基于综合模糊评价法的修复性维修备件确定优化研究

卜新旺++张杨++杨一凡

摘要：本文着眼提高部队备件保障水平，综合运用综合模糊评价法和层次分析法等研究方法，对部队修复性维修备件品种和数量进行优化研究，确定更加符合信息化战争时代要求的备件品种和数量，为我国新一代装备备件的确定提供科学合理的依据。

Abstract： This paper focuses on how to improve the level of spare support of the troops， uses comprehensive fuzzy evaluation method and analytic hierarchy process and other research methods to optimize the variety and quantity of troops repairing maintenance spare parts， makes the variety and quantity of spare parts more in line with the requirements of the information age war， to provide a scientific and reasonable basis for the determination of the new generation of equipment spare parts in China.

关键词：综合模糊评价法；备件；修复性维修

Key words： comprehensive fuzzy evaluation method；spares；repair maintenance

中图分类号：F224 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0125-04

0 引言

随着信息技术的高速发展军事变革进一步推进。我军新一代的主战装备陆续列装部队。但由于目前我军装备在研制过程中对保障考虑的不够全面，导致在装备列装后很难在短时间内形成保障能力，尤其是备件品种和数量的确定问题。

传统的备件的供应办法，从建国初期集中管理、集中供应[1]发展到当前的实物供应和经费供应相结合的供应办法，在相应的一定时期内取得了很好的保障效果，保证了部队维修工作的正常运转。但是，这种机械化战争期间形成的供应模式与当前信息化战争部队建设的需要很难相适应，往往导致备件的品种和数量总是不合理。有些备件大量积压，而有些备件则总是保障不足，不利于我军装备保障建设。论文从预防性维修备件需求入手，运用综合模糊评价法确定备件的种类，再根据可修件和不可修件的计算模型确定备件的数量。

1 预防性维修备件确定的方法

备件需求确定方法研究是规划备件供应工作的前提。运用科学合理的方法确定备件品种和数量有利于合理规划和利用保障资源，使新装配部队的装备能够在短时间内形成保障能力，老装备能够形成更加科学的保障体系，为部队训练和作战任务的顺利完成打下良好的基础。备件的类型根据维修工作类型区分为预防性维修备件和修复性维修备件。论文主要研究预防性维修备件的确定方法。

1.1 预防性维修备件品种的确定方法

预防性维修备件的确定是以RCMA、MTA的工作以及预防性维修大纲为基本依据进行的。针对维护规程，进行详细的分析，即可确定出预防性维修的备件品种。

不同装备的预防性维修分为多少个等级，不同的等级，在规定时间内需做几次，每一次维护要做哪些项目，每个项目都需要检查内容，检查时需要哪些备件，在维护规程中都做了明确规定。所以，从维护规程里面就能清楚的知晓预防性维修的备件品种[2]。

1.2 预防性维修备件数量的确定方法

预防性维修备件数量的确定相对于备件品种的确定就复杂得多，需要根据装备维修工作类型分别进行计算。定时报废的零部件备件数量的计算时，一般根据不可修件的计算模型进行计算；定时拆修的备件数量的计算则根据具体情况区分可修与不可修，再分别进行计算。

针对不同装备的维护保养的规程，可以容易的得出所需的备件品种，再根据不同单位具体的装备数量、需更换零件的单机件数、所提供的备件数量要求覆盖的时间跨度等，即可根据不可修零部件备件数确定模型或者可修零部件备件数确定模型确定出备件数量。

2 修复性维修备件的确定方法

装备都是由成千上万个零部件构成的，每种零部件都可能发生故障，因此每种零部件都应该有备品。但是，实际情况并非如此。由于各零部件的故障率大小不尽相同，而且对装备的影响程度也相差甚远，再加上费用方面的原因，不可能为一个装备的所有零部件都提供备件。基于以上的原因，在确定修复性维修备件品种时，需要制定相应的原则，按照原则对备品需求进行判定。一般运用专家打分法和综合模糊评判法对影响备件的重要因素进行权衡分析并通过定量计算来权衡处理，最后得出所需备件的品种。

