曹愈遠(yuǎn)，李艷軍，王小明，鄭 慶

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京 210016）

基于模糊綜合評(píng)判法的民機(jī)簽派可靠性評(píng)估

曹愈遠(yuǎn)，李艷軍，王小明，鄭 慶

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京 210016）

針對(duì)民機(jī)簽派可靠性設(shè)計(jì)與評(píng)估方法問題，構(gòu)建了基于多等級(jí)的簽派可靠性模糊綜合評(píng)價(jià)法。首先通過專家調(diào)查方式確定了民機(jī)簽派可靠性的影響因素二級(jí)指標(biāo)體系并按照重要程度進(jìn)行分類。然后采用AHP法計(jì)算影響因素的權(quán)重，運(yùn)用廣義梯形模糊數(shù)確定隸屬函數(shù)，并通過模糊中心法去模糊化，確定模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)民機(jī)簽派可靠性的模糊綜合評(píng)價(jià)。最后結(jié)合某航空公司B737機(jī)隊(duì)簽派可靠性水平進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該評(píng)價(jià)模型及其評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況基本一致。

民機(jī)簽派可靠性；模糊綜合評(píng)價(jià)法；AHP；廣義梯形模糊數(shù)；隸屬函數(shù)

簽派可靠性是指對(duì)于計(jì)劃內(nèi)的飛行不因技術(shù)原因而造成飛行延誤至規(guī)定時(shí)間或取消的能力[1]。簽派可靠性反映飛機(jī)在飛行計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間內(nèi)簽派放行的能力，是商用飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的典型的使用參數(shù)，可用簽派可靠度來度量。

簽派可靠度的高低，即航班的正點(diǎn)率水平，在很大程度上受飛機(jī)自身固有可靠性、維修性設(shè)計(jì)、保障資源以及航空公司管理因素等方面的影響[2]，并且這些因素自身都存在著一定的模糊性，很難用精確的數(shù)值來描述。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有評(píng)估簽派可靠性水平的方法很少，而基本上是把工作重點(diǎn)放在了對(duì)機(jī)隊(duì)定期運(yùn)營(yíng)后簽派可靠性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)上。

本文以可靠性和模糊學(xué)理論為基礎(chǔ)，在對(duì)多位航空可靠性專家進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，給出了航空公司機(jī)隊(duì)簽派可靠性評(píng)估指標(biāo)，運(yùn)用二級(jí)模糊綜合評(píng)判方法和評(píng)估數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了一個(gè)簽派可靠性水平模糊評(píng)估管理體系。構(gòu)建該體系旨在對(duì)航空公司的機(jī)隊(duì)簽派可靠性水平進(jìn)行定量評(píng)估，并以分析簽派可靠性影響因素、合理分配簽派放行保障條件、提高機(jī)隊(duì)簽派可靠性水平為核心任務(wù)。

1 模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

綜合評(píng)判也稱為多目標(biāo)決策，是指對(duì)多種因素所影響的事物或現(xiàn)象進(jìn)行總的評(píng)價(jià)，若綜合評(píng)價(jià)過程涉及模糊因素，則稱為模糊綜合評(píng)判，若模糊因素有不同的層次，則稱為多級(jí)模糊綜合評(píng)判，其中，因素集、備擇集、單因素模糊評(píng)判是模糊綜合評(píng)判的三要素[3]。

設(shè)U={u1，u2，…，un}為描述被評(píng)價(jià)對(duì)象的n種因素所組成的集合，稱為因素集；V={v1，v2，…，vm}為描述每一因素所處狀態(tài)的m種情況所組成的集合，稱為備擇集[3]。這里存在兩類模糊集，一類是指因素集在評(píng)價(jià)者心目中的重要程度的量，表現(xiàn)為因素集U上的模糊權(quán)重集另一類是在U×V上的二元模糊關(guān)系，表現(xiàn)為n×m的模糊矩陣再對(duì)模糊集進(jìn)行合成運(yùn)算（標(biāo)記為從而得到備擇集V上的一個(gè)模糊子集其中bj{j=1，2，…，m}表示被評(píng)價(jià)對(duì)象具有評(píng)語(yǔ)vj對(duì)模糊子集的隸屬度。由此可知，S=（U，V，R）的三元素構(gòu)成了一個(gè)評(píng)判模型，合成運(yùn)算的算子就是評(píng)判函數(shù)。

多級(jí)模糊綜合評(píng)判法就是在一級(jí)模糊綜合評(píng)判的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，并可根據(jù)需要多次進(jìn)行下去。圖1給出了二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型的框圖。

圖1 二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型Fig.1 Two-level fuzzy synthetic evaluation model

