基于ADC的艦載通信裝備FAHP效能評(píng)估方法研究?

魏玉人 陳 楠 周學(xué)廣

（1.南部戰(zhàn)區(qū)海軍參謀部 湛江 524001）（2.中國(guó)人民解放軍91991部隊(duì) 舟山 316000）（3.海軍工程大學(xué)信息安全系 武漢 430033）

1 引言

目前，多將ADC法與模糊層次分析法作為對(duì)武器裝備作戰(zhàn)或使用效能［1］、信息系統(tǒng)或軍事裝備效能的評(píng)估方法［2］。直接應(yīng)用包括:艦載武裝直升機(jī)對(duì)岸火力支援效能評(píng)估［3］、機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)生存能力評(píng)估［4］、防空導(dǎo)彈體系進(jìn)行效能評(píng)估［5］、反坦克導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評(píng)估［6］以及軍事通信系統(tǒng)效能評(píng)估［7］，都應(yīng)用AHP法與FAHP法對(duì)ADC法中的能力矩陣C進(jìn)行量化。各種改進(jìn)應(yīng)用包括:運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法構(gòu)造能力向量C改進(jìn)ADC法［8］；利用AHP法與模糊綜合評(píng)判法對(duì)反坦克導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估［9］；采用ADC法、FCE法及系統(tǒng)有效性分析方法同時(shí)對(duì)彈道導(dǎo)彈的效能進(jìn)行評(píng)估［10］；運(yùn)用導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的階段性飛行特征對(duì)傳統(tǒng)ADC法進(jìn)行改進(jìn)，利用AHP法和FCE法量化處理能力矩陣C［11］；借助ADC模型，將可用度、可信度及能力對(duì)光電對(duì)抗系統(tǒng)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判［12］；分層確定和構(gòu)建倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)行管理效率評(píng)估模型［13］；結(jié)合FAHP和ADC法的集成軍事通信網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)效能評(píng)估［14］；使用AHP、ADC和模糊理論進(jìn)行沿海環(huán)境影響武器裝備作用性能整體評(píng)估［15］；采用ADC和FCE法相結(jié)合的指揮所通信裝備效能定量評(píng)估［16］；綜合使用ADC和AHP方法的某機(jī)載通信系統(tǒng)效能評(píng)估［17］；綜合運(yùn)用ADC法、AHP法和FCE法進(jìn)行艦載雷達(dá)裝備管理綜合評(píng)估［18］；基于熵權(quán)-AHP法和ADC法的防空導(dǎo)彈武器的兩種國(guó)產(chǎn)輪式戰(zhàn)車分析評(píng)估［19］。

上述研究或?qū)HP法、FCE法等方法結(jié)合入ADC法中，利用模糊數(shù)學(xué)等方法解決ADC法中能力矩陣構(gòu)造問(wèn)題，對(duì)軍事裝備效能進(jìn)行評(píng)估；或使用多種評(píng)估方法對(duì)軍事裝備系統(tǒng)效能進(jìn)行評(píng)估。未見(jiàn)將ADC法計(jì)算結(jié)果引入模糊層次分析法對(duì)裝備管理效能進(jìn)行評(píng)估的研究。

2 基于ADC的FAHP評(píng)估方案

本節(jié)設(shè)計(jì)艦載通信裝備效能評(píng)估方案，給出艦載通信裝備效能的具體評(píng)估過(guò)程。

2.1 確定艦載通信裝備效能評(píng)估因素集以及評(píng)語(yǔ)集

明確評(píng)估的對(duì)象為艦載通信裝備效能，涉及艦上日常使用管理中的所有通信裝備，通信裝備使用、管理的全過(guò)程以及該過(guò)程中人員、制度等全要素。評(píng)估因素集選取適當(dāng)?shù)姆椒ǚ旨?jí)構(gòu)建。其中，3個(gè)一級(jí)評(píng)估因素，8個(gè)二級(jí)評(píng)估因素和80多個(gè)三級(jí)評(píng)估因素等。本文采用的評(píng)語(yǔ)集為5級(jí)，即（很好、好、一般、差、很差）。