2.1 备件品种的确定方法

2.1.1 综合模糊评判方法确定备件品种概述[3]

对于某型装备而言，影响备件品种确定的因素是多种多样的，既有备件耗损性的影响，又有零部件相对装备而言重要程度和关键性的影响，还有经济性的影响等等。这些影响因素有的不易量化，并且与备件品种的关系是一种模糊的关系。此外，某一零部件是否应该设置备件，本质上是取决于设置该类备件是否能够达到所期望的效果。然而，效果的衡量也带有模糊性。综上，采用综合模糊评判法来确定修复性维修备件品种是科学且合理的。

综合模糊评判法首先就是需要确定评语集，再进行评价因素的判定并进行权重分配，最后通过模糊矩阵计算设置备件效果的好坏程度来判断是否为该零部件设置为备件。

2.1.2 专家打分法确定备件品种概述[3]

根据备件的复杂程度，可以分为结构件、标准件和成品三大类。产品的故障、失效，与本身的质量特性、安装特性、环境特性、使用及维修特性有着密切的关联，从不同角度对结构件、标准件和成品提出需要备件影响的各种因素，邀请具有丰富经验的专家对各种因素的影响程度进行打分，再对所得分值进行处理，即可定量确定出备件需求，这种方法就是“专家打分法”。

2.2 备件数量的确定方法

修复性维修备件的品种的确定通过专家打分法或综合模糊评判法可得，得出的备件的具体数量则可以根据可修和不可修模型进行计算确定（可修和不可修计算模型根据泊松分布原理导出）。大量统计表明，备件消耗服从泊松分布规律。

通过查阅相关资料，我们得出MTBUR和MTBF的关系：MTBUR=（0.8～0.9）MTBF。由于目前条件下MTBF要比MTBUR容易获得。我国的保障性工程研究起步相对较晚，MTBUR的原始数据相对较少，所以利用上述得到的关系式便可由MTBF计算得出MTBUR。因此在这里使用了MTBUR=（0.8～0.9）MTBF这一关系式来解决无MTBUR数值的问题。为保守起见，一般采用MTBUR=0.8MTBF这一等式进行备件数量的计算。

假如备件的寿命分布函数已知（符合指数分布或正态分布等），便可应用相关的计算模型，确定出备件的数量。

3 基于综合模糊评价法的修复性维修备件确定模型

通过综合模糊评判法确定备件品种时是以零部件的ABC分类为基础的。并且ABC分类法相对比较成熟，在确定修复性维修备件品种时所需的数据信息容易获取，分析计算工作方法非常简便，更便于在实际确定过程中应用。因此，综合模糊评判法对于修复性维修备件的确定有着重要的价值。

首先，运用综合模糊评价法确定修复性维修备件的品种，然后运用可修和不可修模型计算得出各个品种备件的需求量。最后运用权衡模型对得出的结果进行权衡判断，得出最终的修复性维修备件的品种和数量。

3.1 备件品种的确定

综合模糊评价法能够巧妙的将一些定性的描述转变为定量的描述，并对数据进行相应的处理实现对定性事件进行定量评价的目的。而修复性维修备件品种的确定正是一种定性的模糊的描述事件，运用综合模糊评价法就能比较好的解决品种确定的问题。这种方法运用于这个问题的具体步骤如下：

3.1.1 确定评价的评语集

确定某种零部件是否需要备件，实质上是判断该类备件的设置对装备保障的效果如何。效果好则应该设置，效果不好则可不设置。我们将评语集定为：

V={效果好，效果一般，效果差}。

但是，由于效果的好坏是一个相对模糊的概念。如果说效果好，那么这个好的程度很难把握；如果说不好，那么不好的程度同样也很难把握。因此，需要对模糊的定性的概念进行定量描述：V=（x，y，z）={效果好，效果一般，效果差}。

3.1.2 明确评价因素集

影响备件品种确定的因素很多，通过综合的考虑，从其中选取主要的因素进行分析。现选取零部件的关键性、零部件的耗损性、零部件的经济性三个主要的影响备件对装备保障的效果的因素。

