基于ADC和模糊綜合評判法的合成旅裝備保障效能評估

宋 星，賈紅麗，趙汝東，李正映

(陸軍工程大學石家莊校區(qū)， 石家莊 050003)

高技術(shù)條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭，裝備保障的重要性愈加凸顯，是否擁有較高的裝備保障效能，成為制約戰(zhàn)爭勝負的重要因素之一。合成旅是軍隊改革后組建的新型作戰(zhàn)力量，是我軍適應信息化時代陸軍建設模式和運用方式的重要探索。

對合成旅的裝備保障效能評估，能夠及時有效地掌握新型作戰(zhàn)力量的裝備保障系統(tǒng)現(xiàn)狀，為裝備保障建設提供科學的信息支持，對指導新編制體制下裝備保障工作具有重大戰(zhàn)略意義。裝備保障效能評估[1]就是在一定的條件下和一定的時間內(nèi)，按照一定的客觀標準，對裝備保障過程及其組成部分的保障模式、完成保障任務的好壞、保障反應速度的快慢、保障系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)程度等等作出定量描述與評估的一種活動。

目前經(jīng)典的評估方法有：結(jié)構(gòu)分析法(ADC)、系統(tǒng)效能分析法(SEA)、層次分析法(AHP)、模糊綜合評估法、指數(shù)法等。與其他方法相比，結(jié)構(gòu)分析法(ADC)考慮了裝備結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)技術(shù)特性之間的相關(guān)性，強調(diào)了裝備的整體性，能夠較為全面地反映武器系統(tǒng)狀態(tài)及隨時間變化的多項指標，具有層次分明、結(jié)構(gòu)簡單、易于理解等優(yōu)點[2]。

文獻[3]以裝備可用度為指標，采用蒙特卡洛仿真方法對裝甲裝備的裝備保障效能進行了仿真優(yōu)化；文獻[4]采用ADC方法，對通信裝備保障系統(tǒng)能力進行效能評估建模與分析；文獻[5]在流水網(wǎng)絡計劃(FNP)技術(shù)框架下應用ADC模型對彈藥調(diào)度系統(tǒng)保障效能進行了評估。以上評估多是對一種裝備或系統(tǒng)的效能評估，而合成旅是軍改后組建的新型作戰(zhàn)力量，國內(nèi)對于其裝備保障效能評估的研究尚處于初始階段，沒有形成成熟的方法和手段。

ADC方法作為典型的效能評估方法，具有計算簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，在相關(guān)系統(tǒng)效能評價中應用較為廣泛。因此，本文采用結(jié)構(gòu)分析法(ADC)對裝備保障效能進行評估。

1 結(jié)構(gòu)分析法(ADC)

ADC方法又稱為ADC效能模型，是由美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會WSEIAC(Weapon System Effectiveness Industry Advisory Committee)提出的一個經(jīng)典的武器系統(tǒng)效能模型。該模型通過對系統(tǒng)中起作用的三個性能要素A、D、C進行分析，而后確定其內(nèi)部的耦合關(guān)系，最后根據(jù)E=A×D×C計算武器系統(tǒng)效能[6]。

其中，矩陣A(Availability)表示待評估系統(tǒng)的可用度(有效性)，是對系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務時處于不同狀態(tài)的概論。一般表達式為A=[a1,a2,…,an]，其中ai表示開始執(zhí)行任務時處于狀態(tài)i的概率。

矩陣D(Dependability)表示待評估系統(tǒng)的可信度指標，是對系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務處于某一狀態(tài)而結(jié)束時處于另一狀態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移性指標的表述[7]。一般的，表示為：

dij表示在執(zhí)行任務時系統(tǒng)由i狀態(tài)轉(zhuǎn)移到j狀態(tài)的概率。

矩陣C(Capability)代表系統(tǒng)的固有能力，是系統(tǒng)在可用并可信的狀態(tài)下，能達到任務目標的能力度量。一般表示為：

cij表示系統(tǒng)在i狀態(tài)下達到j項要求的能力。

2 合成旅裝備保障效能評估

從基于任務的角度來看，合成旅裝備保障系統(tǒng)的可用度和可信度能夠通過其完成主要任務的可用度和可信度來體現(xiàn)，即通過合成旅在完成任務過程中裝備的平均可用度和可信度來反映。

2.1 可用度A

(1)

式(1)中，MTBF表示該裝備的平均故障間隔時間；MTTR表示該裝備的平均修復時間；MLDT表示平均保障延誤時間[8]。

(2)

用a1,a2分別表示保障系統(tǒng)在任務開始時所處兩種狀態(tài)的概率，得到可用度向量A=[a1,a2]。其中，

(3)

(4)

2.2 可信度D

根據(jù)合成旅各主戰(zhàn)裝備系統(tǒng)的狀態(tài)，可信度矩陣由4個元素組成，表示為：

(5)

