基于改进AHP的船艇装备战损抢修排序决策方法

基于改进AHP的船艇装备战损抢修排序决策方法

闫志雄1，姜光2，闫鹏飞2

(1. 镇江船艇学院 动力指挥系，江苏 镇江 212003；2. 镇江船艇学院 训练部，江苏 镇江 212003)

摘要针对近岸登岛作战和后勤输送保障，研究建立了装备战损抢修排序决策一般指标体系;提出了基于德尔菲法改进层次分析法(AHP)的船艇装备战损抢修排序决策方法;综合多专家经验，定性和定量相结合，逐层计算战损抢修排序决策指标权重，对装备战损抢修排序进行综合决策。最后以船艇电气装备战损抢修模拟数据验证了所提出方法的有效性和实用性。

关键词德尔菲法；层次分析法；船艇装备；战损抢修；排序决策

收稿日期2014-11-13

作者简介闫志雄(1982-)，男，讲师，主要研究方向为船艇电气装备管理。yanzx@mail.zc

中图分类号E233

文章编号2095-3828(2015)05-0017-05

DOI文献标志码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

处于近岸登岛作战前沿和后勤输送保障主要补给线，我军各种船艇装备历来是敌军攻击的主要目标之一。针对陆军船艇装备战时典型故障及损伤的修复、抢修的实施等问题，我军曾做出过相关规定，在船艇多处装备受到敌方打击破坏时，艇组或单艇指挥人员需在有限资源和时间内进行战损抢修决策，船艇装备战损抢修的及时性、有效性将直接决定人员或物资输送的成败。

装备战损抢修排序决策是我军研究主要工作之一，相关军事专家或学者提出了聚类分析、熵权法[1-2]、灰色关联分析[3]、多属性决策[4]、层次分析等多种方法。聚类分析是“物以类聚”地将决策因素进行数值分类；熵权法是利用决策者掌握信息量的多少来反映抢修决策指标间竞争程度；灰色关联分析是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法，建立基于生成数、生成率的决策灰色模型，进行优先级排序决策；多属性决策是在备选方案基础上对决策进行排序、评价等。这些方法多以主观判断进行权重赋值，受工作经验和知识水平限制，一定程度影响战损排序决策的准确性和可靠性。

AHP在构建递阶层次结构基础上设置战损排序决策因素的成对比矩阵，进行权重计算，既有定量分析，又有定性分析，层次分明，进而进行决策排序，是一种系统化的分析方法[5]。AHP通过递阶层次结构进行方案排序，可简化分析过程，即在简化运算、减少误差等方面具有优越性。因此本文采用AHP方法对装备战损抢修排序决策。

近年来，AHP在装备或武器维修分析方面有较广泛应用。文献[6]考虑机械故障检测方式、可达性、可更换性、可调整性、复杂程度和危害程度等因素，建立基于AHP的维修性加权因子综合评判模型，计算各子系统维修性指标，并进行科学的维修性分配。文献[7]以AHP为基础，综合数据包络分析，建立装备动员物资供应企业评估指标和选择方法，对供应企业进行综合评价和选优，使装备动员趋于“精确式”。文献[8]运用AHP及模糊数学，对装备技术保障后备人员的综合保障能力进行分析评价。

AHP计算层次分明，易于应用，但其成对比矩阵的确定需要引入专家意见，存在一定主观性。为将这一主观影响降到最低，本文引入德尔菲法对AHP进行优化，科学分析船艇装备战场抢修排序决策指标体系，构建基于改进AHP的装备战损排序决策模型，提高可信度和可操作性；并运用船艇电气装备战损抢修模拟数据对建立的决策模型进行实证分析，验证其有效性和实用性。

1构建战损抢修排序决策指标体系

构建科学合理的指标体系，是装备战损抢修排序决策的前提。船艇装备战损抢修决策涉及因素较多，与担负任务、装备重要程度、战损实际情况、抢修资源等因素有密切关系，结合实践经验，船艇装备战损抢修排序决策一般指标见图1。

