空管设备大修方案评估方法研究

摘 要：对空管设备设施进行及时、经济、有效的维修保障活动，是保持、恢复甚至提高空管安全保障能力的关键。实施设备的维修保障活动要依据设备维修方案的指导，在维修活动中，维修方案的选择是一项重要内容，决定了设备维修保障活动的有效性和经济性。设备维修保障方案评估则是进行方案选择的基本依据，因此，研究、优化空管设备维修保障方案的评估方法对于维修保障活动具有重要意义。

关键词：空管设备；大修；方案评估

引言

目前，随着我国经济的快速增长，我国民用航空业也进入了一个快速发展期，中国民航运输总周转量已居世界第二位，已成为名副其实的民航大国。随着经济、科技及安全高速运输需求的快速增长，我国民航事业将向民航强国进军。高速发展的民航事业要求有更高效率和安全的空中交通管制保障，近年来我国空管设备设施也正在不断完善，从设备的种类和数量上都有很大的发展，现在我国空管运行保障的设备设施已初具规模。但是，如何对这些设备设施进行及时、经济、有效的维修保障活动，是保持、恢复甚至提高空管安全保障能力的关键。实施设备的维护维修活动要依据设备维修方案的指导，在维修活动中，维修方案的选择是一项重要内容，决定了设备维修活动的有效性和经济性。设备维修方案评估则是进行方案选择的基本依据，因此，研究、优化空管设备维修方案的评估方法对于维修活动具有重要意义。

1 目前我国空管设备维修保障的现状

根据《民航空管通信导航监视设备巡检大修管理规定》，目前各地区空管局都成立了相应的设备维修中心或相应的设备维修保障机构，并按规定要求建立起了相关设备的巡检制度，对空管通信、导航、监视及气象设备都开展了定期的巡检工作，以2015年为例，空管系统就对11个类型，224个台站的通信、导航、监视共578台套的设备设施进行了巡检，通过定期巡检发展了设备所存在的问题515起，现场排除故障151起。起到了设备运行保障安全关口前移的目的。

而在空管设备维修管理方面，根据《民航空管通信导航监视设备巡检大修管理规定》，目前空管设备大修只有雷达设备作了包括周期，内容和效果的相关规定，而在通信，导航等空管设备的大修管理上暂时还没有相关的规定可参考。另由于经费和因进口设备较多缺乏国外厂家的技术支持等原因，故目前空管设备大修暂时还停留在‘不得不为而为之’的状态之中。有时就算得到了大修的许可批复，但由于经费所限，设备的大修也是停留在解决急需排除的故障上，少有对整套系统的全面维护维修，甚至升级改造。其实设备的大修范畴也包括了设备核心或关键部件的强制更换和升级改造，所以我们需要建立起一个行之有效的设备设施维修方案的制定与评估管理体系。

随着我国空管设备的快速增长，制定空管设备设施维修保障的相关管理规定及实施方案指导材料是迫在眉睫之事。制定设备设施的维修方案和对方案进行评估优选，不仅可提高设备设施维修后的保障能力，更可使‘资金用在刀刃上’。故对空管设备维修方案的制定和评估方法进行研究具有深远意义。

2 设备维修方案的组成要素

空管设备维修方案，是从总体上对设备维修工作方式、方法的概要性说明，是关于设备维修的总体规划，其内容包括维修类型、维修原则、维修级别划分及其任务、维修策略、预计的主要维修资源和维修活动约束等[1]。

空管设备维修类型主要包括计划维修和非计划维修，或分为小修、中修和大修以及修复性维修等，计划维修也称预防性维修，非计划维修也称修复性维修。维修类型规定了设备维修应进行的具体工作（保养、检查、更换等）和工作时机.维修原则规定了设备完成修理的预定程度（国外称修理策略），如有些厂家在设备设计时就要求设备设计成不可修复的、局部可修复的和全部可修复的三种。对不可修复的设备有故障时用备件予以更换。在维修保障方案中还可包括维修环境条件，主要是指对维修设施的要求和限制，如各维修级别的场站条件、维修备件和消耗品的配置方案、期望的气象条件等[2]。

