呂升全，郭金茂，徐玉國，羅九林

(裝甲兵工程學(xué)院 技術(shù)保障工程系，北京 100072)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

基于裝備技術(shù)構(gòu)成的維修專業(yè)優(yōu)化研究

呂升全，郭金茂，徐玉國，羅九林

(裝甲兵工程學(xué)院 技術(shù)保障工程系，北京 100072)

提出了基于裝備技術(shù)構(gòu)成的維修專業(yè)優(yōu)化，運(yùn)用費(fèi)歇爾判別法分析確定裝備部件的維修專業(yè)種類；實(shí)例中運(yùn)用該方法使得維修專業(yè)數(shù)量大大減少；該方法對裝備種類多，技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜情況下的維修專業(yè)優(yōu)化快速有效，對裝備的更新?lián)Q代適應(yīng)性強(qiáng)。

維修專業(yè)；技術(shù)構(gòu)成；判別分析

人員是開展裝備維修保障活動的主體，裝備投入使用后，需要一定數(shù)量的、具有一定專業(yè)技術(shù)水平的人員進(jìn)行維修保障工作[1]。隨著國防科技進(jìn)步，新型復(fù)雜裝備科技含量、復(fù)雜程度越來越高，各系統(tǒng)達(dá)到空前的高度綜合化[2]。在信息化條件下的模塊化合成部隊(duì)所含裝備復(fù)雜種類繁多,如美軍模塊化重型旅包含MA1A2SEP主戰(zhàn)坦克、M2/M3步兵戰(zhàn)車、M109A6自行火炮、自行迫擊炮，以及各類輪式車輛、工程、防化車輛[3]。信息化條件下要求裝備保障一體化，以最大限度的實(shí)現(xiàn)各種保障資源的綜合集成和系統(tǒng)配置[4]。

目前，我軍正由機(jī)械化轉(zhuǎn)向信息化之中，但當(dāng)前我軍保障裝備力量存在分散使用和保障自成體系小而全、專業(yè)條塊分割等問題[5]。按裝備功能劃分維修專業(yè)，會導(dǎo)致維修專業(yè)、人員數(shù)量大量增加。例如2001年部隊(duì)裝備維修專業(yè)中軍械專業(yè)有48個，裝甲專業(yè)有12個，到了2007年軍械專業(yè)增加到60個,裝甲專業(yè)增加到20個。兵種專業(yè)數(shù)量的增加與部隊(duì)編制員額有限之間的矛盾，嚴(yán)重影響了裝備維修保障的質(zhì)量，有的部隊(duì)不得不探索實(shí)行“一專多能”的方法，設(shè)法解決維修保障專業(yè)過多、人員數(shù)量龐大的問題。針對這一難題，有學(xué)者提出“四合四統(tǒng)”的發(fā)展思路，其中專業(yè)組合作為重中之重[6]；有學(xué)者認(rèn)為專業(yè)分類應(yīng)該由上下同粗向上細(xì)下粗的專業(yè)劃分轉(zhuǎn)變[7]；有學(xué)者提出了運(yùn)用關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的維修專業(yè)聚類合并，將不同專業(yè)合并實(shí)現(xiàn)同一專業(yè)隊(duì)不同裝備進(jìn)行維修[8]。但這些理論都存在不足之處，為此提出了基于裝備技術(shù)構(gòu)成建立并優(yōu)化專業(yè)的解決對策，將技術(shù)構(gòu)成相似的保障對象一起保障。

1 基本思路

目前，最常用的是運(yùn)用聚類理論將技術(shù)構(gòu)成相似專業(yè)進(jìn)行聚類后合成新的專業(yè)。以裝甲專業(yè)和軍械專業(yè)為例，其模型如圖1所示。按照裝備功能劃分專業(yè)，軍械專業(yè)(J)和裝甲專業(yè)(Z)下面可以劃分為各自小專業(yè)(J1，J2,…,Jn,Z1,Z2,…,Zn),維修專業(yè)對應(yīng)著各自特定的維修部件，該專業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)間接反應(yīng)了所維修部件的技術(shù)構(gòu)成。將專業(yè)直接進(jìn)行聚類合并成新的專業(yè)(C1,C2,…,Cn)的方法簡單易行。但裝備更新?lián)Q代后，合并相似專業(yè)而成的專業(yè)不一定能包含新裝備所需的維修專業(yè)，且維修專業(yè)數(shù)量大時(shí)聚類較困難。

