基于層次分析法的直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法

婁本超

(中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

隨著裝備技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)呈現(xiàn)出體系化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)必將是武器裝備作戰(zhàn)體系之間的對(duì)抗[1]。衡量某型裝備在體系中的定位和作用，是該裝備研制和效能評(píng)估的重要依據(jù)。為此，我軍引用經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的“貢獻(xiàn)度”的概念，提出“裝備體系貢獻(xiàn)率”，作為評(píng)估裝備優(yōu)先發(fā)展的依據(jù)。武器裝備建設(shè)發(fā)展只有立足于提升其體系貢獻(xiàn)率，不斷加強(qiáng)各類(lèi)武器裝備與裝備體系和作戰(zhàn)體系的高度融合，才能使體系內(nèi)的武器裝備之間實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)，才能更好地發(fā)揮出各類(lèi)裝備的最佳使用效能[2]。因此，將武器裝備置于體系環(huán)境中開(kāi)展貢獻(xiàn)率的評(píng)估，有利于客觀(guān)、公正和全面地衡量武器裝備的發(fā)展需求；有利于完善裝備體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“單裝論證發(fā)展”到“體系論證發(fā)展”的策略轉(zhuǎn)變[3-5]。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在軟硬件要求高、設(shè)備昂貴且更新淘汰快、設(shè)備共享性差、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間受限等弊端[3]。網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境下的模擬實(shí)驗(yàn)很好地解決了這一問(wèn)題，它將抽象的網(wǎng)絡(luò)概念形象化，把枯燥的網(wǎng)絡(luò)原理具體化，讓學(xué)生直觀(guān)地看到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的行為，了解各種環(huán)境或因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。

近幾年，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者對(duì)體系貢獻(xiàn)率概念以及評(píng)估方法做了大量研究。文獻(xiàn)[6]總結(jié)了常用的體系貢獻(xiàn)率的評(píng)估視角：作戰(zhàn)能力視角、作戰(zhàn)效能視角和體系結(jié)構(gòu)視角；文獻(xiàn)[7]從體系功能適應(yīng)性視角、體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化視角、作戰(zhàn)能力提升視角和體系技術(shù)進(jìn)步視角闡述了體系貢獻(xiàn)率評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建；文獻(xiàn)[8-10]分別提出了基于灰色層次分析法、灰色證據(jù)理論與模糊層次分析法的裝備體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法，并在裝甲裝備、火箭武器系統(tǒng)和艦艇編隊(duì)進(jìn)行驗(yàn)證。

通過(guò)以上文獻(xiàn)可以看出，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于體系貢獻(xiàn)率的概念已經(jīng)達(dá)成基本共識(shí)。然而，對(duì)于體系貢獻(xiàn)率的評(píng)價(jià)視角和評(píng)估方法尚在研究階段；在直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方面還是一片空白。然而，目前直升機(jī)型號(hào)立項(xiàng)時(shí)已將體系貢獻(xiàn)率作為重要的支撐，因此，亟需一種直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率的評(píng)估方法。

本文針對(duì)直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估工作，從作戰(zhàn)效能視角出發(fā)，借助于作戰(zhàn)環(huán)概念，構(gòu)建直升機(jī)參與的裝備體系的評(píng)估指標(biāo)體系，進(jìn)而分解得到直升機(jī)指標(biāo)體系；然后基于層次分析法，設(shè)計(jì)各層指標(biāo)的權(quán)重；之后，構(gòu)造滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并計(jì)算得到直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率結(jié)果；最后以運(yùn)輸直升機(jī)為例，證明本方法的可行性。

1 直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估框架

皮皮是個(gè)4歲女孩，從來(lái)沒(méi)有和爸爸一起洗過(guò)澡，也沒(méi)有看到過(guò)爸爸的身體，近兩個(gè)月來(lái)卻吵著要看爸爸洗澡。為了防止皮皮的騷擾，皮皮爸洗澡的時(shí)候都要緊鎖衛(wèi)生間的門(mén)，不讓皮皮進(jìn)來(lái)。皮皮卻不依不饒，一邊對(duì)著門(mén)拳打腳踢，一邊哭著喊：“開(kāi)門(mén)，開(kāi)門(mén)，我要進(jìn)去，我要進(jìn)去！”皮皮爸始終堅(jiān)持不開(kāi)門(mén)，皮皮媽也無(wú)可奈何。

