基于可靠性、維修性和測試性的民用飛機供應商選擇

黃艷，蔡景，代定強，李海亮

（南京航空航天大學民航學院，南京211106）

0 引言

當前民用飛機“主制造商—供應商”的研制模式使得各飛機廠商與供應商之間建立風險合作伙伴關系，選擇合適的民用飛機供應商不僅能夠完善企業的供應鏈體系，同時也能降低飛機研制風險，加快研制進程。

目前國內外對民用飛機供應商的選擇都做了相關研究。在供應商選擇指標方面，G.W.Dick?son［1］最先對供應商選擇準則進行了研究，統計出23條評價供應商的準則，排序得出前三的選擇準則為：質量、交貨、歷史效益；C.A.Weber等［2］在此基礎上，將質量、價格、準時交付列為選擇的三個重要原則；郭巧榮等［3］基于層次分析法提出了民用飛機供應商質量保證體系并建立了對應的評價模型；劉翔鋒等［4］提出供應商選擇的主要準則為價格、質量、交付等，并將準則繼續分為多個指標，進行權重打分，選出合適的供應商；曹廣生［5］提出“主制造商—供應商”模式下的民用飛機評估要素包括兩種，一種為特色要素，這種要素需要根據被評估單位的特點進行確定和選取，另一種要素為公共要素，包括資源投入能力、優勢保障能力、管理協調能力等。

現代航空器對可靠性、安全性和經濟性的要求越來越高，而在以往民用飛機產品供應商的選擇過程中，雖然涉及到與可靠性、維修性和測試性相關的指標，但這些指標不能直接衡量供應商產品的可靠性、維修性和測試性，無法滿足新的設計理念對民航產品的要求。

本文提出基于可靠性、維修性和測試性的民用飛機供應商選擇方法，以民用飛機氧氣系統供應商為例，從產品可靠性和可用度的角度對供應商進行評估。

1 供應商分類

供應商有多種分類方式，如圖1所示。為了全面清晰地對不同種類供應商提出可靠性要求，以便更簡潔科學地選取指標進行評估，本文按照供應商在民用飛機產業鏈中的地位將其分為一類供應商（大部件/分系統制造商）、二類供應商（小系統/部件和專業化零件）、三類供應商（原材料、標準件供應商）［6］，分別分析其可靠性、維修性和測試性要求，提出相應指標。

圖1 民用飛機供應商分類Fig.1 Classification of civil aircraft suppliers

按產業鏈和產品層次劃分的供應商種類有如下特點：

（1）一類供應商，其產品價值相對高、技術相對復雜、集成度相對高、攜帶風險大。

（2）二類供應商，如復合材料件、金屬合金件制造商，其產品價值相對較高、技術較復雜、集成化程度相對不高。

（3）三類供應商，其產品價值相對不高、技術相對較為簡單、種類繁多、項目瑣碎。

2 不同類型供應商的選擇準則與指標

在選取選擇準則與指標時，需要遵循目的性原則、現實性原則、系統全面性原則和定量與定性相結合的原則［7］。考慮民用飛機產品的高要求、高風險性，為形成全面且合理的評估準則指標體系，除了可靠性、維修性和測試性三個中心準則外，仍需將一般制造業評估體系中的質量、服務、技術、體系準則納入考慮范圍。由于民用飛機一、二類供應商主要是系統供應商，因此其指標相同。民用飛機一、二類供應商的選擇準則與指標如表1所示。

表1 基于可靠性、維修性和測試性的民用飛機一、二類供應商選擇準則和評價指標Table 1 Selection criteria and evaluation indicators of the first and second class suppliers of civil aircraft based on reliability，maintainability and testability

由于民用飛機三類供應商主要是指標準件、原材料供應商，其中不涉及民用飛機系統的準則和指標，因此，民用飛機三類供應商的選擇準則和指標主要如表2所示。

表2 基于可靠性、維修性和測試性的民用飛機三類供應商選擇準則和評價指標Table 2 Selection criteria and evaluation indicators of the third class of civil aircraft suppliers based on reliability，maintainability and testability

