基于MAS和FS的多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估方法

劉 旸，孟 梅，張 恒，姚 軍

(1.哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，150001 哈爾濱;2.海軍裝備研究院，100061 北京)

基于MAS和FS的多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估方法

劉 旸1，孟 梅1，張 恒2，姚 軍1

(1.哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，150001 哈爾濱;2.海軍裝備研究院，100061 北京)

為解決艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估中評(píng)估任務(wù)多樣化和度量指標(biāo)間耦合關(guān)系問題，提出一種基于多智能體系統(tǒng)(multiagent system，MAS)的艦船綜合作戰(zhàn)效能評(píng)估方法.該方法首先設(shè)計(jì)了一種能有效處理評(píng)估指標(biāo)間耦合關(guān)系的復(fù)雜體系效能度量模型，并在此基礎(chǔ)上建立了艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估的分層遞階控制模型.采用船舶工程分解結(jié)構(gòu)(SWBS)理論建立了艦船評(píng)估任務(wù)分解機(jī)制，提高了任務(wù)需求能力向量的準(zhǔn)確性.應(yīng)用模糊集合論(fuzzy set，F(xiàn)S)解決了多任務(wù)聯(lián)邦的并行生成問題，針對(duì)評(píng)估任務(wù)建立柔性評(píng)估系統(tǒng).提出無偏好的聯(lián)邦成員效用分配方法，保證了指標(biāo)權(quán)重獲取的客觀性.算例分析驗(yàn)證了該方法求解艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估問題的可行性和有效性.

艦船作戰(zhàn)效能;多智能體系統(tǒng);模糊集合論;合同網(wǎng)協(xié)議;船舶工程分解結(jié)構(gòu)

艦船的綜合作戰(zhàn)能力是現(xiàn)代海戰(zhàn)中決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)、敵我優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵因素，也是衡量各類艦船及其裝備性能優(yōu)劣的綜合性、整體性指標(biāo)，同時(shí)也是艦船戰(zhàn)斗使用、設(shè)計(jì)論證和發(fā)展規(guī)劃的主要性能指標(biāo)［1］.因此對(duì)艦船綜合作戰(zhàn)效能評(píng)估論證的客觀性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要.艦船的作戰(zhàn)系統(tǒng)是由眾多艦載武器及其配套設(shè)施組成的復(fù)雜體系，其通過相互配合來完成作戰(zhàn)任務(wù).在完成一項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)需要調(diào)動(dòng)多個(gè)武器系統(tǒng)，而某個(gè)武器或武器系統(tǒng)可參與完成多項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù).因此，艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)中存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估即是一個(gè)針對(duì)復(fù)雜體系效能的綜合評(píng)估.目前業(yè)界較為認(rèn)同的系統(tǒng)效能定義是美國(guó)工業(yè)界武器效能咨詢委員會(huì)(WSEIAC)對(duì)系統(tǒng)效能的定義:“系統(tǒng)效能是預(yù)期一個(gè)系統(tǒng)能滿足一組特定任務(wù)要求的程度的度量，是系統(tǒng)的有效性、可信賴性和能力的函數(shù)”［2］.對(duì)多個(gè)系統(tǒng)交織在一起的復(fù)雜體系(complex system of systems，CSoS)進(jìn)行效能評(píng)估是較為困難的，需要合理地解決以下問題:1)選擇有效的效能度量指標(biāo)篩選方法，以保障得到足夠代表性、穩(wěn)定性和敏感性的度量指標(biāo)，對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的反映能力強(qiáng)，且盡量減少人為偏好.2)度量指標(biāo)中既有定性指標(biāo)又有定量指標(biāo)，確定的度量體系能夠很好地解決指標(biāo)間的不可公度性和耦合性，且合理確定層次關(guān)系和體系結(jié)構(gòu).3)根據(jù)效能評(píng)估的對(duì)象和方法，選取度量指標(biāo)的權(quán)重確定方法，該方法應(yīng)具有可操作性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、人為偏好小等特點(diǎn).