圖1 按技術(shù)構(gòu)成合并相似專業(yè)模型

圖2 按技術(shù)構(gòu)成合并相似維修部件模型

為了適應(yīng)信息化條件下裝備種類多更新速度快的特點(diǎn)，本文提出了一種直接從裝備部件的技術(shù)構(gòu)成相似出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化維修專業(yè)方法。以坦克(T)和自行火炮(P)兩種裝備為例，其模型如圖2所示。某維修單位對這兩種裝備的維修部件分為T1、T2、T3、T4和P1、P2、P3、P4。根據(jù)專家選擇具有代表性的部件(T1、T3、P2)作為專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件，根據(jù)部隊(duì)力量編成及運(yùn)用法則，將這些部件劃分為3個專業(yè)，再對其余技術(shù)構(gòu)成模糊的部件運(yùn)用判別分析判定其屬于哪類專業(yè)。相比前者，直接從裝備部件角度出發(fā)更為直接的反應(yīng)裝備技術(shù)構(gòu)成，若有新裝備列裝或裝備某些部件改進(jìn)、升級只需要對新加入的維修部件技術(shù)構(gòu)成進(jìn)行判別分析，將其納入對應(yīng)專業(yè)或是設(shè)立新專業(yè)即可。

2 程序方法

判別分析法(Discriminant Analysis)是用來判別樣本所屬類型的方法，判別分析法可以充分利用事先已掌握的信息或經(jīng)驗(yàn)[9]。判別分析技術(shù)在許多領(lǐng)域成功應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)上根據(jù)病癥表現(xiàn)、化驗(yàn)結(jié)果、體征綜合判斷疾病類型；運(yùn)動員選拔中根據(jù)運(yùn)動員生理指標(biāo)、運(yùn)動成績、體型、心理素質(zhì)、基因因素判斷運(yùn)動員是否有培養(yǎng)潛力等。用判別分析法判別部件所屬的維修專業(yè)分3步：首先確定某維修級別的維修部件；然后根據(jù)維修要求選取典型部件建立起專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件將其作為樣本；最后確立專業(yè)判別因素并對標(biāo)準(zhǔn)部件和其余的部件的判別因素進(jìn)行量化，使用判別分析法判斷其余部件屬于哪一類。

2.1 專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件的選擇

裝備維修范圍根據(jù)實(shí)際情況而定，本文假定維修范圍已經(jīng)確定。專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件的選擇可以由專家組進(jìn)行選擇，為了使專業(yè)與專業(yè)之間交叉程度降低，總體維修專業(yè)又必須覆蓋裝備全面維修。專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)部件必須滿足以下幾點(diǎn)要求：一選擇重要的部件，二選擇維修量大的部件，三選擇的部件技術(shù)構(gòu)成差別盡量大。

每個專業(yè)初始的標(biāo)準(zhǔn)部件數(shù)量選擇3種或更多，選擇種類少則該專業(yè)以某幾個部件為中心，部件技術(shù)構(gòu)成一致性好。初始的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件數(shù)量多，那么該專業(yè)最后可能要維修的部件數(shù)量多。

2.2 判別因素的選擇

判別因素的選擇至關(guān)重要，所選擇的評判因素必須能清晰描述裝備技術(shù)構(gòu)成。判別因素選得少，判別結(jié)果誤差大，選得多，計(jì)算復(fù)雜，工作量大且分類精度不一定提高?，F(xiàn)在裝備大多由機(jī)械類產(chǎn)品、電器類產(chǎn)品、微電子產(chǎn)品、光學(xué)產(chǎn)品、化工產(chǎn)品中的一類或幾類組成，這五類產(chǎn)品代表著不同的技術(shù)構(gòu)成，并且易于區(qū)分、技術(shù)構(gòu)成交叉程度低、涵蓋范圍全面。在特定的部件中每種產(chǎn)品對實(shí)現(xiàn)部件功能所花費(fèi)用是不一樣的，故用五類產(chǎn)品的成本作為評判產(chǎn)品技術(shù)構(gòu)成的判別因素。為了明確各類產(chǎn)品的特點(diǎn)，現(xiàn)對各類產(chǎn)品定義如下：