（1）質量準則

大量研究表明，質量準則經常被列為供應商選擇時的第一要素。質量準則可以參照以往供應商的產品合格率、產品性能、返修退貨比率等。

（2）服務準則

供應商的服務質量會影響制造商對供應商的選擇。在供應商選擇過程中，主要從供應商以往工作中所體現的現場工作支持情況以及供應商所承諾的擔保年限、試驗支持等方面進行考慮。

（3）技術準則

供應商通常需要在項目研制初期就參與進來，因此其技術水平直接影響到產品的性能和飛機的整體性能。技術水平包括設計能力、生產能力、可靠性驗證能力。

（4）體系準則

為確保供應商能夠以合理高效的方式滿足主制造商的要求，保證產品的質量和可靠度，應對供應商提出可靠性相關的體系要求，包括設計保證體系和質量認證體系等。

（5）可靠性準則

結合常用的可靠性參數和用戶需求，主要考慮的產品可靠性指標有簽派可靠度、航班可靠度、平均故障時間、平均非計劃拆卸間隔時間、平均使用總壽命、機組報告故障率、失效率等。

（6）維修性準則

在選擇過程中，主要考慮的維修性指標包括平均修復時間、航線可更換單元更換時間、每飛行小時維修工時等。

（7）測試性準則

可測試性能降低產品壽命周期費用，提前發現故障。測試性準則包括故障檢測率、故障隔離率、虛警率、故障檢測時間等。

由于三類供應商為原材料標準件供應商，出現問題時對產品直接進行更換，因此不需考慮維修性和測試性準則。

3 民用飛機供應商選擇方法

供應商選擇方法有定性方法［8］（如經驗判斷法、群決策法、協商選擇法、招標采購法［9-10］等）、定量方法（如采購成本法［11］、ABC成本法、成本比率法、數據包絡分析法、線性權重法、多目標數學規劃法［12］等）、定性與定量相結合的方法（如層次分析法［13］、人工神經網絡算法、模糊綜合分析法［14］、遺傳算法、TOPSIS方法［15-16］）。由于 民用飛機 供應商的選擇受多種因素的影響，各因素之間的聯系難以精確定量，因此單純的定性或定量方法都難以做出合理準確的判斷。層次分析法有機地結合了定性與定量因素，且計算簡單易行，同時符合制造企業供應商選擇評價體系的特點［17］，在航空領域受到了廣泛應用及認可［18］，因此本文選用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）。

3.1 AHP概述

AHP對復雜決策問題進行清晰的層次分解，將決策相關因素分解形成目標、準則、指標和方案等若干層次，并按照一定規則對每一層所包含的要素建立判斷矩陣，采用數學方法計算得出權重。通過計算每個層次要素對總體目標的組合權重，得出不同方案的權值，為選擇最優供應商提供依據［19］。

