基于模糊層次分析法的拋錨器作戰(zhàn)效能評(píng)估

馬 淼，郭三學(xué)，王世貝

（武警工程大學(xué)裝備管理與保障學(xué)院，西安 710086）

0 引言

拋錨器作為遠(yuǎn)距離拋射錨鉤的器材，主要用于反恐突擊、搶險(xiǎn)救援、應(yīng)急保障等領(lǐng)域，是部隊(duì)遂行多樣化軍事任務(wù)的重要保障器材。根據(jù)拋射動(dòng)力不同，現(xiàn)常用拋錨器可分為火藥燃?xì)獍l(fā)射和高壓氣體發(fā)射兩類［1］?；鹚幦?xì)獍l(fā)射以火藥迅速燃燒產(chǎn)生的高溫氣體內(nèi)能為動(dòng)力（如下頁(yè)圖1（a））。高壓氣體發(fā)射以空氣壓縮產(chǎn)生的氣體內(nèi)能為動(dòng)力（如圖1（b））。為提高拋錨器射程，現(xiàn)研制出以火箭技術(shù)為動(dòng)力的新型拋錨器（如圖1（c））。為評(píng)估拋錨器作戰(zhàn)效能，提出基于模糊層次分析法的評(píng)估方法，對(duì)3 種拋錨器作戰(zhàn)效能進(jìn)行技術(shù)評(píng)估，為拋錨器改進(jìn)設(shè)計(jì)和使用提供理論支撐。

圖1 3 種拋錨器

1 拋錨器作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

拋錨器作戰(zhàn)效能主要體現(xiàn)在錨鉤攜帶繩索通過(guò)技術(shù)手段達(dá)到既定方位的能力，這既有射程要求、穩(wěn)定性要求，又有操作的方便性、使用的經(jīng)濟(jì)性、作用的可靠性等要求。因此，提煉技術(shù)性、戰(zhàn)術(shù)性、實(shí)用性3 個(gè)一級(jí)指標(biāo)層，本著科學(xué)性、可測(cè)性、全面性與實(shí)用性的原則，本文建立拋錨器作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，如圖2 所示。

圖2 拋繩器作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 技術(shù)性

技術(shù)性，體現(xiàn)裝備性能優(yōu)劣的核心內(nèi)容，主要特征是原理科學(xué)，結(jié)構(gòu)功能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定等。

1）穩(wěn)定性。指錨鉤及繩體飛行過(guò)程中，保持飛行姿態(tài)不變的能力?；鹚帓佸^器、彈頭與錨鉤成流線型，能降低飛行中空氣阻力。但彈體缺乏平衡裝置，易受外界干擾。氣動(dòng)拋錨器的救援彈雖然質(zhì)量輕，但彈體有尾翼裝置，可有效提高飛行穩(wěn)定性?；鸺龗佸^器，通過(guò)設(shè)計(jì)彈體質(zhì)心靠后，飛行體質(zhì)量對(duì)稱等結(jié)構(gòu)提高飛行穩(wěn)定性，同時(shí)彈體質(zhì)量較大，增加了抗外界風(fēng)力干擾能力［2］。

2）技術(shù)原理?；鹚帓佸^器是以彈內(nèi)火藥迅速燃燒產(chǎn)生的高溫氣體內(nèi)能為動(dòng)力，由于受火藥量限制，射程也有限。氣動(dòng)拋錨器以高壓氣體內(nèi)能為動(dòng)力，有彈射式和噴射式兩種。彈射式為直接膨脹做功，將彈體高速推出發(fā)射管，氣體內(nèi)能利用率較低，噴射式為彈體在空中持續(xù)噴氣推進(jìn)，彈體初速較低，其飛行軌跡受環(huán)境影響較大［3］。

3）可靠性。不管以火藥為動(dòng)力還是高壓氣體為動(dòng)力，其動(dòng)力傳接的工作程序都是安全的，繩鉤的連接、抓鉤的固定也具有較高的可靠性。火箭拋錨器將彈體與錨鉤設(shè)計(jì)成一整體，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械觸發(fā)點(diǎn)火，較為可靠。技術(shù)上的科學(xué)性確保了應(yīng)用過(guò)程的安全可靠。

1.2 戰(zhàn)術(shù)性

1）精度?；鹚帓佸^器配備瞄準(zhǔn)具，在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的情況下，50 m 處1.2×1.2 m 立靶，命中率≥90%。氣動(dòng)拋錨器與火箭拋錨器未配備瞄準(zhǔn)裝置，且火箭拋錨器為手持式發(fā)射，后坐力較大，精度不高。

2）射程。指發(fā)射點(diǎn)到其水平面落點(diǎn)的水平距離，在其有效半徑內(nèi)射程越遠(yuǎn)越好。火藥拋錨器射程最大為90 m［4］，氣動(dòng)拋錨器射程最大為100 m，火箭拋錨器射程大于200 m［2］。

