基于改進(jìn)AHP的船艇裝備戰(zhàn)損搶修排序決策方法

閆志雄1，姜光2，閆鵬飛2

(1. 鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 動力指揮系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2. 鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 訓(xùn)練部，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

摘要針對近岸登島作戰(zhàn)和后勤輸送保障，研究建立了裝備戰(zhàn)損搶修排序決策一般指標(biāo)體系;提出了基于德爾菲法改進(jìn)層次分析法(AHP)的船艇裝備戰(zhàn)損搶修排序決策方法;綜合多專家經(jīng)驗，定性和定量相結(jié)合，逐層計算戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)權(quán)重，對裝備戰(zhàn)損搶修排序進(jìn)行綜合決策。最后以船艇電氣裝備戰(zhàn)損搶修模擬數(shù)據(jù)驗證了所提出方法的有效性和實用性。

關(guān)鍵詞德爾菲法；層次分析法；船艇裝備；戰(zhàn)損搶修；排序決策

收稿日期2014-11-13

作者簡介閆志雄(1982-)，男，講師，主要研究方向為船艇電氣裝備管理。yanzx@mail.zc

中圖分類號E233

文章編號2095-3828(2015)05-0017-05

DOI文獻(xiàn)標(biāo)志碼A 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.05.004

Battlefield Equipment Repairs Ranking Method for

Watercraft Based on the Improved AHP

YAN Zhixiong1，JIANG Guang2，YAN Pengfei2

(1. Department of Power Command, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang Jiangshu 212003, China；

2. Drilling Department, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang Jiangshu 212003, China)

AbstractIn this paper, a general battlefield equipment repairs ranking index system is established for nearshore landing operation and logistic support. And then, the paper proposes a battlefield equipment repairs ranking method for watercraft based on analytic hierarchy process(AHP) improved with Delphi. Based on experience of several experts, in combination of quantitative and qualitative methods, the paper calculates the weights of battlefield equipment repair ranking index layer by layer and conducts comprehensive ranking for battlefield equipment repair. Finally, the ranking method is verified to be valid and practical by using simulated training data of the watercraft power equipment repair.

KeywordsDelphi; analytic hierarchy process(AHP); watercraft equipment; battlefield repair-ing; ranking method

處于近岸登島作戰(zhàn)前沿和后勤輸送保障主要補給線，我軍各種船艇裝備歷來是敵軍攻擊的主要目標(biāo)之一。針對陸軍船艇裝備戰(zhàn)時典型故障及損傷的修復(fù)、搶修的實施等問題，我軍曾做出過相關(guān)規(guī)定，在船艇多處裝備受到敵方打擊破壞時，艇組或單艇指揮人員需在有限資源和時間內(nèi)進(jìn)行戰(zhàn)損搶修決策，船艇裝備戰(zhàn)損搶修的及時性、有效性將直接決定人員或物資輸送的成敗。

裝備戰(zhàn)損搶修排序決策是我軍研究主要工作之一，相關(guān)軍事專家或?qū)W者提出了聚類分析、熵權(quán)法[1-2]、灰色關(guān)聯(lián)分析[3]、多屬性決策[4]、層次分析等多種方法。聚類分析是“物以類聚”地將決策因素進(jìn)行數(shù)值分類；熵權(quán)法是利用決策者掌握信息量的多少來反映搶修決策指標(biāo)間競爭程度；灰色關(guān)聯(lián)分析是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新方法，建立基于生成數(shù)、生成率的決策灰色模型，進(jìn)行優(yōu)先級排序決策；多屬性決策是在備選方案基礎(chǔ)上對決策進(jìn)行排序、評價等。這些方法多以主觀判斷進(jìn)行權(quán)重賦值，受工作經(jīng)驗和知識水平限制，一定程度影響戰(zhàn)損排序決策的準(zhǔn)確性和可靠性。

AHP在構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)置戰(zhàn)損排序決策因素的成對比矩陣，進(jìn)行權(quán)重計算，既有定量分析，又有定性分析，層次分明，進(jìn)而進(jìn)行決策排序，是一種系統(tǒng)化的分析方法[5]。AHP通過遞階層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案排序，可簡化分析過程，即在簡化運算、減少誤差等方面具有優(yōu)越性。因此本文采用AHP方法對裝備戰(zhàn)損搶修排序決策。

