郭金茂,尹瀚澤,徐玉國

(陸軍裝甲兵學(xué)院 裝備保障與再制造系， 北京 100072)

在裝備維修保障新體制下，開展裝備維修保障能力研究，是關(guān)系裝備維修保障能力能否加快建設(shè)、適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭要求的關(guān)鍵問題[1]。裝備保障能力評估指標體系方面的研究在國內(nèi)十分廣泛。文獻[2]系統(tǒng)梳理了裝備保障能力評估的基本內(nèi)涵，提出了以4個子能力為主的裝備保障能力評估指標體系。文獻[3]對裝備保障能力評估指標確定方法進行了研究，分析對比了數(shù)據(jù)挖掘、FP-Growth算法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)3種方法，得出了客觀、精確的指標選擇方法。從研究結(jié)果來看，指標體系的構(gòu)建多是針對裝備保障系統(tǒng)的效能評估，指標選取方面也不夠客觀、具體，容易造成評估結(jié)果與實際能力水平產(chǎn)生較大偏差[4]。

本文貼近裝備維修任務(wù)實際，保證指標選取的客觀性，并由抽象的任務(wù)需求映射轉(zhuǎn)化為精確、具體、可量化的能力指標，建立客觀準確的能力評估指標體系。

1 裝備維修保障能力規(guī)劃三維模型

以維修保障能力為主線，以維修保障任務(wù)需求為牽引，以平戰(zhàn)結(jié)合為原則，通過系統(tǒng)規(guī)劃，分解細化維修保障任務(wù)，建立任務(wù)需求體系，再由任務(wù)需求向能力指標映射轉(zhuǎn)化，將維修保障任務(wù)需求轉(zhuǎn)化為對維修保障能力的需求，所得能力指標與維修保障能力相對應(yīng)[5]。從而由任務(wù)需求—能力指標體系—維修保障能力三步分析規(guī)劃，得出與目前裝備維修保障任務(wù)相適應(yīng)的裝備維修保障能力及指標體系，如圖1所示。

圖1 裝備維修保障能力規(guī)劃三維模型示意圖

圖1中X-Y平面是裝備維修保障評估指標平面，X-Z平面是裝備維修保障任務(wù)平面，Y-Z平面是裝備維修保障能力平面，每個平面都代表一個集合。X軸是任務(wù)滿意度維，表示能力指標體系建立要從維修保障任務(wù)需求出發(fā)，以滿足任務(wù)需求為主；Z軸是能力期望值維，表示將任務(wù)需求映射轉(zhuǎn)化為能力指標，將滿足任務(wù)需求為目標轉(zhuǎn)化為達到能力期望值最大化為目標；Y軸是能力指標維，表示裝備維修保障能力指標體系在任務(wù)滿意度和能力期望值最大化的條件下進行系統(tǒng)規(guī)劃。

2 指標體系構(gòu)建

2.1 任務(wù)需求分析

裝備維修保障分為平時維修保障和戰(zhàn)時維修保障。平時裝備維修保障主要目的是保持裝備良好的技術(shù)性能，保證裝備良好的戰(zhàn)備狀態(tài)以及在訓(xùn)練和其他行動中的使用，并隨時為遂行作戰(zhàn)任務(wù)做準備；主要包括狀態(tài)檢測、維護保養(yǎng)、故障診斷、裝備修理。戰(zhàn)時裝備維修保障的目的是恢復(fù)和保持裝備的戰(zhàn)斗性能，保證較高的參戰(zhàn)率和持續(xù)作戰(zhàn)能力，從而保證部隊的戰(zhàn)斗力；主要包括裝備定位、裝備搶救、裝備搶修、裝備后送[6]。因此裝備維修保障任務(wù)也可以分為兩類，其相應(yīng)的任務(wù)組成和層次結(jié)構(gòu)可以基本確定，如圖2所示。

圖2 裝備維修保障任務(wù)層次結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)對裝備維修保障任務(wù)層次結(jié)構(gòu)樹的分析，裝備維修保障任務(wù)可由5個方面需求來具體涵蓋，將任務(wù)需求進一步歸納總結(jié)為保障人員、器材設(shè)備、保障信息、質(zhì)量管理、所需時間等[7]。例如，裝備修理任務(wù)，就可以分解為修理人員、修理設(shè)備、修理質(zhì)量、修復(fù)時間等4個方面的任務(wù)需求[8]。以裝備維修保障任務(wù)的種類和特點為依據(jù)，建立裝備維修保障任務(wù)需求體系，其具體內(nèi)容如表1所示。

