基于模糊綜合評(píng)判的車載火炮調(diào)炮性能評(píng)估

胡鐘鈴，賈長(zhǎng)治，徐東升，劉 川

（1.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；2.解放軍理工大學(xué)，南京 210007）

基于模糊綜合評(píng)判的車載火炮調(diào)炮性能評(píng)估

胡鐘鈴1，賈長(zhǎng)治1，徐東升2，劉 川1

（1.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；2.解放軍理工大學(xué)，南京 210007）

針對(duì)車載火炮調(diào)炮性能評(píng)估局限于定性評(píng)估的現(xiàn)狀，分析了車載火炮調(diào)炮性能影響因素，應(yīng)用層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系并確定各評(píng)價(jià)因素權(quán)重系數(shù)，引入模糊綜合評(píng)判建立了評(píng)估模型，通過(guò)量化評(píng)價(jià)等級(jí)，將其與評(píng)判指標(biāo)集加權(quán)平均，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車載火炮調(diào)炮性能的定量化評(píng)估。算例計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了車載火炮調(diào)炮性能定量化評(píng)估的可行性。

車載火炮，調(diào)炮性能，模糊綜合評(píng)判

0 引言

車載火炮具有良好的機(jī)動(dòng)性能及高性價(jià)比，成為各國(guó)發(fā)展自行火炮的一大方向。自動(dòng)調(diào)炮性能作為車載火炮重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，對(duì)其能否實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中所要求的先敵機(jī)動(dòng)和首發(fā)命中、首群覆蓋的目標(biāo)有著重要的影響，因此，調(diào)炮性能的評(píng)估貫穿于車載火炮研制、生產(chǎn)、使用及維修過(guò)程中。

目前，對(duì)于調(diào)炮性能的評(píng)估，理論研究上，一般是將與調(diào)炮性能相關(guān)的指標(biāo)納入到對(duì)自行火炮整體作戰(zhàn)效能、機(jī)動(dòng)性能的評(píng)估中，缺少針對(duì)調(diào)炮性能的深入評(píng)估［1-2］。如文獻(xiàn)［1］在研究自行火炮武器系統(tǒng)效能評(píng)估時(shí)，將射擊準(zhǔn)備速度、行戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間納入到反應(yīng)能力準(zhǔn)則層因素中，而這兩個(gè)指標(biāo)，與調(diào)炮性能的優(yōu)劣密切相關(guān)。在實(shí)際測(cè)試中，評(píng)估調(diào)炮性能的方法往往是針對(duì)調(diào)炮精度、調(diào)炮速度，各自選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法獲得實(shí)際數(shù)據(jù)，根據(jù)其是否達(dá)到指標(biāo)要求的水平，定性判定調(diào)炮性能是否合格，文獻(xiàn)［3-7］采用的都是這種方法。這種方法沒(méi)有實(shí)現(xiàn)調(diào)炮性能的定量化評(píng)估，并且對(duì)于火炮設(shè)計(jì)、使用或維修中出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)法提供合理的改進(jìn)依據(jù)或策略。

采用層次分析法與模糊綜合評(píng)判［8-9］相結(jié)合的方法對(duì)車載火炮調(diào)炮性能進(jìn)行定量化評(píng)估，保證了指標(biāo)體系建立和賦權(quán)的科學(xué)合理性，作為多因素決策的有效手段，模糊綜合評(píng)判的應(yīng)用使評(píng)估結(jié)果具有一定的可信性。

1 評(píng)價(jià)因素選取與評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1.1 影響因素分析

車載火炮自動(dòng)調(diào)炮時(shí)，隨動(dòng)控制箱根據(jù)CAN總線接收由火控計(jì)算機(jī)傳來(lái)的射擊諸元信息，同時(shí)，傳信儀實(shí)時(shí)采集射角和方位角信息，通過(guò)解算輸出高低/方位控制量分別給高低/方位伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而賦予車載火炮射角、射向。