近年來，AHP在裝備或武器維修分析方面有較廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[6]考慮機械故障檢測方式、可達(dá)性、可更換性、可調(diào)整性、復(fù)雜程度和危害程度等因素，建立基于AHP的維修性加權(quán)因子綜合評判模型，計算各子系統(tǒng)維修性指標(biāo)，并進(jìn)行科學(xué)的維修性分配。文獻(xiàn)[7]以AHP為基礎(chǔ)，綜合數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，建立裝備動員物資供應(yīng)企業(yè)評估指標(biāo)和選擇方法，對供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行綜合評價和選優(yōu)，使裝備動員趨于“精確式”。文獻(xiàn)[8]運用AHP及模糊數(shù)學(xué)，對裝備技術(shù)保障后備人員的綜合保障能力進(jìn)行分析評價。

AHP計算層次分明，易于應(yīng)用，但其成對比矩陣的確定需要引入專家意見，存在一定主觀性。為將這一主觀影響降到最低，本文引入德爾菲法對AHP進(jìn)行優(yōu)化，科學(xué)分析船艇裝備戰(zhàn)場搶修排序決策指標(biāo)體系，構(gòu)建基于改進(jìn)AHP的裝備戰(zhàn)損排序決策模型，提高可信度和可操作性；并運用船艇電氣裝備戰(zhàn)損搶修模擬數(shù)據(jù)對建立的決策模型進(jìn)行實證分析，驗證其有效性和實用性。

1構(gòu)建戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)體系

構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)體系，是裝備戰(zhàn)損搶修排序決策的前提。船艇裝備戰(zhàn)損搶修決策涉及因素較多，與擔(dān)負(fù)任務(wù)、裝備重要程度、戰(zhàn)損實際情況、搶修資源等因素有密切關(guān)系，結(jié)合實踐經(jīng)驗，船艇裝備戰(zhàn)損搶修排序決策一般指標(biāo)見圖1。

圖1　船艇裝備戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)體系

1) 裝備戰(zhàn)損搶修級別。作戰(zhàn)中裝備損傷的程度(即戰(zhàn)損等級)直接影響搶修決策。不同等級裝備戰(zhàn)損需要不同層次的搶修力量來完成搶修任務(wù)[9]。如裝備操作人員或伴隨保障技術(shù)人員可進(jìn)行輕損裝備搶修，而戰(zhàn)損等級較高的裝備則需要專家實施搶修。作戰(zhàn)保障過程中輕損裝備的搶修決策權(quán)重相對高一些。

2) 裝備戰(zhàn)損影響程度。不同裝備在作戰(zhàn)或保障的基礎(chǔ)作用不同，如動力裝置、武器裝備、消防設(shè)施等是保障生命力、戰(zhàn)斗力的主要裝備，是敵方打擊的主要目標(biāo)，也是搶修的重點。而空調(diào)、通風(fēng)等設(shè)備對作戰(zhàn)影響不大。因此搶修排序時應(yīng)優(yōu)先考慮對作戰(zhàn)影響程度較高的裝備。

3) 裝備戰(zhàn)損搶修時間。指損傷部件從發(fā)現(xiàn)故障到搶修完成時間之和，主要包括裝備戰(zhàn)損診斷時間、申報時間、決策時間、故障排除時間等。裝備戰(zhàn)場搶修最突出特點是時間的緊迫性，一般要求在限定時間內(nèi)完成戰(zhàn)損修復(fù)。應(yīng)該優(yōu)先考慮所需搶修時間短的裝備。

4) 搶修資源配備條件。主要包括搶修工具、儀器、搶修技術(shù)人員及其達(dá)到的技術(shù)水平、搶修方法方式等，是裝備實施有效搶修的前提。

5) 裝備戰(zhàn)損搶修風(fēng)險性。修理分隊是戰(zhàn)損搶修的實施者，其生存性是搶修決策需考慮的因素，戰(zhàn)損搶修風(fēng)險直接影響修理分隊人員生命安全，它與是否處于敵方打擊范圍等因素有關(guān)。

6) 裝備戰(zhàn)損搶修實效性。指對搶修工作的評判，戰(zhàn)場千變?nèi)f化，戰(zhàn)損裝備需在搶修后正常工作，但部分裝備則需磨合才能正常工作。一般定義搶修后能第一時間進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)的為高實效性裝備，戰(zhàn)時應(yīng)選擇高實效性裝備進(jìn)行優(yōu)先搶修。