3.2 AHP的基本流程

（1）構造遞階層次

先確定目標層，再根據問題復雜程度將目標層分解為若干要素并建立從上而下的層次結構模型，最終得出方案層對目標層的優劣次序。層次結構如圖2所示。

圖2 層次結構模型Fig.2 Hierarchical model

層次結構模型主要分為四個層次。

①目標層A：表示要解決的問題或要達到的目標。

②準則層B：表示為了達到總目標的因素，備選方案所涉及到的中間環節，即為供應商的產品質量、服務、技術等因素。

③指標層C：即準則層對應的子因素，如產品合格率等。

④方案層P：即所有供應商。

（2）成對比較

建立層次結構模型后，進行各層次之間各要素的相互比較，實現定性與定量分析。比較的結果轉換成矩陣為式中：元素aij為Ai與Aj之間比較的相對重要性。

判斷矩陣A中的元素滿足如下關系：

（3）對比尺標

AHP一般使用1～9標度法，其每個數字及代表的含義如表3所示。

表3 層次分析法1～9標注Table 3 Annotation of AHP from 1 to 9

（4）計算各基準層指標權重方法

目前有三種常用的近似計算權重方法：和積法、方根法、冪法［20］。

（5）計算判斷最大特征值

可利用Excel表格中MDETERM函數語句和規劃求解功能對最大特征值進行求解。

（6）一致性與一致性檢驗

實際問題的復雜程度和對問題的認識深度可能導致判斷矩陣中各要素之間的排序矛盾，從而影響矩陣的一致性。在AHP中，需要檢驗判斷矩陣的一致性是否在可接受的范圍內。

判斷矩陣A的一致性指標（Consistence Index，簡稱CI）為

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值。

由于判斷矩陣的一致性隨著標度不同而有所變化，基于此，薩迪教授引入了一致性比例（Con?sistence Ratio，簡 稱CR）［21］作為評價一致性 的 指標，即：

隨機一致性指標（Random Consistency Index，簡稱RI）如表4所示。當所求得的ICR＜0.1，則判斷矩陣通過一致性檢驗，否則需重新修正判斷矩陣。

表4 平均隨機一致性指標Table 4 Average random consistency index

4 案例分析

4.1 構建多層次選擇模型

以民用飛機氧氣系統供應商為例，進行基于可靠性、維修性和測試性的供應商選擇。氧氣系統屬于一類供應商，有A、B兩個備選供應商。由于不同系統產品對應的供應商選擇指標不同，從表1中選擇適合氧氣系統供應商的選擇準則及指標，建立層次分析模型如圖3所示。

圖3 基于可靠性、維修性和測試性的氧氣系統供應商選擇模型Fig.3 The supplier selection model of oxygen system based on reliability，maintainability and testability

4.2 構造判斷矩陣

以質量準則為例，通過打分構造其指標層對準則層的判斷矩陣，如表5所示。

表5 質量準則的判斷矩陣表Table 5 Judgement matrix sheet of quality criteria

根據式（1）、式（2）構造判斷矩陣為

4.3 指標權重計算及一致性檢驗

對 于 判 斷 矩 陣A質量，最 大 特 征 值λmax為3.009 2，一致性比率0.008 9＜0.1，滿足一致性要求。

對其他準則進行相同的計算，并將其最大特征值對應的特征向量歸一化，即可獲得各個指標層C對準則層B的權重，表示為wC-B。同理，計算出準則層B對目標層A的權重，表示為wB-A。指標層C對目標層A的權重為wC-A，且wC-A=wC-BwB-A。

氧氣系統供應商選擇準則和指標權重如表6所示。

表6 基于可靠性、維修性和測試性的氧氣系統供應商選擇準則和指標權重Table 6 Oxygen system supplier selection criteria and index weight based on reliability，maintainability testability

4.4 方案評估

依次對供應商A、B的20項指標評分，構造判斷矩陣，并計算權重。以“產品合格率”指標為例，打分結果及方案層P對指標層C的權重wP-C如表7所示。

同理可得供應商A、B相對每一個指標的權重。方案層P對目標層A的組合權重為

由此，獲得兩個備選供應商方案分別對決策目標的排序權重，如表8所示，可以看出：在此案例中，供應商A的權重更高，表明在考慮可靠性、維修性和測試性的情況下最終選擇A供應商。

表7 產品合格率打分及權重表Table 7 Product qualification rate scoring and weight

表8 方案層中要素對應決策目標的權重Table 8 The weights of the elements in the scheme layer to the decision objectives

5 結論

（1）本文以氧氣系統供應商為例，得到了該系統備選供應商在方案層、準則層及指標層的權重，確定了最佳氧氣系統供應商。

（2）本文提出的方法為民用飛機供應商的選擇提供了不同選擇視角，滿足了現代民用飛機設計理念下對供應商選擇的需求，具有一定的應用價值。