專利名稱：一種基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對產(chǎn)品的維修性進行綜合分析和評價的方法，屬數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
維修性分析評價是維修程序中一項非常重要的內(nèi)容，是系統(tǒng)工程分析的一個組成 部分，用于分析評價與維修有關(guān)的項目，評價各個相關(guān)因素在維修過程中滿足用戶要求的 程度。但是，用戶對維修的目標和要求多種多樣，包括時間、費用、難度、低耗等等，且影響因 素復雜，因此，如何對產(chǎn)品的維修性給出一個系統(tǒng)、綜合的分析和評價，一直是有關(guān)人員所 面臨的難題。現(xiàn)有的維修性模型主要是用來解決維修性中有關(guān)維修時間目標(維修時間、 維修工時)的分析評價問題，這些模型從不同維修層次之間的時間關(guān)系、時間與影響因素 之間的關(guān)系等兩個側(cè)面對維修性進行了分析評價，但卻缺乏除去時間目標以外的其他維修 性目標的評價，其適用范圍窄，不能解決維修性綜合評價的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種能夠充分考慮用戶各種要求的基 于維修性層次模型的維修性綜合評價方法。本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，該方法首先建立維修性設計、 分析評價綜合層次模型，該模型將維修綜合目標劃分為多個分解目標，由多個分解目標共 同確定設計要求，并將每個維修事件分解為多個維修活動，每個維修活動分解為多個基本 作業(yè)單元；模型中的維修影響因素包括產(chǎn)品因素、資源因素、環(huán)境因素和人的因素；然后根 據(jù)維修影響因素評價各基本作業(yè)單元層的維修難度，并在此基礎上依次計算每個每個維修 事件和整個產(chǎn)品的維修難度。上述基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，產(chǎn)品的維修難度按以下步驟計 算a、評價維修作業(yè)單元層的維修難度假設影響維修難度的因素個數(shù)為n，則維修作業(yè)單元層維修難度的評價算法如 下①獲取產(chǎn)品的維修過程信息及維修障礙分析結(jié)果；②基于維修作業(yè)單元層上發(fā)生障礙的妨礙度類別和維修障礙描述數(shù)據(jù)，對障礙相 應的維修性影響因素進行單因素模糊評價，確定每個因素對各評價標準的隸屬度，對于數(shù) 值型因素采用單因素數(shù)值評價，對于非數(shù)值型因素采用單因素經(jīng)驗評價；③采用層次分析法確定各因素的權(quán)重系數(shù)；假設第h個維修作業(yè)Ah受F2，…，？ 等11個因素影響，將影響因素兩兩對比， 建立影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷矩陣C
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其中，判斷矩陣元素 表示影響因素i相對于影響因素j對維修作業(yè)h的影響重 要程度，影響維修作業(yè)的相對大小主要通過因素對維修作業(yè)完成的難易和時間兩方面進行 判別，CiJ的賦值評分準則為當因素i與因素j對維修作業(yè)的影響相當時，CiJ = 1 ；當因素i比因素j對維修 作業(yè)的影響大時， =3 ；當因素i比因素j對維修作業(yè)的影響大很多時，= 5 ；當CiJ的 值在1與3之間時可取中值Cij = 2 ；當CiJ的值在3與5之間時可取中值Cij = 4 ；CiJ = 1/
Cji ‘從而得到矩陣C的特征向量W = (W1,W2, A，Wi，A wn)T，其中
^即為影 響因素i對維修作業(yè)的影響重要度值，
式中，兩；④計算維修作業(yè)單元層維修難度JD
Pi為第i個因素的模糊評價值％為各因素的權(quán)重系數(shù)
b、計算維修事件的維修難度RD 式中，m為完成該項維修事件需要的維修作業(yè)數(shù)；~為每個維修作業(yè)的維修作業(yè)單 元數(shù)；Z 為每項維修作業(yè)的維修難度；JD 為每項維修作業(yè)單元的維修難度；a為事件層 維修難度的修正系數(shù)；0 j作業(yè)層維修難度的修正系數(shù)；c、計算產(chǎn)品層維修難度PD
