基于层次分析法的维修性评价指标权重分析

韩远馨，刘镇承，陈洁华

(中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，上海 201210)

维修性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。维修性是保证飞机满足适航要求的重要方面，可保证飞机初始适航和持续适航的有效衔接。良好的维修性可以提高飞机的签派可靠度，减少对维修人力及其他资源的需求，降低运营成本，从而使得飞机具有良好的经济性和市场竞争力[1]。

进行优化设计从而提高飞机的维修性是民机设计师关注的问题之一。不同的设计方案将会产生不同的维修方案。对维修方案进行优劣评判，建立维修性评价体系可以帮助设计师在设计过程中优化方案，从根本上提高飞机的维修性。

本文根据飞机运营期间用户的直观体验和易于评价的原则选取了5个维修性评价指标，通过问卷调查及分析的方式，从用户的角度出发，分析这5个指标对维修性评价的重要程度。

1 层次分析法原理

层次分析法(AHP)是一种非常实用的多因素决策方法。该方法以其具有定性与定量相结合处理各种决策因素的特点以及灵活、简洁的优点，在各个领域中得到广泛应用。AHP首先通过建立清晰的层次结构来简化复杂问题，然后引入测度理论，通过两两比较将决策者的主观判断与政策经验导入模型，加以量化处理，建立判断矩阵，求解各判断矩阵的权重，最后计算方案的综合权重并排序[2]。

2 基于层次分析法的维修性评价指标调查

2.1 调查对象

对于民机来说，只有提高产品的维修性使适航审定、运营过程更加顺畅，才能使用户满意，获得更大的市场，从而获得较好的经济效益。根据行业特点，以相关的从业人员作为调查对象，为避免因个人喜好或专业知识局限性造成的调查结果不准确，确保调查问卷的主观性，选取了在航空公司、审定中心、维修公司等不同单位任不同职务的20名专家进行调研，以保证调研结果的全面性和权威性。

2.2 评价指标

针对飞机维修提出了5个用户在运营、维修过程中有直观体验且易于评价的指标。

1)可达性A。维修人员及维修工具能够接触目标件，维修人员目视检查及维修时能够看到目标件和自己的操作动作且有足够的操作空间。

2)防差错措施B。防误安装、防误操作，并且有明确的维修指示标识。

3)维修安全C。维护工作中不直接接触毒性、腐蚀性液体和气体，且具有防机械伤害设计和静电保护措施等。

4)维修人为因素D。避免维修人员在维修时长时间处于肢体困难的姿势，避免产生超过一定标准的噪声振动和光照，避免产生操作困难的情况。

5)维修便利性E。维护口盖的尺寸、位置应便于观察和操作。维修/维护工作尽量不依赖于特殊的设备和工艺。重要的系统、设备应具有故障显示、机内自测功能，便于快速定位故障[3]。

3 基于层次分析法的维修评价指标分析

3.1 根据调查结果构造判断矩阵

根据问卷调查结果得出20位专家对于5个指标的判断矩阵，分别为A1～A20，其中An中的aij代表第i个因素相较于第j个因素的重要程度(n=1,2,…,20；i=1,2,…,5；j=1,2,…,5)。判断标度准则见表1。

表1 判断标度及意义

3.2 根据判断矩阵计算指标权重

根据判断矩阵计算出表示影响程度的值，也就是各个维修指标的权重。层次单排序实质上也就是计算判断矩阵的特征根和特征向量，具体如下：

AnW=λmaxW

(1)

式中：λmax为判断矩阵A的最大特征根；W为λmax对应的归一化特征向量。则有：

∑Wi=1

(2)

式中：Wi为W的分量，是各指标因素相对重要性的排序权重。

由于人们认识的多样性和客观事物的复杂性，专家给出的判断矩阵并不总能满足一致性要求，因此需要对判断矩阵做一致性检查。计算一致性指标CI和平均随机变量指标RI，当随机一致性比例CR=CI/RI≤0.1时，则认为所得到的层次分析排序的结果符合一致性要求，即权重的分配是合理的。当一致性比例CR>0.1时，说明该位专家给出的5个指标的判断矩阵不一致，该份问卷存在前后判断矛盾的情况，应该联系专家重新填写调查问卷或是舍弃该份问卷[4]。

通过计算得到A1～A20的最大特征值、特征向量和一致性比例，符合一致性要求的判断矩阵计算结果见表2。

表2 符合一致性的判断矩阵计算结果

根据上述符合一致性要求的10份问卷，统计出5个指标的权重排序，如图1所示。

图1 部分问卷指标权重排序

3.3 利用群决策分析调查结果

从图1可以看出，由于每个调查对象的岗位不同，对5个指标的理解不同，考虑问题的出发点和角度不尽相同，对于5个指标的权重判断也不同，因此需要集合群体智慧来消除因个人因素而产生的判断偏差。

在各个专家判断矩阵已知的情况下，有两种方法进行决策分析：第一种是根据各个专家的判断矩阵得出综合判断矩阵，利用综合判断矩阵进行排序；第二种是对每个专家的判断矩阵进行计算，对不同专家的权值进行综合排序，最后得到综合的权值排序。由于第一种方法可能会严重影响综合后判断矩阵的一致性，因此采用第二种方法对各个专家的结论进行综合研究。

3.3.1对符合一致性要求问卷的分析

由表2可知，有10份问卷的调查结果符合一致性要求，可以直接采用并分析。对这10份问卷的数据进行汇总，一般采用的方法有加权几何平均法和加权算术平均法，计算得到各个指标的权重分别如图2和图3所示。从图2,3可以看出，利用这两种方法得到的5项指标的重要性程度排序结果相同，均为维修安全>防差错措施>维修人为因素>可达性>维修便利性。

图2 加权几何平均法权重计算结果(满足一致性)

图3 加权算术平均法权重计算结果(满足一致性)

3.3.2针对所有问卷的分析

由于样本数量过少，在不重新进行调查的情况下，除了分析上述符合一致性要求的问卷以外，用层次分析相关软件对不符合一致性要求的判断矩阵进行一定的调整，使其在不背离被调查对象真实想法的情况下满足一致性要求，并对其进行计算，计算结果见表3。结合表2中的权重信息，用加权几何平均法和加权算术平均法计算各个指标的权重，结果分别如图4和图5所示。

表3 判断矩阵计算结果

图4 加权几何平均法权重计算结果

图5 加权算术平均法权重计算结果

利用加权几何平均法和加权算术平均法得到的排序结果相同，5个指标的重要性程度排序为维修安全>防差错措施>可达性>维修人为因素>维修便利性，与根据符合一致性要求的问卷得出的结论有一些差别。

4 结束语

本文选取了5个用户有直观体验且易于评价的维修性评价指标，采用层次分析法进行分析计算，符合一致性要求的问卷调查结果为维修安全>防差错措施>维修人为因素>可达性>维修便利性；对不符合一致性要求的10份调查问卷的判断矩阵进行一致性调整，计算分析后结果为维修安全>防差错措施>可达性>维修人为因素>维修便利性。

虽然调查样本较少，但是大体可以看出维修安全和防差错措施等与飞行安全息息相关的指标受到了用户的重视，设计人员在设计过程中对这两个指标应重点考虑。另外，维修人为因素和可达性指标直接影响到用户的感受，需要在设计过程中持续关注。在设计过程中，可以通过对不同设计方案的这5个指标进行打分，再结合各指标的权重来确定维修性较优的设计方案。