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價

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)

針對當(dāng)前航空裝備維修安全評價中存在的權(quán)值固定、動態(tài)性能差、等級交叉和極值掩蓋等問題，提出了一種改進(jìn)的航空裝備安全評價方法。引入改進(jìn)變權(quán)理論和多級可拓模型，在建立評價分值與評價權(quán)重函數(shù)關(guān)系基礎(chǔ)上，對低分值指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”和“突顯”，挖掘潛在信息。解決了因評價指標(biāo)過多或部分指標(biāo)權(quán)重過小而影響系統(tǒng)評價數(shù)據(jù)，造成評價結(jié)果失真的問題，還原航空裝備維修安全實(shí)際。通過實(shí)例驗(yàn)證分析，表明所建模型科學(xué)合理，能動態(tài)體現(xiàn)評價對象安全狀況，與實(shí)際貼合度高，可用于航空裝備維修的安全評價。

航空裝備； 變權(quán)； 可拓； 安全評價

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)、全面地對航空裝備維修進(jìn)行安全評價對保證飛行安全具有重要意義[1-2]。

近些年對于航空裝備維修安全評價的研究著眼于評價方法的選擇和應(yīng)用，具有權(quán)重固定、動態(tài)性差、極值易掩蓋等問題，評價結(jié)果擬合性差。按照以往的評價模型，各指標(biāo)的評價得分與指標(biāo)權(quán)重相互區(qū)分開，即指標(biāo)得分的高低對原指標(biāo)權(quán)重沒有影響，這就會造成低得分或?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“重大危險性故障數(shù)”權(quán)重為0.003，按照評價原則，該項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重為安全評價體系中的很小一部分，給出分值較低時也能得出安全評價等級為“優(yōu)”的評價結(jié)果。但在實(shí)際的航空裝備維修中，重大危險性故障數(shù)過多表明維修存在重大缺陷，很可能導(dǎo)致飛行事故。同時，傳統(tǒng)評價方法如模糊綜合評價法[4]、非對稱貼進(jìn)度[5]等在劃分評價等級時不易區(qū)分，安全趨勢不易顯現(xiàn)，且不能分析末級指標(biāo)的安全狀態(tài)，提出的防控措施不具針對性。

針對這些問題，文中評價指標(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，通過動態(tài)變化對低得分指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”和“突顯”，挖掘潛在信息；多級可拓模型的建立，有助于解決傳統(tǒng)評價模型中等級交叉問題、極值掩蓋、末級指標(biāo)的狀態(tài)分析受限等問題[6]；指標(biāo)聯(lián)系度的求解可區(qū)分處于相鄰等級間的分值，并能根據(jù)總體的安全狀態(tài)找到底層的“問題”指標(biāo)，由此確定針對性的整改措施，提升評價效果[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“絕對話語權(quán)”的指標(biāo)，即指標(biāo)惡化時，航空裝備維修安全狀況不達(dá)標(biāo)?！耙黄狈駴Q”指標(biāo)設(shè)置在解決權(quán)值不變問題時簡單可行，即當(dāng)單指標(biāo)得分低于閾值時，就可判定評判對象安全狀態(tài)不合格而不用考慮其他指標(biāo)狀態(tài)。在解決評價對象指標(biāo)過多造成重要指標(biāo)高風(fēng)險狀態(tài)被中和的問題上具有優(yōu)勢。

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，其他各指標(biāo)相應(yīng)變化關(guān)系，易導(dǎo)致指標(biāo)個數(shù)較少時，單項(xiàng)指標(biāo)惡化情況反映不明顯或被掩蓋。針對存在的不足，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個指標(biāo)A1,A2,…,An對應(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 基于多級可拓的航空裝備維修安全評價模型

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)險等級域C={Cj,j=1,2,…,m}，一級指標(biāo)因素集V={vi,i=1,2,…,n}。令

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

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

2.2安全等級關(guān)聯(lián)度的確定

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

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) 通過專家實(shí)地考察并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對各安全評價指標(biāo)進(jìn)行打分，這是過程將系統(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1級指標(biāo)對應(yīng)第k個2級指標(biāo)關(guān)于等級j的關(guān)聯(lián)度。

2.3多級可拓評價模型構(gòu)建

(1) 2級評價。2級指標(biāo)權(quán)值ωi=(ωik)與對應(yīng)關(guān)聯(lián)度向量K(vik)=(kj(vik))相乘確定上級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度向量為：

K(vi)=(kj(vi))=(ωi1,ωi2,…,ωip)×

(2) 1級評價。1級指標(biāo)的權(quán)重向量ω=(ωj)與指標(biāo)對應(yīng)安全等級關(guān)聯(lián)度K(V)=(K(vi))相乘確定評價系統(tǒng)對安全等級聯(lián)系度向量為：