2戰(zhàn)損排序決策模型

AHP是一種比較經(jīng)典的權(quán)重賦值方法，可將復(fù)雜問題簡化為有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過對影響因素建立成對比矩陣，進(jìn)行定性定量的方案或因素的決策排序。

運用AHP方法可把船艇裝備戰(zhàn)時搶修決策排序問題轉(zhuǎn)換為將影響戰(zhàn)損搶修的指標(biāo)體系按對分析決策的影響程度構(gòu)成有序遞階層次結(jié)構(gòu)(如圖1)，并根據(jù)決策指標(biāo)間的相對重要性構(gòu)建成對比，定性定量計算，實現(xiàn)裝備戰(zhàn)損搶修決策總排序。但裝備戰(zhàn)損搶修排序決策需要在定量分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理分析和科學(xué)判斷，若僅以AHP進(jìn)行排序決策，定量數(shù)據(jù)較少，定性成分較多，特別是戰(zhàn)損搶修決策指標(biāo)間的相對重要程度系數(shù)是利用專家經(jīng)驗得來的，如果只采取單個專家意見，會使分析結(jié)果過于片面，難以令人信服。本節(jié)將選用德爾菲法對AHP進(jìn)行改進(jìn)，德爾菲法是綜合多名專家經(jīng)驗意見進(jìn)行權(quán)重參數(shù)設(shè)計的方法，能夠與AHP進(jìn)行互補[10]。

基于德爾菲法改進(jìn)AHP的基本思想和過程為：

1) 組織n位專家對圖1層次指標(biāo)體系進(jìn)行打分，形成n個成對比矩陣。

3) 利用AHP基本步驟計算n′個專家建議權(quán)重系數(shù)。

(1)

式中：θij為向量w(i)和w(j)之間的夾角；Sij越大，則2位專家的指標(biāo)權(quán)重向量w(i)和w(j)之間的一致性越高。

(2)

(3)

(4)

圖2　基于德爾菲法改進(jìn)AHP的基本流程

3實證分析

利用船艇電站仿真訓(xùn)練實驗室和船艇電氣控制設(shè)備模擬訓(xùn)練實驗室中的故障診斷與故障排除模塊，通過設(shè)置模擬渡海登島物資輸送實戰(zhàn)條件下船艇電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障類型和損傷程度，利用模型對船艇電氣裝備的搶修決策進(jìn)行排序，來驗證基于德爾菲法改進(jìn)AHP船艇裝備戰(zhàn)損排序決策模型的有效性。

3.1戰(zhàn)損決策指標(biāo)設(shè)定

裝備維修保障包括岸基維修、伴隨搶修、修理所搶修等形式，模擬渡海登島物資輸送實戰(zhàn)條件下船艇電力系統(tǒng)故障搶修，屬于裝備伴隨搶修。本實例將圖1中一級、二級指標(biāo)進(jìn)行簡化融合，得到船艇電力系統(tǒng)戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)：戰(zhàn)損搶修級別A1，戰(zhàn)損影響程度A2，搶修風(fēng)險A3，戰(zhàn)損診斷時間A4，搶修決策時間A5，故障排除時間A6，資源配置條件A7，搶修效益A8。

3.2權(quán)重設(shè)計與計算

依據(jù)改進(jìn)AHP，組織多名船艇電氣和裝備保障專家，填寫船艇電力系統(tǒng)戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)對搶修目標(biāo)重要性的成對比矩陣(經(jīng)過多次循環(huán)綜合反饋)，真實反映出船艇電力系統(tǒng)戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)間的權(quán)重關(guān)系。基于改進(jìn)AHP的船艇裝備戰(zhàn)損搶修決策指標(biāo)權(quán)重計算的基本過程如下。

1) 通過計算各專家填寫成對比矩陣(即決策指標(biāo)間的重要性權(quán)重矩陣)各對應(yīng)元素平均值(即閥值)，比較各元素與閥值間的距離，剔除差別較大矩陣。

2) 以一名專家為例計算船艇電力系統(tǒng)戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)單個專家的權(quán)重系數(shù)向量。某專家建立的成對比矩陣如表1所示。

