部門制定維修項目計劃和配置項目資源能夠提供一些參考，但不足之處在于項目歷史數據的準確性還需要在工作中通過大量采集數據和研究分析來不斷提高，船舶狀態評估系數還可進一步論證，項目各級別加權系數可根據艦船狀態進行優化處理，以提高預測結果的準確性。