(大連海事大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧 大連 116026)

《STCW 78/102公約》中有一項(xiàng)新增強(qiáng)制性適任標(biāo)準(zhǔn)，稱為機(jī)艙資源管理，要求輪機(jī)部的高級(jí)船員需要借助訓(xùn)練評(píng)估等方法，促進(jìn)各個(gè)部門協(xié)作配合，以降低機(jī)艙發(fā)生人為失誤的概率，加強(qiáng)海上交通安全。已有的研究工作沒有或較少考慮對(duì)于團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作能力[1-5]，為此，基于協(xié)作式的基本思想，提出基于模糊數(shù)學(xué)理論的評(píng)價(jià)方法，該方法運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行底層運(yùn)算，同時(shí)利用集合相似度分析的理論來考量團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作能力，以達(dá)到協(xié)作式評(píng)估的目的。

1 船舶機(jī)艙協(xié)作式模擬訓(xùn)練

機(jī)艙資源管理概念見圖1。

圖1 機(jī)艙資源管理概念示意

機(jī)艙資源同時(shí)包括內(nèi)部和外部資源，船員既要協(xié)同同船人員管理內(nèi)部資源，也要求對(duì)于外部環(huán)境有敏銳的感知。顯然，機(jī)艙資源管理是一個(gè)協(xié)作式的任務(wù)，要求各人員間協(xié)調(diào)配合，共同完成任務(wù)。

所謂協(xié)作能力是指作團(tuán)隊(duì)成員間共享資源，相互溝通、相互幫助并努力融入團(tuán)隊(duì)，最終使得整個(gè)團(tuán)隊(duì)圓滿完成任務(wù)的這樣一種能力[6]。這就需要所有成員相互溝通和協(xié)調(diào)，彼此分享與交流，迅速有效地應(yīng)對(duì)所處環(huán)境做出判斷和反應(yīng)[7]。利用機(jī)艙資源管理的相關(guān)理論，分析當(dāng)前協(xié)作式訓(xùn)練的特點(diǎn)，針對(duì)協(xié)作式模擬訓(xùn)練的特點(diǎn)，利用合理的方法確定特定情境下協(xié)作訓(xùn)練的評(píng)估結(jié)果。

2 協(xié)作式評(píng)估方法

2.1 評(píng)估特點(diǎn)

使用層次分析法作為計(jì)算權(quán)重的方法，計(jì)算出的權(quán)重直接用于模糊綜合評(píng)價(jià)[8]。利用模糊綜合評(píng)價(jià)得出結(jié)果，通過考慮團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的協(xié)作性程度，計(jì)算相似系數(shù)，與模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果合成即為最終的協(xié)作式評(píng)估結(jié)果。

協(xié)作式評(píng)估方法主要關(guān)注團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的協(xié)作能力。用相似系數(shù)解決團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的協(xié)作性量化問題。

2.2 層次分析法步驟

步驟1建立層次結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型分為三層：最高層；中間層；最低層。低層和高層分別為因素層和目標(biāo)層[9]。

步驟2構(gòu)造判斷矩陣。aij所表示的為要素i和要素j重要性比較的結(jié)果。重要性等級(jí)賦值見表1。

(1)

步驟3層次單排序及其一致性檢驗(yàn)。

(2)

計(jì)算Mi的n次方根。

(3)

(4)

計(jì)算最大特征值λmax。

(5)

之后，根據(jù)表2進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值

判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI。

(6)

通過查表可知判斷矩陣同階平均隨機(jī)一致性的指標(biāo)RI。

計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR。

(7)

步驟4層次的總排序。計(jì)算最高層相對(duì)重要性權(quán)值[10]。

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)步驟

1)建立因素集U={u1,u2,…,un}，評(píng)價(jià)集V={v1,v2,v3…vm}。

2)構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣。將對(duì)應(yīng)的關(guān)系在m個(gè)評(píng)語和n個(gè)因素之間建立矩陣[11]。

(8)