表1 不同評(píng)估視角的內(nèi)涵

我國(guó)已經(jīng)形成了武裝、運(yùn)輸、勤務(wù)等具有不同作戰(zhàn)用途的直升機(jī)類(lèi)型，直升機(jī)裝備體系結(jié)構(gòu)日趨完善；同時(shí)，對(duì)直升機(jī)進(jìn)行體系貢獻(xiàn)率評(píng)估時(shí)必須考慮其面臨的復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境因素。因此，作戰(zhàn)效能視角更能滿(mǎn)足直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估的需求。因此，本文采用作戰(zhàn)效能角度對(duì)直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率進(jìn)行評(píng)估。

時(shí)，判斷矩陣A的一致性可以接受，此時(shí)，對(duì)ω作歸一化處理，得

其中，zi和zi′分別為像素i和i′的光譜測(cè)度；‖zi-zi′‖用以計(jì)算zi與zi′間的歐氏距離；σi為像素i的尺度參數(shù).令zi={‖zi-zi″‖,i″Ni}且‖zi-zi″‖按增序排列，取σi=zi(#Ni / M)，為取整操作符，#為計(jì)算集合所含元素總數(shù)操作符，M[2,6]為指定整數(shù)[22]，控制σi的取值，可根據(jù)待分割影像選取不同的M值.

(1)

由此得到直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估框架(圖1)。

τi(t)是指蟻群第t次循環(huán)區(qū)間i上信息素濃度，Δτigb(t)=1/Fgb，其中Fgb是本次循環(huán)中整條染色體區(qū)間中適應(yīng)度的最優(yōu)值，ρ是指信息素濃度揮發(fā)系數(shù)。

圖1 直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估框架

根據(jù)該框架，在進(jìn)行直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行：

1)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)想定，得到能力指標(biāo)體系；

2)確定指標(biāo)權(quán)重；

邀請(qǐng)5名專(zhuān)家對(duì)一級(jí)、二級(jí)能力指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重評(píng)價(jià)，并根據(jù)式(2)-(9)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果如表5所示。

4)根據(jù)式1)計(jì)算待考核直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率。

需要說(shuō)明的是，同一件裝備在不同體系下的體系貢獻(xiàn)率是不同的；即使在同一裝備體系下，執(zhí)行不同的任務(wù)，其體系貢獻(xiàn)率也不同。

下面就各部分內(nèi)容具體介紹如下。

2 直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法

2.1 直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估指標(biāo)體系

即為該子層級(jí)指標(biāo)的局部權(quán)重向量。該層級(jí)指標(biāo)占指標(biāo)體系全局權(quán)重為

根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)構(gòu)想，直升機(jī)能力指標(biāo)體系由任務(wù)-能力映射得到[12]，如圖3所示，在此不再贅述。

2.2 基于層次分析法的指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)

直升機(jī)能力指標(biāo)體系由多層指標(biāo)構(gòu)成。采用層次分析法[13]確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重。首先邀請(qǐng)n個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)同一指標(biāo)下的子能力指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較(1-9標(biāo)度)，得到n個(gè)專(zhuān)家評(píng)價(jià)表。設(shè)某指標(biāo)有m個(gè)子指標(biāo)，則每一個(gè)專(zhuān)家評(píng)價(jià)表如表2所示。

將信號(hào)采樣后已按規(guī)律排列的各分段信號(hào)合路輸出，可以在干擾時(shí)段內(nèi)生成與脈壓雷達(dá)信號(hào)脈沖長(zhǎng)度相同的干擾信號(hào)。

圖2 武器裝備體系級(jí)能力指標(biāo)體系

圖3 直升機(jī)能力指標(biāo)體系生成過(guò)程

表2 專(zhuān)家評(píng)價(jià)表

由此得到該層指標(biāo)的判斷矩陣A

(2)

計(jì)算得到判斷矩陣A的最大特征根θmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量ω，下面對(duì)θmax進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

本文選取的趨小型函數(shù)為

(3)

(4)