式中，N為產(chǎn)品所發(fā)生維修事件的次數(shù)；RDi為第i個維修事件的維修難度；、為 第i個維修事件發(fā)生的頻率。上述基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，根據(jù)維修難度計算結(jié)果和設計 要求評價維修過程滿足用戶要求的程度時，需要根據(jù)設計要求分別設置各評價層次上維修 難度的閾值，當某一層次上的維修難度值超出閾值時，則其上一層次的維修難度取超出閾 值的最大維修難度值，此時認為維修過程不能滿足用戶要求。上述基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，考慮到影響因素的復雜性及人 對重要度矩陣的主觀評定可能會有較大偏差，應對特征向量W進行一致性檢驗，具體方法 如下計算影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷矩陣C的最大特征值\ _ 其中，民為平均隨機一致性指數(shù)，當矩陣C的階數(shù)分別為3 9時，民的值分別取 0. 58,0. 90,1. 12,1. 24,1. 32,1. 41,1. 45，當CK不大于0. 1時，矩陣C有滿意的一致性，計算出的Wi無需修正；當CK大于0. 1 時，應對重要度矩陣中的評分重新修正，直到滿足矩陣的一致性要求。本發(fā)明建立的維修性設計、分析評價綜合層次模型清晰地表達了用戶目標、維修 性設計要求、產(chǎn)品維修、維修影響因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系與因果關(guān)系，實現(xiàn)了自上而下的設計 與分析，以及自底而上的分析與綜合評價，能夠有效地對維修的多目標(包括時間、費用、 難度、低耗等等)進行綜合評價，給出產(chǎn)品維修性水平的結(jié)論。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明的維修性設計、分析評價綜合層次模型；圖2是支持評價的維修過程分解層次模型。文中所用符號Wi、第i個維修性影響因素的權(quán)重系數(shù)；JD、維修作業(yè)單元層維修 難度Jdy每項維修作業(yè)單元的維修難度；Pi、第i個因素維修難度的模糊評價值；RD、維修 事件的維修難度；RD”第i個維修事件的維修難度；m、完成該項維修事件需要的維修作業(yè) 數(shù)；~、每個維修作業(yè)的維修作業(yè)單元數(shù)；ZD”每項維修作業(yè)的維修難度；a、事件層維修難 度的修正系數(shù)；0」、作業(yè)層維修難度的修正系數(shù)；PD、產(chǎn)品層維修難度；N、產(chǎn)品所發(fā)生維修 事件的次數(shù)八，、第i個維修事件發(fā)生的頻率；C、影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷 矩陣；八ax、矩陣C的最大特征值； 、判斷矩陣元素而、一致性指數(shù)；CK、隨機一致性比率； 民、平均隨機一致性指數(shù)。
具體實施例方式相關(guān)概念維修性產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內(nèi)，按照規(guī)定的程序和方法進行維修 時，保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性要求要求的維修性特性的全面說明，用定性和定量的術(shù)語表示，由產(chǎn)品設 計予以滿足。維修事件由于故障、虛警或按預定的維修計劃進行的一種或多種維修活動。維修活動維修事件的一個局部，包括使產(chǎn)品保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)所必須的一 種或多種基本維修作業(yè)。如定位、隔離、修理和功能檢查等。
基本維修作業(yè)一項維修活動可以分解成的工作單元。如擰螺釘、裝墊片等?；咀鳂I(yè)單元基本維修作業(yè)和作業(yè)間的轉(zhuǎn)換，作業(yè)間的轉(zhuǎn)換包括移動、姿勢調(diào)整寸。本發(fā)明圍繞解決現(xiàn)有維修性分析評價的不足，揭示和描述維修需求_維修性要 求-影響因素之間的內(nèi)在關(guān)系，構(gòu)建了一種如圖1所示的支持維修性設計、分析與評價的綜 合層次模型。圖1所描述的層次綜合分析模型通過維修事件分解和分析，將維修性的設計要求 (定性和定量目標)與影響維修的要素(產(chǎn)品特征、資源因素、環(huán)境因素、人的因素)建立起 聯(lián)系，構(gòu)建了目標(需求)_維修活動_設計因素的層次關(guān)系模型，描述了層次間的因果關(guān)系。第一層維修目標(用戶需求)層。該層描述了維修需求到要求轉(zhuǎn)化的因果關(guān)系， 即給定維修需求時，應如何轉(zhuǎn)化為對應的維修性要求，這一層次主要包含了目標分解和描 述方法，以及將其轉(zhuǎn)化為維修性定性定量要求的方法和技術(shù)。