兩棲攻擊艦初步總體方案綜合評(píng)估方法

崔魯寧 程 虹 鄭 義

（中國(guó)人民解放軍92537部隊(duì) 北京100161）

兩棲攻擊艦初步總體方案綜合評(píng)估方法

崔魯寧 程 虹 鄭 義

（中國(guó)人民解放軍92537部隊(duì) 北京100161）

針對(duì)兩棲攻擊艦總體方案綜合評(píng)估的特殊性和復(fù)雜性，分析國(guó)外艦船立項(xiàng)論證階段初步總體方案綜合評(píng)估技術(shù)發(fā)展，采用層次分析方法與決策理論中效用函數(shù)理論，從綜合效能、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用三方面建立立項(xiàng)論證階段兩棲攻擊艦初步總體方案綜合評(píng)估指標(biāo)體系及方法，為兩棲攻擊艦立項(xiàng)論證階段初步總體方案確定提供技術(shù)支撐。

兩棲攻擊艦；初步總體方案；指標(biāo)體系；評(píng)估方法

引 言

兩棲攻擊艦主要特點(diǎn)是采用縱通甲板，可搭載艦載機(jī)（輸送直升機(jī)、武裝直升機(jī)）、登陸艇（氣墊登陸艇、排水型登陸艇），同時(shí)還可搭載大量登陸部隊(duì)以及陸戰(zhàn)裝備，具有較強(qiáng)的垂直輸送能力、空中火力支援能力。兩棲攻擊艦立項(xiàng)論證階段的初步總體方案評(píng)估主要是評(píng)價(jià)各方案在軍事上是否滿足需求，技術(shù)上是否先進(jìn)，費(fèi)用上是否合理，風(fēng)險(xiǎn)能否有效控制，研制能否取得相應(yīng)的軍事效能等，為科學(xué)決策初步總體方案提供依據(jù)。由于影響兩棲攻擊艦總體方案的指標(biāo)較多，為突出重點(diǎn)評(píng)價(jià)要素，對(duì)比分析各方案之間的主要差別，本文擬從效費(fèi)比、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)兩方面建立初步總體方案綜合評(píng)估指標(biāo)體系及方法。

1 國(guó)外海軍艦船初步總體方案綜合評(píng)估技術(shù)發(fā)展

美國(guó)海軍在對(duì)艦船立項(xiàng)論證階段進(jìn)行初步總體方案綜合評(píng)估時(shí)，通過(guò)建立效能、費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo)評(píng)估方法，將其軟件化后形成艦船綜合評(píng)估模型。根據(jù)多目標(biāo)遺傳優(yōu)化理論，在較大的方案空間進(jìn)行較為全面的方案分析，獲得一系列備選方案，并通過(guò)曲線（一系列備選優(yōu)化方案）的形式展示給決策者，從而使決策者對(duì)各方案的效能、費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)一目了然；并將優(yōu)選出的概念方案轉(zhuǎn)入概念開發(fā)階段，運(yùn)用ASSET綜合評(píng)估工具進(jìn)行方案的深化論證和綜合評(píng)估，最終形成《作戰(zhàn)使用需求書》（即ORD），交由工業(yè)部門進(jìn)行下一階段的設(shè)計(jì)工作。該方法已成功應(yīng)用于美海軍多型艦船立項(xiàng)論證和設(shè)計(jì)工作，在LHA（R）新型兩棲攻擊艦方案論證過(guò)程中，采用ASSET綜合評(píng)估工具中的總體方案評(píng)估模塊對(duì)不同概念方案的綜合效能進(jìn)行評(píng)估計(jì)算［1］，為最終確定總體方案提供技術(shù)支持（參見圖1）。

2 兩棲攻擊艦初步總體方案綜合評(píng)估的總體框架

艦船立項(xiàng)論證階段的初步總體方案可以提出船型、主尺度、航速、隱身性等總體性能指標(biāo)，可提出主要系統(tǒng)配置，初步確定總布置和船體結(jié)構(gòu)形式等。在該階段開展評(píng)估也是為確定技術(shù)水平是否先進(jìn)、風(fēng)險(xiǎn)是否可控、費(fèi)用是否合理，為方案選型決策提供依據(jù)，因此分別從效費(fèi)比、風(fēng)險(xiǎn)兩方面開展評(píng)估工作。

