基于層次分析法的基層級(jí)雷達(dá)裝備維修器材消耗預(yù)測(cè)模型_第1頁(yè)
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基于層次分析法的基層級(jí)雷達(dá)裝備維修器材消耗預(yù)測(cè)模型

1維修器材消耗預(yù)測(cè)模型維護(hù)設(shè)備是保證雷達(dá)設(shè)備維護(hù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。是維護(hù)和充分利用雷達(dá)設(shè)備的重要保障,是維護(hù)和使用雷達(dá)設(shè)備的能力和準(zhǔn)備率的重要保障。當(dāng)前,我軍雷達(dá)裝備維修器材保障主要依賴于經(jīng)驗(yàn),缺乏系統(tǒng)、科學(xué)、準(zhǔn)確的保障方法。雷達(dá)裝備型號(hào)多,維修器材種類、數(shù)量多,價(jià)格昂貴,保障起來(lái)比較困難。雷達(dá)裝備維修器材按維修級(jí)別分為基層級(jí)維修器材、中繼級(jí)維修器材、基地級(jí)維修器材?;鶎蛹?jí)作為雷達(dá)部隊(duì)的主體,維修器材消耗預(yù)測(cè)模型的研究尤為重要。為了提高基層部隊(duì)雷達(dá)裝備維修器材保障的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益,本文主要對(duì)基層級(jí)的雷達(dá)裝備維修器材的消耗預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了研究。2對(duì)器材的消耗大相同,基層級(jí)維修保障主要是面向基層雷達(dá)站,保障其戰(zhàn)備、訓(xùn)練。維修器材的消耗主要用于裝備的維修和維護(hù)。由于基層級(jí)的器材倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)備量有限,相應(yīng)的器材備件較少。我軍雷達(dá)部隊(duì)分布具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特點(diǎn),各個(gè)基層單位所處的環(huán)境差別很大,再加上裝備管理水平、戰(zhàn)備任務(wù)各異,使得維修器材的消耗也大不相同。根據(jù)基層雷達(dá)部隊(duì)?wèi)?zhàn)備、訓(xùn)練任務(wù)、裝備使用、駐地特點(diǎn)可知,影響基層級(jí)雷達(dá)裝備維修器材消耗的因素主要由使用因素、技術(shù)因素、數(shù)量因素、以及器材因素等組成,建立如圖1所示的基層級(jí)器材消耗量化分析指標(biāo)體系。2.1使用因素1環(huán)境因子雷達(dá)裝備在不同環(huán)境條件下使用,其質(zhì)量下降的速率是不同的。一般情況下,使用環(huán)境越惡劣,器材消耗就多。2使用強(qiáng)度使用強(qiáng)度與器材消耗呈線性上升的走勢(shì),隨著使用強(qiáng)度的增大,消耗的器材會(huì)相應(yīng)增大。3使用水平使用者水平也可以采取量化的方式,器材消耗隨著使用者水平上升是呈下降趨勢(shì)。2.2技術(shù)因素1技術(shù)等級(jí)雷達(dá)裝備的技術(shù)等級(jí)分為四級(jí)六等。在基層級(jí)使用的雷達(dá)裝備中雷達(dá)的技術(shù)等級(jí)一般為堪用品。隨著技術(shù)等級(jí)的變化,器材消耗呈線性上升趨勢(shì)。2技術(shù)性能下降大修次數(shù)越多,表示雷達(dá)的服役年限或?qū)嶋H工作時(shí)間越長(zhǎng),必然導(dǎo)致裝備整體技術(shù)性能下降,器材消耗增多。但這種趨勢(shì)不是十分明顯的線性上升或者下降,例如大修時(shí)間不長(zhǎng)的技術(shù)等級(jí)為堪用三級(jí)品的雷達(dá),在一年內(nèi)消耗的器材有可能比一部接近大修年限還沒(méi)有大修過(guò)的技術(shù)等級(jí)為堪用一級(jí)品的雷達(dá)更少。3技術(shù)狀況一般而言,MTTR越長(zhǎng),器材消耗越多,因此雷達(dá)的技術(shù)狀況就會(huì)反映在故障增多,故障修復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)等特征上,必然消耗更多器材。但是故障較為頻繁的裝備有時(shí)只是需要進(jìn)行整機(jī)調(diào)試,并不消耗更多的器材。4維修能力強(qiáng)一般情況下,維修能力強(qiáng)的單位消耗的器材總體上就會(huì)比相對(duì)維修能力弱的單位要少,這種趨勢(shì)基本上是固定的。2.3設(shè)備因素1易損的分組器材耐受性越好,消耗的必然越少,量化處理器材耐受性,將耐受性分為易損、較難損、難損。器材的使用壽命分為2000小時(shí)以下,2000~4000小時(shí),4000小時(shí)以上,分別對(duì)應(yīng)器材消耗量,有明顯的上升趨勢(shì)。