可见，设备维修方案中可包含很多内容，对这些内容进行归纳整理，可以抽取出基本的内容，即设备维修方案的要素。在拟制设备维修方案时，按其要素进行整体架构，可以使方案更加清晰易懂，便于实施。

空管设备维修保障方案的要素，按照其在维修方案中的作用、与设备维修关系的密切程度以及在方案中出现的形式，可以细分为基本要素和备选要素。

基本要素是指在整个设备维修方案中都必须出现的要素，这些要素是设备维修的具体工作和活动，是组织设备保障活动或拟制方案时必须掌握的基本依据等。具体包括了设备使用情况分析、设备现状检查与分析、维修任务计划、维修指导思想和原则、维修方式方法、维修条件准备、维修力量编成部署、维修活动时间表等八个部分。

而备选要素是指不是所有设备维修方案中都必须具备的，只是在特定方案或满足特定需要而出现的要素，这些要素主要是与设备维修活动密切相关或在制定方案时需要掌握、了解的内容。如某些重要设备的维修必须制定应急预案，或在某些大修中只能在开展维修活动后才能确定的一些具体模块的故障就可作为备选要素加以考虑。

3 空管设备大修方案评估方法研究

目前，空管设备的大修主要是根据维修人员经验和一般性的设备维修技术手册制定维修方案和分配维修资源，缺乏准确性、优选性。有些大修不能很好地起到保证设备正常运行周期要求的作用。所以，空管设备大修方案评估是保证维修方案编制合理、执行成功并取得良好效果的关键性措施。对空管设备大修方案进行评估，可以衡量方案制定的合理性及可行性，发现方案编制的局限性和不足，及时动态制定和调整方案，使大修方案的编制更加合理，维修资源能够得到最优利用。

下面我们就来介绍几种常用的大修方案评估方法[2]：

3.1 层次分析法

20世纪70年代，美国运筹学家、匹兹堡大学教授T.L.Saaty推出了一种简便、灵活而且实用的多准则决策的系统分析方法：层次分析法。它将人的思维过程层次化、数量化，并用数学方法为分析、决策、预报或控制提供定量的依据。它是一种定性和定量相结合的多目标决策方法，用于确定个指标间的权重大小，它把复杂问题分解，开成层次结构，系统化，层次化，且方法简单易于实现[3]。

3.2 模糊评价法

Bellman与Zadeh于1970年提出了模糊决策的思想后，经Dubois等的改进，使决策问题转化为在多判据情况下，对给定的各选方案进行排序择优的问题，模糊综合评判法就产生了。它是一种模糊定量评价方法，在评价备选方案时，对方案中所需评价的对象及整个方案的优劣程度用优、良、差等模糊概念来表达。

3.3 神经网络评价法

1943年，McCulloch和Pitts首次提出神经元的数学模型，开始了神经网络的研究。20世纪80年代后期神经网络理论在世界范围内得到了迅速的发展。目前神经网络及其变形在系统设计方案评价领域已有广泛的应用[3]。

3.4 物元分析法

1983年蔡文提出了物元分析法。物元分析法是研究解决不相容问题的规律和方法的新兴学科，是思维科学、系统科学、数学三者相交叉的边缘学科。它的核心是研究“出点子、想办法”的规律、理论和方法，具有很浓的人工智能色彩。物元分析提出了实用的“可拓决策”方法，可用于决策理论的研究[3]。

3.5 聚类分析法

聚类分析是指在没有或不用样品所属类别信息的情况下，依据样品集数据的内在结构，在样品间相似性度量的基础上，对样品进行分类的方法。其基本思想是用相似性尺度来衡量事物之间的亲疏程度，把相似的样本归为一类，而把差异大的样本区分开来，以此来实现分类[3]。

3.6 主成分分析法

20世纪30年代，由Fisher、ltotelling、许宝禄及Roy等人的一系列奠基性工作，使得多元统计分析成为应用数学的一个重要分支。主成分分析是将其分量相关的原随机向量，借助于一个正交变换，转化成其分量不相关的新随机向量，并以方差作为信息量的侧度，对新随机向量进行降维处理，再通过构造适当的价值函数，进一步把低维系统转化为一维系统[3]。