在多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估系統(tǒng)中，評(píng)估任務(wù)(對(duì)象)的多樣性、效能指標(biāo)需求的不確定性、復(fù)雜體系指標(biāo)間的耦合關(guān)聯(lián)性，以及評(píng)價(jià)過程的層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，是造成多任務(wù)復(fù)雜體系效能度量困難的主要原因.傳統(tǒng)效能評(píng)估方法是一種假設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系的剛性系統(tǒng)［3－5］，且具有一定偏好性，很難適應(yīng)多目標(biāo)多屬性多層次多耦合的復(fù)雜系統(tǒng)多角度的效能評(píng)估要求.針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)效能評(píng)估問題應(yīng)用MAS理論建立多任務(wù)評(píng)估框架模型的研究還未見報(bào)道.本文應(yīng)用MAS和FS理論模擬評(píng)估過程中針對(duì)不同評(píng)估任務(wù)完成效能評(píng)價(jià)體系的生成過程和計(jì)算分析過程，應(yīng)用Agent模擬系統(tǒng)中的信息資源和邏輯資源，通過模糊集算法將適合本次評(píng)估任務(wù)的Agent挑選出來，通過通信協(xié)議將其協(xié)調(diào)起來共同完成解構(gòu)效能度量指標(biāo)耦合關(guān)系、生成柔性評(píng)估體系并求解的過程，提高了評(píng)估效率和適用性.

1 復(fù)雜體系效能度量模型

求解復(fù)雜體系的效能評(píng)估問題，首先應(yīng)對(duì)復(fù)雜體系進(jìn)行抽象建模分析，繼而建立復(fù)雜體系效能度量模型.模型建立的正確與否是體系效能評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確度高低的關(guān)鍵因素.目前較常用的系統(tǒng)效能評(píng)估模型如圖1所示，這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，在處理簡(jiǎn)單系統(tǒng)或體系中的底層指標(biāo)效能度量是適合的，針對(duì)復(fù)雜體系的效能度量則存在很大弊端.例如，某艦艇指揮系統(tǒng)由 C3I升級(jí)到 C4ISR后，從實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)中可知對(duì)空、反潛、反水面、多情報(bào)等多種作戰(zhàn)能力均得到提升，而傳統(tǒng)的評(píng)估模型很難準(zhǔn)確反映指標(biāo)具有耦合關(guān)系的系統(tǒng)(體系)效能評(píng)估.

圖1 傳統(tǒng)效能評(píng)估模型

以系統(tǒng)為分析對(duì)象，充分考慮復(fù)雜體系效能度量間的耦合關(guān)系問題，利用效能度量間的關(guān)聯(lián)關(guān)系逐層分解，直至分解出能夠獨(dú)立影響度量指標(biāo)的變量.這時(shí)的復(fù)雜體系綜合效能EOMOS可以看作是基于性能度量MOP、性能值VOP和權(quán)重因子 w 的線性函數(shù)［6］，即

如圖2所示，可將復(fù)雜體系效能評(píng)估框架分為5層［7－9］:第 1 層為復(fù)雜體系效能度量(measure of system of systems，MOS)層.對(duì)應(yīng)于艦船作戰(zhàn)綜合效能(measures of force effectiveness，MOFES)，指在某種作戰(zhàn)環(huán)境中任務(wù)完成的程度.第2層為系統(tǒng)效能度量(measures of effectiveness，MOES)層，是系統(tǒng)完成其功能程度的定量化描述，對(duì)應(yīng)于艦船作戰(zhàn)效能體系表現(xiàn)為完成某項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)能力，如編隊(duì)護(hù)航、獨(dú)立作戰(zhàn)等.第3層為子系統(tǒng)效能度量(measures of performance，MOPS)層，是系統(tǒng)行為屬性的定量化描述，或系統(tǒng)單個(gè)因素或?qū)傩詫?duì)于整體能力貢獻(xiàn)的數(shù)量化描述，對(duì)應(yīng)于體系中子系統(tǒng)效能的度量，如對(duì)空作戰(zhàn)能力、反潛作戰(zhàn)能力等.第4層為子系統(tǒng)性能度量層，即系統(tǒng)參數(shù)(dimensional parameter，DP)層，表示系統(tǒng)固有的屬性或特征，對(duì)應(yīng)于影響子系統(tǒng)效能的性能設(shè)計(jì)變量，包括艦船各武器系統(tǒng)，如通信指揮控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈發(fā)射裝置等.第5層為變量參數(shù)(variables parameter，VP)層，表示影響子系統(tǒng)變量的參數(shù)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)于影響艦船各武器系統(tǒng)效能的參數(shù).根據(jù)體系的復(fù)雜程度，單項(xiàng)效能度量層可以有多層，直至分解到能夠表征系統(tǒng)性能的原始數(shù)據(jù)層，它們最終決定著體系的屬性或特征.

