步兵，王卓健，劉帆，姜子晗

(空軍工程大學 航空工程學院，西安 710038)

0 引 言

隨著科學技術和航空裝備的迅速發(fā)展，航空維修逐步突破狹隘的操作技藝范疇，進入現(xiàn)代科學的廣闊領域，成為整個航空工業(yè)和航空兵部隊戰(zhàn)斗力的重要組成部分，在保障完成軍事航空的各項任務和推進軍隊現(xiàn)代化建設中顯現(xiàn)出越來越重要的作用[1]。航空維修等級是按照維修機構的維修職能及其所承擔的維修工作而劃分的等級。航空維修等級的劃分是科學組織維修工作、合理配置維修資源、提高維修效益的重要條件，是確定維修作業(yè)體制、設置維修機構的重要依據(jù)。劃分維修等級，主要依據(jù)是航空裝備的發(fā)展水平、維修思想、維修方式、維修作業(yè)內(nèi)容分類和航空兵部隊的體制編制等。

維修觀念的變化和技術的不斷發(fā)展，使得飛機的維修保障體制也逐漸產(chǎn)生了一些變化。從最初的由飛機使用單位單獨直接維修逐步演化為直接維修與維修基地維修相結合的二級維修體制。第二次世界大戰(zhàn)以后，逐步建立了多級(主要有三、四級)維修體制，隨著維修技術和理論的不斷發(fā)展，逐漸固定為三級維修體制，即基層級、中繼級和后方基地級。

美國是最早引進二級維修體制的國家，也是在研究維修體制方面走在世界前列的國家。美國從F-22戰(zhàn)斗機的服役開始，就逐步地實現(xiàn)維修體制的改革換代，由傳統(tǒng)的三級維修體制轉變?yōu)槎壘S修體制，在維修保障模式的研究上較為成熟和可靠[2-3]。而F-22的維修保障效果也可以看出美國在二級維修上確實有成熟穩(wěn)定的一套體制，二級維修體制的實施使得F-22的維修保障中間環(huán)節(jié)大幅減少，飛機轉場的靈活性和機動性提高，飛機的全壽命周期費用減少。目前，我國在飛機的維修性保障方面采取的是三級維修體制，保障對象主要是現(xiàn)裝備的飛機。三級維修體制在我國航空裝備的建設中發(fā)揮了重要的作用。我國第四代戰(zhàn)機即將服役，在對二級維修體制的研究中，以美軍的經(jīng)驗為參考并結合我軍的實際情況，探究維修體制的發(fā)展與變化。對于第四代戰(zhàn)機，盡管是從二級維修體制提出具體保障要求，但是是否采用二級維修還需要進一步研究論證[4]。

本文運用層次分析法，構建評價基層級維修作業(yè)體制的指標體系模型，以專家打分為評判基準，得到各級指標所占的權重，最終獲得對維修作業(yè)體制具有不同程度影響的因素。

1 維修作業(yè)體制的制定

1.1 作戰(zhàn)任務對維修作業(yè)體制的影響

在作戰(zhàn)環(huán)境下，裝備能否完成要求的作戰(zhàn)任務是先決條件，短時間內(nèi)多次完成任務的能力，即飛機應具有較高的出動架次率。在維修保障過程中應重點關注其作戰(zhàn)能力及生存力，充分發(fā)揮戰(zhàn)機在戰(zhàn)斗環(huán)境下的戰(zhàn)斗力[5-6]。