2.2 確定艦載通信裝備效能評(píng)估因素權(quán)重

通過(guò)外請(qǐng)多個(gè)專家背靠背打分，獲取各評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估矩陣；再利用一組設(shè)定的隸屬函數(shù)將所有指標(biāo)的評(píng)估值轉(zhuǎn)化為隸屬度和隸屬度權(quán)重；然后生成相應(yīng)的隸屬度權(quán)重矩陣，進(jìn)而確定指標(biāo)權(quán)重向量。步驟如下:

1）構(gòu)造模糊判斷矩陣；

2）計(jì)算得到模糊一致判斷矩陣；

3）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。

2.3 隸屬度的計(jì)算

專家根據(jù)確定的評(píng)語(yǔ)集對(duì)下一層指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，假設(shè)下一級(jí)指標(biāo)數(shù)為i，專家數(shù)為N，其中，有nij個(gè)專家為指標(biāo)i評(píng)估為j，則由打分結(jié)果可求得各指標(biāo)的隸屬度矩陣:

2.4 單因素模糊評(píng)判

指標(biāo)權(quán)重值矩陣為W，隸屬度矩陣為R，評(píng)判結(jié)果用矩陣表示:

其中，“?”為模糊合成算子，本文對(duì)模糊合成算子采用M( )·,⊕ 算子。

2.5 多級(jí)模糊綜合評(píng)判

對(duì)于多層次系統(tǒng)而言，需要從最底層開(kāi)始評(píng)判，并將每層的評(píng)判結(jié)果作為上層的輸入，組成上層的評(píng)判矩陣R，直到最高層的評(píng)判結(jié)束。本文為三級(jí)模糊綜合評(píng)判，其模型參見(jiàn)圖1。

圖1 三級(jí)模糊綜合評(píng)判模型

2.6 對(duì)評(píng)估結(jié)果的判定

利用多級(jí)模糊綜合評(píng)判得到的最終向量B對(duì)評(píng)估結(jié)果做出判定，常用的判定準(zhǔn)則有最大隸屬度準(zhǔn)則和加權(quán)平均準(zhǔn)則。

2.7 ADC法評(píng)估裝備使用能力

1）確定可用度矩陣A

因?yàn)榕炤d通信裝備使用時(shí)僅存在兩種狀態(tài)，即正常工作狀態(tài)與故障狀態(tài)，故:

其中，a1表示裝備正常工作的狀態(tài)，a2表示故障狀態(tài)，且a2=1-a1。

2）確定可信度矩陣D

艦載通信裝備在正常出海前均檢查無(wú)誤，均可正常使用，則:

其中，d1,1表示通信裝備正常使用概率，d1,2表示通信裝備故障概率；d2,1為修復(fù)機(jī)器故障概率，限于出海艦艇難以提供足夠的維修保證，因此該概率為0，則d2,2概率為1。

3）確定能力矩陣C

利用單因素模糊評(píng)判獲得裝備使用下一層級(jí)指標(biāo)的評(píng)判結(jié)果為B'={b1,b2,b3,b4,b5}，作為裝備正常使用狀態(tài)下的能力向量，考慮到裝備故障狀態(tài)時(shí)能力向量為{0 ,0,0,0,0} ，則:

4）計(jì)算艦載通信裝備使用指標(biāo)效能E

根據(jù)式（6）計(jì)算得到的向量作為對(duì)艦載通信裝備使用的評(píng)估結(jié)果，同時(shí)將其作為中間結(jié)果引入多級(jí)模糊評(píng)判的計(jì)算。

3 艦載通信裝備效能評(píng)估計(jì)算與仿真

艦載通信裝備涉及電臺(tái)、衛(wèi)星及數(shù)據(jù)鏈三類（下文以T、S和L代指），本節(jié)應(yīng)用模糊層次法對(duì)艦載T、S和L這三款通信裝備的裝備使用能力這個(gè)指標(biāo)下的五個(gè)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行模糊評(píng)估，然后利用模糊評(píng)估結(jié)果向量作為能力矩陣C并采用ADC法對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行整體評(píng)估。本節(jié)使用符號(hào)定義如表1所示。

表1 計(jì)算使用的符號(hào)及其含義

3.1 使用單因素模糊評(píng)估方法對(duì)T裝備使用能力進(jìn)行評(píng)估

裝備使用能力的五個(gè)三級(jí)指標(biāo)中既有定量也有定性指標(biāo)，按照單因素模糊評(píng)估計(jì)算過(guò)程對(duì)T裝備使用能力進(jìn)行評(píng)估，獲得評(píng)估結(jié)果向量作為ADC評(píng)估的能力矩陣C1。