圖2 復(fù)雜體系效能度量層級(jí)模型

2 基于MAS的艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估方法

2.1 面向任務(wù)的艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估流程

考慮到不同類型艦船的作戰(zhàn)體系組成和性能差別較大，效能度量指標(biāo)也不盡相同，根據(jù)復(fù)雜體系效能評(píng)估建模方法，提出建立如圖3所示的3級(jí)協(xié)商效能評(píng)估流程，將艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估分為評(píng)估任務(wù)分析、指標(biāo)體系創(chuàng)建、效能計(jì)算與分析3個(gè)階段［10－11］.第 1 階段完成評(píng)估任務(wù)的分解、分析;第2階段解決不同類型艦船效能度量指標(biāo)選取問題;第3階段完成艦船評(píng)價(jià)任務(wù).

圖3 面向任務(wù)的艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估流程

2.2 Agent分類與功能設(shè)計(jì)

基于MAS理論的多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能柔性評(píng)估系統(tǒng)主要由5類Agent組成，包括任務(wù)管理、控制、聯(lián)邦協(xié)調(diào)、成員、權(quán)重，如表1所示.

2.3 Agent結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)表1中不同Agent的功能分工，設(shè)計(jì)了兩種Agent結(jié)構(gòu):改進(jìn)慎思型Agent和改進(jìn)反應(yīng)型Agent，如圖 4、5所示.在傳統(tǒng)慎思型和反應(yīng)型Agent結(jié)構(gòu)中增加了操作者對(duì)MAS系統(tǒng)運(yùn)作人工干預(yù)的可能性，便于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程的觀察和控制及數(shù)據(jù)庫的更新和管理.其中任務(wù)管理Agent、控制Agent、協(xié)調(diào)Agent作為管理者，屬于慎思型Agent;成員Agent、權(quán)重Agent屬于反應(yīng)型Agent.

表1 Agent類型與功能

圖4 改進(jìn)慎思型Agent

圖5 改進(jìn)反應(yīng)型Agent

2.4 基于MAS的效能評(píng)估分層遞控模型

通過分析復(fù)雜體系效能度量層級(jí)模型和面向任務(wù)的艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估流程，提出并建立如圖6所示的基于MAS理論的多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估系統(tǒng)的分層遞階控制模型.模型將MAS分布式運(yùn)算結(jié)構(gòu)間的運(yùn)作關(guān)系進(jìn)一步明確，按照層級(jí)遞進(jìn)方式進(jìn)行了劃分，建立了分布式的4層遞階結(jié)構(gòu)，分別為輸入層、模式層、需求層和資源層.每層有1個(gè)控制Agent，最上層控制 Agent為總控Agent，處于整個(gè)系統(tǒng)的中心控制與管理地位，通過全局協(xié)商策略來處理全局計(jì)劃和協(xié)調(diào)任務(wù).下3層控制 Agent為聯(lián)邦協(xié)調(diào) Agent，除接受控制Agent的調(diào)控外，主要負(fù)責(zé)本層(本聯(lián)邦)內(nèi)的各成員Agent調(diào)控，通過局部協(xié)商策略與控制Agent共同完成各評(píng)估任務(wù)的效能計(jì)算需求.