2停機(jī)故障的概念器材重要度在雷達(dá)裝備里面的劃分為:當(dāng)器材不能使用會(huì)導(dǎo)致停機(jī)故障則為重要器材,若不會(huì)造成停機(jī)故障則為比較重要器材。停機(jī)故障的概念是:凡是雷達(dá)裝備的任一部分不正?;蛱幱谖kU(xiǎn)狀態(tài),使雷達(dá)不能開(kāi)機(jī)或其搜索、發(fā)現(xiàn)、測(cè)定、錄取空情的任一項(xiàng)主要功能喪失者,列為停機(jī)故障。凡是雷達(dá)裝備的任一部分不正常,使雷達(dá)的任一項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能參數(shù)低于雷達(dá)所處技術(shù)等級(jí)規(guī)定值者,列為低效故障。一般而言,重要度高的器件消耗量要多一些。2.4維修器材的使用單裝用數(shù)影響著維修器材的消耗數(shù)量,往往單裝用數(shù)越大,消耗的維修器材就越多,并且維修器材如果是必?fù)Q件,則定期維修時(shí)必須更換的器材消耗量與單裝用數(shù)之間成正比。3基于二級(jí)品的應(yīng)用下面在分析最近三年消耗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,以一部技術(shù)等級(jí)為堪用二級(jí)品,大修一次,年開(kāi)機(jī)5000小時(shí)左右,架設(shè)在某市附近的某型雷達(dá)的末級(jí)(發(fā)射)組件的消耗預(yù)測(cè)為例,來(lái)建立基層級(jí)的數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證數(shù)據(jù)。三年消耗數(shù)列為{2,3,4}。3.1xt+、at、bt根據(jù)對(duì)使用因素影響器材消耗特點(diǎn)的分析,使用因素的子因素選用二次指數(shù)模型:^xt+Τ=at+btΤxt+T?=at+btT(1)其中其中S2=x1,代入計(jì)算得到at=2.180,bt=1.750?;谑褂靡蛩厮⒌念A(yù)測(cè)模型:?xt+Τ=2.180+1.750Τx?t+T=2.180+1.750T(3)3.2y1所由于在各子因素影響下的器材消耗特點(diǎn)不同,各個(gè)子因素所選擇的預(yù)測(cè)模型也不盡相同,應(yīng)采取分別建立各自模型再采用模型融合得到新的模型,子因素選用的模型有二次、三次指數(shù)模型和灰色預(yù)測(cè)模型。二次指數(shù)模型:^xt+Τ=at+btΤxt+T?=at+btT(4)其中三次指數(shù)平滑模型:^Qt+Τ=at+btΤ+12ctΤ2Qt+T?=at+btT+12ctT2(6)其中:灰色預(yù)測(cè)模型:其中參數(shù)建立?C=[a,b]ΤC?=[a,b]T,且得到?C=[BΤB]-1BΤYC?=[BTB]?1BTY。三個(gè)模型求解分別為^xt+Τ=2.346+1.50Τxt+T?=2.346+1.50T(11)^St+Τ=1.992+2.820Τ+0.452Τ2St+T?=1.992+2.820T+0.452T2(12)?y(Τ+1)=35(1-e-0.126)e-0.126t,t=1,2,?,ny?(T+1)=35(1?e?0.126)e?0.126t,t=1,2,?,n(13)分別對(duì)該裝備運(yùn)用這些模型進(jìn)行預(yù)測(cè)得到預(yù)測(cè)值,依照模型融合的方法進(jìn)行融合得到基于技術(shù)因素的預(yù)測(cè)模型:^xt+Τ=ω1(a1+b1Τ)+ω2(a2+b2Τ+12c3Τ2)+ω3((x(0)(1)-ba)e-at+ba)(14)xt+T?=ω1(a1+b1T)+ω2(a2+b2T+12c3T2)+ω3((x(0)(1)?ba)e?at+ba)(14)其中D(e1)、D(e2)、D(e3)分別為各模型預(yù)測(cè)誤差的方差(其中實(shí)際消耗值為4),將三種預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)值計(jì)算出來(lái)為:3.846,4.724,4.690,計(jì)算出各自的預(yù)測(cè)誤差的方差,代入式(15),得到技術(shù)因素在該實(shí)例的預(yù)測(cè)模型的融合參數(shù)為ω1=0.404,ω2=0.303,ω3=0.293,可得基于技術(shù)因素影響的預(yù)測(cè)模型為^xt+Τ=0.404(2.346+1.50Τ)+0.303(1.992+2.820Τ+0.452Τ2)+0.293×35(1-e-0.126)e0.126Τ(16)xt+T?=0.404(2.346+1.50T)+0.303(1.992+2.820T+0.452T2)+0.293×35(1?e?0.126)e0.126T(16)3.3參數(shù)計(jì)算計(jì)算模型單裝使用數(shù)要與雷達(dá)裝備上的其它器材進(jìn)行比較才能加以分析,器材的消耗量與單裝使用數(shù)之間總的來(lái)說(shuō)成線性關(guān)系。