其中，RI可通過(guò)表3查得。

廬山西海位于江西省西北部,地處九江和南昌之間,區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。廬山西海距九江和南昌較近大約都在100公里以?xún)?nèi),而且南北都有機(jī)場(chǎng)，距離大約都在80公里以?xún)?nèi),并且有多條交通線(xiàn)路經(jīng)過(guò)（如京九鐵路、昌九高速公路、105國(guó)道等線(xiàn)路）,區(qū)位優(yōu)勢(shì)十分明顯。

表3 平均一致性指標(biāo)

一般認(rèn)為，當(dāng)

CR<0.1

(5)

基于作戰(zhàn)效能的體系貢獻(xiàn)率是指裝備效能對(duì)于整體效能的貢獻(xiàn)程度，因此，計(jì)算直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率時(shí)，應(yīng)當(dāng)先計(jì)算參照直升機(jī)任務(wù)效能CO，再計(jì)算待考核直升機(jī)任務(wù)效能CN，則待考核直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)結(jié)果為：

ω=(ω1,ω2,…,ωm)T

(6)

且

(7)

此時(shí)認(rèn)為每個(gè)專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)重要性相等，求取n組特征向量的平均值

(8)

則

φ=(φ1,φ2,…,φm)T

(9)

文獻(xiàn)[11]基于觀(guān)察-判斷-決策-行動(dòng)(Observation, Orientation, Decision, Action,OODA)循環(huán)理論提出了作戰(zhàn)環(huán)概念：作戰(zhàn)環(huán)是為了完成特定作戰(zhàn)任務(wù)，偵察裝備、決策裝備、打擊裝備等與敵方目標(biāo)構(gòu)成的閉合回路。該定義將作戰(zhàn)體系中裝備之間的交互關(guān)系分為偵察、決策、指揮、打擊4種關(guān)系。本文借鑒作戰(zhàn)環(huán)概念，將作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系分為信息能力、指揮控制能力、任務(wù)能力、防護(hù)能力和綜合保障能力五種。根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)，這五種能力可以分解為不同的子能力，如圖2所示。

(10)

式中，P為指標(biāo)層數(shù)，φk為上級(jí)指標(biāo)的局部權(quán)重。

2.3 底層指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取與滿(mǎn)意度處理

底層指標(biāo)根據(jù)數(shù)據(jù)獲得方式的不同可分為專(zhuān)家評(píng)價(jià)類(lèi)和計(jì)算仿真類(lèi)。下面分別說(shuō)明數(shù)據(jù)獲取與滿(mǎn)意度的處理方法。

例8 (根據(jù)2014年北京高考試題改編)某同學(xué)使用石墨電極在不同電壓(x)下電解pH=1的0.1mol·L-1FeCl2溶液,記錄如表1。(a、b、c代表電壓值)

1)專(zhuān)家評(píng)價(jià)類(lèi)

專(zhuān)家評(píng)價(jià)類(lèi)指標(biāo)是指無(wú)法或者不能輕易地通過(guò)定量計(jì)算得到數(shù)據(jù)的指標(biāo)，如直升機(jī)氣象適應(yīng)能力、人機(jī)工效等指標(biāo)，這類(lèi)指標(biāo)可通過(guò)專(zhuān)家打分法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

設(shè)有n個(gè)專(zhuān)家對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，每個(gè)專(zhuān)家評(píng)價(jià)結(jié)果為Ei(i=1,…,n)，則該指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為

(11)

2)計(jì)算仿真類(lèi)

計(jì)算仿真類(lèi)指標(biāo)是指可以通過(guò)解析計(jì)算或者仿真模擬得到具體數(shù)據(jù)的指標(biāo)，如直升機(jī)飛行速度、飛行高度可以通過(guò)計(jì)算得到，攻擊直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)完成時(shí)間可以通過(guò)仿真得到。