表1 裝備維修保障任務(wù)需求體系

將裝備維修保障任務(wù)用需求來描述，目的是將宏觀抽象的維修保障任務(wù)分解細化為微觀具體的任務(wù)需求，再通過任務(wù)需求牽引出能力指標。當(dāng)任務(wù)需求在裝備維修保障任務(wù)執(zhí)行的過程中無法被滿足時，就可以判定任務(wù)的執(zhí)行者不具備完成該項任務(wù)的能力。

2.2 能力指標分析

裝備維修保障能力是指在執(zhí)行裝備維修保障任務(wù)的過程中，能夠滿足任務(wù)需求、有效完成任務(wù)、達到預(yù)期目的所應(yīng)具備的條件和水平[9]。而判斷任務(wù)的執(zhí)行者是否具備相應(yīng)的能力水平，就要用能力指標作為標準來衡量，因此能力指標的選取是能力評估的關(guān)鍵所在。而能力指標的選取來源于實際的維修保障任務(wù)，增加了評估指標體系的客觀性和準確性。

當(dāng)任務(wù)分解為明確具體的任務(wù)需求時，從任務(wù)需求到能力需求的轉(zhuǎn)化，實際上就是任務(wù)需求到能力指標上的轉(zhuǎn)化，而這種轉(zhuǎn)化關(guān)系就是任務(wù)集到指標集的一種映射。通過建立的裝備維修保障任務(wù)需求體系，映射出裝備維修保障能力指標，完成由任務(wù)需求到能力指標的轉(zhuǎn)化。其中任務(wù)需求與能力指標之間的映射轉(zhuǎn)化，可能是“一對一”也可能是“多對一”、“一對多”或“多對多”的映射關(guān)系，因此根據(jù)所建立的任務(wù)需求體系，可以分析得出對應(yīng)的能力指標，如表2所示。

表2 能力指標表

2.3 能力指標模糊聚類分析

由任務(wù)需求映射轉(zhuǎn)化得到的能力指標復(fù)雜多樣，各項指標之前的關(guān)系并無清晰劃分，為了將散亂的能力指標構(gòu)建成層次分明、系統(tǒng)完整的裝備維修保障能力指標體系，這里采用模糊聚類分析的方法，對能力指標進行合并歸類、層次劃分。

2.3.1模糊聚類分析法

在科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟管理中有許多事物的類與類之間并無清晰的劃分，邊界具有模糊性，本文能力指標的歸類劃分也是如此，它們之間的關(guān)系更多的是模糊關(guān)系。對于這類事物的分類，一般用模糊數(shù)學(xué)的方法，把應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法進行的聚類分析稱為模糊聚類分析[10]。模糊聚類分析方法有傳遞閉包法、最大樹法、編網(wǎng)法、模糊C-均值法等[11]。本文采用傳遞閉包法，其具體步驟如下：

首先，進行數(shù)據(jù)標準化處理。設(shè)論域X={x1,x2,…,xn}為被分類的對象，每個對象又由m個指標表示其性態(tài)，即：

xi={xi1,xi2,…,xim} (i=1,2,…,n)

于是可以得到原始數(shù)據(jù)矩陣：A=(xij)n×m。

在實際問題中，不同的數(shù)據(jù)可能有不同的性質(zhì)和不同的量綱，為了使原始數(shù)據(jù)能夠適合模糊聚類的要求，需要將原始數(shù)據(jù)矩陣A作標準化處理，即通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)變換，將其轉(zhuǎn)化為模糊矩陣[12]。

然后，建立模糊相似矩陣。如果xi與xj的相似程度為rij=R(xi,xj)，則稱之為相似系數(shù)。確定相似系數(shù)的方法有很多，本文采用的時海明距離法[13]：

其中，H為使得所有rij∈[0,1](i,j=1,2,…,n)的確定常數(shù)。得到模糊相似矩陣R=(rij)n×n。

最后，用傳遞閉包法聚類。通過標定的模糊相似矩陣R，求出包含矩陣R的最小模糊傳遞矩陣，即R的傳遞閉包t(R)，依據(jù)t(R)進行聚類[14]。

定理：設(shè)R是n階模糊相似矩陣，則存在一個最小的自然數(shù)k(k≤n)，使得R的傳遞閉包t(R)=Rk，且對一切大于k的自然數(shù)L，恒有RL=Rk[15]。

該定理說明在不超過n次運算內(nèi)，即可求得R的傳遞閉包t(R)，從而得到模糊等價矩陣。為提高運算速度，可用平方法依次計算R2,R4,R8,…一定可以找到k使得Rk·Rk=Rk，于是t(R)=Rk。然后，由大到小取一組λ∈[0,1]，確定相應(yīng)的λ截矩陣，則可以得到不同的分類結(jié)果，從而形成動態(tài)聚類圖[16-18]。