在制定維修作業(yè)體制時，對戰(zhàn)機的完好性評判環(huán)節(jié)，有助于對其故障的預先檢測。由于作戰(zhàn)任務具有時間緊張和時機關鍵的特點，在作戰(zhàn)環(huán)境下對戰(zhàn)機的檢測應當采用視情維修的方法。視情維修是反映裝備及其系統(tǒng)、機件技術的監(jiān)控參數(shù)到達控制要求時的維修。維修工作的結果是裝備或機件可以繼續(xù)使用或重新加工后使用，也可以視情更換或報廢。視情維修方式是基于一種事實進行的，即大量的故障不是瞬間發(fā)生的，故障從開始發(fā)生到發(fā)展成最后的故障狀態(tài)，有一段出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的時間，而且有征兆可以查尋。因此，如果采用性能參數(shù)監(jiān)控或無損檢測等技術能找到跟蹤故障跡象過程的辦法，就可以采取措施預防故障發(fā)生或避免故障后果。對裝備及其系統(tǒng)、機件特定參數(shù)的監(jiān)控既可以是原位的，又可以是離位的；既可以規(guī)定一個適當?shù)闹芷?，又可以自動連續(xù)監(jiān)控。視情維修的維修實際和內(nèi)容的確定，取決于對維修對象技術狀況檢測結果所做的判斷，因而其針對性和有效性強，能夠較好地發(fā)揮裝備及其系統(tǒng)、設備、機件的使用潛力，從而縮減維修保障的時間，使戰(zhàn)機在作戰(zhàn)環(huán)境下的戰(zhàn)斗力得到充分發(fā)揮。

1.2 維修項目對維修作業(yè)體制的影響

在我國空軍現(xiàn)有編制體制中，包涵現(xiàn)役的二代機、三代機以及初步列裝的四代機。二代機、三代機和四代機在可靠性、維修性和保障性等設計特性上的不同很大程度上影響了維修作業(yè)體制的制定[7]。我國空軍現(xiàn)役飛機多數(shù)采用三級維修，而美國空軍的四代機采用二級維修，因此主要研究三級維修與兩級維修保障流程的異同。

四代機在設計階段落實了維修性、可靠性和保障性的設計理念[8]，因此呈現(xiàn)出一些新的技術特點：一是新材料、新技術大量使用；二是具有良好的可達性，可維修性進一步提高；三是標準化和互換性程度進一步提高；四是防差錯措施進一步完善。這些新的技術特點使戰(zhàn)機的戰(zhàn)術技術性能得到了很大的提高，同時也對部隊的維修保障工作產(chǎn)生了一定的影響，提出了新的要求。由于平臺能力大幅加強，機載設備綜合化、集成化、信息化、體系化水平顯著提升，相應的維修作業(yè)體制也會發(fā)生改變。

2 構建以維修作業(yè)體制為核心的指標參數(shù)體系

2.1 構建維修作業(yè)體制評價指標

維修作業(yè)評價指標體系[9-13]是衡量維修作業(yè)體制有效性和先進性的一個重要方法。近年來，隨著我國空軍的迅速發(fā)展，大量新型飛機的列裝，維修作業(yè)體制也在隨著裝備的變化而改變。因此，建立一個以維修作業(yè)體制為核心的參數(shù)指標體系，研究以維修作業(yè)體制為核心參數(shù)的指標體系，能極大地促進我國空軍航空維修體制的發(fā)展，為我軍維修體制的改革提供重要指導。

在以維修作業(yè)體制為核心參數(shù)的指標體系研究中，所涉及的影響因素廣泛，各影響因素對維修體制能力的影響不同，所以對影響因素的權重需有一個定量的要求。而在確定權重的方法中，層次分析法是一種較為成熟和穩(wěn)定的方法，因此本文采用層次分析法來對指標體系進行研究。指標體系的構建如圖1所示。

圖1 評價指標體系結構圖Fig.1 The evaluating indicators system

2.2 確定指標體系權重

依據(jù)本文所建立的一級指標和二級指標間的關系，組織n位專家參照判斷尺度表(如表1所示)和判斷尺度比值矩陣進行判斷，得到n份權值因子判別表。

表1 判斷尺度表Table 1 The judgement scale

判斷尺度比值矩陣為

基于指標兩兩“比較值相近性”的原則進行分組，計算出各組相應比較結果的算術平均值(若該值不小于1，則四舍五入；若該值小于1，則將其分子歸一，分母四舍五入)。將所得平均值按照“1～9”尺度表，取其與算術平均值最相近的“1～9”尺度值按照以下形式構建若干組正互反判斷矩陣：