得到了指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，需要建立相匹配的滿(mǎn)足度函數(shù)，以確定指標(biāo)的滿(mǎn)意程度。采用模糊分布法，選取典型的帶有可變參數(shù)的函數(shù)建立各類(lèi)元素模型。一般情況下，直升機(jī)能力指標(biāo)有兩種，一種隨著指標(biāo)數(shù)值的增大，直升機(jī)效能提高，稱(chēng)為趨大型指標(biāo)，如攻擊距離；一種隨著指標(biāo)數(shù)值的增大，直升機(jī)效能降低，稱(chēng)為趨小型指標(biāo)，如出動(dòng)時(shí)間。根據(jù)指標(biāo)趨大型和趨小型類(lèi)別，滿(mǎn)意度函數(shù)也可分為趨大型和趨小型兩類(lèi)。其中，趨大型是指在一定范圍內(nèi)，指標(biāo)數(shù)值越大，滿(mǎn)意度越好；趨小型是指在一定范圍內(nèi)，指標(biāo)數(shù)值越小，滿(mǎn)意度越好。

本文選取的趨大型函數(shù)為

對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)的視角決定了評(píng)價(jià)方法，現(xiàn)有的三種作戰(zhàn)視角的內(nèi)涵如表1所示[6]。

(12)

其中，[L,H]表示指標(biāo)的合理區(qū)間范圍，當(dāng)指標(biāo)小于L時(shí)，完全不能滿(mǎn)足任務(wù)需求，滿(mǎn)足度為0；當(dāng)指標(biāo)大于H時(shí)，指標(biāo)完全符合任務(wù)需求，滿(mǎn)足度為1。

LONG Jun-rui, SHAN Chan-juan, YANG Qun-di, LIU Xin-ying, WANG Jiu-sheng, MEI Chang-lin, XIONG Lin-ping

令

5)由現(xiàn)場(chǎng)施工施工實(shí)際情況反饋，因?yàn)殇撝蝺?nèi)力變化較大，鋼圍檁變形情況較多，建議鋼圍檁安裝時(shí)，鋼圍檁與圍護(hù)樁之間填充一定要密實(shí)，確保鋼支撐軸力不消失，避免事故發(fā)生.

其中，[L,H]表示指標(biāo)的合理區(qū)間范圍，當(dāng)指標(biāo)小于L時(shí)，完全符合任務(wù)需求，滿(mǎn)足度為1；當(dāng)指標(biāo)大于H時(shí)，指標(biāo)完全不能滿(mǎn)足任務(wù)需求，滿(mǎn)足度為0。

兩種滿(mǎn)意度函數(shù)如圖4所示。

現(xiàn)有的飛機(jī)參數(shù)雖然經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，可靠性與準(zhǔn)確性達(dá)到了較高的程度，但是仍有部分?jǐn)?shù)據(jù)是不完整的或者存在爭(zhēng)議的。當(dāng)設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或新的數(shù)據(jù)被得到以后，如何對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行完善仍是一個(gè)棘手的問(wèn)題:從提出問(wèn)題到新版本的數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)再到所有舊版本全部得到更新，時(shí)間成本非常之高。

圖4 滿(mǎn)足度函數(shù)

2.4 體系貢獻(xiàn)率評(píng)估結(jié)果獲取

根據(jù)式(10)得到的全局權(quán)重與2.3節(jié)得到的指標(biāo)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得到某型直升機(jī)的任務(wù)效能。先計(jì)算參照直升機(jī)的任務(wù)效能，再計(jì)算待考核直升機(jī)的任務(wù)效能，最后利用式(1)得到待考核直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估結(jié)果。

3 應(yīng)用實(shí)例

以運(yùn)輸直升機(jī)為例，對(duì)上述體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法進(jìn)行驗(yàn)證。

設(shè)在某次戰(zhàn)役中，指揮部命令我方需將一突擊營(yíng)兵力由甲地通過(guò)直升機(jī)運(yùn)輸至乙地，評(píng)估運(yùn)輸直升機(jī)A的體系貢獻(xiàn)率。

選取運(yùn)輸直升機(jī)B作為對(duì)比參照，根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)理論和作戰(zhàn)構(gòu)想方法，映射得到直升機(jī)的指標(biāo)體系，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)。表4為能力指標(biāo)體系示例。

3)分別計(jì)算參照直升機(jī)和待考核直升機(jī)任務(wù)效能；

近日，南安普頓大學(xué)一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，居住區(qū)周?chē)觳偷甑臄?shù)量對(duì)于生活在這里的兒童的骨骼發(fā)育有一定的影響。