車載火炮的自動(dòng)調(diào)炮可分為高低調(diào)炮和方位調(diào)炮，相比而言，由于高低調(diào)炮過(guò)程中還受平衡機(jī)作用，所以高低調(diào)炮性能的影響因素比方位更復(fù)雜。本文選擇以高低調(diào)炮性能評(píng)估為例，研究針對(duì)車載火炮調(diào)炮性能的評(píng)估方法。從機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩個(gè)角度分析車載火炮高低調(diào)炮性能影響因素，首先，從機(jī)械系統(tǒng)的角度考慮，影響因素如表1所示。

表1 影響因素表（機(jī)械系統(tǒng)）

其次，從控制系統(tǒng)的角度考慮，高低調(diào)炮性能主要由高低隨動(dòng)系統(tǒng)決定。車載火炮隨動(dòng)系統(tǒng)一般采用由位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)構(gòu)成的三環(huán)控制結(jié)構(gòu)。隨動(dòng)系統(tǒng)的性能與硬件的結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)關(guān)，而是由控制回路中的調(diào)節(jié)器參數(shù)、濾波器參數(shù)以及伺服電機(jī)的性能參數(shù)等共同決定。本文主要從動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能兩個(gè)角度分析控制系統(tǒng)性能的影響因素，如表2所示。

表2 影響因素表（控制系統(tǒng)）

1.2 評(píng)價(jià)因素選取

在評(píng)價(jià)因素的選取上，需要綜合考慮機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩方面的影響因素，所選因素要能客觀評(píng)價(jià)高低調(diào)炮性能。同時(shí)，在選取評(píng)價(jià)因素時(shí)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持先進(jìn)性、合理性和可行性原則。本文以車載火炮高低調(diào)炮性能為評(píng)價(jià)目標(biāo)，從機(jī)械系統(tǒng)性能和控制系統(tǒng)性能兩方面選取評(píng)價(jià)因素。通過(guò)分析并咨詢專家，從較多影響因素中篩選出評(píng)價(jià)因素，列入表3。

表3 評(píng)價(jià)因素表

對(duì)于主要評(píng)價(jià)因素中的唯一定性指標(biāo)——平衡機(jī)性能，考慮到平衡機(jī)的作用是平衡重力引起的起落部分對(duì)耳軸力矩的影響，本文選擇平衡機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的不平衡力矩平均值的大小來(lái)表征平衡機(jī)性能的優(yōu)劣，不平衡力矩由起落部分重量Q、平衡機(jī)內(nèi)氣體壓縮產(chǎn)生的抗力Kφ、平衡機(jī)內(nèi)部摩擦力Ff以及補(bǔ)償彈簧力P共同決定，由于摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，因此，起落部分上升與下降過(guò)程中不平衡力矩的平均值是不同的，本文計(jì)算火炮從-3°上升到70°，再回降到-3°整個(gè)過(guò)程中的不平衡力矩平均值，限于文章篇幅，在此省略計(jì)算過(guò)程。顯然，不平衡力矩平均值越小，平衡機(jī)性能越好。

另一方面，選取動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)作為控制系統(tǒng)性能主要評(píng)價(jià)因素，并采用MATLAB/SIMULINK控制系統(tǒng)仿真的方法獲取各個(gè)主要評(píng)價(jià)因素的具體參數(shù)。用圖形化的方法直接建立控制系統(tǒng)的仿真模型，由于考察的是控制系統(tǒng)性能，故可將機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)由階躍輸入表示的負(fù)載，由示波器模塊顯示出響應(yīng)曲線，從而得到各個(gè)評(píng)價(jià)因素的值。

