艦船裝備論證方案的綜合評估方法

蔣鐵軍，張懷強(qiáng)

(海軍工程大學(xué)裝備經(jīng)濟(jì)管理系，湖北 武漢 430033)

0 引言

艦船裝備論證方案的綜合評估是海軍裝備研究工作中的一項(xiàng)重要課題，對于海軍建設(shè)和裝備發(fā)展具有重要意義。艦船裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用和地位日趨重要，隨著艦船相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代艦船裝備投入的人力、物力和財(cái)力都急劇增長，各種風(fēng)險(xiǎn)也隨之加大。因此，在論證階段就必須根據(jù)作戰(zhàn)需求，制訂方案評估方法和標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮多種因素進(jìn)行系統(tǒng)分析和綜合權(quán)衡，并以此作為方案選擇的主要依據(jù)，以便從備選方案中選取科學(xué)、合理的裝備發(fā)展方案。國內(nèi)外對此問題也開展了一定的研究，1998年，Brown采用層次分析法與多屬性效用理論相結(jié)合的方法，評估了海軍戰(zhàn)斗艦艇概念設(shè)計(jì)方案的效能與風(fēng)險(xiǎn)［1］。Demko將該方法應(yīng)用于后勤保障船的設(shè)計(jì)評估中［2］。劉傳云等針對艦船總體特點(diǎn)及使命任務(wù)要求，利用層次分析法建立了艦船總體評估層次模型，應(yīng)用多屬性效用理論建立了目標(biāo)屬性值到效能值的轉(zhuǎn)換函數(shù)(價(jià)值函數(shù))和艦船總體方案的效能評估模型，并將層次分析法與多屬性效用理論相結(jié)合，提出了艦船總體效能量化評估方法［3］。

本文提出一種艦船裝備論證方案的綜合評估方法，在建立綜合評估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，從武器系統(tǒng)性能指數(shù)、平臺系統(tǒng)性能指數(shù)、經(jīng)濟(jì)性指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和研制周期指數(shù)等幾個(gè)方面展開評估，構(gòu)建綜合評估指數(shù)用于論證方案的綜合評估。

1 評價(jià)指標(biāo)體系的建立

艦船裝備論證方案評價(jià)指標(biāo)體系的建立是論證方案綜合評估和優(yōu)選的基礎(chǔ)?？紤]到論證階段的特點(diǎn)以及各類艦船裝備本身的差異性，本文重點(diǎn)針對潛艇裝備展開評估分析，對于不同類型的其他艦船，可以參照潛艇論證方案評價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)自身特點(diǎn)具體分析、調(diào)整。

對于潛艇裝備的評價(jià)指標(biāo)體系，主要建立在潛艇平臺系統(tǒng)性能指數(shù)、潛艇武器系統(tǒng)性能指數(shù)、經(jīng)濟(jì)性指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和研制周期指數(shù)5個(gè)一級指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過對這5個(gè)一級指標(biāo)加以綜合，便可以計(jì)算得到潛艇方案綜合評估指數(shù)。

潛艇的裝備系統(tǒng)可分為潛載武器系統(tǒng)和平臺系統(tǒng)2個(gè)部分，這2部分共同構(gòu)成具有一定作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)用途的潛艇裝備。本文所研究的潛艇綜合性能即建立在潛載武器系統(tǒng)性能和平臺系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上。

潛載武器系統(tǒng)的功能按作戰(zhàn)任務(wù)可劃分為對空作戰(zhàn)、對海作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)和布雷。本文著重研究潛艇的反艦、反潛兩大作戰(zhàn)任務(wù)，不涉及潛艇的布雷和對空作戰(zhàn)能力。在作戰(zhàn)中，潛艇為完成某一項(xiàng)任務(wù)，可以使用不同的武器，作戰(zhàn)任務(wù)下的單武器性能將構(gòu)成潛艇的作戰(zhàn)任務(wù)能力，而單武器的性能則是由武器系統(tǒng)的性能所提供的。因此，本研究對潛載武器系統(tǒng)性能的評估以任務(wù)層為導(dǎo)向進(jìn)行層次分析，按照任務(wù)層、武器層、性能層的劃分，在性能層和武器層效用的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合。對于平臺系統(tǒng)的性能，則由機(jī)動性、隱蔽性、生命力等固有的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能指標(biāo)的效用值綜合而成。

潛艇方案的綜合評估指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 潛艇方案綜合評估指標(biāo)體系Fig.1 Comprehensive evaluation index system of a submarine program

