基于任務(wù)完成率的武器裝備系統(tǒng)效能評估

王建功，王可人，陳家松，郭建蓬

（電子工程學(xué)院，合肥 230031）

基于任務(wù)完成率的武器裝備系統(tǒng)效能評估

王建功，王可人，陳家松，郭建蓬

（電子工程學(xué)院，合肥 230031）

從系統(tǒng)效能的定義出發(fā)，提出了基于任務(wù)完成率的系統(tǒng)效能評估方式。它以靶場試驗為基礎(chǔ)，根據(jù)任務(wù)指標建立準則設(shè)定相應(yīng)的任務(wù)，以試驗結(jié)果數(shù)據(jù)來評定任務(wù)的完成情況。綜合利用AHP和灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法對各任務(wù)完成率聚合，得到裝備系統(tǒng)效能評估結(jié)果。

任務(wù)完成率，AHP，灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法

0 引言

隨著武器裝備的發(fā)展及軍事需求的牽引，裝備與裝備之間的互補性也愈加密切，新的武器裝備系統(tǒng)往往由各種不同類型、不同用途的裝備構(gòu)成，評估其效能需要構(gòu)建龐大多樣的指標體系，而且多指標的意義、量綱存在著較大的差異，指標的實現(xiàn)值在數(shù)量上相差很大，因此，對武器裝備系統(tǒng)效能的評估也更加復(fù)雜更加困難。如何在這種情況下較好地解決裝備系統(tǒng)效能綜合評估，是一個值得研究的問題［1-3］。

1 系統(tǒng)效能評估

武器裝備系統(tǒng)效能是武器裝備系統(tǒng)在特定條件下和在規(guī)定時間內(nèi)滿足特定任務(wù)的程度。從定義可以看出，武器裝備系統(tǒng)效能的評估是在一定環(huán)境下進行的，受條件和時間的制約，系統(tǒng)效能的優(yōu)劣體現(xiàn)在滿足特定任務(wù)的程度上，即任務(wù)完成率，任務(wù)完成的程度最終反映出裝備系統(tǒng)效能的優(yōu)劣，因此，武器裝備系統(tǒng)效能的評估就可以從另一個角度來進行，即通過建立試驗環(huán)境鑒定體系以完成相應(yīng)功能試驗，在試驗前設(shè)定一定任務(wù)，試驗后統(tǒng)計設(shè)定任務(wù)的完成率，以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過建立數(shù)學(xué)模型完成系統(tǒng)效能評估。任務(wù)的設(shè)定要與試驗內(nèi)容相一致，是在對評估對象和試驗?zāi)康某浞址治龅幕A(chǔ)上進行的，它要滿足一定的原則：

①一致性

一致性是指設(shè)定的任務(wù)要與系統(tǒng)效能評估的目的相一致。任務(wù)完成率是系統(tǒng)效能評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是評估能否實施的源頭，因此，任務(wù)與評估目的是否一致則是評估成功與否的根本。同時，任務(wù)的完成依托于裝備試驗，存在于試驗內(nèi)容之中，并與最終的試驗?zāi)康谋３忠恢?。任?wù)選擇不能脫離于試驗任務(wù)內(nèi)容，要在做什么試驗、如何完成試驗的基礎(chǔ)上分析研究，設(shè)定與之相符合的任務(wù)。

②獨立性

某一個指標的度量可能需要多個數(shù)值來完成計算，因此，就需要設(shè)定多個任務(wù)，統(tǒng)計多個任務(wù)完成率，為了便于計算和建模，各個任務(wù)應(yīng)保持獨立，相互之間沒有交叉，防止互相包含，保持數(shù)據(jù)之間相對獨立性，使得模型計算更為準確。

③完備性

在設(shè)定任務(wù)時，為了能更為精確全面地評估指標值，應(yīng)使之盡可能的體現(xiàn)指標的各個方面，或者能全面的評價指標。由于某些指標包含內(nèi)容比較廣，若評估其效能，則需要綜合考慮所有影響因素，并設(shè)定與之相對應(yīng)的任務(wù)，得到更加精確的效能評估值。