機(jī)械產(chǎn)品：指的是裝備中各類有一定形狀的實(shí)物，該物體能實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動或是作為支撐物體。例如齒輪、皮帶、鏈條、軸承和機(jī)架、外殼等。

電氣類產(chǎn)品：指的是各類存儲、傳輸、消耗電能為主要功能的產(chǎn)品，例如電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、導(dǎo)線、電燈泡、電加熱器等。

微電子產(chǎn)品：指的是含有大量集成電路的以傳遞和轉(zhuǎn)化信息、計(jì)算數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)為功能的產(chǎn)品。

光學(xué)產(chǎn)品：指的是對光進(jìn)行發(fā)射、傳遞和接收光來實(shí)現(xiàn)其功能的產(chǎn)品，例如瞄準(zhǔn)鏡、車長鏡、各類觀察鏡，激光發(fā)射器等。

化工類產(chǎn)品：指的是經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)出的產(chǎn)品，一般為純凈物，化合物或混合物，常表現(xiàn)為晶體、液體、粉末，像潤滑油、油漆、氮?dú)狻嚎s空氣等。

2.3 判別方法的選擇

常用判別分析法有：距離判別法、貝葉斯(Bayers)判別法、費(fèi)歇爾(Fisher)判別法、逐步判別法等。其中距離判別和貝葉斯判別在總體服從正態(tài)分布且協(xié)差陣相同時(shí)，才可以導(dǎo)出線性判別函數(shù)。費(fèi)歇爾借助方差分析思想導(dǎo)出的判別函數(shù)可以是線性或是一般的波萊爾函數(shù)，其使用要求比較低，對各類總體的分布沒有特定的要求，只要求二階矩存在[10]，故選用費(fèi)歇爾判別分析法。

費(fèi)歇爾判別分析法分析過程如下：

設(shè)有k個總體(p維)，G1,G2,…,Gk相應(yīng)的均值向量和協(xié)方差分別為μ1,μ2,…,μk, ∑1,∑2,…,∑k。任給一個樣品X(p維向量)，則費(fèi)歇爾線性判別函數(shù)為u(X)=aTX，其中a=(a1,a2,…,ak)T，為Rp中的任意向量，a為矩陣E-1B的最大特征根所對應(yīng)的特征向量。

其中

(1)

(2)

(3)

式(2)中：I為k階單位陣;J為所有元素為1的k階方陣。

對與一個要判別歸屬的樣品X，分別計(jì)算出|aTX-aTμi|(i=1,2,…，k)如果其中第l個值最小那么該樣品屬于Gl，如果最大特征向量判別函數(shù)得出差別較小，則依次考慮第二大第三大等特征根對應(yīng)特征向量。

3 實(shí)例分析

為了方便計(jì)算，這里僅就某單位兩種不同類型裝備為例介紹。某基層單位有兩種類型裝備，該單位維修保障分隊(duì)負(fù)責(zé)對兩種裝備27種部件實(shí)行換件維修。根據(jù)部隊(duì)力量編制及運(yùn)用法則共設(shè)立5專業(yè)(機(jī)械專業(yè)、電氣專業(yè)、電子專業(yè)、光電專業(yè)、機(jī)電專業(yè))，運(yùn)用專家打分法為每種專業(yè)選擇了3個專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件。對這些換件維修部件中機(jī)械產(chǎn)品費(fèi)用(x1)、電氣產(chǎn)品費(fèi)用(x2)、微電子產(chǎn)品費(fèi)用(x3)、光學(xué)產(chǎn)品費(fèi)用(x4)、化工產(chǎn)品費(fèi)用(x5)這5個因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到判別所需矩陣B和矩陣E以及各個因素的均值如表1所示，待判別部件各項(xiàng)成本如表2所示。

表1 各專業(yè)因素均值

專業(yè)編號x1x2x3x4x5機(jī)械專業(yè)439513電氣專業(yè)8531147電子專業(yè)81466128光電專業(yè)510586612機(jī)電專業(yè)45402124

表2 部件各因素值

運(yùn)用Matlab軟件編程求得的判別函數(shù)為

u(X)=-0.246x1-0.112x2+0.136x3+

0.918x4-0.257x5

(4)

分類結(jié)果見表3，可以看出技術(shù)構(gòu)成較為單純的專業(yè)部件比較少，技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜的專業(yè)包含的部件比較多，由此可見這兩種裝備均比較復(fù)雜。原來的專業(yè)劃分模式下，這兩種裝備所含的專業(yè)達(dá)到15種，新的劃分模式下僅有5種專業(yè)，維修人力物力資源實(shí)現(xiàn)集約化，減少了不必要的維修人員。