论文中用分别表示零部件的关键性、耗损性、经济性，确定评价因素集为：

U={U1，U2，U3}={关键性，耗损性，经济性}

3.1.3 利用层次分析法进行权重分配

零部件设置备件的关键性、耗损性和经济性都是影响保障效果的重要因素，但是这三者并不是一个等价的关系。也就是三者对保障效果的影响程度是不同的。下面利用层次分析法对三个因素进行分析后得三个影响因素的权重。首先，建立层次结构模型（图1）。

然后，对因素的重要性比较构造判断矩阵并进行计算，所得判断矩阵（表1）及相应计算的步骤如下。

根据判断矩阵进行一致性检验。如果通过一致性检验，则W1、W2、W3分别为关键性、耗损性、经济性的权重。如果没有通过，则需要对重要性进行调整，直到符合一致性检验。

3.1.4 确定模糊矩阵

①评价因素的分类。

隶属度函数是确定模糊矩阵的关键。函数必须反映各零部件三大属性对确定备件品种的影响程度。首先，将各影响因素进行A，B，C分类：

1）关键性因素。

根据零部件的故障严酷度来确定关键性程度，而零部件故障的严酷度可以由FMECA或RCMA逻辑决断来得到。严酷度越大，关键性越高，设置备件对装备保障的效果越好。根据FMECA将严酷度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ四级。当我们定义关键性中A类对应于严酷度较大，而C类对应于严酷度较小的时候。它们与严酷度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ的对应关系如表2所示。

2）耗损性因素。

零部件的耗损性则可以根据产品的消耗量来衡量。显然，耗损越多的零部件，设置备件的必要性越大，反之，则必要性越小。耗损性我们同样按照A，B，C进行分类。由于新研制装备的耗损性没法通过实际统计情况快速获得，这里利用FMECA的数据，计算出零部件预计年耗损率（E），然后依据年耗损率进行分类。对于已经装配部队的装备则可根据使用期间统计的耗损量进行分类。分类标准：

其中，E1=0.6～0.7，E2=0.3～0.4，为保守期间，应取E1=0.7，E2=0.4。

3）经济性因素。

按照上述规律，同样将经济性分为A，B，C三类，定义A类零部件花费最低，C类花费最高。根据查阅资料我们获得一个经济学规律：占全部消耗零部件70%左右的低价产品，只需要花费全部花费金额的10%左右，而占全部零部件10%左右的高价产品，需要花费占70%左右的总金额。根据规律，可得出经济性分类的两个准则，如表3所示。

经济性分类依照的原则是：以费用准则为主，兼顾考虑数量准则。

根据准则，可以确定三类零部件的金额分界值，并进行分类：

②确定隶属度。

根据上述A、B、C分类原则，A类零部件属于效果好的隶属度大，而属于效果差的隶属度小。C类零部件属于效果好的隶属度小，属于效果差的隶属度大。再根据相关模糊数学原理，确定出各类零部件影响效果的隶属度如下：

A类：Ra=（0.6，0.3，0.1）

B类：Rb=（0.2，0.6，0.2）

C类：Rc=（0.1，0.3，0.6）

我们可以看出，位于矩阵第一位的是隶属效果好的程度，处于中间的是效果一般的程度，而第三位的是隶属效果差的程度，所以，隶属度对应着效果评语集。

③确定模糊矩阵。

Ru1-关键性隶属度向量，表示该零部件隶属效果好坏的程度；

Ru2-耗损性隶属度向量；

Ru3-经济性隶属度向量。

④综合评判矩阵的计算。

由三大影响因素的权重A和模糊矩阵R便可计算得出评判矩阵B：

式中b1，b2，b3分别表示效果好，效果一般和效果差的程度。

3.2 备件数量的确定

运用综合模糊评判法确定出的修复性维修备件数量时，其具体计算模型一般区分可修件和不可修件进行计算的。

对于不可修件的计算模型为：

λ=（W·F·H·T）/MTBUR（2）

其中，λ表示不可修零部件消耗量的数学期望；W表示装备数量；F表示零件单机（车）件数；H表示装备年工作时间（小时/年）；T表示时间跨度（年）；MTBUR表示平均不定期更换时间（小时）。