第二層維修事件層。由第一層的因果關(guān)系可知維修需求是“因”，維修性要求是 “果”。因此，維修事件層就是描述所有相關(guān)維修事件及其事件的分解，分析每個維修性要求 具體到維修事件中是如何體現(xiàn)的，該層關(guān)系描述的實現(xiàn)需要維修事件分析方法與技術(shù)的支持。第三層維修影響因素層。這一層主要描述了產(chǎn)品特征、資源因素、環(huán)境因素、人員 因素與維修完成(需求實現(xiàn))的因果關(guān)系，通過第二層的事件分析得到影響維修完成的各 類因素。這是模型中對維修性最底層設計對象(產(chǎn)品特征等)的描述維修性要求的實現(xiàn) 最終體現(xiàn)在對這些影響因素的設計與處理上?；诰S修性層次模型的維修性綜合評價方法。在進行維修性評價時，通常是在整機或系統(tǒng)層次上做出維修性評價，而問題的描 述則往往與具體的結(jié)構(gòu)、具體的維修作業(yè)、乃至細微的操作相結(jié)合的。這就要求既要從宏觀 上給出評價，判定設計是否滿足了總體要求，又要通過分析準確描述存在的問題，便于設計 人員理解和分析問題的原因，進行設計改進。因此提出基于障礙分析的維修性綜合評價方 法，該方法從策略上是按層次進行維修性定性分析與定量評價的，這里的層次是針對維修 過程的層次分解。圖2為產(chǎn)品的維修過程分解層次模型，最底層是維修作業(yè)單元層，最高層 是廣品層。我們用維修難度(maintenance difficulty)來反映產(chǎn)品維修簡便目標。維修難 度是對維修障礙分析的進一步量化評價，維修障礙分析是維修難度計算的基礎。維修難度 是按每一個維修事件完成過程中發(fā)生的維修障礙的妨礙度類別及該障礙對應因素的影響 權(quán)重，評價產(chǎn)品是否滿足維修性定性要求。從層次模型中可以看出，產(chǎn)品層維修難度PD可以由維修事件的維修難度加權(quán)平 均后求得(如下式所示)
NPD^hRDj式(1)式(1)式中，N為產(chǎn)品所發(fā)生維修事件的次數(shù)；RDi為第i個維修事件的維修難度；、為 第i個維修事件發(fā)生的頻率。
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接下來的問題是如何計算各維修事件的維修難度。針對某一維修事件，基于前述維修性評價策略，建立事件層維修難度評價模型 式中，RD為某項事件維修難度；m為完成該項維修事件需要的維修作業(yè)數(shù)；~為每 個維修作業(yè)的維修作業(yè)單元數(shù)；為每項維修作業(yè)的維修難度；JD 為每項維修作業(yè)單元 的維修難度；a為事件層維修難度的修正系數(shù)；0 j作業(yè)層維修難度的修正系數(shù)。a和^^的取值受表1中所列的事件層和作業(yè)層維修障礙因素的影響，當作業(yè)層 和事件層沒有維修障礙發(fā)生時，a、^^的取值為1。 上式在實際應用中，需要分別設置各評價層次上維修難度的閾值，如維修作業(yè)單 元層為JD*，作業(yè)層為ZD*，事件層為RD*。當某一層次上的維修難度值超出閾值時，則提示 改進設計，且對應上一層次的維修難度計算不再遵循上式，而是取超出閾值的最大維修難 度值。RD值越大，表示該維修事件越難于完成，值越小表示越易維修。從(2)式中不難看出，維修作業(yè)單元層維修難度的計算是評價的基礎和關(guān)鍵。維 修作業(yè)單元層維修難度的影響因素眾多，其中的非確定性因素難以定量地、準確地計算，因 此采用模糊評判方法。下面的問題是如何確定各因素的模糊評價值，維修作業(yè)單元層維修難度的影響因 素模糊評價值的確定，與各因素對應障礙的障礙判據(jù)和障礙妨礙度類別相關(guān)。例如把持和搬運障礙，其影響因素為零部件的質(zhì)量和輪廓尺寸；人素障礙，其影響因素可能是拆裝過程中需要施加的配合力；可達性障礙，其影響因素為可觸及性、可視性、操作活動空間、緊固件和工具的類 型。差錯性障礙，其影響因素為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復雜性和防差錯識別標記特征。維修安全障礙，其影響因素為安全防護罩、警告燈、響聲警告等維修安全性設計特 征。這些因素中，有些是數(shù)值型因素，如質(zhì)量、輪廓尺寸、配合力等等；有些是非數(shù)值型 因素，如可觸及性、可視性、操作活動空間等等。對于數(shù)值型因素采用單因素數(shù)值評價，對于