2 模型建立

2.1 武器系統(tǒng)性能指數(shù)評估模型

常規(guī)潛艇的武器通常由反艦導(dǎo)彈、反艦魚雷、反潛魚雷、水雷、雷達(dá)、聲吶、潛望鏡、指控系統(tǒng)及水聲對抗系統(tǒng)等構(gòu)成。當(dāng)潛艇遂行一定的作戰(zhàn)使命時(shí)，往往需要上述幾種武器的有機(jī)組合來共同完成。本研究通過確定上述武器的評估指標(biāo)體系，對每1指標(biāo)用效用函數(shù)進(jìn)行量化［4］，如對于水下巡航狀態(tài)輻射噪聲，可以采用“S”型效用函數(shù)，構(gòu)造效用函數(shù)如下:

式中:x為水下巡航狀態(tài)輻射噪聲，dB。

圖2 水下巡航狀態(tài)輻射噪聲效用函數(shù)Fig.2 Radiation noise utility function on the underwater cruise states

通過歸結(jié)各個(gè)單武器指數(shù)，從而可以系統(tǒng)綜合出任務(wù)指數(shù)。

本文認(rèn)為，對于反艦導(dǎo)彈、反艦魚雷、反潛魚雷及水雷等硬殺傷武器，它們在作戰(zhàn)形式上是可供選擇的，其戰(zhàn)斗作用是疊加的，故在任務(wù)能力評估中對這類硬殺傷武器性能的綜合采用加性形式。因?yàn)楫?dāng)潛艇未裝備或未使用某項(xiàng)硬武器裝備時(shí)，只是不加上這項(xiàng)裝備的性能效用值而已;對于探測系統(tǒng)、水聲對抗及指控系統(tǒng)等軟殺傷武器，它們在作戰(zhàn)任務(wù)中是必不可少的，故在任務(wù)能力評估中，這類軟殺傷武器的性能應(yīng)該與硬殺傷武器的性能采用乘積形式。如對海作戰(zhàn)任務(wù)指數(shù)

其中:S為潛載聲吶探測性能指數(shù);Q為潛望鏡探測性能指數(shù);R為雷達(dá)探測性能指數(shù);C為指控系統(tǒng)性能指數(shù);DH為反艦導(dǎo)彈性能指數(shù);YH為反艦魚雷性能指數(shù);K為水聲對抗性能指數(shù);w1，w2，w3為權(quán)重，可以采用層次分析法獲取。同理，可以得到反潛作戰(zhàn)任務(wù)指數(shù)FQ，并因此綜合得到武器系統(tǒng)性能指數(shù)FW=FH+FQ。

2.2 平臺系統(tǒng)性能指數(shù)評估模型

平臺系統(tǒng)性能主要包括機(jī)動性、隱蔽性和生命力，具體評估模型可以表示為

式中:FP為平臺系統(tǒng)性能指數(shù);M為平臺機(jī)動性效用指數(shù);U為平臺隱蔽性效用指數(shù);L為平臺生命力效用指數(shù);w1，w2，w3為權(quán)重。

對于每個(gè)分項(xiàng)性能指數(shù)，由單項(xiàng)性能指數(shù)的效用函數(shù)構(gòu)成，如平臺機(jī)動性效用指數(shù)可表示為

式中:M1為航速效用值;M2為潛深效用值;M3為自持力效用值;M4為續(xù)航力效用值;M5為導(dǎo)航定位能力效用值;w1，w2，w3，w4，w5為權(quán)重。

2.3 經(jīng)濟(jì)性指數(shù)評估模型

經(jīng)濟(jì)性指數(shù)可以采用相對值評估法得到。在開始評估前，可以選定某一方案作為基準(zhǔn)方案，設(shè)定其費(fèi)用為C0(通常設(shè)定為1)，通過與基準(zhǔn)方案的分析比較，可以得出潛艇的經(jīng)濟(jì)性指數(shù)為

式中:k為差異性系數(shù);C0為基準(zhǔn)方案費(fèi)用;C為被評估方案的經(jīng)濟(jì)性指數(shù)。

在實(shí)際評估工作中，為了更加細(xì)致地辨析方案之間的差異性，以便準(zhǔn)確地得到評估結(jié)果，可以進(jìn)一步劃分方案的總費(fèi)用，如設(shè)潛艇基準(zhǔn)方案總的費(fèi)用為C0，費(fèi)用被分成了m類，各類的費(fèi)用分別為C01，C02，…，C0m，各類費(fèi)用占總費(fèi)用的比重分別為w1，w2，…，wm，某方案相對于基準(zhǔn)方案的各類費(fèi)用差異性系數(shù)分別為k1，k2，…，km，則該方案的經(jīng)濟(jì)性指數(shù)為

如果需要進(jìn)一步細(xì)化，還可以依此思路繼續(xù)細(xì)分。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評估模型

設(shè)總的風(fēng)險(xiǎn)度為R，裝備總體被分成了m個(gè)一級系統(tǒng)，各一級系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度分別為R1，R2，…，Rm，各一級系統(tǒng)在總風(fēng)險(xiǎn)中的權(quán)重分別為w1，w2，…，wm，則系統(tǒng)總風(fēng)險(xiǎn)為