整個(gè)調(diào)炮過(guò)程可分為啟動(dòng)、加速、等速和減速時(shí)期。當(dāng)調(diào)炮速度增加到最大值后，不會(huì)繼續(xù)增加，而是保持這一速度直到進(jìn)入減速時(shí)期。因此，上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間與調(diào)炮的角度大小有關(guān)，角度越大，則等速運(yùn)行時(shí)期越長(zhǎng)，故上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間也越長(zhǎng)。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)便于評(píng)價(jià)，本文選取調(diào)炮范圍為從0°～60°時(shí)的上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間作為評(píng)價(jià)因素的參數(shù)。

1.3 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

本文應(yīng)用層次分析法（AHP）構(gòu)建調(diào)炮性能評(píng)價(jià)體系并賦權(quán)。將評(píng)價(jià)體系分為3層。其中，第1層為調(diào)炮性能，第2層包括機(jī)械系統(tǒng)性能和控制系統(tǒng)性能，第3層是兩個(gè)準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的各個(gè)評(píng)價(jià)因素，建立了如圖1所示的評(píng)價(jià)體系。

圖1 評(píng)價(jià)體系

1.4 權(quán)重系數(shù)求解

采用1～9標(biāo)度方法構(gòu)造判斷矩陣，再根據(jù)判斷矩陣計(jì)算權(quán)重。對(duì)于A下層指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，僅包含兩個(gè)指標(biāo)，經(jīng)過(guò)分析并綜合專家意見(jiàn)，確定A=（0.4 0.6）。以A1為例構(gòu)造判斷矩陣

求得最大特征值λmax=4.087 3，一致性比例CR=0.032 3＜0.1，判斷矩陣具有良好的一致性。最終所求權(quán)重向量

同理可求得A2的權(quán)重向量

其中，最大特征值λmax=5.078 0，一致性比例CR=0.017 4＜0.1。

2 模糊綜合評(píng)判

2.1 模糊綜合評(píng)判方法

模糊綜合評(píng)判是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的有關(guān)原理、法則對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)判，取得綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的一種手段，其步驟如下：

①建立因素集；

②確定權(quán)重向量；

③依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)集合、建立評(píng)語(yǔ)集，由評(píng)判人員評(píng)定模糊等級(jí)，如優(yōu)、良、中、差；

④構(gòu)造單因素評(píng)判矩陣

式中m表示評(píng)判等級(jí)數(shù)，n表示該級(jí)指標(biāo)所含因素個(gè)數(shù)，R中vij表示第i個(gè)因素對(duì)于第j個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度；

⑤模糊綜合評(píng)判計(jì)算：B=A?R，即

⑥根據(jù)具體情況對(duì)評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行處理，從而確定評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2 評(píng)語(yǔ)集建立

在上節(jié)中，應(yīng)用層次分析法已經(jīng)完成了模糊綜合評(píng)判的前兩步工作，可直接進(jìn)行第3步：建立評(píng)語(yǔ)集。

將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為優(yōu)秀、良好、中等和較差4個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的由專家討論獲得的取值范圍，構(gòu)成評(píng)語(yǔ)集 V=（v1v2v3v4）。

2.3 各指標(biāo)隸屬度確定

所建立的指標(biāo)體系中的指標(biāo)全都是可以定量處理的指標(biāo)，這些指標(biāo)與調(diào)炮性能之間的關(guān)系都是指標(biāo)的值越小，則調(diào)炮性能越好，這與成本型指標(biāo)類型成本越低越好的標(biāo)準(zhǔn)相一致，故選擇成本型指標(biāo)類型進(jìn)行描述，進(jìn)而獲得各個(gè)指標(biāo)的隸屬度。成本型指標(biāo)可用上梯形函數(shù)形式的隸屬函數(shù)來(lái)描述，其函數(shù)圖如圖2所示：

圖2 成本型指標(biāo)隸屬函數(shù)

成本型指標(biāo)的隸屬函數(shù)表達(dá)式為：

對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)因素劃分評(píng)價(jià)等級(jí)范圍，并結(jié)合前面所求權(quán)重向量，建立評(píng)估模型如表4所示。