2.3.2能力指標聚類分析

基于模糊聚類分析法，對能力指標進行聚類分析，具體過程如下：取表2中的9項能力指標分別表示為：故障識別速度(e1)、故障隔離速度(e2)、裝備修理速度(e3)、故障裝備再修平均間隔時間(e4)、專業(yè)人員數(shù)量百分率(e5)、技術(shù)等級人員百分率(e6)、裝備搶修速度(e7)、裝備定位精度(e8)、裝備搶救速度(e9)。對以上9項能力指標進行綜合分析，歸納總結(jié)可能存在并與之對應(yīng)的裝備維修保障能力有故障診斷能力(E1)、裝備修理能力(E2)、戰(zhàn)場搶修能力(E3)、人員技術(shù)能力(E4)。

根據(jù)能力指標的功能特征，請裝備維修保障領(lǐng)域?qū)＜覟槟芰χ笜酸槍Ω黜椌S修保障能力進行隸屬度打分，隸屬程度范圍在(0,1)當(dāng)中取值，記為ei=(ei1,ei2,ei3,ei4)，分別表示對4項能力的隸屬度得分，綜合分析統(tǒng)計后得出：

e1=(0.8,0.4,0.3,0.2)，e2=(0.8,0.4,0.4,0.2)，

e3=(0.4,0.9,0.4,0.6)，e4=(0.4,0.9,0.2,0.6)，

e5=(0.2,0.6,0.5,0.8)，e6=(0.2,0.6,0.4,0.8)，

e7=(0.3,0.4,0.8,0.4)，e8=(0.1,0.1,0.8,0.4)，

e9=(0.3,0.2,0.8,0.3)。

運用海明距離法，計算各項能力指標隸屬度的相似系數(shù)，記為rij，表示能力指標ei與能力指標ej的相似系數(shù)，公式為：

為使得所有rij∈[0,1](i,j=1,2,…,m)取值適宜、分布合理，經(jīng)計算驗證，本文取H=0.4，則可得如下模糊相似矩陣：

根據(jù)傳遞閉包結(jié)果，可分析得出能力指標的動態(tài)聚類如下：

當(dāng)λ=0.96時，能力指標可以歸為以下7類：

{e1,e2}，{e3}，{e4}，{e5,e6}，{e7}，{e8}，{e9}；

當(dāng)λ=0.92時，能力指標可以歸為以下6類：

{e1,e2}，{e3,e4}，{e5,e6}，{e7}，{e8}，{e9}；

當(dāng)λ=0.88時，能力指標可以歸為以下5類：

{e1,e2}，{e3,e4}，{e5,e6}，{e7,e9}，{e8}；

當(dāng)λ=0.84時，能力指標可以歸為以下4類：

{e1,e2}，{e3,e4}，{e5,e6}，{e7,e8,e9}；

當(dāng)λ=0.72時，能力指標可以歸為以下3類：

{e1,e2}，{e3,e4,e5,e6}，{e7,e8,e9}；

當(dāng)λ=0.60時，能力指標可以歸為以下2類：

{e1,e2}，{e3,e4,e5,e6,e7,e8,e9}；

當(dāng)λ=0.56時，能力指標可以歸為以下1類：

{e1,e2,e3,e4,e5,e6,e7,e8,e9}。

上述能力指標動態(tài)聚類結(jié)果可用樹狀聚類圖表示如圖3所示[20]。

圖3 能力指標動態(tài)聚類樹狀圖

由動態(tài)聚類圖可以得出，當(dāng)λ=0.84時，將能力指標分為4類最為恰當(dāng)，滿足上文確定的4種能力從屬關(guān)系，即：故障診斷能力E1={e1,e2}、裝備修理能力E2={e3,e4}、戰(zhàn)場搶修能力E3={e7,e8,e9}、人員技術(shù)能力E4={e5,e6}。

按照上述模糊動態(tài)聚類方法，對各項能力指標進行評分聚類分析，可構(gòu)建裝備維修保障能力指標體系，有關(guān)內(nèi)容如表3所示。

表3 裝備維修保障能力指標體系

3 結(jié)論

本文以裝備維修保障任務(wù)為現(xiàn)實依據(jù)，提出了基于任務(wù)需求建立維修保障能力評估指標體系的方法，考慮指標選取的同時，引入了模糊聚類分析的方法對指標進行科學(xué)歸類，完成了維修保障能力評估指標體系的構(gòu)建，為裝備維修保障能力評估與建設(shè)提供了研究基礎(chǔ)。