當MTBF和MTTR服從指數(shù)分布時，設t為任務持續(xù)時間，則：

(6)

(7)

(8)

(9)

式(6)～(9)中，m為合成旅主戰(zhàn)裝備數(shù)量；λ為裝備故障率；μ為修復率。

2.3 固有能力C

固有能力C的計算多采用AHP、品質(zhì)效用函數(shù)或直接給出估值的方法，同以上方法相比，模糊綜合評判可以做到定性和定量因素相結(jié)合，擴大信息量，使評價數(shù)提高、評價結(jié)論可信，很好地解決了判斷的模糊性和不確定性問題[8]。因此，這里采用模糊綜合評判的方法，對系統(tǒng)的裝備保障能力C1進行評估，得到裝備保障系統(tǒng)固有能力C1。其步驟如下：

步驟1根據(jù)裝備保障的定義及裝備保障任務區(qū)分，建立合成旅裝備保障系統(tǒng)能力評價指標體系，見表1。

表1 裝備保障能力因素集

步驟2分別確定一級、二級指標的因素集為：

U=[u1,u2,…,um]

Ui=[ui1,ui2,…,uik]

步驟3選取二級指標評價集V={v1,v2,…,vn}，將合成旅的裝備保障能力分為v1(優(yōu))、v2(良)、v3(中)、v4(差)四個等級。

步驟4用AHP法和熵權(quán)法分別確定一級、二級指標的權(quán)重集為：

W={w1,w2,…,wm}

Wi={wi1,wi2,…,wik}

步驟5確定二級指標的評判矩陣為Ri=[rlj]k×n,l=1,2,…,k;指標rlj對于不同評語的模糊子集可由隸屬函數(shù)確定，用指派方法[9]，四個等級分別屬于偏大型、中間型、中間型、偏小型，采用梯形分布，設定隸屬度函數(shù)為：

(10)

(11)

(12)

(13)

步驟6綜合評判求B：B=W°R；

模糊合成運算“° ”一般有四種計算模型，分別為:取大取小型、乘積取大型、取小上界和型及乘積求和型，需要根據(jù)具體實際來選取合成運算的計算方式[10]。

2.4 裝備保障效能E

根據(jù)E=A×D×C求出系統(tǒng)的裝備保障效能，并分析結(jié)果，得出意見建議。

3 實例分析

應用上述評估模型對某合成旅裝備保障效能進行評估。由于合成旅主戰(zhàn)裝備數(shù)量等數(shù)據(jù)較多，不能全部列出，本文僅給出部分必要數(shù)據(jù)。

3.1 可用度和可信用計算

根據(jù)某合成旅各主戰(zhàn)裝備平均故障間隔時間MTBF和平均修復時間MTTR，平均保障延誤時間MLDT，利用式(1)～式(4)計算出相應可用度向量為：

A=[0.998 0, 0.002 0]

根據(jù)式(6)～式(9)計算得到可信度矩陣D為：

3.2 固有能力C計算

3.2.1獲取指標數(shù)據(jù)

通過“裝備云”數(shù)據(jù)平臺獲取該旅裝備保障相關(guān)數(shù)據(jù)，并對指標進行歸一化處理，對于定性指標采用專家打分法(0～1)確定其最終值。指標數(shù)據(jù)見表2。

3.2.2確定權(quán)重集和隸屬度

用AHP法和熵權(quán)法分別確定一、二級權(quán)重，由式(10)～式(13)計算各級隸屬度，表3、表4和表5分別是最終確定的權(quán)重值和隸屬度向量。

表2 歸一化后的裝備保障指標數(shù)值

表3 一級指標權(quán)重值

表4 二級指標權(quán)重值

表5 隸屬度向量

3.2.3計算總目標的隸屬度向量和裝備保障能力

根據(jù)B=W°R計算總目標的隸屬度向量，歸一化后結(jié)果如下：

從計算結(jié)果可以看出，該合成旅裝備保障固有能力為良好以上，處于較高水平。

對照表6的評分表，計算該旅裝備保障能力得分S=0.832。

表6 保障能力評分標準

3.3 裝備保障效能E計算

E=A×D×C計算得到裝備保障效能：E=0.752。從計算結(jié)果來看，該旅裝備保障的固有能力得到了較大程度發(fā)揮，效能較高。但仍有較大提升空間，需要提高裝備保障固有能力和裝備維修水平。

4 結(jié)論

針對合成旅裝備保障工作中的效能評估問題，在ADC效能評估的基礎上運用模糊綜合評判法計算裝備保障能力C。以某合成旅裝備保障相關(guān)數(shù)據(jù)為例，進行裝備保障效能評估，驗證了模型的有效性。結(jié)果表明，該旅裝備保障固有能力較高，但實際發(fā)揮的效能不夠，仍有較大提升空間，需要針對薄弱環(huán)節(jié)進一步加強訓練，以提高裝備保障效能。