李鵬舉，程中華，李欣玥

（軍械工程學(xué)院 裝備指揮與管理系，石家莊 050003）

0 引言

產(chǎn)品特性分類工作由設(shè)計(jì)部門負(fù)責(zé)，是指在特性分析（技術(shù)指標(biāo)分析、設(shè)計(jì)分析和選定檢驗(yàn)單元）的基礎(chǔ)上確定配套產(chǎn)品的關(guān)鍵件、重要件和一般件[1]。其目的是將設(shè)計(jì)人員對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)品控制意圖傳遞給工藝、制造、采購和檢驗(yàn)部門，以便在各環(huán)節(jié)中采取重點(diǎn)預(yù)防、監(jiān)督、管理的措施，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可追溯性。產(chǎn)品特性分類是武器裝備研制設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是各級(jí)有關(guān)部門、合同商實(shí)行重點(diǎn)控制的主要依據(jù)[2]。

根據(jù)產(chǎn)品可能出現(xiàn)故障后果的嚴(yán)酷度等級(jí)及故障發(fā)生概率，當(dāng)前產(chǎn)品特性分類方法主要有風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN，Risk Priority Number）法和危害性矩陣法。這兩種方法著重考慮的是產(chǎn)品的安全性，而忽略了裝備壽命期中的維修性、保障性因素。文章針對(duì)這些不足，在原有特性分類方法的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)工程中的層次分析法將定性指標(biāo)和定量指標(biāo)相結(jié)合考慮，滿足了特性分類指標(biāo)多樣化的要求。同時(shí)，根據(jù)準(zhǔn)則權(quán)重和評(píng)分結(jié)果得出的產(chǎn)品優(yōu)劣排序，可以輔助指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員按照關(guān)鍵件、重要件比例進(jìn)行產(chǎn)品特性分類工作。

1 模糊層次分析法基本過程

層次分析法（AHP，Analytical Hierarchy Process）是美國運(yùn)籌學(xué)教授Saaty于20世紀(jì)70年代提出了一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析法。它通過建立層次結(jié)構(gòu)模型和判斷矩陣的方式對(duì)層次中的元素進(jìn)行排序，從而把一個(gè)復(fù)雜的決策問題簡(jiǎn)單化，為解決問題提供客觀依據(jù)。為了改進(jìn)AHP中諸如判斷一致性與矩陣一致性的差異、一致性檢驗(yàn)困難和缺乏科學(xué)性等問題，一些學(xué)者提出模糊層次分析法（FAHP，F(xiàn)uzzy AHP）。與AHP相比，F(xiàn)AHP通過元素兩兩比較構(gòu)造模糊一致性判斷矩陣，更符合人的思維和心理特點(diǎn)，并解決了AHP存在的一些問題，因此FAHP在決策分析中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)

應(yīng)用層次分析法進(jìn)行產(chǎn)品特性分析決策時(shí)，首先要建立評(píng)價(jià)問題的層次結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)是應(yīng)用層次分析法把復(fù)雜問題分解簡(jiǎn)化的關(guān)鍵，必須在對(duì)評(píng)價(jià)原則和意圖深刻分析理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行。結(jié)構(gòu)中的最上層是評(píng)估目標(biāo)，中間層是準(zhǔn)則層，最底層是評(píng)價(jià)對(duì)象（產(chǎn)品層）。準(zhǔn)則層可以包含多級(jí)，同級(jí)之間相互獨(dú)立，上下級(jí)之間為隸屬關(guān)系[3]。

參照GJB 190—86《特性分類》相關(guān)規(guī)定，結(jié)合產(chǎn)品特性分類工作實(shí)際，建立產(chǎn)品特性分類層次結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

在進(jìn)行產(chǎn)品特性分類過程中，首先采用關(guān)鍵件特性準(zhǔn)則對(duì)系統(tǒng)或單機(jī)內(nèi)的所有產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)排序；由分析人員按照關(guān)鍵件比例要求確定關(guān)鍵件后，再應(yīng)用重要件特性分類準(zhǔn)則對(duì)剩余器件進(jìn)行評(píng)價(jià)排序；最后按照比例要求確定重要件和一般件。

圖1 產(chǎn)品特性分類層次結(jié)構(gòu)Fig.1 Hierarchy of the classification of product characteristics

