基于模糊综合评判法的民机签派可靠性评估

曹愈远，李艳军，王小明，郑 庆

（南京航空航天大学民航学院，南京 210016）

基于模糊综合评判法的民机签派可靠性评估

曹愈远，李艳军，王小明，郑 庆

（南京航空航天大学民航学院，南京 210016）

针对民机签派可靠性设计与评估方法问题，构建了基于多等级的签派可靠性模糊综合评价法。首先通过专家调查方式确定了民机签派可靠性的影响因素二级指标体系并按照重要程度进行分类。然后采用AHP法计算影响因素的权重，运用广义梯形模糊数确定隶属函数，并通过模糊中心法去模糊化，确定模糊关系矩阵，进而建立数学模型实现了对民机签派可靠性的模糊综合评价。最后结合某航空公司B737机队签派可靠性水平进行验证，结果表明该评价模型及其评估结果与实际情况基本一致。

民机签派可靠性；模糊综合评价法；AHP；广义梯形模糊数；隶属函数

签派可靠性是指对于计划内的飞行不因技术原因而造成飞行延误至规定时间或取消的能力[1]。签派可靠性反映飞机在飞行计划规定的时间内签派放行的能力，是商用飞机运营的典型的使用参数，可用签派可靠度来度量。

签派可靠度的高低，即航班的正点率水平，在很大程度上受飞机自身固有可靠性、维修性设计、保障资源以及航空公司管理因素等方面的影响[2]，并且这些因素自身都存在着一定的模糊性，很难用精确的数值来描述。目前，国内外现有评估签派可靠性水平的方法很少，而基本上是把工作重点放在了对机队定期运营后签派可靠性数据的统计上。

本文以可靠性和模糊学理论为基础，在对多位航空可靠性专家进行调查的基础上，给出了航空公司机队签派可靠性评估指标，运用二级模糊综合评判方法和评估数学模型，构建了一个签派可靠性水平模糊评估管理体系。构建该体系旨在对航空公司的机队签派可靠性水平进行定量评估，并以分析签派可靠性影响因素、合理分配签派放行保障条件、提高机队签派可靠性水平为核心任务。

1 模糊综合评判数学基础

综合评判也称为多目标决策，是指对多种因素所影响的事物或现象进行总的评价，若综合评价过程涉及模糊因素，则称为模糊综合评判，若模糊因素有不同的层次，则称为多级模糊综合评判，其中，因素集、备择集、单因素模糊评判是模糊综合评判的三要素[3]。

设U={u1，u2，…，un}为描述被评价对象的n种因素所组成的集合，称为因素集；V={v1，v2，…，vm}为描述每一因素所处状态的m种情况所组成的集合，称为备择集[3]。这里存在两类模糊集，一类是指因素集在评价者心目中的重要程度的量，表现为因素集U上的模糊权重集另一类是在U×V上的二元模糊关系，表现为n×m的模糊矩阵再对模糊集进行合成运算（标记为从而得到备择集V上的一个模糊子集其中bj{j=1，2，…，m}表示被评价对象具有评语vj对模糊子集的隶属度。由此可知，S=（U，V，R）的三元素构成了一个评判模型，合成运算的算子就是评判函数。

多级模糊综合评判法就是在一级模糊综合评判的基础上，进一步进行模糊综合评判，并可根据需要多次进行下去。图1给出了二级模糊综合评判模型的框图。

图1 二级模糊综合评判模型Fig.1 Two-level fuzzy synthetic evaluation model

2 模型建立

建立民机签派可靠性多级模糊综合评价流程[4]，如图2所示。

2.1 评价指标体系（因素集）的建立

民机签派可靠性的影响因素很多，也很复杂。通过对专家进行调查，对签派可靠性影响因素进行了初选、调整并最终确定了民机签派可靠性综合评价指标体系，如图3所示。

图2 民机签派可靠性多级模糊综合评价流程Fig.2 Civil aircraft dispatch reliability multistage fuzzy comprehensive evaluation process

图3 民机签派可靠性综合评价指标体系Fig.3 Civil aircraft dispatch reliability evaluation index system

图3中，MTBF为平均故障间隔时间；MTTR为平均修复时间；MLDT为平均备件支援时间；MMEL/ MEL为主最低设备清单/最低设备清单。

2.2 权重确定

运用AHP法，并借助Matlab软件工具计算各指标的权重1，结果如表1所示。

2.3 备择集确定

通过征求航空专家意见，并调研航空公司机队运营情况，得到民机签派可靠性水平评价集，分为5个等级V={v1，v2，v3，v4，v5}={很可靠，较可靠，基本可靠，不甚可靠，不可靠}。

600MW直接空冷机组从主排汽管道抽取排汽蒸汽量260t/h，送入DICSSAC。以冷却水循环倍率m=50计算，需循环冷却水约13000t/h，16个冷却单元，8×2背靠背布置，96m×28m×20m（长×宽×高），需要蓄冷水箱13000m3。DICSSAC从汽轮机主排汽管抽取部分乏汽送到喷射式凝汽器。循环冷却水经喷射水泵喷入混合式凝汽器，乏汽凝结成饱和水，凝结水与冷却水的混合，凝结水泵将等抽汽量的水经过精处理装置送回主凝结水箱，其余水量送回到干式强制通风空冷器。