图1　船艇装备战损抢修排序决策指标体系

1) 装备战损抢修级别。作战中装备损伤的程度(即战损等级)直接影响抢修决策。不同等级装备战损需要不同层次的抢修力量来完成抢修任务[9]。如装备操作人员或伴随保障技术人员可进行轻损装备抢修，而战损等级较高的装备则需要专家实施抢修。作战保障过程中轻损装备的抢修决策权重相对高一些。

2) 装备战损影响程度。不同装备在作战或保障的基础作用不同，如动力装置、武器装备、消防设施等是保障生命力、战斗力的主要装备，是敌方打击的主要目标，也是抢修的重点。而空调、通风等设备对作战影响不大。因此抢修排序时应优先考虑对作战影响程度较高的装备。

3) 装备战损抢修时间。指损伤部件从发现故障到抢修完成时间之和，主要包括装备战损诊断时间、申报时间、决策时间、故障排除时间等。装备战场抢修最突出特点是时间的紧迫性，一般要求在限定时间内完成战损修复。应该优先考虑所需抢修时间短的装备。

4) 抢修资源配备条件。主要包括抢修工具、仪器、抢修技术人员及其达到的技术水平、抢修方法方式等，是装备实施有效抢修的前提。

5) 装备战损抢修风险性。修理分队是战损抢修的实施者，其生存性是抢修决策需考虑的因素，战损抢修风险直接影响修理分队人员生命安全，它与是否处于敌方打击范围等因素有关。

6) 装备战损抢修实效性。指对抢修工作的评判，战场千变万化，战损装备需在抢修后正常工作，但部分装备则需磨合才能正常工作。一般定义抢修后能第一时间进入稳定工作状态的为高实效性装备，战时应选择高实效性装备进行优先抢修。

2战损排序决策模型

AHP是一种比较经典的权重赋值方法，可将复杂问题简化为有序的递阶层次结构，通过对影响因素建立成对比矩阵，进行定性定量的方案或因素的决策排序。

运用AHP方法可把船艇装备战时抢修决策排序问题转换为将影响战损抢修的指标体系按对分析决策的影响程度构成有序递阶层次结构(如图1)，并根据决策指标间的相对重要性构建成对比，定性定量计算，实现装备战损抢修决策总排序。但装备战损抢修排序决策需要在定量分析的基础上进行合理分析和科学判断，若仅以AHP进行排序决策，定量数据较少，定性成分较多，特别是战损抢修决策指标间的相对重要程度系数是利用专家经验得来的，如果只采取单个专家意见，会使分析结果过于片面，难以令人信服。本节将选用德尔菲法对AHP进行改进，德尔菲法是综合多名专家经验意见进行权重参数设计的方法，能够与AHP进行互补[10]。

基于德尔菲法改进AHP的基本思想和过程为：

1) 组织n位专家对图1层次指标体系进行打分，形成n个成对比矩阵。

3) 利用AHP基本步骤计算n′个专家建议权重系数。

(1)

式中：θij为向量w(i)和w(j)之间的夹角；Sij越大，则2位专家的指标权重向量w(i)和w(j)之间的一致性越高。

(2)

(3)

(4)

图2　基于德尔菲法改进AHP的基本流程

3实证分析

利用船艇电站仿真训练实验室和船艇电气控制设备模拟训练实验室中的故障诊断与故障排除模块，通过设置模拟渡海登岛物资输送实战条件下船艇电力系统可能发生的故障类型和损伤程度，利用模型对船艇电气装备的抢修决策进行排序，来验证基于德尔菲法改进AHP船艇装备战损排序决策模型的有效性。

3.1战损决策指标设定

装备维修保障包括岸基维修、伴随抢修、修理所抢修等形式，模拟渡海登岛物资输送实战条件下船艇电力系统故障抢修，属于装备伴随抢修。本实例将图1中一级、二级指标进行简化融合，得到船艇电力系统战损抢修排序决策指标：战损抢修级别A1，战损影响程度A2，抢修风险A3，战损诊断时间A4，抢修决策时间A5，故障排除时间A6，资源配置条件A7，抢修效益A8。