圖6 艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估系統(tǒng)分層遞控模型

2.5 基于合同網(wǎng)協(xié)商機(jī)制的多Agent交互模型

合同網(wǎng)(contract network protocol，CNP)協(xié)商機(jī)制通過模擬人類社會(huì)活動(dòng)中合同建立的過程來協(xié)商分布式系統(tǒng)的工作情況.合同網(wǎng)由3類節(jié)點(diǎn)組成:招標(biāo)者、投標(biāo)者、合同者.招標(biāo)者是負(fù)責(zé)把任務(wù)分配給其他Agent的Agent;投標(biāo)者是具備一定完成任務(wù)能力的Agent;合同者是評(píng)審?fù)ㄟ^后中標(biāo)的投標(biāo)者，它們獨(dú)立或合作完成任務(wù).設(shè)復(fù)雜體系效能評(píng)估協(xié)商模型為＜控制Agent集，協(xié)商Agent集，任務(wù)集，協(xié)商機(jī)制，行為集＞.控制Agent集包括全局和局部協(xié)調(diào)Agent，負(fù)責(zé)全局規(guī)劃、解決任務(wù)和Agent篩選，是協(xié)商的核心部分;協(xié)商Agent集是解決任務(wù)的Agent集合;任務(wù)集是需要進(jìn)行協(xié)商的子任務(wù)集合;協(xié)商機(jī)制是采用的協(xié)商規(guī)范，文中采用CNP協(xié)商機(jī)制來解決多任務(wù)艦船評(píng)估系統(tǒng)中多Agent協(xié)作問題;行為集是各Agent協(xié)商采用的行為規(guī)范，如招標(biāo)、投標(biāo)、中標(biāo)、拒絕等.

多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估過程實(shí)際上是各Agent間依靠分布運(yùn)算和共同協(xié)商完成的臨時(shí)聯(lián)邦生成和成員效用分配的過程.在該系統(tǒng)中，多Agent間協(xié)商過程可分為全局主控協(xié)商和局部自主協(xié)商二級(jí)協(xié)商.全局協(xié)商發(fā)生在任務(wù)管理Agent、控制Agent和聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent之間，局部協(xié)商發(fā)生在各聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent內(nèi)部.

全局協(xié)調(diào)過程如下:1)在控制Agent的控制下任務(wù)管理Agent將子任務(wù)分配給相應(yīng)的聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent;2)作戰(zhàn)模式Agent聯(lián)邦根據(jù)任務(wù)需求建立臨時(shí)聯(lián)邦;將臨時(shí)聯(lián)邦成員數(shù)量和排隊(duì)等級(jí)報(bào)告給控制Agent;3)作戰(zhàn)需求Agent聯(lián)邦根據(jù)任務(wù)需求建立臨時(shí)聯(lián)邦;將臨時(shí)聯(lián)邦成員數(shù)量和排隊(duì)等級(jí)報(bào)告給控制Agent;4)控制Agent將作戰(zhàn)需求Agent聯(lián)邦與相應(yīng)的作戰(zhàn)模式聯(lián)邦成員Agent建立關(guān)聯(lián);5)武器系統(tǒng)Agent聯(lián)邦根據(jù)任務(wù)需求建立臨時(shí)聯(lián)邦;將臨時(shí)聯(lián)邦成員數(shù)量和排隊(duì)等級(jí)報(bào)告給控制Agent;6)控制Agent將武器系統(tǒng)Agent聯(lián)邦與相應(yīng)的作戰(zhàn)需求聯(lián)邦成員Agent建立關(guān)聯(lián);7)控制Agent將各臨時(shí)聯(lián)邦成員數(shù)量和排隊(duì)等級(jí)傳遞給權(quán)重Agent，權(quán)重Agent計(jì)算后權(quán)重值傳遞給各臨時(shí)聯(lián)邦;8)臨時(shí)聯(lián)邦成員依次完成各自計(jì)算任務(wù)，將返回值傳遞給上層聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent，模式協(xié)調(diào)Agent將評(píng)估結(jié)果返回給控制Agent;9)控制Agent向任務(wù)管理Agent發(fā)出任務(wù)結(jié)束信息，此評(píng)估任務(wù)消解.

聯(lián)邦內(nèi)局部協(xié)調(diào)過程如下:1)聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent根據(jù)接收控制Agent傳遞來的子任務(wù)向本聯(lián)邦內(nèi)所有成員Agent發(fā)出招標(biāo)信息;2)本聯(lián)邦內(nèi)成員Agent具備解決此任務(wù)能力的Agent返回投標(biāo)信息，不具備解決此任務(wù)能力的Agent返回拒絕信息;3)聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent對(duì)投標(biāo)的成員Agent進(jìn)行資格審查，能力強(qiáng)者中標(biāo)，組成臨時(shí)聯(lián)邦;4)將中標(biāo)的Agent數(shù)量和按能力高低將排序結(jié)果報(bào)告給控制Agent;5)聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent接收控制Agent傳遞來的權(quán)重值和臨時(shí)聯(lián)邦成員返回值完成控制Agent分配給聯(lián)邦的任務(wù).