表4 運(yùn)輸直升機(jī)的能力指標(biāo)體系示例

表5 一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

對(duì)于專(zhuān)家評(píng)價(jià)類(lèi)指標(biāo)，邀請(qǐng)5位專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到評(píng)價(jià)結(jié)果，并計(jì)算滿(mǎn)意度，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 專(zhuān)家評(píng)價(jià)類(lèi)指標(biāo)計(jì)算表

對(duì)于計(jì)算仿真類(lèi)指標(biāo)，為了方便計(jì)算，將其繼續(xù)細(xì)化為三級(jí)指標(biāo)，并計(jì)算權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 計(jì)算仿真類(lèi)指標(biāo)三級(jí)指標(biāo)

進(jìn)行計(jì)算仿真，獲取底層數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 計(jì)算仿真類(lèi)指標(biāo)三級(jí)指標(biāo)計(jì)算表

計(jì)算各指標(biāo)的全局權(quán)重，與各指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果相乘，即可得到直升機(jī)的體系效能值。

直升機(jī)A的體系效能為

“真”從字面意思來(lái)看，是與“假”相對(duì)應(yīng)的反義詞，真實(shí)就是與客觀(guān)事實(shí)相符合，努力摒棄一切霧障、虛假、偽善等不真實(shí)的存在，達(dá)到實(shí)事求是，一切從實(shí)際出發(fā)。教育是師生在人際互動(dòng)中追求最本真最真誠(chéng)的教學(xué)活動(dòng)，而教育互動(dòng)合理性的根據(jù)就是互動(dòng)主體間相互同意、普遍贊同、自覺(jué)遵守一定規(guī)范的交往過(guò)程。哈貝馬斯論證了理性交往行為必須遵循的三個(gè)有效性要求，即判斷、陳述的真實(shí)性；遵循規(guī)范的正當(dāng)性；表達(dá)自我的真誠(chéng)性。所以說(shuō)，互動(dòng)合理性從本質(zhì)上講存在于互動(dòng)的真實(shí)之中。在思想政治理論教學(xué)過(guò)程中，真實(shí)良好的互動(dòng)至少應(yīng)該包括雙主體、內(nèi)容、形式三個(gè)方面的內(nèi)容。

CN=0.8367

(14)

直升機(jī)B的體系效能為

CO=0.6162

(15)

根據(jù)式(1)，直升機(jī)A相比于直升機(jī)B體系貢獻(xiàn)率提升為

(16)

同時(shí)，可以計(jì)算出，在機(jī)動(dòng)能力方面，直升機(jī)A相比于直升機(jī)B體系貢獻(xiàn)率提升為120%；在投送能力方面，直升機(jī)A相比于直升機(jī)B體系貢獻(xiàn)率提升為85.3%。

宮頸是女性生上生殖道的重要防線(xiàn)，可有效阻止下生殖道病原體感染上生殖道，但由于宮頸管單層柱狀上皮抗感染能力較差，在受到性交、手術(shù)、分娩、流產(chǎn)等機(jī)械性受損后，容易發(fā)生感染[2-4]。宮頸炎又分為急性和慢性?xún)煞N，若急性宮頸炎為能得到及時(shí)有效的治療可演變?yōu)槁詫m頸炎而慢性宮頸炎與宮頸癌有著密切的關(guān)系，故在臨床中應(yīng)積極對(duì)宮頸炎進(jìn)行防治。通常患者被確診為宮頸炎后會(huì)容易產(chǎn)生消極情緒，病情是否嚴(yán)重等情況，使得患者情緒多變，偏執(zhí)、抑郁等情況發(fā)生，極大降低了治療的依從性，使得治療效果受到影響[5-6]。

4 結(jié)論

1)本文提出了直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法，設(shè)計(jì)評(píng)估指標(biāo)體系，并基于層次分析法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)，構(gòu)造滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)函數(shù)，獲取底層數(shù)據(jù)的滿(mǎn)意度數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估結(jié)果；

2)本文提出的方法滿(mǎn)足直升機(jī)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估亟需，并為其他裝備體系貢獻(xiàn)率評(píng)估提供參考，具有一定的通用性；

3)本文為裝備體系效能分析和仿真奠定基礎(chǔ)。