3.2权重设计与计算

依据改进AHP，组织多名船艇电气和装备保障专家，填写船艇电力系统战损抢修排序决策指标对抢修目标重要性的成对比矩阵(经过多次循环综合反馈)，真实反映出船艇电力系统战损抢修排序决策指标间的权重关系。基于改进AHP的船艇装备战损抢修决策指标权重计算的基本过程如下。

1) 通过计算各专家填写成对比矩阵(即决策指标间的重要性权重矩阵)各对应元素平均值(即阀值)，比较各元素与阀值间的距离，剔除差别较大矩阵。

2) 以一名专家为例计算船艇电力系统战损抢修排序决策指标单个专家的权重系数向量。某专家建立的成对比矩阵如表1所示。

表1　某专家建立的成对比矩阵

以AHP基本步骤，通过极差法计算权重系数

(5)

进行一致性检验：由AW=λmaxW计算特征根。A为成对比矩阵，属于判断矩阵；W为各指标对应的权重系数向量，属于归一化向量。

(6)

3) 综合多名专家意见得到装备战损抢修排序决策指标修正的权重系数向量。

如根据其中4名专家填写成对比矩阵计算得到各专家权重设计建议，如表2所示。

表2　根据4名专家意见设计权重系数和一致性检验结果

3.3对船艇电气设备战损抢修决策排序

得到w后，综合决策指标得分矩阵，进行装备战损抢修排序的综合判定。如某船艇装备决策指标的得分矩阵为Rij，i、j分别为决策指标数和需进行战损抢修的装备数，通过计算式(7)，可得到装备战损抢修排序的综合评价得分

(7)

将船艇电气装备如发电机、主配电板、船艇电网电缆、蓄电池、油泵电动控制箱、锚机等战损决策指标进行百分制量化，得到船艇电气装备战损抢修决策指标的得分矩阵。利用式(7)进行船艇电气装备战损抢修综合评价，得到装备战损抢修的决策排序。本实例中船艇电气装备抢修决策指标得分的算术平均值与改进AHP分析综合得分如图3所示。

图3　船电装备战损抢修排序决策综合得分

3.4结果分析

4结 束 语

本文构建了基于AHP的船艇装备战损抢修决策排序方法，在决策指标权重计算中引入德尔菲法进行改进，将人为主观因素影响降低到最小，使决策排序更符合船艇装备抢修实际。并采用船艇电气装备故障排除模拟数据进行实证分析，显示了改进AHP的有效性和实用性。囿于很多船艇装备维修数据不便公开，本文在实证分析时对战损决策指标进行简化。此外，还可以考虑引入模糊数学等理论对AHP法进行改进。

参考文献(References)

[1]董泽委，胡奇伟，孙宝深，等.战场损伤装备抢修排序模型研究[J].计算机仿真，2011,28(4):18-21.

[2]陈建海，冯杰.熵权和灰色关联在舰船战损装备抢修排序中的应用[J].舰船科学技术，2011,33(3):131-134.

[3]曹少琛，张飞.基于灰色理论的后方物资仓库战损评估[J].军事经济研究，2013,34(3):62-65.

[4]陈建海，冯杰.基于BP神经网络的舰艇战损装备抢修排序[J].舰船科学技术，2011,33(7):126-129.

[5]SAATY T L.层次分析法:在资源分配、管理和冲突分析中的应用[M].许树柏，译.北京：煤炭工业出版社，1988:1-43.

[6]郝庆波.数控机床可靠性及维修性的模糊综合分配与预计[D].长春：吉林大学，2012：90-97.

[7]温斌，张守玉.一种基于DEA-AHP的装备动员物资供应企业选择方法[J].装备指挥技术学院学报,2011,22(5):38-42.

[8]肖凡，王平，赵金超.基于Fuzzy-AHP装备技术保障后备人员筛选决策[J].装备学院学报,2013,24(5):40-43.

[9]郭齐胜，郅志刚，杨瑞平，等.装备效能评估概论[M].北京：国防工业出版社，2005:1-60.

[10]刘学毅.德尔菲法在交叉学科研究评价中的运用[J].西南交通大学学报:社会科学版,2007,8(2):21-25.

(编辑：田丽韫)