航空保障设备效能综合评价方法研究

航空保障设备效能综合评价方法研究

Research on Assessment Method for Aviation Support Equipment Eficiency

作者:   杨王锋

摘要：摘要：针对航空保障设备综合效能评价手段和方法缺乏的现状，本文通过分析，考虑了功能性、易用性、运输性、维修性和安全性5个维度，建立针对航空保障设备效能分析评价指标体系，分析了各指标和因素的意义，并在行业专家调研打分、评判的基础上，利用层次分析法(AHP)确定了一级、二级指标的权重。并以某大型运输机所配备的千斤顶进行了案例分析，验证结果表明所建立的指标评价体系具有较好的可操作性和实用性。

关键词：关键词：航空保障设备；效能评价；层次分析法

Yang Wangfeng^*

AVIC The First Aircraft Institute， Xi'an 710089， China

Abstract: Considering the lack of means and methods for evaluating comprehensive effectiveness of aviation support equipment， this paper proposed an evaluation index system for equipment effectiveness analysis， which including five factors， such as function， usability， transportability， maintainability and safety. The significance of each factor was analyzed， and the weight of the first and second level indicators was determined by Analytic Hierarchy Process(AHP) based on the experts’ research and scoring. Finally， a case was carried out which the jack of transport plane and the results show that the evaluation index system is practicable.

Key Words: aviation support equipment； efficiency evaluation； AHP

Received: 2018-05-23； Revised: 2018-06-07； Accepted: 2018-06-25

^*Corresponding author.Tel.: 029-86832221 E-mail: yangwf45@163.com

航空保障设备是飞机使用和维修保障的重要物质基础。作为保障资源的主体，保障设备应满足充足、配套、简便、适用、安全、运输快捷、经济耐用等要求；并且要与保障对象、保障系统协调匹配，具有良好的设计接口要求。目前对保障设备的评估主要集中在较为宏观的方面，主要针对某型装备，考核配备的保障设备能否满足实际使用需求的能力，这虽可以反映该型装备整套保障设备的配套情况，但并不能反映某类、某项保障设备的优劣程度，对某类或某项保障设备的改进与完善并没有真正的指导和参考价值。缺乏对单项保障设备的评估方法和标准的研究，仅有一些零散的关于某类设备，如空管系统设备^[1]、舰船用相关设备等的具有针对性的研究方法，适用性和推广性并 不强。另外，根据军民融合以及航空保障设备研制的管理规范化，竞争机制的引入也需要一套能综合评估一组设备或同类可替代设备效能优劣的系统方法，为真正竞争机制的落实和实施提供充分的依据和支撑。

因此，研究并建立一个正确的评价方法、构建一个合理且得到普遍认可的指标体系及评价模型是亟需解决的问题。

本文借鉴了综合模糊评判法^[2]的思路和模型建立过程，以对单项保障设备的评估分析为目的，考虑了功能性、易用性、运输性、维修性和安全性5个维度，建立了保障设备效能分析评价指标体系。分析了各指标和因素的意义，并在行业专家调研打分、评判的基础上，利用层次分析法(AHP)确定了一级、二级指标的权重。最后，以某大型运输机的千斤顶为例进行了分析验证。

1 评价指标体系的建立

1.1 评价的主要过程

评价的主要过程如图1所示。

1.2 评价模型

本文着眼航空保障设备的效能评价，经权衡分析，建立了保障设备效能分析评价指标体系，如图2所示。

航空保障设备和其他装备的保障设备相同，在外场使用时应满足充足、稳定性、简便、适用、安全、快捷、经济耐用、良好的设计接口以及自身对保障资源(含备件、技术资料等)维护的需求程度等。这些因素很多，并且不同类型的飞机关注点也不完全相同，但需要重点关注主要的 因素。

根据分析调研，筛选出评判保障设备效能的主要影响因素为功能性、易用性、运输性、易维护性和安全性，本文从这5个维度建立了评价指标体系。

1.3 指标参数意义

(1)功能性因素

功能性因素主要指的是设备完成预定功能的能力以及效率，主要包括功能的先进性、功能的完整性、人机交互的友好性、故障率；其中功能的先进性考虑的因素包括此设备所采用的技术的成熟度可与当前的同类或具有类似功能的设备相比较；功能的完整性是指完成一项主要的维护工作项目或流程所需要的设备的数量或对需要与其配合使用的设备的需求；人机交互的友好性是指人机工程方面的考虑，如便于读取获得检测结果与数据等，这个因素是保障设备区别于大多数机载设备的主要特点；故障率则是一个定量统计参数，可以根据一定时间段的故障统计情况得出。