表1　某專家建立的成對比矩陣

以AHP基本步驟，通過極差法計算權(quán)重系數(shù)

(5)

進(jìn)行一致性檢驗：由AW=λmaxW計算特征根。A為成對比矩陣，屬于判斷矩陣；W為各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)向量，屬于歸一化向量。

(6)

3) 綜合多名專家意見得到裝備戰(zhàn)損搶修排序決策指標(biāo)修正的權(quán)重系數(shù)向量。

如根據(jù)其中4名專家填寫成對比矩陣計算得到各專家權(quán)重設(shè)計建議，如表2所示。

表2　根據(jù)4名專家意見設(shè)計權(quán)重系數(shù)和一致性檢驗結(jié)果

3.3對船艇電氣設(shè)備戰(zhàn)損搶修決策排序

得到w后，綜合決策指標(biāo)得分矩陣，進(jìn)行裝備戰(zhàn)損搶修排序的綜合判定。如某船艇裝備決策指標(biāo)的得分矩陣為Rij，i、j分別為決策指標(biāo)數(shù)和需進(jìn)行戰(zhàn)損搶修的裝備數(shù)，通過計算式(7)，可得到裝備戰(zhàn)損搶修排序的綜合評價得分

(7)

將船艇電氣裝備如發(fā)電機、主配電板、船艇電網(wǎng)電纜、蓄電池、油泵電動控制箱、錨機等戰(zhàn)損決策指標(biāo)進(jìn)行百分制量化，得到船艇電氣裝備戰(zhàn)損搶修決策指標(biāo)的得分矩陣。利用式(7)進(jìn)行船艇電氣裝備戰(zhàn)損搶修綜合評價，得到裝備戰(zhàn)損搶修的決策排序。本實例中船艇電氣裝備搶修決策指標(biāo)得分的算術(shù)平均值與改進(jìn)AHP分析綜合得分如圖3所示。

圖3　船電裝備戰(zhàn)損搶修排序決策綜合得分

3.4結(jié)果分析

4結(jié) 束 語

本文構(gòu)建了基于AHP的船艇裝備戰(zhàn)損搶修決策排序方法，在決策指標(biāo)權(quán)重計算中引入德爾菲法進(jìn)行改進(jìn)，將人為主觀因素影響降低到最小，使決策排序更符合船艇裝備搶修實際。并采用船艇電氣裝備故障排除模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行實證分析，顯示了改進(jìn)AHP的有效性和實用性。囿于很多船艇裝備維修數(shù)據(jù)不便公開，本文在實證分析時對戰(zhàn)損決策指標(biāo)進(jìn)行簡化。此外，還可以考慮引入模糊數(shù)學(xué)等理論對AHP法進(jìn)行改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)(References)

[1]董澤委，胡奇?zhèn)ィ瑢O寶深，等.戰(zhàn)場損傷裝備搶修排序模型研究[J].計算機仿真，2011,28(4):18-21.

[2]陳建海，馮杰.熵權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)在艦船戰(zhàn)損裝備搶修排序中的應(yīng)用[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2011,33(3):131-134.

[3]曹少琛，張飛.基于灰色理論的后方物資倉庫戰(zhàn)損評估[J].軍事經(jīng)濟研究，2013,34(3):62-65.

[4]陳建海，馮杰.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的艦艇戰(zhàn)損裝備搶修排序[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2011,33(7):126-129.

[5]SAATY T L.層次分析法:在資源分配、管理和沖突分析中的應(yīng)用[M].許樹柏，譯.北京：煤炭工業(yè)出版社，1988:1-43.

[6]郝慶波.數(shù)控機床可靠性及維修性的模糊綜合分配與預(yù)計[D].長春：吉林大學(xué)，2012：90-97.

[7]溫斌，張守玉.一種基于DEA-AHP的裝備動員物資供應(yīng)企業(yè)選擇方法[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2011,22(5):38-42.

[8]肖凡，王平，趙金超.基于Fuzzy-AHP裝備技術(shù)保障后備人員篩選決策[J].裝備學(xué)院學(xué)報,2013,24(5):40-43.

[9]郭齊勝，郅志剛，楊瑞平，等.裝備效能評估概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005:1-60.

[10]劉學(xué)毅.德爾菲法在交叉學(xué)科研究評價中的運用[J].西南交通大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2007,8(2):21-25.

(編輯：田麗韞)