2.1 綜合效能

艦船立項(xiàng)論證階段的初步總體方案是依據(jù)軍事需求提出的。一般各項(xiàng)指標(biāo)都滿足最低要求和基本需求，開展評(píng)估主要是從幾個(gè)方案中選出最優(yōu)方案。因此，在開展綜合效能評(píng)估中，除要考慮作戰(zhàn)能力、機(jī)動(dòng)能力和生存能力等方面以外，還要綜合不同類型艦船特點(diǎn)綜合考慮相關(guān)保障能力，全面反映方案的技術(shù)特征和效能。

2.2 風(fēng) 險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)主要包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，其中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是起決定性作用的主要風(fēng)險(xiǎn)，它通常是造成費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。因此，在立項(xiàng)論證階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要是針對(duì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估。

2.3 費(fèi) 用

艦船的費(fèi)用包括采辦費(fèi)用和使用保障費(fèi)用。采辦費(fèi)用包括研制費(fèi)和購(gòu)置費(fèi)，使用保障費(fèi)用主要包括人員費(fèi)、維修費(fèi)、油料費(fèi)、彈藥費(fèi)、改裝費(fèi)、退役費(fèi)等。在艦船立項(xiàng)論證階段，主要從研制費(fèi)和購(gòu)置費(fèi)兩方面進(jìn)行各方案總的經(jīng)費(fèi)概算。

3 兩棲攻擊艦綜合效能評(píng)估方法

3.1 綜合效能評(píng)估流程

綜合效能評(píng)估流程（參見下頁(yè)圖2）［3］主要包括以下步驟：

（1）采用層次分析法分解綜合效能，建立綜合效能評(píng)估指標(biāo)體系；

（2）基于專家兩兩比較法確定各層指標(biāo)的權(quán)重；

（3）應(yīng)用多屬性效用理論，建立各底層定量指標(biāo)的價(jià)值函數(shù)，確定各底層定性指標(biāo)等級(jí)劃分及定義；

（4）獲取各底層指標(biāo)值，計(jì)算對(duì)應(yīng)指標(biāo)的效用值；

（5）計(jì)算方案的總效用值。

3.2 綜合效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

綜合效能評(píng)估指標(biāo)體系可從投送能力、機(jī)動(dòng)能力、生存能力、總布置合理性、可拓展能力等五個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)建。

3.2.1 投送能力

投送能力包括裝載能力、輸送能力。

裝載能力下屬指標(biāo)包括登陸兵裝載能力、陸戰(zhàn)裝備裝載能力、物資裝載能力。其中登陸兵裝載能力下屬指標(biāo)為可搭載登陸兵數(shù)量；陸戰(zhàn)裝備裝載能力下屬指標(biāo)為車輛庫(kù)面積；物資裝載能力下屬指標(biāo)為物資裝載空間容積。

輸送能力下屬指標(biāo)包括垂直輸送能力、平面輸送能力。其中垂直輸送能力下屬指標(biāo)包括直升機(jī)庫(kù)面積、起降點(diǎn)數(shù)量；平面輸送能力下屬指標(biāo)包括氣墊登陸艇或塢載通用登陸艇搭載數(shù)量［2］。

3.2.2 機(jī)動(dòng)能力

機(jī)動(dòng)能力包括續(xù)航力、航速、自給力。

3.2.3 生存能力

生存能力包括隱身性、生命力。

隱身性下屬指標(biāo)包括雷達(dá)波隱身、紅外隱身，雷達(dá)波隱身下屬指標(biāo)為全艦RCS，紅外隱身下屬指標(biāo)為紅外輻射強(qiáng)度。

生命力下屬指標(biāo)包括推進(jìn)系統(tǒng)生命力、結(jié)構(gòu)防護(hù)能力。

3.2.4 總布置

總布置包括總體格局及通道設(shè)置?？傮w格局主要考慮機(jī)庫(kù)、塢艙、車輛庫(kù)、居住區(qū)、貨艙、機(jī)艙等區(qū)域之間格局合理性；通道設(shè)置主要考慮塢艙、車輛庫(kù)、機(jī)庫(kù)之間通道可達(dá)性及合理性，貨艙轉(zhuǎn)運(yùn)通道合理性。