3.7 数据包分析法

1978年，美国著名运筹学家A.Charnes和W.W.Cooper等学者，以相对效率要领为基础，以凸分析和数学规划为工具，创建了DEA模型——C2R模型。DEA法不仅可对同一类型各决策单元的相对有效性做出评价与排序，而且还可进一步分析各决策单元非DE有效的原因及其改进方向，从而为决策者提供重要的管理决策信息[3]。

可见对设备大修方案的评估方法有很多，我们应该根据大修的需求，方案的特点等因素选择一种适合的评估方法，从而使我们得到一个更符合我们设备大修需求，更经济可靠的维修方案。下面我们就来深入探讨一下层次分析法和模糊评价法相综合在空管设备大修方案评估上的应用方法。

总体步骤是在我们对空管设备的实际情况制定好一份以上的大修备选方案后，我们可聘请相关专业的专家进行评审并出具个人独立的意见，然后结合实际评价中的可操作性和信息有效性，使用证据理论对多位专家意见进行融合，对各个指标进行比较，形成判断矩阵，克服其它方法中决策者主观意见影响评价结果的不足；其次，采用层次分析法确定指标权重，将评价者的专业知识和经验判断给予充分量化。最后，采用模糊综合评判进行评估得到最终结果。

例如，现有一组数据，定义专家1和专家2的意见分别为信度函数Bel1和Bel2，m1和m2分别是其对应的基本概率指派函数，焦元为九级标度，专家对各焦元的信度如表1所示[3]。

使用Dempster合成法则对专家的意见进行数据融合，可得到数据融合结果见表2[3]。

比较表1和表2，采用证据理论进行数据融合后，通过证据理论的数据融合作用增强了专家持相同意见的评估值，削弱了持不同的意见的评估值，并将数据融合结果的最大值对应的标度作为判断矩阵的取值。

这样在克服了决策者主观意见影响评价结果的不足后，我们还要采用层次分析法确定指标权重，将评价者的专业知识和经验判断给予充分量化。根据专家们对各个元素相对于上一层的某要素而言，评定该层次中各有关元素相对重要性的意见，利用证据理论对专家们的意见进行融合，构造判断矩阵[3]。

层次单排序。根据判断矩阵计算其最大特征根λmax及其对应的特征向量W，将特征向量归一化后即求得该层次下各个元素的权重。然后逐层利用单排序计算相对于上层的权重，直至目标层，得到目标层相对于最底层指标的权重，即层次总排序。若上一层所有元素A1，A2，···，Am的层次总排序已经完成，得到的权重值分别为a1，a2，am，与aj对应的本层次元素B1，B2，···，Bn的层次单排序结果为，即层次总排序为归一化的正规向量[3]。

在设备大修支持系统中，指标值都是可以从数据库或设备手册中直接或间接得来，模糊综合评判可以将层次分析法得来的权重和各指标值结合起来，得到最后的评价结果。引入模糊数学的隶属函数将各种指标值变换到[0，1]范围内可比较的值。例如：

成本型指标的隶属函数：

效益型指标的隶属函数：

由此得到决策矩阵B，采用模糊综合评判方法得综合重要度：

4 进一步深入研究的意义

空管设备维修不只关系到设备能否正常运行，更关系到能否为空中飞行安全提供持续有效的保障。维修方案的制定则是空管设备设施维修的关键，其制定是否科学合理，是否行之有效关系到设备设施的可用性和可靠性，故对维修方案的评估意义深远。文章只是对维修方案评估进行了一些粗略的探讨，对采用哪种维修方式更为有效等领域都未能涉猎，旨在抛砖引玉，希望各位同行能继续深入研究，共同攻克这一难题。

参考文献

[1]彭涛，阮拥军，董立宁.基于要素的装备维修保障方案评估方法研究[Z].

[2]陈叶青.装备维修保障设计方案评估方法研究[Z].

[3]王芳芳，胡小建.大型装备维修计划综合评估方法研究[Z].

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