3)建立因素重要程度模糊集A=(a1,a2,…,an)。ai為因素的重要程度系數(shù)。

4)取TR(A)=A°R即為對(duì)n個(gè)因素綜合考慮后所得到的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。作為V上一個(gè)模糊集合，稱為抉擇等級(jí)模糊集。

2.4 團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的協(xié)作能力分析

在輪機(jī)實(shí)操評(píng)估中對(duì)協(xié)作能力的要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：時(shí)序性、成員間的相互依賴、冗余操作及越權(quán)操作、成員間的通信與交流、與規(guī)則的對(duì)應(yīng)程度等。集合相似度系數(shù)是分析2個(gè)集合一致性程度的系數(shù)，通過面向評(píng)估過程來分析團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的協(xié)作程度。

Dice系數(shù)用于衡量2個(gè)集合的相似程度[12]。將評(píng)估規(guī)則和學(xué)員實(shí)際操作分別視為一個(gè)集合，由于集合內(nèi)部是無序的，所以需要利用IIS信息流分析法[13]對(duì)2個(gè)集合進(jìn)行預(yù)處理。所謂預(yù)處理就是對(duì)集合中的同類型信息流進(jìn)行合并，然后按照時(shí)間先后順序進(jìn)行編號(hào)處理，預(yù)處理后的集合中的元素形成了信息流序列，具有了時(shí)序性。故時(shí)序性原則可以利用Dice系數(shù)進(jìn)行量化。

根據(jù)基于規(guī)則和時(shí)序性的原理，前一條規(guī)則未完成時(shí)無法進(jìn)行下一條規(guī)則。例如：前一規(guī)則要求操作者α檢查某一系統(tǒng)并在完成時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)者匯報(bào)。下一規(guī)則要求操作者β檢查另一系統(tǒng)并在完成時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)者匯報(bào)。而操作者α未完成其任務(wù)，導(dǎo)致操作者β的任務(wù)無法進(jìn)行或無法按時(shí)進(jìn)行。根據(jù)這一原則，成員間的相互依賴以及成員間的通信與交流得以體現(xiàn)，利用Dice系數(shù)進(jìn)行量化。

Tversky系數(shù)強(qiáng)調(diào)2個(gè)事物的相似程度與其共同屬性呈正相關(guān)[14]。認(rèn)為Dice系數(shù)注重操作過程，Tversky系數(shù)注重操作細(xì)節(jié)。根據(jù)這一屬性，學(xué)員操作時(shí)的冗余操作、越權(quán)操作及其與規(guī)則的對(duì)應(yīng)程度可以利用Tversky系數(shù)來量化。冗余操作可以理解為理論培訓(xùn)中涉及的操作在實(shí)際評(píng)估規(guī)則中并未涉及，是否進(jìn)行此操作對(duì)操作結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響，但在協(xié)作評(píng)估過程中會(huì)有一定影響。將越權(quán)操作理解為，本應(yīng)由操作者α完成的任務(wù)被操作者β代替完成，盡管完成度很高，但是仍對(duì)協(xié)作評(píng)估的結(jié)果有一定的影響。

Dice及Tversky系數(shù)(sDice∈[0,1]，sTversky∈[0,1])的計(jì)算式為

(9)

式中：D1為團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者制訂的應(yīng)完成的操作的數(shù)量；D2為團(tuán)隊(duì)成員實(shí)際完成的操作的數(shù)量;D1∩D2為團(tuán)隊(duì)操作過程中與制訂操作要求一致對(duì)應(yīng)的操作的數(shù)量。

(10)

式中:T1為評(píng)估規(guī)則具體細(xì)則的數(shù)量；T2為評(píng)估過程中實(shí)際完成的操作數(shù)量；T1∩T2為規(guī)則要求且評(píng)估時(shí)也完成的操作數(shù)量；T1-T2為未按規(guī)則完成的操作的數(shù)量；T2-T1為規(guī)則未規(guī)定但操作過程中涉及的操作的數(shù)量。