1）邀請(qǐng)專家對(duì)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，確定指標(biāo)對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)集

2）計(jì)算指標(biāo)相對(duì)權(quán)重，構(gòu)建隸屬度矩陣

根據(jù)式（1）對(duì)模糊互補(bǔ)判斷矩陣A’23進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由模糊互補(bǔ)矩陣A’23計(jì)算得到模糊一致矩陣:

3）計(jì)算指標(biāo)效能，獲得評(píng)估結(jié)果

利用計(jì)算得到的權(quán)重向量W23和隸屬度矩陣R23，按照式（2）計(jì)算得到T裝備使用能力的度量結(jié)果，即其能力隸屬度向量為

3.2 使用ADC法評(píng)估T裝備使用能力整體效能

將應(yīng)用單因素模糊評(píng)估計(jì)算得到的結(jié)果向量作為能力矩陣C代入ADC法進(jìn)行計(jì)算，由ADC法計(jì)算所得結(jié)果評(píng)估T裝備使用能力的整體效能。

1）確定可用度矩陣A

根據(jù)艦載通信裝備使用特性，艦艇上的通信裝備配備初為可用狀態(tài)，在艦艇外出執(zhí)行任務(wù)期間，通信裝備的狀態(tài)僅可用與不可用兩種。

2）確定可信度矩陣D

根據(jù)采用的通信裝備顯著性故障水平α=5%，可計(jì)算每臺(tái)通信裝備因插件板引起故障的概率為

則該型通信裝備無(wú)法正常行使職能的概率為

每臺(tái)通信裝備故障由插件板引起的概率m為

由式（4）、式（5）可得T型通信裝備可信度矩陣為

某型艦配備5臺(tái)T裝備，每臺(tái)T裝備內(nèi)含4個(gè)插件板，T裝備故障因插件板引起的概率m1=25%。T裝備還配有5塊重要部位備件板，插件板可作同數(shù)量的T裝備使用。對(duì)T裝備故障的概率進(jìn)行計(jì)算，該型艦上T型裝備故障概率為x1=9.31*10-20。T型裝備可信度矩陣為D1:

根據(jù)以上對(duì)某型艦載通信裝備故障率的計(jì)算，通信裝備故障率大小與配備的裝備數(shù)量關(guān)系成高度負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3）由單因素模糊評(píng)判結(jié)果確定能力矩陣C

根據(jù)單因素模糊評(píng)判對(duì)通信裝備使用能力評(píng)估結(jié)果構(gòu)造能力矩陣，取裝備正常使用狀態(tài)下能力向量為C1=B23=(0.090,0.249,0.430,0.206,0.026)；取裝備故障狀態(tài)能力向量C2=(0,0,0,0,0)，構(gòu)建裝備使用能力矩陣:

計(jì)算T裝備使用能力效能

由裝備使用能力評(píng)估結(jié)果，獲得綜合裝備可用、可信度計(jì)量的評(píng)估結(jié)果:

按照表2所示評(píng)語(yǔ)集對(duì)應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算T裝備使用能力得分P=50.55分，評(píng)估等級(jí)為一般。由計(jì)算結(jié)果可知，在保證T裝備正常配備及使用的情況下，裝備可信度很高，基本不影響其裝備使用的能力，此時(shí)T裝備的使用能力完全由五個(gè)三級(jí)指標(biāo)決定。ADC評(píng)估結(jié)果反映了T裝備具有較低故障率，同時(shí)具有較高的通信保障能力。

3.3 艦載S裝備通信能力評(píng)估

艦艇S裝備通信能力評(píng)估計(jì)算與T裝備通信能力評(píng)估計(jì)算方法一致，其模糊評(píng)判結(jié)果與T裝備相同。下面使用ADC法評(píng)估S裝備的使用效能。S裝備的可用度矩陣為A=(1 ,0)；同時(shí)，將單因素模糊評(píng)判獲得的評(píng)估結(jié)果向量作為能力矩陣C2。