(2)易用性因素

易用性因素是对操作保障设备时的操作简便性、快捷性的描述，主要包括对操作人员技能的要求、操作程序的复杂程度、准备/收尾工作量及复杂程度、对操作规程及工卡等的依赖性。

(3)运输性因素

运输性是保障设备的重要设计属性，指的是保障设备在转运、运输过程中的安全性和便利性。主要包括对运输工具的需求、对装载设备的需求和对包装的需求。

(4)维修性因素

易维护性因素指在该设备发生故障的情况下，通过维修再次恢复预定功能的难易程度，包括故障检测的难易程度、维修恢复所需的时间周期和零备件的可互换性等。

(5)安全性因素

安全性因素主要是指在使用过程中该设备对有接口关系的对象造成的潜在威胁以及这种危险发生的可能性。包括对操作人员、保障对象、其他关联设备设施以及环境(如大气、土壤等)的安全影响。

需要说明的是，各因素还可以再细分至更低的层次，可以作为评价的细化准则，供专家打分评估时参考，限于篇幅，此处不再列出。如对装卸设备的要求，包括对装卸设备的载重限要求、精度要求、转运机动性要求等。

1.4 评估指标权重的确定

层析分析法是美国运筹学家T.L. Saaty教授于20世纪70年代提出的一种实用的多方案或多目标的决策方法，是一种定性与定量相结合的决策分析方法。常被用于多目标、多准则、多要素、多层次的非结构化的复杂决策问题。为了突出不同维度对保障设备效能水平的影响程度，本文采取层次分析法作为权重确定方法。由于本文所制定的指标体系中含有定性和定量指标，对于定量指标，结果明确，而对于定性指标，则存在主观性，与评估者的熟悉程度和评估水平息息相关。为了消除这种主观影响，本文在评价时采用了灰色模型综合评价法^[2]。

1.4.1 权重确定

层次分析法是分析多目标、多准则的复杂大系统的有力工具^[3]。本文利用层次分析法确定权重，基本步骤为：(1)在确定决策目标后，对影响决策的因素进行分类，建立多层次结构。(2)比较同一层次各因素关于上一层次的同一因素的相对重要性，构造成对比较矩阵A；通常用的是1~9 标度法，a_ij表示要素i 与要素j 相比的重要性标度，标度定义见表1。(3)通过计算，检验成对比较矩阵的一致性；在一致性检验时要用到随机一致性指标(Random Index，RI)，它是指同阶随机判断矩阵的一致性指标的平均值，其引入可在一定程度上克服一致性判断指标随n增大而明显增大的弊端。相应的RI可查表得出，15阶以内矩阵的RI系数见表2。(4)在符合一致性检验的前提下、计算其最大特征值对应的特征矢量，从而确定每个因素的权重。

表1 判断矩阵标度定义 Table 1 The definition of judgement matrix

表2 1~15阶正互反矩阵计算1000次得到的RI Table 2 The RI of 1~15 rank opposite-reverse matrix computed 1000 times

具体计算步骤如下：

(1)各要素相对权重计算，本例采用算术平均法

具体步骤为：(a)A的元素按列归一化，即求；(b)将归一化后的各列相加；(c)将相加后的矢量求权重。

(2)求λ_max

首先，，其中，(AW)_i表示矢量AW的第i个分量。

式中：λ_mi为矩阵A的特征值；λ_max为矩阵A的最大特征值。

(3)一致性指标CI=(λ_max-n)/(n-1)