2 模型建立

建立民機(jī)簽派可靠性多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)流程[4]，如圖2所示。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（因素集）的建立

民機(jī)簽派可靠性的影響因素很多，也很復(fù)雜。通過對(duì)專家進(jìn)行調(diào)查，對(duì)簽派可靠性影響因素進(jìn)行了初選、調(diào)整并最終確定了民機(jī)簽派可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖3所示。

圖2 民機(jī)簽派可靠性多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)流程Fig.2 Civil aircraft dispatch reliability multistage fuzzy comprehensive evaluation process

圖3 民機(jī)簽派可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Civil aircraft dispatch reliability evaluation index system

圖3中，MTBF為平均故障間隔時(shí)間；MTTR為平均修復(fù)時(shí)間；MLDT為平均備件支援時(shí)間；MMEL/ MEL為主最低設(shè)備清單/最低設(shè)備清單。

2.2 權(quán)重確定

運(yùn)用AHP法，并借助Matlab軟件工具計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重1，結(jié)果如表1所示。

2.3 備擇集確定

通過征求航空專家意見，并調(diào)研航空公司機(jī)隊(duì)運(yùn)營(yíng)情況，得到民機(jī)簽派可靠性水平評(píng)價(jià)集，分為5個(gè)等級(jí)V={v1，v2，v3，v4，v5}={很可靠，較可靠，基本可靠，不甚可靠，不可靠}。

600MW直接空冷機(jī)組從主排汽管道抽取排汽蒸汽量260t/h，送入DICSSAC。以冷卻水循環(huán)倍率m=50計(jì)算，需循環(huán)冷卻水約13000t/h，16個(gè)冷卻單元，8×2背靠背布置，96m×28m×20m（長(zhǎng)×寬×高），需要蓄冷水箱13000m3。DICSSAC從汽輪機(jī)主排汽管抽取部分乏汽送到噴射式凝汽器。循環(huán)冷卻水經(jīng)噴射水泵噴入混合式凝汽器，乏汽凝結(jié)成飽和水，凝結(jié)水與冷卻水的混合，凝結(jié)水泵將等抽汽量的水經(jīng)過精處理裝置送回主凝結(jié)水箱，其余水量送回到干式強(qiáng)制通風(fēng)空冷器。

2.4 模糊關(guān)系矩陣（隸屬函數(shù)）建立

當(dāng)決策信息缺乏時(shí)，往往要借助于多名專家經(jīng)驗(yàn)來確定因素集與備擇集之間的隸屬關(guān)系。這里采用廣義梯形模糊數(shù)，給出了一種新的適用的模糊量化方法，同時(shí)為了便于專家給因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，可將可信度α（0≤α≤1）作為其評(píng)價(jià)的權(quán)重。

表1 民機(jī)簽派可靠性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重值Tab.1 Comprehensive evaluation weight values of civil aircraft dispatch reliability index system

其中：α為專家評(píng)價(jià)的可信度；δm為論域[0，1]內(nèi)的區(qū)間數(shù)。設(shè)δ1=0.02，δ2=0.015，δ3=0.01，則可將單因素評(píng)判的評(píng)語(yǔ)分成3種：

得到評(píng)價(jià)期望值后，須對(duì)其進(jìn)行一致性判斷，以免因個(gè)別專家的評(píng)價(jià)失誤導(dǎo)致整個(gè)評(píng)判結(jié)果的不當(dāng)。

n位專家的平均期望評(píng)價(jià)定義為

2.5 綜合評(píng)判（模糊算子）

模糊綜合評(píng)判是在單因素模糊評(píng)判的基礎(chǔ)上，再引入因素的權(quán)重。為此，運(yùn)用模糊變換其中式中稱為模糊綜合評(píng)判集，它是備擇集V上的模糊子集；bj稱為模糊綜合評(píng)判指標(biāo)，其含義是綜合考慮所有因素的影響時(shí)，評(píng)判對(duì)象對(duì)備擇集中第j個(gè)元素的隸屬度，符號(hào)表示這一合成運(yùn)算[3]。

2.6 模糊綜合評(píng)判指標(biāo)處理（最大隸屬度法）

取評(píng)價(jià)集V中與評(píng)判指標(biāo)bj的最大值最為“接近”的評(píng)價(jià)元素作為最終的評(píng)判結(jié)果。

3 實(shí)例分析

根據(jù)第2節(jié)所選擇的方法和模型，針對(duì)某航空公司的B737機(jī)隊(duì)簽派可靠性水平進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)分析，表2列出了5位專家對(duì)簽派可靠性影響因素“部件固有可靠性”而做出的模糊評(píng)判。在利用加權(quán)后的模糊中心法去模糊化，在通過一致性判斷，得到單因素的最終評(píng)價(jià)值。在這可以利用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算，可使計(jì)算程序大大簡(jiǎn)化。

