賈森君，王 琴

（舟山市知創(chuàng)科技開發(fā)有限公司，浙江 舟山 316000）

基于蒙特卡洛模擬的船舶機械重要度等級評價

賈森君，王 琴

（舟山市知創(chuàng)科技開發(fā)有限公司，浙江 舟山 316000）

船舶機械重要設(shè)備單元維修方式的確定是船舶維修的重要內(nèi)容，本文通過比較分析，發(fā)現(xiàn)將層次分析法和蒙特卡洛算法相結(jié)合，對評估的難易程度有很大的幫助，評估結(jié)果相對準(zhǔn)確、簡單易懂。

船舶設(shè)備；維修決策

1 概述

設(shè)備故障能對船舶、人員安全產(chǎn)生威脅或較大的經(jīng)濟(jì)損失的設(shè)備單元稱為重要設(shè)備單元。因此，重要設(shè)備單元維修方式的確定是船舶維修的重要內(nèi)容。不同的船舶設(shè)備對于船舶安全、經(jīng)濟(jì)損失的影響程度是不同的，為了提高效率，使維修“有的放矢”，船舶設(shè)備維修方式的確定必須要以設(shè)備重要度評估為依據(jù)，從而建立一種科學(xué)、合理的維修決策模型。

船舶機械設(shè)備處于比較惡劣的工作條件，無論種類還是數(shù)量都復(fù)雜而繁多，而且不同設(shè)備對船舶安全運行影響程度也各不相同，所以維修決策制訂的第一步就是選擇重要設(shè)備。

通過查閱大量資料，船舶機械重要設(shè)備的評價因素、評估方法有很多，通過比較分析，發(fā)現(xiàn)將層次分析法和蒙特卡洛算法相結(jié)合，對評估的難易程度有很大的幫助，評估結(jié)果相對準(zhǔn)確，這種方法不但簡單易懂，而且評價過程也比其他方法簡潔。通過對船舶設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要將以下三方面因素作為考慮因素：可靠性、經(jīng)濟(jì)性和維修性。三種因素的結(jié)構(gòu)層次如表1。

表1 船舶機械重要設(shè)備的評價因素

在此結(jié)構(gòu)層次的基礎(chǔ)上，根據(jù)以往船舶機械裝備維修經(jīng)驗確定了上述評價因素的特性指標(biāo)，從而為后續(xù)子系統(tǒng)的打分提供了依據(jù)。

2 兩種常用評價方法分析

影響設(shè)備重要度評估的影響因素已經(jīng)確定，對各個影響因素線性加權(quán)，建立新的重要性評價模型，該模型可準(zhǔn)確得出船舶機械重要設(shè)備的重要度指數(shù)C:

式中：si有關(guān)專家對各子系統(tǒng)對應(yīng)因素的評分值；Wi各評價因素的權(quán)重值。

各個評價因素對維修決策結(jié)果的影響程度是不相同的，只有確定了各個評價因素的影響權(quán)重，才能清楚各因素之間的相對關(guān)系和對維修決策的影響程度。用Wi(i=C11,C12,C13,C14,C15,C21,C22,C31,C32,C33)表示各個評價因素的權(quán)重大小，其準(zhǔn)確性直接影響設(shè)備重要度的評價。

采用層次分析法，構(gòu)造判斷矩陣A

矩陣A中，rij兩個因素的相對影響程度，進(jìn)行rij評分后，最大特征根和對應(yīng)的特征向量可借助齊次方程組的求解獲得，然后完成矩陣的一致性檢驗。只有滿足矩陣一致性，特征向量權(quán)重值才能通過歸一化方法獲得，從而求出設(shè)備的重要度。

3 基于蒙特卡洛模擬的重要度等級評價模型

由于前面方法得到的權(quán)重是由專家評分得到的，所以主觀性較強，為了增加結(jié)果真實性、科學(xué)性，釆用蒙特卡洛模擬法，對船舶機械的重要度評估進(jìn)行再分析。

蒙特卡洛模擬方法是一種基于概率統(tǒng)計的評估方法，它的基本思想是首先對面向的問題進(jìn)行大量的隨機性模擬實驗。本文希望借助蒙特卡洛模擬法使結(jié)果的隨機性產(chǎn)生積極的影響。

主要分析過程如下：

（1）用matlab隨機產(chǎn)生一組服從(0，1)均勻分布的隨機數(shù)，由于matlab的隨機數(shù)函數(shù)產(chǎn)生的是偽隨機數(shù)，利用計算機時間作為種子來產(chǎn)生非偽隨機數(shù)；

（2）將前面計算得來的權(quán)重值重新輸入matlab中，并進(jìn)行排序，同時也將第一步產(chǎn)生的偽隨機數(shù)進(jìn)行排序，把這兩組數(shù)據(jù)按線性加權(quán)法以一定的關(guān)系計算出設(shè)備的重要度評價指數(shù)。

（3）利用計算機重復(fù)模擬上述步驟若干次，將獲得一組統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過分析這組數(shù)據(jù)，可以獲得最終結(jié)果。

4 實例分析

船舶維修方式確定后，通過對某船舶主機系統(tǒng)的故障在5年間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計整理如下。

如前面原理所述，采用層次分析法建立重要度結(jié)構(gòu)模型，然后輸入相互影響的權(quán)重系數(shù)，可獲得各個評價因素符合標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重判斷矩陣：

在矩陣中，影響因數(shù)的排列順序為：安全性、故障率、環(huán)保性、停機時間、故障后設(shè)備替代程度、維修費用、停機損失、監(jiān)控難易程度、維修難易程度和備件供應(yīng)程度，已建立的判斷矩陣，因其一致性已經(jīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，各個因素的權(quán)重值相對比較容易得到。權(quán)重值

需要強調(diào)的是，子系統(tǒng)評價因素的各個權(quán)重值應(yīng)從各個子系統(tǒng)的以往維修統(tǒng)計數(shù)據(jù)中給出。

表3 子系統(tǒng)評價因素權(quán)重值

5 結(jié)論與分析

使用前述方法進(jìn)行編程，借助matlab上百次模擬，可以得到各個設(shè)備的一組重要度評價值，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，在matlab環(huán)境下，建立起比較方圖。

圖1重要設(shè)備單元重要度統(tǒng)計圖

圖1 中顯示，設(shè)備的優(yōu)先級由高到低分別為3、1、4、2、8、5、6、7，亦即主軸承、增壓器、曲軸連桿、進(jìn)排氣桿套、燃油系統(tǒng)、活塞及活塞環(huán)、排氣閥及頂桿、減速機構(gòu)。由于本文評價的設(shè)備數(shù)量和種類都較少，經(jīng)過綜合分析，確定重要較高設(shè)備為前面排序的前三級設(shè)備，由圖1信息可知，增壓器、曲軸連桿和主軸承所造成的損失是最大的，損失率分別為21.3%、21.1%和17.6%，安全性也最重要，必須設(shè)備狀態(tài)檢測手段，及預(yù)防性維修方式，其它的設(shè)備優(yōu)先級比較低，可以根據(jù)船舶具體維修情況采用定期維修或事后維修模式。

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U672

A

1006—7973（2017）12-0034-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.013