3）射高。拋射點(diǎn)的水平面到物體運(yùn)動(dòng)軌跡最高點(diǎn)間的高度差，在其有效作用半徑內(nèi)高度越大越好?；鹚帓佸^器射高最大為50 m［4］，氣動(dòng)拋錨器射高最大為60 m，火箭拋錨器射高大于80 m［2］。

1.3 實(shí)用性

1）操作性。使用火藥拋錨器，先以多用電源備用導(dǎo)線將電源和發(fā)射底座連接，再將錨彈插入發(fā)射底座即可擊發(fā)，重復(fù)使用時(shí)，將錨彈、引繩、錨鉤重新連接即可。氣動(dòng)拋錨器使用前充壓，然后插好保險(xiǎn)銷，發(fā)射時(shí)，拔出保險(xiǎn)銷扣動(dòng)扳機(jī)即可，再次使用需重新充壓，普通氣瓶可充壓2～3 次?；鸺龗佸^器采用凸輪驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)控制擊發(fā)發(fā)射筒，完成火箭彈裝填即可擊發(fā)，操作比較簡(jiǎn)單。

2）便攜性。火藥拋錨器主要有錨彈、發(fā)射座、引繩、多用電源、瞄具、升降器和繞繩器組成，可裝入便攜式手提箱，攜帶比較方便。氣動(dòng)拋錨器攜行時(shí)，需一人攜行發(fā)射槍基本組件，另一人攜行引繩、救援彈等其他配件。火箭拋錨器主要有凸輪觸發(fā)式火箭彈和凸輪驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)控制擊發(fā)發(fā)射筒兩個(gè)組件，體積小，質(zhì)量輕，攜帶也比較方便，但因火箭彈危險(xiǎn)性較大，攜行中要加強(qiáng)安全管理。

3）經(jīng)濟(jì)性。一套火藥拋錨器約7 500 元，一套氣動(dòng)拋錨器約2 850 元，一套火箭拋錨器2 500 元左右，從價(jià)格上看，火箭拋錨器、氣動(dòng)拋錨器價(jià)格較低。

2 模擬層次分析評(píng)估法

2.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

2.1.1 建立比較判斷矩陣

基于評(píng)估指標(biāo)體系分別建立各級(jí)指標(biāo)判斷矩陣，指標(biāo)兩兩間的重要性是通過(guò)專家學(xué)者或者業(yè)內(nèi)資深人士進(jìn)行打分確定的，通常用1-9 種標(biāo)度方法進(jìn)行表述［5］。例如某個(gè)準(zhǔn)則B，N 個(gè)比較元素構(gòu)成的判斷矩陣R：

2.1.2 層次單排序確定指標(biāo)權(quán)重

2.1.3 一致性檢驗(yàn)

對(duì)比較判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)：

當(dāng)CR=0 時(shí)，比較矩陣具有完全的一致性；

當(dāng)CR<0.1 時(shí)，認(rèn)為比較矩陣的一致性可以接受；

當(dāng)CR>0.1 時(shí)，需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直到獲得滿意的一致性為止。

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法建立單因素模糊評(píng)判矩陣

2.2.1 確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)

設(shè)評(píng)語(yǔ)集：V={V1，V2，…，Vn}，Vp{p=1，2，…，n}表示由高到低的評(píng)語(yǔ)。對(duì)于定性指標(biāo)，由于難以得到具體的模糊分布函數(shù)，故采用專家打分法確定其隸屬度比較合適。設(shè)單因素Cij的模糊向量為Rij=（rij1，rij2，…，rijn）則：rijp=xijp/X，式中X 為專家人數(shù)，xijp因素Cij隸屬于區(qū)間Vp的次數(shù)。

2.2.2 定性指標(biāo)處理

定性指標(biāo)評(píng)價(jià)采用百分制。選取多位專家，對(duì)每個(gè)指標(biāo)打分，找出評(píng)語(yǔ)等級(jí)vp，進(jìn)行分?jǐn)?shù)隸屬區(qū)間的統(tǒng)計(jì)，可以建立同層因素模糊評(píng)判矩陣為

Ri=（rijp）m×n，rijp=xijp/X，m 為同層定性指標(biāo)個(gè)數(shù)（6）

2.2.3 定量指標(biāo)處理

因?yàn)榫C合評(píng)價(jià)的需要，要對(duì)定量指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理，建立指標(biāo)相對(duì)于評(píng)語(yǔ)集的隸屬度函數(shù)。目前應(yīng)用較廣泛的是三角模糊數(shù)和梯度模糊數(shù)，為計(jì)算方便，這里采用梯形模糊數(shù)［6］。