④可測性

可測性是指標任務(wù)的定量表示，指標能夠通過試驗統(tǒng)計方法獲得，即任務(wù)完成率。指標任務(wù)本身便于實際使用，度量的含義明確，具備現(xiàn)實的收集渠道，便于定量分析，具備可操作性。

⑤簡明性

在基本滿足評估要求和給出決策所需信息的前提下，應(yīng)盡量減少任務(wù)個數(shù)，突出主要任務(wù)，以免造成評估指標體系的過于龐大，給以后的評估工作造成困難，并且應(yīng)避免各任務(wù)間的相互關(guān)聯(lián)，使得各個任務(wù)的選擇做到既必要又充分。可測性與完備性是統(tǒng)一的，要求在設(shè)定任務(wù)時應(yīng)在盡可能全面的基礎(chǔ)上抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

⑥可加性

可加性是指指標任務(wù)并非一成不變的，在試驗過程中可以改變設(shè)定的任務(wù)集，即增加或刪除某一個或多個任務(wù)?？杉有蕴岣吡酥笜嗽u估的靈活性，使得評估人員能夠根據(jù)實際試驗情況及時改進評估指標任務(wù)，得到更為準確的評估值。任務(wù)集的改變不能破壞指標任務(wù)之間的關(guān)系，同樣遵循以上基本原則。

數(shù)據(jù)的獲取可以依托于靶場試驗，想定作戰(zhàn)雙方武器對抗環(huán)境，利用現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)，模擬敵方相關(guān)武器系統(tǒng)，構(gòu)建己方武器裝備系統(tǒng)與敵方武器裝備系統(tǒng)綜合對抗平臺。系統(tǒng)效能評估流程如圖1所示。

當試驗數(shù)據(jù)獲取后，效能評估的關(guān)鍵在于如何建立算法模型才能科學(xué)客觀地評估系統(tǒng)效能。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，當進行效能評估時，會存在信息不完備、不全面、不充分的情況。而灰色理論的相關(guān)原理和方法正適用于信息不完全、不充分的問題，而且灰色理論的方法對樣本量及樣本分布規(guī)律都沒有要求，因此，可以使用灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法對復(fù)雜系統(tǒng)的效能進行評估。

圖1 基于任務(wù)完成率的武器裝備系統(tǒng)效能評估流程圖

2 效能評估模型的建立

評估的方法采用層次分析法與灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法相結(jié)合的綜合評估。層次分析法（AHP）主要計算各級指標層中各指標的相對權(quán)重，利用灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法獲得評估對象所屬灰類，兩者結(jié)合建立效能評估模型。文獻［4］詳細介紹了利用AHP方法建立指標權(quán)重向量過程，這里不再介紹。

2.1 灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法

灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法，就是根據(jù)灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)將一些觀測指標或?qū)ο缶奂扇舾蓚€可以定義的類別，將系統(tǒng)歸入某灰類的過程，用于檢測對象是否屬于事先設(shè)定的不同類別，以便區(qū)別對待［5-6］。其基本步驟為：

①確定評估對象，以及評估對象的灰類數(shù)s，選定評估指標xj（j=1，2，…，m），m為指標個數(shù)；

②將指標xj的取值相應(yīng)地分為s個灰類，稱為j指標子類，j指標 k（k=1，2，…，s）子類的白化權(quán)函數(shù)為fjk（·）。白化權(quán)函數(shù)通常分為4種：典型白化權(quán)函數(shù)、下限測度白化權(quán)函數(shù)、適中測度白化權(quán)函數(shù)及上限測度白化權(quán)函數(shù)，在實際應(yīng)用中采用哪種白化權(quán)函數(shù)要根據(jù)實際問題的背景確定；