表4 評(píng)估模型

2.4 評(píng)判指標(biāo)處理

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于車載火炮高低調(diào)炮性能的定量化評(píng)估，同時(shí)更充分地利用模糊綜合評(píng)判帶來(lái)的信息，對(duì)評(píng)判指標(biāo)集進(jìn)行歸一化處理，并將評(píng)判集的等級(jí)用百分制數(shù)量化，令

F=（100 85 70 60）

通過(guò)對(duì)評(píng)判結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，求得一個(gè)表征車載火炮高低調(diào)炮性能優(yōu)劣的總分d，即：d=B·FT。

3 實(shí)例分析

現(xiàn)針對(duì)某型車載榴彈炮，基于本文所建立的評(píng)估模型，對(duì)其高低調(diào)炮性能進(jìn)行綜合評(píng)估。該型車載火炮各項(xiàng)指標(biāo)具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 某型車載榴彈炮指標(biāo)數(shù)據(jù)

首先求得機(jī)械系統(tǒng)性能下各指標(biāo)的隸屬度，得到單因素評(píng)判矩陣

結(jié)合權(quán)重向量A1可得機(jī)械系統(tǒng)性能下各指標(biāo)綜合評(píng)判結(jié)果

同理可得控制系統(tǒng)性能下各指標(biāo)綜合評(píng)判結(jié)果

由B1、B2可得調(diào)炮性能下單因素評(píng)判矩陣

結(jié)合權(quán)重向量A可得調(diào)炮性能評(píng)判指標(biāo)集

歸一化處理后，

最終得分

d=B·FT=79.882

即該型車載榴彈炮高低調(diào)炮性能最終得分為79.882，處于中等偏上的水平。該型車載火炮在戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮的作用以火力壓制為主，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，其調(diào)炮性能能夠達(dá)到遂行作戰(zhàn)任務(wù)要求。

4 結(jié)論

①車載火炮調(diào)炮性能的優(yōu)劣對(duì)其整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮有著重要的影響，引入模糊綜合評(píng)判定量化評(píng)估車載火炮調(diào)炮性能是一次有益的嘗試。

②定量化的評(píng)估結(jié)果能準(zhǔn)確體現(xiàn)指標(biāo)變化引起的調(diào)炮性能的變化，進(jìn)而為火炮設(shè)計(jì)、使用或維修中出現(xiàn)的問(wèn)題提供合理的改進(jìn)依據(jù)或策略。

③由于部分參數(shù)是通過(guò)仿真方法獲得，如需提高評(píng)估的準(zhǔn)確性，還可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

［1］陳明，孫波，榮奎，等.自行火炮作戰(zhàn)效能分析與模糊綜合評(píng)價(jià)［J］.火力與指揮控制，2008，33（增刊）：187-191.

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Evaluation of Gun Rotated Performance of Wheeled Vehicle Gun Based on Fuzzy Synthetic Judgment

HU Zhong-ling1，JIA Chang-zhi1，XU Dong-sheng2，LIU Chuan1
（1.Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China；2.PLA University of Science and Technology，Nanjing 210007，China）

Aiming at the actuality that the evaluation for gun rotated performance limits to qualitative evaluation，the affecting factors is analyzed ，AHP method is used to build the evaluation system and determine the weight coefficient of each evaluation factor.Then the fuzzy synthetic judgment method is applied to establish the evaluation model，through quantifying the evaluation grade and calculating its weighted mean with the judgment indicator system，the quantitative evaluation of the gun rotated performance of wheeled vehicle gun is achieved.The result of the example indicates the feasibility of the evaluation of the gun rotated performance of wheeled vehicle gun.

wheeled vehicle gun，gun rotated performance，fuzzy synthetic judgment

TJ399

：A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.06.032

2016-05-03

：2016-06-13

胡鐘鈴（1992- ），男，重慶萬(wàn)州人，碩士研究生。研究方向：武器系統(tǒng)仿真與虛擬樣機(jī)技術(shù)。