消耗數(shù)列(x1=2,x2=16),(y1=1,y2=4),計(jì)算模型y=?a+?bxy=a?+b?x,參數(shù)計(jì)算如下:式中ˉy=1nn∑i=1yi,ˉx=1nn∑i=1xi,?a=0.571,?b=0.204yˉ=1n∑i=1nyi,xˉ=1n∑i=1nxi,a?=0.571,b?=0.204。當(dāng)a、b的估計(jì)值?aa?和?bb?求出后,便得出y對(duì)x的線性回歸方程:y=?a+?bx=0.204x+0.571y=a?+b?x=0.204x+0.571(18)3.4預(yù)測(cè)模型的建立及模型擬合器材因素也是一樣,消耗量和重要度是指數(shù)關(guān)系,使用壽命是線性的關(guān)系,這里建立的消耗數(shù)列略有不同:相同重要度的器材,普通件和關(guān)重件分別用x1,x2表示。使用壽命的消耗數(shù)列(x1,x2,x3)代表的是使用壽命采取分為2000小時(shí)以下,2000~4000小時(shí),4000小時(shí)以上的器材,消耗數(shù)列(x1=1,x2=2,x3=3),(y1=1,y2=4,y3=5)。消耗量和器材重要度之間的關(guān)系可用非線性回歸的指數(shù)函數(shù)表達(dá),則兩邊取自然對(duì)數(shù)就可以把模型方程變?yōu)関=A+bx,通過(guò)最小二乘法可以預(yù)測(cè)出未來(lái)的消耗量。兩邊取自然對(duì)數(shù)得lny=lna+bx(19)令v=lny,A=lna,故上式為v=A+bx(20)則有:消耗數(shù)列(x1=1,x2=2),(y1=1,y2=2),這里將普通件定義為x1,關(guān)重件定義為x2,計(jì)算得到a=1.044,b=1.502,即重要度因素預(yù)測(cè)模型為y=1.044e0.502x(22)求壽命因素預(yù)測(cè)模型得:y=?a+?bx=x+2y=a?+b?x=x+2(23)這里對(duì)這兩個(gè)模型可以采取模型優(yōu)選的方式,既可以等權(quán)值的累加,也可以選擇精確度高的預(yù)測(cè)模型作為最終的預(yù)測(cè)模型。這里選擇重要度因素預(yù)測(cè)模型。分別選定最終的底層預(yù)測(cè)模型:使用因素預(yù)測(cè)模型:^xt+Τ=2.180+1.750Τxt+T?=2.180+1.750T(24)技術(shù)因素預(yù)測(cè)模型:^xt+Τ=0.404(2.346+1.50Τ)+0.303(1.992+2.820Τ+0.452Τ2)+0.293×35(1-e-0.126)e0.126Τ(25)xt+T?=0.404(2.346+1.50T)+0.303(1.992+2.820T+0.452T2)+0.293×35(1?e?0.126)e0.126T(25)器材因素預(yù)測(cè)模型:y=1.044e0.502x(26)數(shù)量因素預(yù)測(cè)模型:y=0.204x+0.571(27)再分別對(duì)這四個(gè)模型取權(quán)值,這里使用層次分析法。按照步驟先構(gòu)建矩陣。對(duì)于判斷舉證的構(gòu)建,則采用兩兩比較法,引入1~9比率標(biāo)度,當(dāng)兩者相當(dāng)為1,稍好為3,明顯地好為5,十分好為7,極好為9,介于兩者之間取中間值。通過(guò)對(duì)歷史消耗數(shù)據(jù)的分析,評(píng)判對(duì)器材消耗影響的重要程度,這里對(duì)四個(gè)因素構(gòu)造判斷矩陣如下:一致性檢驗(yàn),如果隨機(jī)一致性CR<0.1,表示判斷矩陣有比較滿意的一致性。由判斷矩陣可得其最大特征值4.1541,由相關(guān)數(shù)據(jù)可知,當(dāng)m=4時(shí),隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=0.89。表明上述評(píng)比的一致性很好。求各行矩陣乘積的1/m-1次方數(shù)值:W1=(1×1×13×2)13=0.874W1=(1×1×13×2)13=0.874(30)同樣W2=2.620,W3=0.5,W4=0.874。歸一化得到:依照上面的辦法可以求得指標(biāo)的權(quán)重向量集合。層次分析法的最終模型為^At+Τ=δ1^xt+Τ+δ2(ω1^xt+Τ+ω2^Qt+Τ+ω3^yt+Τ)+δ3^ut+Τ+δ4^St+Τ(32)對(duì)于不同的雷達(dá),不同的使用情況,權(quán)重系數(shù)δ1,δ2,δ3,δ4量都會(huì)相應(yīng)變化,這里對(duì)于該型雷達(dá),根據(jù)式(31)的計(jì)算結(jié)果:δ1=0.180,δ2=0.538,δ3=0.102,δ4=0.180,x單裝為單裝使用數(shù),x重要度為前文所述的器材壽命數(shù)列,T的起始時(shí)間從2009年算起,最終得到模型:^A(Τ,x重要度,x單裝)=0.180(2.180+1.750Τ)+0.217(2.346+1.50Τ)+0.163(1.992+2.820Τ+0.452Τ2)+5.5

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