1）確定可信度矩陣

單艦S裝備配備4臺(tái)，還配有4塊專用插件備件板。同時(shí)，S裝備內(nèi)含6個(gè)插件板，而每個(gè)插件板的故障率相同。因此在S裝備插件板故障中，m2=16.7%的概率為專用插件板故障。根據(jù)艦載S裝備配備情況，對(duì)S裝備正常使用及故障的概率進(jìn)行計(jì)算，艦載S裝備故障概率為x2=2.32*10-17，在實(shí)際環(huán)境中可以忽略不計(jì)。

由計(jì)算可知S裝備可信度矩陣為D2:

2）根據(jù)單因素模糊評(píng)判結(jié)果確定能力矩陣

根據(jù)單因素模糊評(píng)判對(duì)S裝備的使用能力評(píng)估結(jié)果構(gòu)造能力矩陣，結(jié)果如下:

3）計(jì)算裝備使用能力評(píng)估效能

計(jì)算裝備使用能力評(píng)估，獲得S裝備可用、可信度計(jì)量的評(píng)估結(jié)果:

針對(duì)S裝備應(yīng)用ADC法對(duì)其使用能力進(jìn)行整體評(píng)估，結(jié)果向量與對(duì)T裝備的評(píng)估結(jié)果一致。表明在單艦的T裝備、S裝備整機(jī)、備品配備情況下，其通信裝備的可信度很高，幾乎不影響裝備行使正常職能；表明某型艦的艦載電臺(tái)類、衛(wèi)星類通信能力是得到有效保障的。

3.4 艦載通信裝備通信評(píng)估仿真

1）仿真結(jié)果

針對(duì)L裝備應(yīng)用ADC法對(duì)其使用能力進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程忽略。直接給出三類通信裝備仿真結(jié)果如圖2所示，以艦載通信裝備數(shù)量為橫軸，該數(shù)量下裝備故障率x以-log()x處理后的值為縱軸繪制以下曲線。

圖2 艦載通信裝備故障概率仿真圖

由圖2可知，T、S和L通信裝備配備數(shù)量由1臺(tái)增加到10臺(tái)時(shí)，其故障概率從1.25%開(kāi)始成冪次減小。從圖中可看出，T、S、L類通信裝備三條線斜率依次增加，表明其故障率顯著減小。通過(guò)計(jì)算及結(jié)果分析，某型艦上T、S及L通信裝備的通信能力可以有效保障艦載通信的需要。

2）根據(jù)ADC法評(píng)估結(jié)果分析艦載通信裝備使用能力指標(biāo)

在使用單因素模糊評(píng)估對(duì)T裝備使用能力進(jìn)行評(píng)估小節(jié)中計(jì)算得到的權(quán)重向量W=(0.225,0.180,0.175,0.250,0.170)，根據(jù)專家打分情況，說(shuō)明某型艦的T、S通信裝備的使用能力中，“裝備自身穩(wěn)定性”、“裝備使用過(guò)程嚴(yán)格操作規(guī)范情況”、“全過(guò)程書(shū)面記錄情況”三項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估情況均為一般偏好；“裝備使用頻率”、“裝備使用時(shí)長(zhǎng)”兩項(xiàng)指標(biāo)則表現(xiàn)不佳。將單因素模糊評(píng)估結(jié)果作為ADC法能力向量矩陣引入，計(jì)算得到的ADC綜合評(píng)估結(jié)果表明評(píng)估分值符合預(yù)期，裝備使用能力的整體評(píng)估結(jié)果為“一般”。

3）對(duì)策建議

根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)某型艦艦載通信裝備后續(xù)的裝備使用方面提出以下建議:一是適當(dāng)增加裝備使用頻率及時(shí)長(zhǎng)，使裝備提前進(jìn)入“戰(zhàn)斗狀態(tài)”；二是在裝備使用過(guò)程嚴(yán)格操作規(guī)程，保證人與裝備之間的完美結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

本文用ADC法對(duì)艦載通信裝備使用能力指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)估，通過(guò)計(jì)算T、S兩型裝備的故障概率反映出其通信能力。在對(duì)某型艦進(jìn)行整體評(píng)估時(shí)，艦載通信裝備使用能力指標(biāo)計(jì)算的向量結(jié)果將與同級(jí)其他指標(biāo)共同構(gòu)成上一級(jí)的隸屬度矩陣，逐層向上做出最終整體評(píng)估。