③求j指標k子類的權(quán)重ηjk。在確定權(quán)重時，有兩種方法：變權(quán)和定權(quán)。定權(quán)聚類適用于指標的意義、量綱皆相同的情形。變權(quán)聚類適用于指標的意義、量綱不同，且在數(shù)量上懸殊較大的情形。

④求聚類系數(shù)向量。

2.2 建立效能評估模型

基于任務(wù)完成率的效能評估，其任務(wù)的設(shè)定是對應(yīng)于評估指標體系中的最末一級指標集。當建立效能評估指標體系后，根據(jù)需要設(shè)定任務(wù)來評估單項指標效能，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)效能評估指標體系結(jié)構(gòu)

對于裝備系統(tǒng)效能評估所建立的各級指標，其量綱、意義不盡相同，比如評估雷達系統(tǒng)時，建立的指標體系中包含通信指標、偵察指標等，評估指標量綱相差很大，評估時需要無量綱化、歸一化預(yù)處理［7-8］。在基于任務(wù)完成率的裝備系統(tǒng)效能評估中，效能評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為任務(wù)完成率，其量綱、意義均相同，利用算法模型根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算得到各指標的評估值，盡管指標所表示的含義不同，但其評估值的量綱是一樣的，因此，在灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法中采用定權(quán)聚類［9-11］。

設(shè)裝備系統(tǒng)效能評估指標體系共有N（N≥1）級，所有最末一級指標的集合為Λ，將每一個指標對象 A（設(shè)其上級指標為 A'）標記為 AiΩ（k），若 A?Λ，則 A'下級指標集元素個數(shù)為 mΩ'（k），其中 i∈{1，2，…，mΩ'（k）}表示 A 在 A'下級指標集中的排序號，（對任意 jl∈{0，1，…，N-1}）指向A的上一級指標，jk表示A'在其上級指標的下級指標集中的排序號，即（k≥1），Ω'（k）=j0，j1，…，jk-1。若 A∈Λ，則其共有 nΩ（N-1）i個任務(wù)，標記為SpΩ（N-1）i（p∈{1，2，…，nΩ（N-1）i}）。對于指標對象A（AiΩ（k）），利用 AHP法得到其下級指標集或任務(wù)集的權(quán)重向量為 WΩ（k）={w|w∈wtΩ（k）i，t=1，2，…，mΩ（k）}，其中mΩ（k）為A下級指標集或任務(wù)集元素個數(shù)。

2.2.1 建立白化權(quán)函數(shù)

按照評估方法需求，首先劃分評估對象灰類數(shù)。設(shè)第j個指標評估灰類數(shù)為s，將指標的取值范圍［a0，as］相應(yīng)地劃分為 s個灰類 He，e∈{1，2，…，s}如表1所示，其中閾值ae的值可根據(jù)實際問題的要求或定性研究結(jié)果確定。

表1 評價灰類取值區(qū)間

劃分灰類后，則要建立白化權(quán)函數(shù)fjk（·），k=1，2，…，s計算各指標值屬于各灰類的隸屬度。模型采用典型白化權(quán)函數(shù)，對于評價等級He，令x1=ae-1-Δ'e，x2=（ae-1+ae）/2-Δe，x3=（ae-1+ae）/2+Δe，x4=ae+Δe，其中 Δe≥0，Δ'e≥0且 Δe-Δ'e≤（ae-ae-1）/2，當x?［x1，x4］，fje（x）=0；當x∈［x1，x2］時，fje（x）=（x-x1）/（x2-x1）；當x∈［x2，x3］時，fje（x）=1；當x∈［x3，x4］時，fje（x）=（x4-x）/（x4-x3）；若fje（x）<0，則fje（x）=0，若fje（x）>1，則fje（x）=1。故對于所有評價灰類，其白化權(quán)函數(shù)如圖3所示，對于fj1（·）和fjs（·），可分別根據(jù)具體情況將j指標取數(shù)域向左、向右延拓至a'0和a's。

圖3 各評價灰類白化權(quán)函數(shù)