3 基于FS的智能評(píng)估模型

不同類型的艦船由于作戰(zhàn)需求和研制目標(biāo)不同，其功能、作戰(zhàn)能力相差較大.不同類型艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估體系應(yīng)與其艦船自身功能相適應(yīng).上述問題可以轉(zhuǎn)化為針對(duì)一個(gè)評(píng)估任務(wù)，聯(lián)邦協(xié)調(diào)Agent根據(jù)控制Agent發(fā)送來的子任務(wù)序列對(duì)具有解決該任務(wù)能力的本轄區(qū)各Agent進(jìn)行考核，考核通過的各Agent組成臨時(shí)聯(lián)邦，任務(wù)完成后解散.考核標(biāo)準(zhǔn)是選出最少完成任務(wù)能力較強(qiáng)的Agent組成臨時(shí)聯(lián)邦，反對(duì)選用數(shù)量多而能力弱的Agent組成臨時(shí)聯(lián)邦，且允許單個(gè)Agent組成聯(lián)邦和參加多個(gè)聯(lián)邦.應(yīng)用基于模糊集合論(fuzzy set，F(xiàn)S)［12］的多任務(wù)聯(lián)邦并行生成方法解決以上問題.

3.1 聯(lián)邦生成的成員考核策略

步驟1 建立任務(wù)能力需求矩陣.設(shè)有任務(wù)集{T1，T2，…，Tm}，每個(gè)任務(wù)具有一個(gè)r維能力需求向量Tj= ＜ bj1，bj2，…，bjr＞ (j=1，2，…，m)，其中bj

k(k=1，2，…，r)是分析任務(wù)需求而得出的模糊評(píng)價(jià).m個(gè)任務(wù)具有r種能力需求的關(guān)系用m×r矩陣表示，記為

步驟3 建立任務(wù)與Agent模糊關(guān)系矩陣．每一個(gè)任務(wù)可看作是在Agent論域上得一個(gè)模糊集合，n個(gè)Agent求解m個(gè)任務(wù)，判斷Agent求解任務(wù)的適合度，即Agent對(duì)任務(wù)求解聯(lián)邦的隸屬程度，以此生成多任務(wù)聯(lián)邦．關(guān)系矩陣R記為

步驟3 建立任務(wù)與Agent模糊關(guān)系矩陣.每一個(gè)任務(wù)可看作是在Agent論域上得一個(gè)模糊集合，n個(gè)Agent求解m個(gè)任務(wù)，判斷Agent求解任務(wù)的適合度，即Agent對(duì)任務(wù)求解聯(lián)邦的隸屬程度，以此生成多任務(wù)聯(lián)邦.關(guān)系矩陣R記為

步驟5 建立Agent的聯(lián)邦.選取合適的閾值λ∈［0，1］，λ的選取原則以能過濾掉隸屬度較小的度量指標(biāo)為準(zhǔn).將矩陣R轉(zhuǎn)換為矩陣R'，即

3.2 基于SWBS的任務(wù)能力需求分解策略

對(duì)評(píng)估任務(wù)的正確分析有利于建立有效的任務(wù)能力需求矩陣，從而提高臨時(shí)聯(lián)邦生成的準(zhǔn)確性.本文提出依據(jù)船舶工程分解結(jié)構(gòu)原理建立待評(píng)估任務(wù)的能力需求分解策略.船舶工程分解結(jié)構(gòu)(ship work breakdown structure，SWBS)是以目標(biāo)任務(wù)為中心的一種層級(jí)體系，是將目標(biāo)任務(wù)劃分為可完成的工作描述的一種方法.作戰(zhàn)性能需求(required operational capabilities，ROCS)是以作戰(zhàn)任務(wù)為中心基于SWBS進(jìn)行的層級(jí)分解體系，將作戰(zhàn)任務(wù)劃分為明確易行的子任務(wù)清單.不同級(jí)別的任務(wù)分解清單對(duì)應(yīng)不同級(jí)別的任務(wù)能力需求矩陣和Agent能力向量矩陣.該策略在任務(wù)管理Agent內(nèi)完成，所有類型艦船ROCS被整理集合在數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)待評(píng)估艦船的作戰(zhàn)需求選取適合的ROCS分配給控制Agent處理.