根据经验，我们得知MTBUR=0.8MTBF。再将λ代入下式中即可求出备件数量：

其中，s表示备件数量；p表示备件获得概率；

对于可修零部件的计算模型为：

其中，λ表示可修零部件消耗量的数学期望；MTTR表示平均修理时间（天）；TAT表示维修周转时间（天）；W、F、H、T同式（2）；

同理，将λ代入式（3）中即可求出备件数量。

当考虑零件维修后能继续使用概率r时，需要在公式（3）计算出备件数量s的基础上再按下式计算备件数量：

其中，N表示考虑了r后的备件数量；s表示经式（3）计算出的备件数量；r表示经修复能使零件恢复到可继续使用的概率。

以上两个计算模型都是根据泊松分布导出。统计表明，备件消耗服从泊松分布规律。

3.3 权衡和并归处理

上面介绍了用综合模糊评判法来确定备件品种和数量的步骤和方法，现规定具体操作时依据的准则：

①当b1+b2？叟0.90时，则该零部件应该设置一定数量的数量备件。

②当0.90>b1+b2？叟0.70时，则该零部件即可以设置备件也可以不设置备件，具体情况可以根据用户自己需求确定。

③当b1+b2<0.70时，则该零部件不考虑在基层级设置备件，等待其发生故障后再对备件供应目录进行调整。

4 案例分析

通过查阅相关资料我们知道构成主离合器的零部件有主动鼓、被动鼓、连接齿套、弹簧、起动齿圈、外齿摩擦片、内齿摩擦片、连接齿轮、压缩轮盘、主动轴盖、密封环、活动盘、注油管、固定螺帽、活动盘分离环、分离弹子、固定盘分离环、调整垫、密封衬套、套筒、活动盘拉臂、弹簧销314轴承、60722轴承、压板、轴承座、接合盘、固定螺栓、毡垫、毡垫盖等等[4]。为了确定主离合器哪些零部件需要设置备件，需要对以上零部件进行分析。但是，分析所有零件的工作量过大，所以选取前10种零件进行研究来证明方法的可行性。

4.1 确定备件品种

首先应用综合模糊评判法进行分析：邀请相关专家和技术人员20人，对主离合器进行分析判定。

第一步，确定权重集A和各零部件的A，B，C属性

根据层次分析法可以得出A1=（w11，w12，w13）=（0.42，0.2，0.38）。

按照此方法，分别计算出选出的10个零部件的权重集；再依据第3节介绍的原则，分别10个零部件的关键性、耗损性和经济性属性进行分析判断，得到各零部件的分类。然后确定出权重集和分类如表4所示。

第二步，确定模糊矩阵

根据A，B，C相对于保障效果好坏的模糊判断（A类：Ra=（0.6，0.3，0.1），B类：Rb=（0.2，0.6，0.2），C类：Rc=（0.1，0.3，0.6）），再结合零部件的权重集，由公式（1），即可得出各零部件的综合模糊评判结果，如表5所示。

4.2 修复性维修备件数量确定

通过以上方法已经得到了需要设置备件的零部件，对于可修的零部件，可以通过公式（2）-（5）计算出来。计算结果如表6。其中，W表示装备数量用；T表示装备使用保证期（年）；TAT表示周转时间（天）；MTTR表示平均修理时间（天）；MTBF表示平均故障间隔时间（小时）；P表示保障概率用。

5 结束语

论文运用系统的思维和方法为装备备件品种和数量的确定提供了科学可行的方案。新的方法有效的解决了传统备件供应中不合理的现象，在保障维修正常进行的同时，减少了资源的浪费，能够更好的适应信息化装备的需求，更好的为打赢信息化战争提供备件保障。

参考文献：

[1]单志伟.装备管理[M].北京：装甲兵工程学院，1996.

[2]伍书剑.备件品种和数量确定方法研究[D].北京：装甲兵工程学院，1997.

[3]陈庆华，李晓松.系统工程理论与实践[M].北京：国防工业出版社，2009.

[4]孙伟.装甲车辆构造[M].北京：兵器工业出版社，2006：30-30.