本案例鉆孔彈模測(cè)試是在系統(tǒng)深孔水泥灌漿后，淺孔系統(tǒng)復(fù)合灌漿前后測(cè)得的，未能得到整個(gè)洞段圍巖處理前的圍巖變形參數(shù)。但從隧洞開挖過程中的地質(zhì)資料看，隧洞開挖支護(hù)完成后，圍巖存在斷層塌洞、空腔、軟弱斷層物質(zhì)，及節(jié)理密集帶等，整體強(qiáng)度低和變形參數(shù)低、透水性強(qiáng)，系統(tǒng)深孔水泥灌漿過程中鉆孔塌孔嚴(yán)重，涌水、涌泥和涌沙現(xiàn)象多，經(jīng)水泥灌漿處理后，圍巖整體變形模量增加到了1.7 GPa～8.6 GPa之間，均值為5.0 GPa，且透水率滿足85%小于2 Lu的要求。

記模糊綜合評(píng)價(jià)得出的評(píng)價(jià)結(jié)果為F，團(tuán)隊(duì)最終評(píng)價(jià)結(jié)果為M，則

M=sDice·sTversky·F

(11)

式(11)的合理性在于，假設(shè)該團(tuán)隊(duì)完全按照評(píng)估規(guī)則及協(xié)作式訓(xùn)練的要求進(jìn)行操作，則不會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生任何影響。如果該團(tuán)隊(duì)在操作過程中出現(xiàn)了影響協(xié)作程度的操作，那么2個(gè)相似系數(shù)的值小于1，對(duì)最終評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生影響。

3 實(shí)例驗(yàn)證

對(duì)于常規(guī)的協(xié)作式評(píng)估船舶備車操作而言，船舶發(fā)電機(jī)組的備車操作是其下屬子任務(wù)中的一項(xiàng)[14]。例如，現(xiàn)有一6人團(tuán)隊(duì)進(jìn)行該項(xiàng)目的評(píng)估，領(lǐng)導(dǎo)者X負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)分配任務(wù)，5名隊(duì)員u、v、w、y、z分別完成檢查起動(dòng)空氣系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)以及并車等5項(xiàng)操作。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。規(guī)則集合信息流的預(yù)處理結(jié)果見表4，限于篇幅，這里略去了其他的預(yù)處理過程。計(jì)算Dice系數(shù)的對(duì)照表見表5，計(jì)算Tversky系數(shù)的對(duì)照表見表6。表6中二者的差異用[]表示。

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：該團(tuán)隊(duì)人工評(píng)估得分為100。

表4 規(guī)則集合信息流預(yù)處理

表5 Dice系數(shù)計(jì)算對(duì)照表

表6 Tversky系數(shù)計(jì)算對(duì)照表

對(duì)表5進(jìn)行分析可知，評(píng)估規(guī)則的要求是按照I1-I12的順序進(jìn)行的，評(píng)估操作是按照J(rèn)1-J9的順序進(jìn)行的，協(xié)作式評(píng)估中的時(shí)序性得以體現(xiàn)。評(píng)估操作與I1-I12規(guī)則有6條一一對(duì)映：I1-J1，I2-J2，I3-J3，I4-J4，I6-J6，I7-J7。成員y與成員w共同完成燃油系統(tǒng)的檢查，這與規(guī)則要求是相悖的。后續(xù)由于成員y檢查完冷卻水系統(tǒng)后未及時(shí)通知領(lǐng)導(dǎo)者X，導(dǎo)致領(lǐng)導(dǎo)者X未及時(shí)通知成員z啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致并車操作不及時(shí)，最終未能按時(shí)完成該項(xiàng)目。主要原因在于，成員z的操作依賴于其他所有成員完成各自的操作，成員y為最后一環(huán)，成員y未能及時(shí)與其他成員通信交流，導(dǎo)致成員z的操作延遲進(jìn)行。成員y也未能滿足協(xié)作式評(píng)估中的通信與交流以及成員間相互依賴的要求，影響了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力。根據(jù)表5進(jìn)行計(jì)算，得到SDice=0.517 4。