3.3 聯(lián)邦成員的效用分配策略

針對(duì)不同評(píng)估任務(wù)的臨時(shí)聯(lián)邦生成后，接下來需要解決各成員Agent在本聯(lián)邦內(nèi)效用分配問題，也就是各成員Agent在本聯(lián)邦內(nèi)作用發(fā)揮大小問題，即各效能度量指標(biāo)權(quán)重大小問題.通過對(duì)一定樣本數(shù)量的評(píng)估體系權(quán)重值統(tǒng)計(jì)分析，其大小分布規(guī)律服從均值為零的高斯分布.因此聯(lián)邦成員的效用分配采用公式賦權(quán)法［13］計(jì)算所得，即

其中:Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，i為排隊(duì)等級(jí)，n為決策目標(biāo)數(shù).

該方法只需獲取參與評(píng)估的效能度量指標(biāo)數(shù)，即臨時(shí)聯(lián)邦的成員數(shù)量(以下稱決策目標(biāo)數(shù))和重要程度排序(以下稱排隊(duì)等級(jí))即可.由式(4)可知聯(lián)邦成員Agent數(shù)量，即決策目標(biāo)數(shù)，根據(jù)隸屬度數(shù)值大小確定每個(gè)Agent對(duì)完成任務(wù)的重要度，即Agent排隊(duì)等級(jí).采用公式賦權(quán)法獲取權(quán)重值簡(jiǎn)便易行，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化，同時(shí)最大限度地降低了權(quán)重評(píng)價(jià)過程中的人為偏好問題，使評(píng)估結(jié)果更顯客觀.

如果決策目標(biāo)中存在排隊(duì)等級(jí)相同的指標(biāo)，即重要程度相同，則權(quán)重值也相同.設(shè)決策目標(biāo)中存在m組重要度相等的指標(biāo)組，組內(nèi)指標(biāo)數(shù)依次為 l1、l2、…、lm，l1+l2+ … +lm≤n，則式(6)中的決策目標(biāo)數(shù)n應(yīng)被n－(l1+l2+…+lm)+m替換.權(quán)重值計(jì)算完成后，排隊(duì)等級(jí)相同的指標(biāo)通過復(fù)制對(duì)應(yīng)組的權(quán)重值獲得權(quán)重，歸一化后與對(duì)應(yīng)聯(lián)邦成員建立聯(lián)系.

4 算例分析

選取某防空型巡洋艦的3個(gè)設(shè)計(jì)方案作為算例，驗(yàn)證多任務(wù)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估體系的適用性.

任務(wù)管理Agent完成對(duì)評(píng)估任務(wù)的分解，生成ROCS3級(jí)分解清單，模式協(xié)調(diào)Agent、作戰(zhàn)協(xié)調(diào)Agent和武器協(xié)調(diào)Agent根據(jù)分解清單生成各自的任務(wù)能力需求向量，進(jìn)而求得相應(yīng)的臨時(shí)聯(lián)邦.

首先生成作戰(zhàn)模式Agent聯(lián)邦，作戰(zhàn)模式任務(wù)集{T1}={防空型巡洋艦}，任務(wù)能力需求矩陣為

具備解決該任務(wù)能力的Agent集設(shè)為{A1，A2，A3，A4，A5，A6}={航母編隊(duì)，艦隊(duì)作戰(zhàn)，防御，護(hù)航，獨(dú)立作戰(zhàn)，威懾}，建立Agent矩陣，即

取閾值 λ =0.53，可得 R'，即

T1的聯(lián)邦 C1={A1，A2，A5}，決策目標(biāo)數(shù)為3，排隊(duì)等級(jí):① A1，② A2，③ A5.同理，可求得作戰(zhàn)需求和武器系統(tǒng)的聯(lián)邦成員、決策目標(biāo)數(shù)和排隊(duì)等級(jí)，見表 2、3.

