基于蒙特卡洛模拟的船舶机械重要度等级评价

贾森君，王 琴

（舟山市知创科技开发有限公司，浙江 舟山 316000）

基于蒙特卡洛模拟的船舶机械重要度等级评价

贾森君，王 琴

（舟山市知创科技开发有限公司，浙江 舟山 316000）

船舶机械重要设备单元维修方式的确定是船舶维修的重要内容，本文通过比较分析，发现将层次分析法和蒙特卡洛算法相结合，对评估的难易程度有很大的帮助，评估结果相对准确、简单易懂。

船舶设备；维修决策

1 概述

设备故障能对船舶、人员安全产生威胁或较大的经济损失的设备单元称为重要设备单元。因此，重要设备单元维修方式的确定是船舶维修的重要内容。不同的船舶设备对于船舶安全、经济损失的影响程度是不同的，为了提高效率，使维修“有的放矢”，船舶设备维修方式的确定必须要以设备重要度评估为依据，从而建立一种科学、合理的维修决策模型。

船舶机械设备处于比较恶劣的工作条件，无论种类还是数量都复杂而繁多，而且不同设备对船舶安全运行影响程度也各不相同，所以维修决策制订的第一步就是选择重要设备。

通过查阅大量资料，船舶机械重要设备的评价因素、评估方法有很多，通过比较分析，发现将层次分析法和蒙特卡洛算法相结合，对评估的难易程度有很大的帮助，评估结果相对准确，这种方法不但简单易懂，而且评价过程也比其他方法简洁。通过对船舶设备相关数据进行分析，主要将以下三方面因素作为考虑因素：可靠性、经济性和维修性。三种因素的结构层次如表1。

表1 船舶机械重要设备的评价因素

在此结构层次的基础上，根据以往船舶机械装备维修经验确定了上述评价因素的特性指标，从而为后续子系统的打分提供了依据。

2 两种常用评价方法分析

影响设备重要度评估的影响因素已经确定，对各个影响因素线性加权，建立新的重要性评价模型，该模型可准确得出船舶机械重要设备的重要度指数C:

式中：si有关专家对各子系统对应因素的评分值；Wi各评价因素的权重值。

各个评价因素对维修决策结果的影响程度是不相同的，只有确定了各个评价因素的影响权重，才能清楚各因素之间的相对关系和对维修决策的影响程度。用Wi(i=C11,C12,C13,C14,C15,C21,C22,C31,C32,C33)表示各个评价因素的权重大小，其准确性直接影响设备重要度的评价。

采用层次分析法，构造判断矩阵A

矩阵A中，rij两个因素的相对影响程度，进行rij评分后，最大特征根和对应的特征向量可借助齐次方程组的求解获得，然后完成矩阵的一致性检验。只有满足矩阵一致性，特征向量权重值才能通过归一化方法获得，从而求出设备的重要度。

3 基于蒙特卡洛模拟的重要度等级评价模型

由于前面方法得到的权重是由专家评分得到的，所以主观性较强，为了增加结果真实性、科学性，釆用蒙特卡洛模拟法，对船舶机械的重要度评估进行再分析。

蒙特卡洛模拟方法是一种基于概率统计的评估方法，它的基本思想是首先对面向的问题进行大量的随机性模拟实验。本文希望借助蒙特卡洛模拟法使结果的随机性产生积极的影响。

主要分析过程如下：

（1）用matlab随机产生一组服从(0，1)均匀分布的随机数，由于matlab的随机数函数产生的是伪随机数，利用计算机时间作为种子来产生非伪随机数；

（2）将前面计算得来的权重值重新输入matlab中，并进行排序，同时也将第一步产生的伪随机数进行排序，把这两组数据按线性加权法以一定的关系计算出设备的重要度评价指数。

（3）利用计算机重复模拟上述步骤若干次，将获得一组统计数据，通过分析这组数据，可以获得最终结果。

4 实例分析

船舶维修方式确定后，通过对某船舶主机系统的故障在5年间的统计数据进行分析，统计整理如下。

如前面原理所述，采用层次分析法建立重要度结构模型，然后输入相互影响的权重系数，可获得各个评价因素符合标准的权重判断矩阵：

在矩阵中，影响因数的排列顺序为：安全性、故障率、环保性、停机时间、故障后设备替代程度、维修费用、停机损失、监控难易程度、维修难易程度和备件供应程度，已建立的判断矩阵，因其一致性已经符合标准，各个因素的权重值相对比较容易得到。权重值

需要强调的是，子系统评价因素的各个权重值应从各个子系统的以往维修统计数据中给出。

表3 子系统评价因素权重值

5 结论与分析

使用前述方法进行编程，借助matlab上百次模拟，可以得到各个设备的一组重要度评价值，对这些数据进行整理和分析，在matlab环境下，建立起比较方图。

图1重要设备单元重要度统计图

图1 中显示，设备的优先级由高到低分别为3、1、4、2、8、5、6、7，亦即主轴承、增压器、曲轴连杆、进排气杆套、燃油系统、活塞及活塞环、排气阀及顶杆、减速机构。由于本文评价的设备数量和种类都较少，经过综合分析，确定重要较高设备为前面排序的前三级设备，由图1信息可知，增压器、曲轴连杆和主轴承所造成的损失是最大的，损失率分别为21.3%、21.1%和17.6%，安全性也最重要，必须设备状态检测手段，及预防性维修方式，其它的设备优先级比较低，可以根据船舶具体维修情况采用定期维修或事后维修模式。

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U672

A

1006—7973（2017）12-0034-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.013