(4)求一致性比率CR

CR=CI/RI

1.4.2 以运输性因素为例确定指标权重

(1)建立比较判断矩阵

构建的运输性因素^[4]矩阵见表3。

表3 运输性因素矩阵 Table 3 The matrix of transportability

(2)一致性检验

计算及一致性检验过程见表4。经一致性检验，该判断矩阵的一致性可接受。

表4 计算及一致性检验 Table 4 The calculation and consistence checkout

1.4.3 评价体系中指标的确定

以上给出了指标体系中第二级“运输性”因素B3所包含的三个因素B₃₁， B₃₂， B₃₃的权重计算的详细过程，其他的一级指标A、二级指标B₁、B₂、B₄、B₅包含的子因素的权重计算过程相同。根据10位专家(包括从事保障设备的设计人员、有经验的使用与维护人员)的调研打分，利用以上方法同理可计算得到了一级、二级指标的权重：A的权重矢量[0.3676 0.1488 0.0966 0.0684 0.3185]， B1的权重矢量[0.0614 0.4549 0.1859 0.2978]， B₂的权重矢量[0.4654 0.1718 0.1910 0.1718]，B₃的权重矢量[0.5390 0.2973 0.1638]， B₄的权重矢量[0.5813 0.1096 0.3092]， B₅的权重矢量[0.3589 0.3589 0.2003 0.0819]。

1.5 评价等级的确定

建立了指标体系之后，在应用的过程中就要进行综合评价。综合评价方法有多种，有模糊综合评价法、灰色模型综合评价法等，主要通过对部分已知信息的生成和开发，提取有价值信息，实现对系统运行规律的正确描述和有效 控制。在模糊综合评价法中，客观类指标通常可由计算、统计得到，专家可依照自己的经验或相关标准对其做出定性评价。如对“故障率”指标的评价，首先评价对象的故障率可以根据统计、试验或使用总结得到，专家可以对其进行评价，认为属于“故障率很高”或“故障率很低”的评判，再对应到相应的评价等级。评价等级通常分3~7个等级，并且选奇数，这样会存在一个“中间等级”，或者分为 “优秀、良好、中等、合格、不合格”等5个等级，也可划分为“优、良、中、差”4个等级，这可以根据不同的评判对象以及需要评估的精确程度需要进行确定^[5]。需要注意的是，考核的指标有些是正向的，有些是反向的，需要进行对应的转化，如故障率通常是越高表示产品质量越差，而人机交互的友好性则是正向的，交互性越好，则评判为更优。

2 应用案例

2.1 产品介绍

前、后主千斤顶用于正常情况下该大型运输机的水平测量、称重、起落架拆装和收放、机载设备安装位置的校正和调整等工作时顶起飞机，如图3所示。

前、后主千斤顶采用了同步控制技术、万向轮对接和调平技术。与目前国内主流主千斤顶相比，具有支撑头对正、主千斤顶水平调节方便，以及升降速度精确控制的特点，提高了工作效率，降低了工作强度，保证了全机顶起的安全。前、后主千斤顶能够使用AC220V/50Hz、DC28V两种规格电源，提高了主千斤顶的机场适用性。

2.2 评价等级

本例采用优秀、良好、中等、合格、不合格5个等级。

2.3 进行单因素指标评价

(1)专家打分

确定10名专家，包括设计、使用、制造该设备以及使用过该设备及同类设备的维护保障人员，进行调查打分，经汇总后，形成单因素评价调查结果汇总表，见表5。

(2)评价矩阵

依据表5形成的评价矩阵如下：

表5 单因素评价调查结果表 Table 5 The assessment results of single factor

2.4 综合评价

首先，进行第二层的评价，之后进行总的评价(由下往上逐层进行)。此处的模糊合成算子取为普通矩阵乘积算法，即：

因此：

A_总评=A·R_总=(0.4633 0.2391 0.1952 0.0997 0.0026)，根据最大隶属度原则，对千斤顶设备的总体定性评价为优秀。如果要对两个或两个以上的设备进行比较评价，可利用同样的方法根据评价值的大小给出优劣排序。

3 结束语

本文研究了保障设备综合效能评估指标体系，并以某大型运输机的千斤顶为例进行了初步验证，结果与真实使用评价吻合(该设备在飞机进入试飞阶段就开始使用，作为一项采用了多项新技术、技术指标和水平很高的设备，在使用初期虽然出现了一些故障，也做了相应的改进，但使用部门及相关专家对该设备的评价较高)，具有一定的可操作性和实用性，但由于样本量偏少，后续还需要结合更多的案例对本文的方法进行应用、改进和完善以进一步验证其适用性。另外，该方法计算过程相对比较繁琐，后续可开发相应的计算工具软件，以提高效率。

作者简介

杨王锋(1982- )男，高级工程师。主要研究方向：飞机保障性工程。

Tel：029-86832221

E-mail：yangwf45@163.com

参考文献