設(shè)第i個(gè)一級系統(tǒng)被分成了ni個(gè)二級系統(tǒng)，各二級系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度分別是Ri1，Ri2，…，Rini，各二級系統(tǒng)在上層一級系統(tǒng)中的權(quán)重分別是wi1，wi2，…，wini，則第i個(gè)一級系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)為

綜合上面二式，可得總的研制風(fēng)險(xiǎn)為

對于子系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)度評估，具體可參考文獻(xiàn)［5］。

2.5 研制周期指數(shù)評估模型

在艦船裝備論證研制過程中，研制周期也是一個(gè)各方都非常關(guān)注的指標(biāo)［6］。裝備的綜合能力除了由其自身的各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)確定以外(絕對能力)，還涉及到與同時(shí)期其他國家裝備總體水平的對比(相對能力)，在實(shí)現(xiàn)同樣戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的條件下，研制周期的延長雖然不能降低裝備的絕對能力，但是勢必導(dǎo)致相對能力的下降。因此，在綜合評估艦船裝備論證方案時(shí)還需要考慮到研制周期評估指數(shù)。

對于研制周期的評估，可以采用關(guān)鍵路徑分析的方法進(jìn)行。通過系統(tǒng)的工作分解結(jié)構(gòu)，確定出裝備論證全過程的關(guān)鍵路徑，進(jìn)而采用相對值法進(jìn)行評估。在開始評估前，可以選定某一方案作為基準(zhǔn)方案，設(shè)定其研制周期為T0(通常設(shè)定為1)，通過與基準(zhǔn)方案的分析比較，可以得出潛艇研制周期評估指數(shù)為

式中:k為差異性系數(shù);T0為基準(zhǔn)方案研制周期;T為被評估方案研制周期評估指數(shù)。

與經(jīng)濟(jì)性指數(shù)評估一樣，為了更加細(xì)致地辨析方案之間的差異性，以便準(zhǔn)確得到評估結(jié)果，可將方案的研制周期按照關(guān)鍵路徑進(jìn)一步劃分進(jìn)行評估。

2.6 方案綜合評估指數(shù)

在艦船裝備論證評估中，武器系統(tǒng)性能指數(shù)、平臺系統(tǒng)性能指數(shù)、經(jīng)濟(jì)性指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及周期指數(shù)分別反映了論證方案的不同方面，為了對論證方案開展綜合而全面的評估，需要將其加以有效結(jié)合，得出方案綜合評估指數(shù)。

在5個(gè)方面的評估指數(shù)中，武器系統(tǒng)性能指數(shù)和平臺系統(tǒng)性能指數(shù)體現(xiàn)了艦船裝備的固有能力屬性，是裝備自身綜合能力從不同方面所作的反映，而且二者相互聯(lián)系、缺一不可。因此，在建立方案綜合評估指數(shù)時(shí)將二者以乘積形式表示;經(jīng)濟(jì)性指數(shù)作為裝備經(jīng)濟(jì)性的一種度量，是裝備費(fèi)用消耗情況的一種綜合體現(xiàn)。在傳統(tǒng)的方案評估中，通常將經(jīng)費(fèi)投入所產(chǎn)生的綜合效益與經(jīng)費(fèi)之比作為對方案的一種簡單度量形式，即在滿足既定效益和費(fèi)用約束的條件下，比值越大，則總體方案綜合效益越好;風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是從論證方案有效實(shí)現(xiàn)的角度進(jìn)行的一種度量。在其他指標(biāo)都相同的情況下，風(fēng)險(xiǎn)大小與方案效果成反比。風(fēng)險(xiǎn)越大，方案效果越差，風(fēng)險(xiǎn)越小，方案效果越好;周期指數(shù)是從時(shí)間角度進(jìn)行的衡量，周期越長，裝備的相對優(yōu)勢越弱。

根據(jù)以上分析，本文采用方案綜合評估指數(shù)來評估論證方案。具體表達(dá)式如下:

式中:FW為武器系統(tǒng)性能指數(shù);FP為平臺系統(tǒng)性能指數(shù);C為經(jīng)濟(jì)性指數(shù);R為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);T為周期指數(shù)。

3 結(jié)語

本文針對艦船裝備論證方案的綜合評估問題，提出了一種較為系統(tǒng)而全面的綜合評估方法，建立了方案綜合評估指數(shù)，可以為論證方案的評估和決策工作提供有益參考。但在具體評估過程中，還有一些重要問題需要進(jìn)一步深入探討和研究，如單項(xiàng)性能指標(biāo)效用函數(shù)的構(gòu)建、綜合性能指數(shù)中權(quán)重的確定等，這些問題直接關(guān)系到最后方案綜合評估指數(shù)計(jì)算結(jié)果的有效性，后續(xù)將對此展開深入研究。

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