1.2 構(gòu)造模糊判斷矩陣

模糊判斷矩陣R表示在層次結(jié)構(gòu)中，針對(duì)隸屬的上一級(jí)元素，某一級(jí)元素之間相對(duì)重要性的比較矩陣。例如：假定上一級(jí)元素為B1，它與下一級(jí)中的元素C1、C2、…、Cn、有隸屬聯(lián)系，經(jīng)過專家的模糊判斷，可得矩陣為

其中rij表示元素Ci相對(duì)元素Cj的重要程度的度量值，通常采用1～9標(biāo)度法，如表1所示。

表 1 1～9標(biāo)度法及其意義Table 1 Meaning of the 1～9 scaling levels

利用模糊判斷矩陣計(jì)算各特性所占權(quán)重方法很多，本文選用以下公式[5]：

其中：V為中間變量；ij12,n=…、,,。 得出的權(quán)重向量表達(dá)式為

1.3 模糊判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

由模糊判斷矩陣得到的權(quán)重值是否合理，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。模糊判斷矩陣的一致性反映判斷者思維的邏輯一致程度。當(dāng)偏離一致性過大時(shí)，將此權(quán)重向量的計(jì)算結(jié)果作為決策依據(jù)是不可靠的[4]。

檢驗(yàn)?zāi)：袛嗑仃囈恢滦缘墓綖?/p>

其中：CR為判斷矩陣的一致性比率；maxλ為模糊判斷矩陣的最大特征值；n為矩陣階數(shù)（1＞n）；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，如表2所示。

表 2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Table 2 Mean random consistency index(RI) of 3-order through 9-order

如果 C R = CIRI＜0.1，則此模糊判斷矩陣具有滿意的一致性，評(píng)價(jià)結(jié)果是可靠的，否則就需要進(jìn)行調(diào)整。一般對(duì)于三階以上的判斷矩陣才需要檢驗(yàn)一致性。

1.4 確定專家權(quán)重

在對(duì)特性分類準(zhǔn)則進(jìn)行模糊評(píng)判的過程中，不同專家由于受到知識(shí)結(jié)構(gòu)、評(píng)判水平和自身偏好等因素的影響，所作出的模糊判斷矩陣的質(zhì)量和側(cè)重方面必然存在差異。因此，在最終確定各特性分類準(zhǔn)則所占權(quán)重時(shí)，不能簡(jiǎn)單地將每位專家的結(jié)果相加求平均值，應(yīng)有區(qū)別地對(duì)待。目前，確定專家的權(quán)重有兩種方法：第一種方法是通過專家所做的模糊矩陣一致性程度來確定；另一種方法則通過不同專家所做的模糊矩陣相似程度來確定。本文選用第二種方法[5]。

設(shè)有m(m＞ 1)位專家參與人為差錯(cuò)影響因素的評(píng)判，第k位專家的模糊互補(bǔ)判斷矩陣為

計(jì)算得第k位專家所確定的特性分類準(zhǔn)則權(quán)重向量為

設(shè)θ表示權(quán)重向量ω(k)與ω(l)的夾角，θ的余弦

klkl定義為

c表示權(quán)重向量ω(k)與ω(l)的相似程度，即專家

kl k與專家l判斷的一致程度，c越大，表明ω(k)與

kl ω(l)越相似。

計(jì)算每個(gè)權(quán)重向量與其他權(quán)重向量的夾角余弦后，可得到矩陣

最后得出綜合專家權(quán)重的特性準(zhǔn)則權(quán)重向量為

2 案例計(jì)算

現(xiàn)對(duì)某新型號(hào)雷達(dá)的發(fā)射機(jī)調(diào)制器組合進(jìn)行產(chǎn)品特性分類。調(diào)制器組合是雷達(dá)發(fā)射機(jī)中的重要組成部分，其主要作用是給雷達(dá)發(fā)射機(jī)的行波管提供正負(fù)偏壓、燈絲電壓以及調(diào)制脈沖。

首先邀請(qǐng)3位不同領(lǐng)域的專家對(duì)關(guān)鍵件和重要件的特性分類準(zhǔn)則作兩兩比較判斷，得出互補(bǔ)模糊判斷矩陣。第一位專家的模糊判斷數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 專家1模糊判斷數(shù)據(jù)Table 3 Fuzzy judgment data of expert A