通常，特征向量求法分兩種情況：

情況一：矩陣A為一致陣，矩陣具有如下關系：

①aij·ajk=aik

②矩陣的秩均為1；

③矩陣任一列向量均為矩陣的特征向量；

④當n≤3時，矩陣通常為一致陣。此時，任意取一列向量，按照式(2)進行“歸一化”運算處理，將通過以上步驟獲得的各組矩陣特征向量集對應值進行算術平均得到最后的權重集合。

情況二：A矩陣非一致陣，由線性代數(shù)中的“和法”求取判斷矩陣的特征向量，步驟如下：

第一步：將A的每一列向量歸一化得

當指標數(shù)n≥3時，需要檢驗一致性。一致性檢驗方法：一致性指標為C.I，且C.I越小，則說明一致性越大。由于一致偏離可由隨機因素引起，在檢驗判斷矩陣的一致性時，將C.I與平均隨機一致性指標R.I進行比較，得出檢驗數(shù)C.R。

(3)

(4)

由式(4)計算出C.I的數(shù)值，R.I數(shù)值由隨機一致性指標RI的數(shù)值表(如表2所示)根據(jù)n數(shù)查取，利用式(3)計算出C.R的數(shù)值，通常情況下，若想通過一致性檢驗，則必須保證C.R檢驗數(shù)小于0.1。

表2 隨機一致性指標RI的數(shù)值Table 2 The value of random consistency indicators

通過對多組權重特征向量取算術平均數(shù)，可以獲得指標體系中各指標的權重數(shù)值，從而到達對指標體系研究的目的。

3 案例分析

3.1 仿真條件設定

根據(jù)"相似性"的原則，將專家的問卷調(diào)查劃分為四組(參與調(diào)查的專家為20人)。根據(jù)以上步驟，得出四組專家對三個一級指標(出動架次率、機群任務成功率和使用可用度)兩兩比較的近似值。根據(jù)近似值以及式(1)分別建立4個正負判斷矩陣：

分析可知，以上矩陣均為非一致陣。按照上述四個步驟計算得到以下結果：

ω1=[0.323 8,0.587 0,0.089 2]T

ω2=[0.282 8,0.643 4,0.073 8]T

ω3=[0.309 1,0.581 3,0.109 6]T

ω4=[0.289 5,0.646 3,0.0641]T

上述四個集合就是三個指標在四組專家判斷的權重集合，經(jīng)過算術平均計算得到專家對三個指標的權重向量為

ω=[0.301 3,0.614 5,0.084 2]T

3.2 仿真結果分析

依據(jù)所得的三個指標權重向量，得到飛機架次出動率、機群任務成功率以及使用可用度三個一級指標下的二級指標權重。

(1) 出動架次率下的二級指標的權重

計算得出出動架次率下四個二級指標(規(guī)劃保障、人力與人員、供應保障和保障裝備)兩兩比較的近似值。

同3.1節(jié)的步驟，根據(jù)得出的近似值建立判斷矩陣：

第一步：確定指標權重

通過計算得到以下結果：

ω1=[0.480 0,0.120 0,0.240 0,0.160 0]T

ω2=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.400 0,0.200 0,0.200 0,0.200 0]T

上述四個集合是三個指標在四組專家判斷的權重集合，經(jīng)過算術平均計算得到專家對三個指標的權重向量為

ω=[0.410 5,0.157 3,0.246 9,0.185 3]T

第二步：進行一致性檢驗

根據(jù)式(3)～式(4)，計算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

(2) 機群任務成功率下的二級指標的權重

計算得出機群任務成功率下四個二級指標(供應保障、技術資料、設計接口、包裝和運輸?shù)?兩兩比較的近似值。

同3.1節(jié)的步驟，根據(jù)得出的近似值建立判斷矩陣：

第一步：確定指標權重

通過計算得到以下結果：

ω1=[0.345 0,0.125 0,0.125 0,0.375 0]T

ω2=[0.400 0,0.200 0,0.200 0,0.200 0]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.333 3,0.166 7,0.166 7,0.333 3]T