8非數(shù)值型因素采用單因素經(jīng)驗評價。目前維修工作大多是由人工完成。可以根據(jù)人工維修 的特點，對單因素數(shù)值評價采用升半梯形模糊函數(shù)進行模糊評價。單因素經(jīng)驗評價是根據(jù) 相應障礙的妨礙度類別，借助專家的經(jīng)驗進行評價，評價時需要進行定量分級處理，以0 1之間的數(shù)表示因素的可拆裝性評價值，值越大表示維修性越差。表2給出了操作可觸及性、操作可視性、操作活動空間等因素的單因素經(jīng)驗評價 值的評分規(guī)則。表2評分規(guī)則 在確定各因素的模糊評價值后，假設影響維修難度的因素個數(shù)為n，則維修作業(yè)單 元層維修難度的評價算法如下(1)獲取產(chǎn)品的維修過程信息及維修障礙分析結(jié)果；(2)基于維修作業(yè)單元層上發(fā)生障礙的妨礙度類別和維修障礙描述數(shù)據(jù)，對障礙 相應的維修性影響因素進行單因素模糊評價，確定每個因素對各評價標準的隸屬度；(3)確定各因素權(quán)重系數(shù)Wi。ffi是評判組確定的因素i對維修難度的影響相對于 其它因素的重要程度。本發(fā)明采用專家評估法和層次分析法確定各因素的權(quán)重值Wi
假設第h個維修作業(yè)Ah受F2，…，F(xiàn)m等n個因素影響。將影響第h個維修作 業(yè)的所有n個因素分別填入判斷矩陣的第一行和第一列，并兩兩比較它們對完成第h個維 修作業(yè)的影響相對程度，其判斷矩陣表如下表所示。表1影響因素對維修作業(yè)重要度判斷矩陣表 以C = 表示由此形成的影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷矩陣 C = 其中， 表示影響因素i相對于影響因素j對維修作業(yè)h的影響重要程度。顯然， Ci1 = l/cu。判斷矩陣元素Ci1的賦值評分準則為
因素與因素j對維修作業(yè)的影響相當； 因素i比因素J對維修作業(yè)的影響大； 因素i比因素J對維修作業(yè)的影響大很多；
2、4為可取的中值。 將影響因素兩兩對比，影響維修作業(yè)的相對大小主要通過因素對維修作業(yè)完成的 難易和時間兩方面進行判別，建立影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷矩陣C，可得矩陣 C的特征向量W = ff2, A，Wi，八^廣其中 為
式中，S為 Wi即為影響因素i對維修作業(yè)的影響重要度值考慮到影響因素的復雜性及人對重要度矩陣的主觀評定可能會有較大偏差，因 此，在求出特征向量W后，應進行一致性檢驗。為此，需要計算重要度矩陣C的最大特征值 A —


可得一致性指數(shù)(^為
r 一義醒~n —
令(^為隨機一致性比率，則
其中，Rx為平均隨機一致性指數(shù)，取值如下表所示。 表2RI的取值表
重要度矩陣階數(shù)3456789RI0. 580. 901. 121. 241. 321. 411. 45 當CK不大于0. 1時，重要度矩陣有滿意的一致性，計算出的無需修正；當CK大 于0. 1時，應對重要度矩陣中的評分重新修正，直到滿足矩陣的一致性要求。通過一致性檢 驗，最終得到每個影響因素i對各個維修作業(yè)h的影響重要度％。
數(shù)。
為便于比較，對權(quán)值進行歸一化處理 =lw
(4)計算維修作業(yè)單元層維修難度 JD = J^wl-Pi
式⑷
式(4) 式(5)
式(5)
式中，Pi為第i個因素的模糊評價值；n為影響因素個數(shù)；wi為第i個因素權(quán)重系
式(6)式(6)
式中，m為完成該項維修事件需要的維修作業(yè)數(shù)；ni為每個維修作業(yè)的維修作業(yè)單元數(shù)；ZD」為每項維修作業(yè)的維修難度；邛 為每項維修作業(yè)單元的維修難度；a為事件層 維修難度的修正系數(shù)；0 j作業(yè)層維修難度的修正系數(shù)；(6)計算產(chǎn)品層維修難度PD 式中，N為產(chǎn)品所發(fā)生維修事件的次數(shù)；RDi為第i個維修事件的維修難度；、為 第i個維修事件發(fā)生的頻率。
權(quán)利要求