2.3 評(píng)估作戰(zhàn)效能

為最大限度地利用信息，防止有效信息丟失，選用靈敏度最高的算子——“加權(quán)平均算子”作為模糊算子［7］。

設(shè)各指標(biāo)Cij相對(duì)于Ci的權(quán)重為wij，且滿足：

Cij對(duì)于評(píng)價(jià)集V 的模糊評(píng)判矩陣為Rij=（rijp）m×n。矩陣Rij的第j 行表示Ci中第j 個(gè)指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)集V 中各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度。進(jìn)一步可得Ci的模糊綜合評(píng)估向量為：

其中：

表示指標(biāo)Ci對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)VP的隸屬度。

在對(duì)指標(biāo)子集Ci進(jìn)行綜合評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)指標(biāo)C 進(jìn)行模糊綜合評(píng)判：

作戰(zhàn)效能評(píng)估結(jié)果為：

式中，dp，dp'為評(píng)語(yǔ)對(duì)應(yīng)區(qū)間的分組，

v1?（d1，d1'），v2?（d2，d2'），…，vn?（dn，dn'）

3 拋錨器作戰(zhàn)效能評(píng)估

3.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)10 名專家對(duì)指標(biāo)間互相比較重要性的判斷，確定某層指標(biāo)相對(duì)于上一層指標(biāo)的判斷矩陣及權(quán)重，如下頁(yè)表1 所示。

3.2 模糊綜合評(píng)判法確定判斷矩陣

根據(jù)各指標(biāo)的不同屬性，將評(píng)語(yǔ)集定位V=［很好，較好，一般，較差，差］，評(píng)語(yǔ)集對(duì)應(yīng)的賦值區(qū)間為，很好?（100，80），較好?（80，60），一般?（60，40）?較差（40，20），差?（20，0）。

對(duì)于定性指標(biāo)，結(jié)合10 位專家對(duì)3 種拋錨器的評(píng)價(jià)結(jié)果，利用2.2 節(jié)中定性指標(biāo)模糊向量的確定方法，得到定性指標(biāo)的模糊向量，如表2 所示。

對(duì)于定量指標(biāo)，綜合考慮專家意見、市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果和部隊(duì)任務(wù)需求實(shí)際，得出指標(biāo)隸屬函數(shù)的相關(guān)參數(shù)值（如表3 所示），代入隸屬函數(shù)中計(jì)算出指標(biāo)隸屬度，從而得到定量指標(biāo)的模糊向量（如表4所示）。

表1 判斷矩陣及權(quán)重

表2 定性指標(biāo)模糊向量

表3 隸屬度函數(shù)相關(guān)參數(shù)值

表4 定量指標(biāo)模糊向量

由上述方法可以得出火藥拋錨器、氣動(dòng)拋錨器、火箭拋錨器的模糊判斷矩陣如下：

3.3 進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估

同理得，

則火藥拋錨器、氣壓拋錨器、火箭拋錨器的作戰(zhàn)效能分別為：

由計(jì)算可知：火藥拋錨器、氣動(dòng)拋錨器、火箭拋錨器作戰(zhàn)效能分值分別為：48.528，53.897，65.915，根據(jù)各評(píng)語(yǔ)對(duì)應(yīng)的量化數(shù)值，火箭拋錨器的作戰(zhàn)效能評(píng)為較好，氣壓拋錨器及火藥拋錨器作戰(zhàn)效能評(píng)為一般。這說(shuō)明火箭拋錨器作戰(zhàn)效能優(yōu)于其他兩種，但沒(méi)有達(dá)到很好的標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明火箭拋錨器在技術(shù)性、戰(zhàn)術(shù)性方面仍需不斷提高。

4 結(jié)論

1）提出以技術(shù)性、科學(xué)性、實(shí)用性為一級(jí)指標(biāo)，以穩(wěn)定性、精度、射程、可靠性等為二級(jí)指標(biāo)的拋錨器作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，涵蓋了拋錨器的技術(shù)原理、組成結(jié)構(gòu)、戰(zhàn)術(shù)性能、性價(jià)比等諸多因素，能客觀反映拋錨器綜合性能，具有較好的科學(xué)性。

2）運(yùn)用模糊層次分析法對(duì)拋錨器作戰(zhàn)效能進(jìn)行了評(píng)估計(jì)算，模糊值的確定是以專家評(píng)價(jià)為依據(jù)，但專家評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)還是依據(jù)拋錨器的技術(shù)指標(biāo)優(yōu)劣。通過(guò)計(jì)算得出火箭拋錨器作戰(zhàn)效能較優(yōu)，評(píng)價(jià)具有客觀性，在應(yīng)用選擇時(shí)，可優(yōu)先考慮。

3）從評(píng)估結(jié)果看，3 種拋錨器作戰(zhàn)效能均未達(dá)到“很好”標(biāo)準(zhǔn)，從技術(shù)性分析，拋錨器從結(jié)構(gòu)上、原理上都應(yīng)加強(qiáng)改進(jìn)。