2.4 模糊关系矩阵（隶属函数）建立

当决策信息缺乏时，往往要借助于多名专家经验来确定因素集与备择集之间的隶属关系。这里采用广义梯形模糊数，给出了一种新的适用的模糊量化方法，同时为了便于专家给因素进行评价，可将可信度α（0≤α≤1）作为其评价的权重。

表1 民机签派可靠性综合评价指标体系权重值Tab.1 Comprehensive evaluation weight values of civil aircraft dispatch reliability index system

其中：α为专家评价的可信度；δm为论域[0，1]内的区间数。设δ1=0.02，δ2=0.015，δ3=0.01，则可将单因素评判的评语分成3种：

得到评价期望值后，须对其进行一致性判断，以免因个别专家的评价失误导致整个评判结果的不当。

n位专家的平均期望评价定义为

2.5 综合评判（模糊算子）

模糊综合评判是在单因素模糊评判的基础上，再引入因素的权重。为此，运用模糊变换其中式中称为模糊综合评判集，它是备择集V上的模糊子集；bj称为模糊综合评判指标，其含义是综合考虑所有因素的影响时，评判对象对备择集中第j个元素的隶属度，符号表示这一合成运算[3]。

2.6 模糊综合评判指标处理（最大隶属度法）

取评价集V中与评判指标bj的最大值最为“接近”的评价元素作为最终的评判结果。

3 实例分析

根据第2节所选择的方法和模型，针对某航空公司的B737机队签派可靠性水平进行模糊综合评价分析，表2列出了5位专家对签派可靠性影响因素“部件固有可靠性”而做出的模糊评判。在利用加权后的模糊中心法去模糊化，在通过一致性判断，得到单因素的最终评价值。在这可以利用Matlab软件进行计算，可使计算程序大大简化。

根据模糊评判的模糊性程度，一致性判断的相对偏差允许值ε规定为10%[6]。经验证，上述模糊评判都满足一致性要求。采用同样的方法，可以得到对其他因素进行单因素评判的平均评判结果，进而得到模糊关系矩阵，即

表2 针对影响因素“部件固有可靠性”的单因素评判Tab.2 Single factor evaluation of impact factor“inherent reliability parts”

再运用2.5节的模糊算子进行合成运算。得

相同的方法可得

最后，运用二级签派可靠性水平模糊综合评判模型，得到最终评判结果

按照最大隶属原则，对该航空公司B737机队的签派可靠性水平综合评价结论为“基本可靠”水平，并非常接近“较可靠”水平。

4 结语

本文运用了多级模糊综合评判法评估民机签派可靠性水平。通过计算过程与结果分析，主要结论有以下几点：

1）通过权重分析知，签派可靠性影响因素对飞机系统签派可靠性的影响程度差异；

2）理论研究与应用结果表明，多级模糊综合评价法很好地考虑了飞机签派可靠性的多种影响因素以及其评价的模糊性，可为航空公司机队签派可靠性水平评估体系的建立提供有价值的指导。

3）建立全面、合理、科学的指标系统是评估能够得到真实有效结果的必要保证，该项工作需多方面的知识和实践经验；

4）多级模糊综合评价法也可应用于机队运营方案优化比选中，可将不同运营方案中的定性评价指标定量化进行评审。

[1]《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册（第20册）：可靠性维修性设计[Z].北京：航空工业出版社，1999.

[2]张 亮.航班延误统计指标体系及延误等级评估研究[D].天津：中国民航大学，2008.

[3]赵德孜.机械系统设计初期的可靠性模糊预计与分配[M].北京：国防工业出版社，2010.

[4]陆 中，孙有朝.基于模糊多属性决策理论的虚拟产品维修性评价模型研究[J].中国机械工程，2009，20（24）：2978-2983.

[5]许 凤.一种基于梯形模糊中心的不确定多属性决策Topsis方法[J].沿海企业与科技，2010（11）：31-33.

[6]许雪燕.模糊综合评价模型的研究及应用[D].成都：西南石油大学，2011.

（责任编辑：杨媛媛）

Civil aircraft dispatch reliability assessment based on fuzzy comprehensive evaluation

CAO Yu-yuan，LI Yan-jun，WANG Xiao-ming，ZHENG Qing
（College of civil aviation，Nanjing University of Aeronautics&Astronautics，Nanjing 210016，China）

For civil aircraft dispatch reliability design and assessment methods，the dispatch reliability model's construction is based on multi-level fuzzy comprehensive evaluation method.Initially through experts' research we determine the factors affecting civil aircraft dispatch reliability of the secondary index system and classify them according to their importance.Then using the AHP method we calculate the weight of the influencing factors，and their membership function by using generalized trapezoidal fuzzy number，and through the fuzzy interpolative method we can identify the fuzzy relationship matrix，then a mathematical model can be established to achieve the fuzzy comprehensive evaluation of civil aircraft dispatch reliability. Finally when compared with airlines'B737 fleet dispatch reliability level verification results，we can conclude that the evaluation model and its evaluation results are basically consistent with the actual situation.

civil aircraft dispatch reliability；fuzzy comprehensive evaluation；AHP；generalized trapezoidal fuzzy number；membership function

V355；F561

：A

：1674-5590（2013）04-0015-04

2013-06-26；

：2013-09-06

：成都飞机工业（集团）有限责任公司科研项目

曹愈远（1983—），男，江苏吴江人，实验师，硕士，研究方向为航空器可靠性、维修性工程.