表3 部件維修專業(yè)分類

4 結(jié)論

基于裝備技術(shù)構(gòu)成的維修專業(yè)優(yōu)化方法將費(fèi)歇爾判別分析法用于裝備部件維修專業(yè)的確定，能很好地對裝備部件的技術(shù)構(gòu)成進(jìn)行判別，將部件劃分到合適的維修專業(yè)，對新裝備加入后調(diào)整維修專業(yè)迅速避開了將原專業(yè)聚類優(yōu)化的不足。實(shí)例中運(yùn)用該方法使得維修數(shù)量大大減少，對技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜情況下的維修專業(yè)優(yōu)化效果顯著，對裝備的更新?lián)Q代適應(yīng)性強(qiáng)。對新裝備或裝備部件改進(jìn)、升級后需要設(shè)立新專業(yè)的臨界條件，以及新的劃分專業(yè)模式下的維修專業(yè)的人員和維修裝備、設(shè)備配置還有待研究。

[1] 羅祎，蘇執(zhí)陽，阮文智，等.軍用裝備維修保障資源預(yù)測與配置技術(shù)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2015.

[2] 李欣玥.新型裝備維修任務(wù)分配與保障資源規(guī)劃分析方法研究[J].軍械工程學(xué)院學(xué)報(bào),2011(6):15-18.

[3] 馮志光，孫振武，王鐵虎，等.美國陸軍旅戰(zhàn)斗隊(duì)通用編制與裝備[M].沈陽：遼寧大學(xué)出版社，2013.

[4] 榮衛(wèi)偉,費(fèi)波.信息化條件下機(jī)械化部隊(duì)裝備一體化保障探討[J].石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院，2010(2)：73-74.

[5] 董曉,榮永峰.對一體化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障問題的思考[J].裝備學(xué)術(shù)，2010(3)：41-43.

[6] 呂明.關(guān)于深化通用裝備兩成兩力”建設(shè)“四合四統(tǒng)”問題解析[J].裝備，2010(5)：55-56.

[7] 陳智勇,趙明,肖振華.新型復(fù)雜裝備維修保障模式改革思考[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào),2013(5):15-18.

[8] 孫志剛,朱小冬,王毅剛.基于改進(jìn)關(guān)聯(lián)規(guī)則的維修專業(yè)組合與優(yōu)化模型[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2013(2)：410-413.

[9] 劉紹清.基于頻繁項(xiàng)集分類統(tǒng)計(jì)的增量式關(guān)聯(lián)規(guī)則應(yīng)用[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,32(12):43-47.

[10]傅德印.應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析[M].北京：高等教育出版社，2013.

[11]郭濤，劉敬明，介黨陽.層次分析法在復(fù)雜裝備維修預(yù)計(jì)中的應(yīng)用[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(3):80-83.

(責(zé)任編輯 周江川)

Research on Maintenance Profession Optimization Based on Equipment Technology

LYU Sheng-quan, GUO Jin-mao，XU Yu-guo，LUO Jiu-lin

(Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

The maintenance professional optimization based on the equipment technology was put forward. The maintenance items of the equipment parts were identified by Fischer discriminate analysis method. This method makes the number of maintenance professionals greatly reduce in the use of examples. This method is fast and effective for the maintenance of professional optimization in a variety of equipment, technical complexity of the composition of the case. It has good adaptability even if the equipment replacement.

maintenance specialty; equipment technology; discriminate analysis

2016-12-15；

2017-01-20 作者簡介：呂升全(1992—)，男，碩士研究生，主要從事裝備保障工程研究。

郭金茂(1964—)，男，碩士，碩士生導(dǎo)師，主要從事裝備保障工程研究。

10.11809/scbgxb2017.05.016

format:LYU Sheng-quan, GUO Jin-mao，XU Yu-guo，et al.Research on Maintenance Profession Optimization Based on Equipment Technology[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(5):69-72.

TJ07

A

2096-2304(2017)05-0069-04

本文引用格式：呂升全，郭金茂，徐玉國，等.基于裝備技術(shù)構(gòu)成的維修專業(yè)優(yōu)化研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(5):69-72.