上述四個集合是三個指標在四組專家判斷的權重集合，經(jīng)過算術平均計算得到專家對三個指標的權重向量為

ω=[0.384 2,0.158 6,0.176 5,0.280 7]T

第二步：進行一致性檢驗

根據(jù)式(3)～式(4)，算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

(3) 使用可用度下的二級指標的權重計算

計算得出使用可用度下四個二級指標(規(guī)劃保障、人力與人員、供應保障、包裝和運輸?shù)?兩兩比較的近似值。

同3.1節(jié)的步驟，根據(jù)得出的近似值建立判斷矩陣：

第一步：確定指標權重

通過計算得到以下結果：

ω1=[0.161 6,0.090 9,0.181 8,0.363 6]T

ω2=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

上述四個集合是三個指標在四組專家判斷的權重集合，經(jīng)過算術平均計算得到專家對三個指標的權重向量為

ω=[0.364 7,0.141 7,0.265 7,0.227 8]T

第二步：進行一致性檢驗

根據(jù)式(3)～式(4)，算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

通過對以上的指標體系的各成分進行分析，得出以維修體制為核心影響因素的“飛機架次出動率，機群任務可靠度和使用可用度”的指標體系的權重圖，如圖2所示。

圖2 指標體系權重圖Fig.2 The weight of index system

評價維修體制的維修保障能力時，機群任務成功率是占據(jù)權重成分最高的。架次出動率在一級指標中所占權重為0.310 3，出動架次率關乎戰(zhàn)時的實際作戰(zhàn)能力，是評價維修體制的重要標準。在維修體制中要更加注重實現(xiàn)維修組織管理的便利性和有效性，提高部隊的真實戰(zhàn)斗力。在三個一級指標中，使用可用度所占的權重最低。使用可用度是一個側重于平時訓練的一個指標，以戰(zhàn)時的評價標準，所占的權重小也是可以預見的。

在二級指標中，規(guī)劃保障在各一級指標中均占具了較大的權重，說明規(guī)劃保障在指標體系中的重要性。在不同的維修作業(yè)體制中，規(guī)劃保障指標也存在較大的差異性，二級維修體制下，規(guī)劃保障更多地是強調(diào)視情維修，而在三級維修體制中，則側重于定時維修，由于規(guī)劃保障側重點的差異，導致了指標體系評判結果的不同。供應保障在二級指標中所占比重也比較大，同時二級和三級維修在供應保障這一評價指標上也存在較大的差異。三級維修中備件的轉移較為繁雜困難，主要通過對耗損備件的維修來進行供應保障，而在二級維修中，備件轉移過程環(huán)節(jié)減少，使得備件的存儲率和轉移時間都有很大程度的減少，從而能提高飛機的出動架次率、任務成功率和使用可用度，提高部隊的戰(zhàn)斗力。

4 結 論

(1) 本文構建了以維修體制為核心影響參數(shù)的指標評價體系，針對維修體制這一變量，構建了二級指標。運用層次分析法對指標評價體系的各指標權重進行了量化研究，并對各指標權重的情況進行了分析和探討。

(2) 在二級維修作業(yè)體制中，飛機的各項戰(zhàn)備完好性指標均優(yōu)于三級維修體制，二級維修作業(yè)體制能有效地降低維修備件的周轉時間，縮短備件供應鏈，提升基層級的維修保障效率。因此，對于第四代具有高技術水平的戰(zhàn)斗機，更適合采用二級維修作業(yè)體制。