由圖3可以看出，He與He+1的白化權(quán)函數(shù)存在著如下關(guān)系：

2.2.2 建立算法模型

算法模型描述如下：

①評估的起始狀態(tài)為設(shè)定任務(wù)的完成率，它記錄試驗中各項設(shè)定任務(wù)的完成情況，記為，轉(zhuǎn)向②；

②利用AHP法，建立同一指標下不同任務(wù)之間的相對權(quán)重向量，記為，同時建立各級指標相對于上一級指標的權(quán)重向量，記為，轉(zhuǎn)向③；

③按照評估要求刻畫灰類，選取閾值，建立白化權(quán)函數(shù)F，轉(zhuǎn)向④；

④計算各個任務(wù)完成率屬于各灰類的隸屬度F（S），轉(zhuǎn)向⑤；

⑤最末一級指標聚類向量 B=F（S）?Ws，指標集Z=Λ，轉(zhuǎn)向⑥；

3 評估實例

圖4 某裝備偵察能力評估指標體系

在評估某雷達裝備的偵察效能時，建立其評估指標體系如圖4所示?？偰繕藶锳，其下級指標共有3個，分別為A1、A2和A3。為了評估這3個子指標，根據(jù)需求，在試驗中設(shè)定相應(yīng)的任務(wù)來完成評估，其中評估 A1的任務(wù)為 S1=（S11，S12，S13，S14，S15），評估A2的任務(wù)為 S2=（S21，S22，S23），評估 A3的任務(wù)為 S3=（S31，S32，S33，S34）。

根據(jù)算法模型，其關(guān)鍵是建立各評價灰類的白化權(quán)函數(shù)。設(shè)評價灰類數(shù)為5，其灰類評價等級及其取值區(qū)間如表2所示。

表2 灰類評價等級及其取值區(qū)間

其白化權(quán)函數(shù)如表3所示。

表3 各個評價灰類的白化權(quán)函數(shù)

根據(jù)白化權(quán)函數(shù)計算各個任務(wù)的灰類值，與權(quán)重聚類后得到 A1、A2、A3的聚類向量（0，0.15，0.375，0.475，0），子指標聚類后得到的聚類向量0.385，故最終裝備偵察能力的評估為良。

4 結(jié)束語

裝備系統(tǒng)效能的評估是一項復(fù)雜龐大的工程，指標的選取與聚合則是其中的關(guān)鍵所在［12］。本文從系統(tǒng)效能評估的定義出發(fā)，從另一個角度提出了基于任務(wù)完成率的效能評估方式。它很好地解決了在系統(tǒng)效能評估中指標選取的復(fù)雜性問題，統(tǒng)一了評估指標的量綱，為指標的聚合提供了很大的便利。同時，在評估過程中，指標任務(wù)并不是一成不變的，提高了評估的靈活性。但同時，這種評估方式也存在著一定的局限性，在實際的評估中，若采用基于作戰(zhàn)效果與基于任務(wù)完成率的聯(lián)合評估，則可大大提高裝備系統(tǒng)效能評估的可信性。

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Research onWeaponry System Effectiveness Evaluation Based on Task Com p letion Rate

WANG Jian-gong，WANGKe-ren，CHEN Jia-song，GUO Jian-peng
（Electronic Engineering Institute，Hefei230031，China）

According to the definition of system effectiveness，the new effectiveness evaluation way is presented on base of task completion rate，which is in view of range test.The people can set the corresponding tasks according to the target set standards，and utilize the test data to assess the task completion.Then the AHP and grey whitenization weight function clustering method are used to aggregate each task completion rate，by which the effectiveness evaluation results of equipment system are obtained.

task completion rate，AHP，greywhitenizationweight function clusteringmethod

E911

A

1002-0640（2015）11-0048-05

2014-09-21

2014-11-12

王建功（1985- ），男，工程師，在讀碩士生。研究方向軍事裝備學(xué)、通抗裝備。