一種基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，其特征是，該方法首先建立維修性設計、分析評價綜合層次模型，該模型將維修綜合目標劃分為多個分解目標，由多個分解目標共同確定設計要求，并將每個維修事件分解為多個維修活動，每個維修活動分解為多個基本作業(yè)單元；模型中的維修影響因素包括產(chǎn)品因素、資源因素、環(huán)境因素和人的因素；然后根據(jù)維修影響因素評價各基本作業(yè)單元層的維修難度，并在此基礎上依次計算每個每個維修事件和整個產(chǎn)品的維修難度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，其特征是，產(chǎn)品 的維修難度按以下步驟計算a、評價維修作業(yè)單元層的維修難度假設影響維修難度的因素個數(shù)為n，則維修作業(yè)單元層維修難度的評價算法如下①獲取產(chǎn)品的維修過程信息及維修障礙分析結(jié)果；②基于維修作業(yè)單元層上發(fā)生障礙的妨礙度類別和維修障礙描述數(shù)據(jù)，對障礙相應的 維修性影響因素進行單因素模糊評價，確定每個因素對各評價標準的隸屬度，對于數(shù)值型 因素采用單因素數(shù)值評價，對于非數(shù)值型因素采用單因素經(jīng)驗評價；③采用層次分析法確定各因素的權(quán)重系數(shù)Wi；假設第h個維修作業(yè)Ah受F1, F2,…，？ 等11個因素影響，將影響因素兩兩對比，建立 影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷矩陣C 其中，判斷矩陣元素Cu表示影響因素i相對于影響因素j對維修作業(yè)h的影響重要 程度，影響維修作業(yè)的相對大小主要通過因素對維修作業(yè)完成的難易和時間兩方面進行判 另|J，Cij的賦值評分準則為當因素i與因素j對維修作業(yè)的影響相當時，cu = 1 ；當因素i比因素j對維修作業(yè)的 影響大時，Cij = 3 ；當因素i比因素j對維修作業(yè)的影響大很多時，Cij = 5 ；當Cij的值在1 與3之間時可取中值Cij = 2 ；當Cij的值在3與5之間時可取中值Cij = 4 ；Cij = 1/Cji ；從而得到矩陣C的特征向量W= (Wl，W2，A，Wi，Awn)T，其中 即為影響因素 i對維修作業(yè)的影響重要度值，式中， ④計算維修作業(yè)單元層維修難度JD Pi為第i個因素的模糊評價值％為各因素的權(quán)重系數(shù)b、計算維修事件的維修難度RD 式中，m為完成該項維修事件需要的維修作業(yè)數(shù)；~為每個維修作業(yè)的維修作業(yè)單元 數(shù)；ZDj為每項維修作業(yè)的維修難度JDji為每項維修作業(yè)單元的維修難度；α為事件層維修難度的修正系數(shù)；β j作業(yè)層維修難度的修正系數(shù)；C、計算產(chǎn)品層維修難度PD 式中，N為產(chǎn)品所發(fā)生維修事件的次數(shù)；RDi為第i個維修事件的維修難度；λ i為第i 個維修事件發(fā)生的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，其特征是，根 據(jù)維修難度計算結(jié)果和設計要求評價維修過程滿足用戶要求的程度時，需要根據(jù)設計要求 分別設置各評價層次上維修難度的閾值，當某一層次上的維修難度值超出閾值時，則其上 一層次的維修難度取超出閾值的最大維修難度值，此時認為維修過程不能滿足用戶要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，其特征是，考慮 到影響因素的復雜性及人對重要度矩陣的主觀評定可能會有較大偏差，應對特征向量W進 行一致性檢驗，具體方法如下計算影響因素對維修作業(yè)的影響重要度判斷矩陣C的最大特征值λ_ 得到一致性指數(shù)C1為 其中，R1為平均隨機一致性指數(shù)，當矩陣C的階數(shù)分別為3 9時，R1的值分別取0. 58、 0. 90,1. 12,1. 24,1. 32,1. 41,1. 45，當Ck不大于0. 1時，矩陣C有滿意的一致性，計算出的Wi無需修正；當Ck大于0. 1時， 應對重要度矩陣中的評分重新修正，直到滿足矩陣的一致性要求。
全文摘要
一種基于維修性層次模型的維修性綜合評價方法，它首先建立維修性設計、分析評價綜合層次模型，該模型將維修綜合目標劃分為多個分解目標，由多個分解目標共同確定設計要求，并將每個維修事件分解為多個維修活動，每個維修活動分解為多個基本作業(yè)單元；模型中的維修影響因素包括產(chǎn)品因素、資源因素、環(huán)境因素和人的因素；然后根據(jù)維修影響因素評價各基本作業(yè)單元層的維修難度，并在此基礎上依次計算每個每個維修事件和整個產(chǎn)品的維修難度。本發(fā)明的綜合層次模型清晰地表達了用戶目標、維修事件、維修影響因素之間的關(guān)系，實現(xiàn)了自上而下的設計與分析，以及自底而上的分析與綜合評價，能夠有效地對維修的多目標進行綜合評價。
文檔編號G06F19/00GK101853331SQ201010171999
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者李星新, 柳輝, 王松山, 郝建平 申請人:中國人民解放軍軍械工程學院