專家1的模糊判斷矩陣為

根據(jù)式(1)、(2)計(jì)算出專家1的特性準(zhǔn)則權(quán)重向量為

類似可得專家2和專家3的權(quán)重向量分別為

根據(jù)式(3)、(4)計(jì)算得出3位專家的模糊判斷矩陣一致性指標(biāo)分別為CR1=0.043 3、CR2=0.001 1、CR3=0.001 3，滿足一致性指標(biāo)要求。

由式(5)得到的專家權(quán)重計(jì)算矩陣C為

由式(6)得到3位專家權(quán)重分別為0.35、0.32、0.33，最終可算得重要件特性分類準(zhǔn)則的權(quán)重為

關(guān)鍵件特性分類準(zhǔn)則的權(quán)重為

3 軟件開發(fā)

筆者運(yùn)用Borland Delphi 7.0和Microsoft Access 2007軟件工具開發(fā)了基于模型的產(chǎn)品特性分類軟件，界面如圖2、圖3所示。將專家模糊判斷矩陣和器件目錄導(dǎo)入到特性分類軟件中后，分析人員對(duì)器件的各種特性按照1～10標(biāo)度進(jìn)行逐一打分，根據(jù)隸屬度原則，加權(quán)計(jì)算后得出優(yōu)劣排序，最終可以按照關(guān)鍵件、重要件的比例要求完成產(chǎn)品特性分類工作。

圖2 關(guān)鍵件評(píng)價(jià)Fig.2 Assessment of key products

圖3 重要件評(píng)價(jià)Fig.3 Assessment of important products

4 結(jié)束語

在原有的產(chǎn)品特性分類方法基礎(chǔ)上建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合考慮了安全性、維修性、保障性因素，提高了特性分類結(jié)果的客觀性和可信度。FAHP能夠科學(xué)確定相關(guān)特性分類準(zhǔn)則權(quán)重，既避免了權(quán)重確定中的隨意性，又考慮了主觀思維判斷的模糊性，是一種思路清晰、可操作性強(qiáng)的權(quán)重計(jì)算方法。案例分析結(jié)果表明：基于FAHP的產(chǎn)品特性分類方法及軟件能夠有效提高產(chǎn)品特性分類工作的科學(xué)性和效率，是對(duì)現(xiàn)有方法的補(bǔ)充和完善。

（References）

[1]陳圣斌, 周曉光.直升機(jī)可靠性關(guān)鍵件和重要件的確定方法及工程應(yīng)用[C]//中國航空學(xué)會(huì)直升機(jī)專業(yè)分會(huì)第十九屆全國直升機(jī)年會(huì).哈爾濱： 中國航空學(xué)會(huì),2004： 314-320

[2]李鳳良.航天型號(hào)產(chǎn)品特性分類工作基本狀況與建議[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化, 2001(5)： 17-18

Li Fengliang.The base situation and some suggestions about classification of product’s characteristics of space product[J].Aerospace Standardization, 2001(5)： 17-18

[3]段秉乾, 司春林.基于模糊層次分析法的產(chǎn)品創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版, 2008,36(7)： 1002-1005

Duan Bingqian, Si Chunlin.Comprehensive risk assessment model of complex product systems innovation based on fuzzy AHP[J].Journal of Tongji University： Natural Science, 2008, 36(7)： 1002-1005

[4]王雪青, 劉姍姍, 郭曉博.基于模糊層次分析法的代建制企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 社會(huì)科學(xué)版, 2008, 10(3)： 73-76

Wang Xueqing, Liu Shanshan, Guo Xiaobo.A risk evaluation of the agent construction company based on FAHP[J].Journal of Beijing Institute of Technology：Social Science Edition, 2008, 10(3)： 73-76

[5]劉風(fēng)強(qiáng), 孫志強(qiáng), 謝紅衛(wèi).航空維修人為差錯(cuò)影響因素分析中的模糊層次分析法[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2008,18(7)： 43-48

Liu Fengqiang, Sun Zhiqiang, Xie Hongwei.Analysis of human error influence factors in aviation maintenance based in group fuzzy analytical hierarchy process[J].China Safety Science Journal, 2008, 18(7)： 43-48