對(duì)表6進(jìn)行分析可知，該團(tuán)隊(duì)在細(xì)節(jié)操作上的完成度較高，但仍存在一些問題：成員u與y在過程中出現(xiàn)了兩次冗余操作，且成員y存在越權(quán)操作：代替成員w完成了燃油系統(tǒng)的檢查。成員u與y的冗余操作皆為規(guī)則中未涉及的操作，的確符合維護(hù)管理要點(diǎn)中的要求。成員u和y未能滿足協(xié)作式評(píng)估中關(guān)于越權(quán)操作與冗余操作的要求，對(duì)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力產(chǎn)生了一定的影響。根據(jù)表6進(jìn)行計(jì)算，得到STversky=0.869 6。

3.1 評(píng)價(jià)矩陣的計(jì)算

利用隸屬函數(shù)法計(jì)算評(píng)價(jià)矩陣，隸屬函數(shù)由模糊分布來確定，主要涉及：三角分布、梯形分布、布爾分布。

計(jì)算得到評(píng)價(jià)矩陣

R=(1，1，1，1，1，1，1，1，0.85，0.93，1，1，1)T。

3.2 結(jié)果計(jì)算

利用層次分析法計(jì)算起動(dòng)空氣壓力，滑油進(jìn)機(jī)溫度，滑油進(jìn)機(jī)壓力，燃油進(jìn)機(jī)黏度，燃油進(jìn)機(jī)壓力，冷卻水進(jìn)機(jī)溫度，冷卻水進(jìn)機(jī)壓力，相位差，頻率差，待并機(jī)電壓，操作時(shí)間，是否均功，是否關(guān)閉同步表的權(quán)重向量。

A=(0.260 1，0.130 1，0.130 1，0.130 1，0.130 1，0.068 8，0.068 9，0.020 5，0.024 6，0.016 4，0.004 1，0.008 2，0.008 2)

令

B=A°R

(12)

將B中元素乘以100得到該團(tuán)隊(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)得分為F=99.52。

在考慮Dice系數(shù)及Tversky系數(shù)后，該團(tuán)隊(duì)的協(xié)作式評(píng)估得分為M=49.45。

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可見，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的協(xié)作程度是影響團(tuán)隊(duì)最終評(píng)估結(jié)果的關(guān)鍵因素。對(duì)于該團(tuán)隊(duì)而言，盡管該團(tuán)隊(duì)在每個(gè)評(píng)估項(xiàng)目上都具有較高的完成度，但該團(tuán)隊(duì)各個(gè)成員間的協(xié)作性較差。在上述評(píng)估過程中，由于成員y與領(lǐng)導(dǎo)者X的通信不及時(shí)，導(dǎo)致成員z無法按時(shí)完成既定操作，違背了協(xié)作式評(píng)估中對(duì)于協(xié)作能力的要求，使整個(gè)評(píng)估項(xiàng)目延遲完成。同時(shí)成員u與成員y均出現(xiàn)了冗余操作，成員y還出現(xiàn)了越權(quán)操作。造成這種情況的原因主要有兩個(gè)方面：一，評(píng)估規(guī)則的制定不夠細(xì)致；二，學(xué)員對(duì)其所學(xué)無法做到靈活應(yīng)用。綜上所述，由于成員u與成員y在評(píng)估過程中造成的錯(cuò)誤，使得整個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力受到了影響，最終導(dǎo)致該團(tuán)隊(duì)未能取得理想的協(xié)作式評(píng)估結(jié)果。

4 結(jié)論

1)協(xié)作式的評(píng)估方法可以同時(shí)對(duì)團(tuán)隊(duì)完成度及協(xié)作能力進(jìn)行評(píng)估，并且可以體現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)協(xié)作性存在問題的具體環(huán)節(jié)，符合協(xié)作式評(píng)估的要求。

2)應(yīng)用時(shí)，可以針對(duì)不同的評(píng)估項(xiàng)目制訂具體評(píng)估要求，詳細(xì)的規(guī)則能夠保證協(xié)作式評(píng)估的精確度，細(xì)致體現(xiàn)學(xué)員的協(xié)作能力。