根據(jù)模糊評(píng)判的模糊性程度，一致性判斷的相對(duì)偏差允許值ε規(guī)定為10%[6]。經(jīng)驗(yàn)證，上述模糊評(píng)判都滿足一致性要求。采用同樣的方法，可以得到對(duì)其他因素進(jìn)行單因素評(píng)判的平均評(píng)判結(jié)果，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣，即

表2 針對(duì)影響因素“部件固有可靠性”的單因素評(píng)判Tab.2 Single factor evaluation of impact factor“inherent reliability parts”

再運(yùn)用2.5節(jié)的模糊算子進(jìn)行合成運(yùn)算。得

相同的方法可得

最后，運(yùn)用二級(jí)簽派可靠性水平模糊綜合評(píng)判模型，得到最終評(píng)判結(jié)果

按照最大隸屬原則，對(duì)該航空公司B737機(jī)隊(duì)的簽派可靠性水平綜合評(píng)價(jià)結(jié)論為“基本可靠”水平，并非常接近“較可靠”水平。

4 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用了多級(jí)模糊綜合評(píng)判法評(píng)估民機(jī)簽派可靠性水平。通過計(jì)算過程與結(jié)果分析，主要結(jié)論有以下幾點(diǎn)：

1）通過權(quán)重分析知，簽派可靠性影響因素對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)簽派可靠性的影響程度差異；

2）理論研究與應(yīng)用結(jié)果表明，多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法很好地考慮了飛機(jī)簽派可靠性的多種影響因素以及其評(píng)價(jià)的模糊性，可為航空公司機(jī)隊(duì)簽派可靠性水平評(píng)估體系的建立提供有價(jià)值的指導(dǎo)。

3）建立全面、合理、科學(xué)的指標(biāo)系統(tǒng)是評(píng)估能夠得到真實(shí)有效結(jié)果的必要保證，該項(xiàng)工作需多方面的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；

4）多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法也可應(yīng)用于機(jī)隊(duì)運(yùn)營(yíng)方案優(yōu)化比選中，可將不同運(yùn)營(yíng)方案中的定性評(píng)價(jià)指標(biāo)定量化進(jìn)行評(píng)審。

[1]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第20冊(cè)）：可靠性維修性設(shè)計(jì)[Z].北京：航空工業(yè)出版社，1999.

[2]張 亮.航班延誤統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系及延誤等級(jí)評(píng)估研究[D].天津：中國(guó)民航大學(xué)，2008.

[3]趙德孜.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期的可靠性模糊預(yù)計(jì)與分配[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[4]陸 中，孫有朝.基于模糊多屬性決策理論的虛擬產(chǎn)品維修性評(píng)價(jià)模型研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2009，20（24）：2978-2983.

[5]許 鳳.一種基于梯形模糊中心的不確定多屬性決策Topsis方法[J].沿海企業(yè)與科技，2010（11）：31-33.

[6]許雪燕.模糊綜合評(píng)價(jià)模型的研究及應(yīng)用[D].成都：西南石油大學(xué)，2011.

（責(zé)任編輯：楊媛媛）

Civil aircraft dispatch reliability assessment based on fuzzy comprehensive evaluation

CAO Yu-yuan，LI Yan-jun，WANG Xiao-ming，ZHENG Qing
（College of civil aviation，Nanjing University of Aeronautics&Astronautics，Nanjing 210016，China）

For civil aircraft dispatch reliability design and assessment methods，the dispatch reliability model's construction is based on multi-level fuzzy comprehensive evaluation method.Initially through experts' research we determine the factors affecting civil aircraft dispatch reliability of the secondary index system and classify them according to their importance.Then using the AHP method we calculate the weight of the influencing factors，and their membership function by using generalized trapezoidal fuzzy number，and through the fuzzy interpolative method we can identify the fuzzy relationship matrix，then a mathematical model can be established to achieve the fuzzy comprehensive evaluation of civil aircraft dispatch reliability. Finally when compared with airlines'B737 fleet dispatch reliability level verification results，we can conclude that the evaluation model and its evaluation results are basically consistent with the actual situation.

civil aircraft dispatch reliability；fuzzy comprehensive evaluation；AHP；generalized trapezoidal fuzzy number；membership function

V355；F561

：A

：1674-5590（2013）04-0015-04

2013-06-26；

：2013-09-06

：成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科研項(xiàng)目

曹愈遠(yuǎn)（1983—），男，江蘇吳江人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)楹娇掌骺煽啃?、維修性工程.