K(M)=(ω1,ω2,…,ωn)×

(3) 確定安全等級。若滿足

則待評對象安全等級為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價指標(biāo)體系建立

指標(biāo)的建立是實(shí)施安全評價的基礎(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、事故征候萬時率、重大危險性故障數(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指標(biāo)，劃分相對粗糙且較難量化；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]中通過對航空裝備維修系統(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)評價環(huán)境，滿足安全評價要求。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價指標(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)評價對象“一票否決”指標(biāo)評價分值低于“不合格”標(biāo)準(zhǔn)，即判定為整體不合格。

3.2安全等級劃分

為提高安全狀況優(yōu)劣的識別程度，將安全等級論域劃分為5級，見表1。

表1 安全等級劃分

3.3基于改進(jìn)變權(quán)可拓模型評價

在2016～2017年間，先后多次對該單位調(diào)研，以收集所需數(shù)據(jù)。根據(jù)模型需求，邀請航空裝備專家8位、飛行員代表2位共10人組成評價小組，對該單位實(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。評價以問卷形式開展，按照百分制進(jìn)行，分值越低說明該指標(biāo)在維修中存在的風(fēng)險因素越大。在文獻(xiàn)[5]中，作者組織專家對各指標(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級指標(biāo)權(quán)重wi=(0.18,0.31,0.22,0.29)。

表2 安全評價指標(biāo)變權(quán)求解及取值

(1) 變權(quán)求解。評價小組對該單位的打分情況見表2。依據(jù)評分結(jié)果，參照變權(quán)理論對評分進(jìn)行核對，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，對相對得分較低的指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”和“突顯”。

由計(jì)算結(jié)果可以看出，得分越低，對應(yīng)權(quán)值相對增大幅度越高，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“安全無小事”，在求航空裝備維修總體隸屬等級時，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) 多級可拓模型求解與評價。針對表1，建立航空裝備維修風(fēng)險等級域及評價因素集C={C1,C2,C3,C4,C5}={極差,較差,中,良,優(yōu)}；1級指標(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 確定待評價對象物元。由考評細(xì)則定性對各指標(biāo)打分確定待評對象物元，結(jié)果見表2。

③ 關(guān)聯(lián)度計(jì)算。以1級指標(biāo)v1對應(yīng)2級指標(biāo)v11為例，進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算：

則，對應(yīng)關(guān)聯(lián)度為：

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

④ 進(jìn)行多級可拓評價。首先進(jìn)行2級評價，由2級指標(biāo)權(quán)重向量與對應(yīng)關(guān)聯(lián)度向量相乘確定上級指標(biāo)風(fēng)險等級關(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)

則可求一級評價，即該航空單位裝備維修的總體評價：

K(M)=(0.18,0.31,0.22,0.29)×

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

3.4評價結(jié)果分析

(1) 安全狀況分析。評價結(jié)果顯示，該單位航空裝備維修安全狀態(tài)為“良”，對照2016年《規(guī)范化管理調(diào)研考評》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，模型評價結(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，較長一段時間不會改變，應(yīng)根據(jù)評價結(jié)果進(jìn)行針對性改進(jìn)。

由聯(lián)系度可以看出，各1級指標(biāo)因素總體評價均為“良”，說明下屬指標(biāo)存在一定安全隱患，需逐項(xiàng)進(jìn)行排查。同時，“管理因素”與等級 “良”的關(guān)聯(lián)度為0.008，與等級“中”的關(guān)聯(lián)度為0.007，說明該指標(biāo)具有從等級“良”轉(zhuǎn)向等級“中”的趨勢，需要重點(diǎn)防范；“裝、設(shè)備因素”有 從等級“良”轉(zhuǎn)向等級“優(yōu)”的趨勢，需進(jìn)一步規(guī)范保持?？偟膩碚f，該單位航空裝備維修工作整體較好，但存在較小風(fēng)險。需在工作、保障時加以注意，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) 多種評價模型方法對比分析。為驗(yàn)證文中評價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)的評價模型，依據(jù)文中數(shù)據(jù)對該單位裝備維修安全狀況進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表3。

表3 多種評價方法的評價結(jié)果

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

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

4 結(jié) 語

基于改進(jìn)變權(quán)的多級可拓模型能較科學(xué)、客觀地對航空裝備維修安全評價指標(biāo)進(jìn)行描述，同時能對各指標(biāo)的動態(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)用于待評價的航空單位，結(jié)合各指標(biāo)實(shí)際得分情況動態(tài)調(diào)整權(quán)值，然后由多級可拓模型評價結(jié)果進(jìn)行安全等級劃分，并提出針對性整改措施，最后對多種方法比較分析，結(jié)果表明，文中模型動態(tài)性好、切合度高，為航空裝備維修安全評價提供了新的思路。

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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