3.2.5 可拓展能力

可拓展能力指具備未來(lái)可根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行功能拓展的能力。

3.3 綜合效能評(píng)估計(jì)算方法

3.3.1 定量指標(biāo)價(jià)值函數(shù)的建立

對(duì)各底層定量指標(biāo)的價(jià)值函數(shù)，依據(jù)兩棲攻擊艦的主要作戰(zhàn)使用性能要求和相關(guān)艦船規(guī)范確定。具體過(guò)程：首先確定各指標(biāo)門限值和目標(biāo)值。門限值為滿足使用要求的最小可接受值，對(duì)應(yīng)效用值設(shè)定為60；目標(biāo)值為理想值或者技術(shù)極限值，對(duì)應(yīng)效用值設(shè)定為100。然后，按作戰(zhàn)使用追求的目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)的難易程度和合理性確定價(jià)值函數(shù)形式（可以分為線性、S型、上凸型、下凹型）。當(dāng)指標(biāo)值大于目標(biāo)值時(shí)，效用值取100；當(dāng)指標(biāo)值小于門限值時(shí)，對(duì)于規(guī)范有最低要求的指標(biāo)或不可放棄的關(guān)鍵性指標(biāo)效用值取0，其他指標(biāo)可在0～60之間取值［4］。

3.3.2 定性指標(biāo)等級(jí)劃分方法

對(duì)定性指標(biāo)值常用的度量方法有等級(jí)法、標(biāo)度法、模糊數(shù)法、灰色數(shù)法等。在兩棲攻擊艦初步總體方案評(píng)估中，擬采用標(biāo)度法進(jìn)行定性指標(biāo)的度量，首先將定性指標(biāo)依據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)劃分為若干個(gè)等級(jí)，確定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，再分別賦予60～100之間的量值，評(píng)估時(shí)對(duì)應(yīng)所劃分等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)給定各定性指標(biāo)的效用值。下頁(yè)表1列舉了定性指標(biāo)等級(jí)劃分方法。

4 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

4.1 確定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)度

通過(guò)考察技術(shù)成熟度來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)度。根據(jù)系統(tǒng)或設(shè)備現(xiàn)有技術(shù)的成熟度來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)技術(shù)成熟度定義，把TRL（風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)）分為9個(gè)級(jí)別，但各個(gè)級(jí)別之間的跨度并不均勻。通過(guò)引入不同的跨級(jí)難度，修正各個(gè)級(jí)別的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)度，可以獲得更客觀準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)值。我們定義三種風(fēng)險(xiǎn)跨度，分別是高風(fēng)險(xiǎn)跨度、中風(fēng)險(xiǎn)跨度和低風(fēng)險(xiǎn)跨度。設(shè)高跨度為中跨度的2倍，中跨度為低跨度的2倍，即設(shè)高跨度為4x、中跨度為2x、低跨度為x，并設(shè)有l(wèi)個(gè)高跨度，m個(gè)中跨度，n個(gè)低跨度［5］，9個(gè)級(jí)別之間有8個(gè)跨度，如圖3所示，則高、中、低跨度總數(shù)之和應(yīng)為8，于是

確定l、m、n，求出x，進(jìn)而得到考慮跨度因素后9個(gè)TRL對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)技術(shù)成熟度的等級(jí)定義，按照分級(jí)屬于高跨度的有3～4、4～5、5～6和6～7，屬于中跨度的有2～3和7～8，屬于低跨度的有1～2和8～9，如圖3所示。則有l(wèi) = 4、m = 2、n = 2，代入公式（1），求得x = 1/22。

這樣得出的跨級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的TRL和對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)度見表2。

表2 TRL和對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)度

在技術(shù)成熟度原始等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩棲攻擊艦技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系特點(diǎn)，提出技術(shù)成熟度等級(jí)劃分原則，并結(jié)合動(dòng)力電力系統(tǒng)下屬指標(biāo)包括推進(jìn)及電力技術(shù)給出技術(shù)成熟度劃分實(shí)例，如下頁(yè)表3所示。

4.2 確定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)體系權(quán)重

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)體系權(quán)重是指該系統(tǒng)或設(shè)備存在的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)上一級(jí)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，采用層次分析法確定。

表3 技術(shù)成熟度原始等級(jí)劃分原則

4.3 確定總的風(fēng)險(xiǎn)分值

將技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)度轉(zhuǎn)換為0～100之間的分值，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)度與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表4，在確定各指標(biāo)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)度后，按對(duì)應(yīng)關(guān)系線性插值可得各指標(biāo)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值。