表2 作戰(zhàn)需求聯(lián)邦、決策目標(biāo)數(shù)及排隊(duì)等級(jí)

表3 武器系統(tǒng)聯(lián)邦、決策目標(biāo)數(shù)及排隊(duì)等級(jí)

各聯(lián)邦生成后即得到防空型巡洋艦的作戰(zhàn)效能度量模型，如圖7所示，各效能度量指標(biāo)的權(quán)重采用式(6)求得.該艦武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及各武器系統(tǒng)效能值如表4所示.

根據(jù)圖7的作戰(zhàn)效能度量模型和表4的武器系統(tǒng)效能值，代入到式(1)中，可求得該防空型巡洋艦3方案各種戰(zhàn)斗能力的效能評(píng)測(cè)結(jié)果，如表5所示.

圖7 防空型巡洋艦作戰(zhàn)效能度量模型

表4 武器系統(tǒng)方案及效能

表5 防空型巡洋艦3方案作戰(zhàn)效能

評(píng)價(jià)結(jié)果分析:對(duì)于反水面作戰(zhàn)、攻擊能力，方案3最優(yōu)，方案2次之;對(duì)于其他作戰(zhàn)能力方案2最優(yōu)，方案3次之.對(duì)于綜合作戰(zhàn)效能，方案2最優(yōu)，方案3其次，方案1最差.

5 結(jié) 論

1)對(duì)艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估方法進(jìn)行了研究，在MAS的框架模型下引入了基于FS的多任務(wù)聯(lián)邦并行生成算法、基于公式賦權(quán)法的聯(lián)邦成員的效用分配算法和基于SWBS的任務(wù)能力需求分解策略，結(jié)合CNP協(xié)商機(jī)制，建立了一個(gè)面向艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估的分布式多層遞階控制復(fù)雜體系效能測(cè)度模型，詳細(xì)給出了效能度量聯(lián)邦形成方法與Agent交互機(jī)制.

2)建立的復(fù)雜體系測(cè)度模型一方面解決了針對(duì)評(píng)估對(duì)象多樣化需建立多樣化評(píng)測(cè)模型的問題，另一方面解決了傳統(tǒng)效能測(cè)度方法由于無法解決效能度量耦合關(guān)聯(lián)問題而將其作為獨(dú)立變量最終導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果偏差的問題.

3)面向任務(wù)的艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估以艦船各種作戰(zhàn)任務(wù)的完成能力為目標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系，獲取艦船各種作戰(zhàn)效能快速而準(zhǔn)確，消除了由于武器系統(tǒng)配合問題影響效能發(fā)揮而導(dǎo)致的評(píng)價(jià)結(jié)果誤差.

4)將所提出的技術(shù)方法應(yīng)用于艦船作戰(zhàn)效能評(píng)估實(shí)踐，通過對(duì)防空型巡洋艦CG(X)3個(gè)設(shè)計(jì)方案的評(píng)測(cè)，驗(yàn)證了該評(píng)估方法的靈活性和在處理耦合關(guān)系方面的準(zhǔn)確性.

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Effectiveness evaluation method of naval ship oriented to multi-mission base on MAS and FS

LIU Yang1，MENG Mei1，ZHANG Heng2，YAO Jun1
(1.College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，150001 Harbin，China;2.Naval Academy of Armament，100061 Beijing，China)

To solve the problems of building diversity evaluation system for different task and coupling relationship between different measurement indexes，a multi-agent evaluation frame work about effectiveness of naval ship was proposed.The method of model construction about measure of effectiveness of complex system was presented firstly，which can deal with the problem of the coupling relationship between different targets.Then Hierarchical control model was built based on that model.Task breakdown mechanism based on ship work breakdown structure(SWBS)and application of fuzzy set theory to solve the issue of multi-task coalition parallel generation was presented.Agent which had the strongest ability was chosen to compose temporary federate.Utility allocation of federate software without preferences to evaluation effectiveness of naval ship was presented.The weight of index by the method was objective.At last the paper proved the feasibility and effectiveness of the method.

force effectiveness of naval ship;MAS;fuzzy set;CNP;SWBS

U674.7;U662.3;O144;O213

A

0367－6234(2014)02－0121－08

2013－03－09.

國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目(J010712042).

劉 旸(1978—)，女，講師，博士研究生;

孟 梅(1961—)，女，教授，博士生導(dǎo)師.

劉 旸，qingtianriji@126.com.

(編輯 魏希柱)