表4 TRL和對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)度

設(shè)總的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值為R，艦艇總體被分成了m個(gè)一級(jí)系統(tǒng)，每個(gè)一級(jí)系統(tǒng)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值分別為R1、R2…Rm，每個(gè)一級(jí)系統(tǒng)在總風(fēng)險(xiǎn)中的權(quán)重分別w1、w2…，設(shè)第i個(gè)一級(jí)系統(tǒng)被分成了ni個(gè)二級(jí)系統(tǒng)，每個(gè)二級(jí)系統(tǒng)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值分別是Ri1、Ri2…Rin1，每個(gè)二級(jí)系統(tǒng)在上層一級(jí)系統(tǒng)中的權(quán)重分別是wi1、wi2…win1，總的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值為：

5 效費(fèi)比計(jì)算方法

費(fèi)用分析主要是針對(duì)研制費(fèi)用及裝備購(gòu)置費(fèi)用，初步總體方案效費(fèi)比由式（3）求得：

費(fèi)用因子計(jì)算公式如式（4）：

6 綜合評(píng)估計(jì)算方法及評(píng)估實(shí)例

在評(píng)估得出各方案效費(fèi)比、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)后，采用層次分析法，對(duì)綜合效能及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行分析，將效費(fèi)比分值與總技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分值加權(quán)求和作為最終評(píng)估結(jié)果。

設(shè)定四個(gè)初步總體方案，不同方案對(duì)應(yīng)不同的排水量、總布置方案、關(guān)鍵系統(tǒng)配置、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及費(fèi)用等。其中方案1采用較為成熟船型，噸位較小，布置簡(jiǎn)單，但裝載能力弱，造價(jià)較低；方案2在方案1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加排水量，提高了裝載能力；方案3進(jìn)一步提高裝載能力及起降點(diǎn)數(shù)量，并先期開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；方案4在方案3的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高裝載能力及起降點(diǎn)數(shù)量，但造價(jià)較高，且技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大。采用層次分析方法獲得權(quán)重，運(yùn)用上述方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，結(jié)果見表5。

表5 綜合評(píng)估

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可以看出：所建立的初步總體方案綜合評(píng)估方法基本能夠評(píng)價(jià)方案之間的差異，評(píng)估方法也可根據(jù)不同需要進(jìn)行改進(jìn)；綜合考慮效費(fèi)比及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，方案3為最優(yōu)方案。

［1］汪玉，劉品成. 美國(guó)海軍艦船論證評(píng)估方法與應(yīng)用［M］. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011：31-34.

［2］傅學(xué)慶，李進(jìn)軍. 登陸艦艇作戰(zhàn)能力評(píng)估研究［J］. 船舶， 2006（2）： 6-9.

［3］馬其東、方立恭. 基于直覺模糊多屬性決策的作戰(zhàn)效能綜合評(píng)估方法［J］. 指揮控制與仿真， 2011（2）： 15-19.

［4］李長(zhǎng)生，江敬灼，曾憲釗，等. 軍事運(yùn)籌新方法研究與應(yīng)用［M］. 北京：軍事科學(xué)出版社，2002：20-28.

［5］李煒、吳曉偉. 艦船研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估的一種方法［J］. 江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2012（3）：25-28.

Synthetical evaluation of preliminary overall scheme for amphibious assault ship

CUI Lu-ning CHENG Hong ZHENG Yi
(No. 92537 Unit of the PLA, Beijing100161, China)

According to the particularity and complexity of the synthetical evaluation of the preliminary overall scheme for amphibious assault ships, the development of the synthetical evaluation of the preliminary overall scheme in the project demonstration phase for foreign warships is analyzed. Based on the analytic hierarchy process and the utility function theory in the decision theory, the synthetical evaluation index system and the method of the preliminary overall scheme in the project demonstration phase for amphibious assault ships are constructed from the three aspects of comprehensive performance, technical risk and cost. It provides technical support for the determination of the preliminary overall scheme in the project demonstration stage for amphibious assault ships.

amphibious assault ship, preliminary overall scheme, index system, evaluation method

U662.3

A

1001-9855（2017）03-0010-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.03.010

2016-09-26；

2017-01-20

崔魯寧（1978-），男，博士，工程師。研究方向：艦船總體技術(shù)。

程 虹（1963-），女，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：艦船總體技術(shù)。

鄭 義（1981-），男，博士，工程師。研究方向：艦船總體技術(shù)。