基于證據(jù)推理的裝備在役適用性評估研究*

齊分嶺,韋國軍,孫 金

(1. 航天工程大學,北京 102206;2. 中國人民解放軍66389部隊,山西 太原 030031)

裝備在役考核工作是我軍新時期試驗鑒定活動的重要組成部分,是裝備列裝服役后試驗鑒定部門依托部隊開展的持續(xù)性試驗活動,重點跟蹤掌握裝備使用保障情況,考核裝備在實際使用環(huán)境下的作戰(zhàn)、保障效能發(fā)揮情況[1]。開展裝備在役考核,重點是進一步驗證作戰(zhàn)效能及作戰(zhàn)適用性,考核裝備在役適用性方面存在的問題,通過持續(xù)的考核鑒定工作,切實掌握裝備服役后的綜合表現(xiàn),并有針對性地提出裝備管理、編配使用、改進升級等方面的意見建議。

裝備在役考核評估是在役考核的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是圍繞在役考核目的及內(nèi)容開展的鑒定性評價活動,是對在役考核數(shù)據(jù)進行的一系列建模分析過程。在役考核通常結(jié)合部隊戰(zhàn)備訓練、日常管理、聯(lián)合演訓等工作任務(wù)開展,裝備在役適用性評估是在役考核工作中的一項重要內(nèi)容,對裝備在役適用性進行評估能夠切實摸清裝備在服役過程中的基礎(chǔ)性能底數(shù)及綜合效能發(fā)揮情況,提高裝備在完成多樣化軍事任務(wù)中的在役適應(yīng)能力[2]。

本文以某型衛(wèi)星裝備為研究對象,進行裝備在役適用性評估研究,通過建立證據(jù)推理的評估模型對裝備在役適用性進行科學評估。

1 在役適用性指標體系構(gòu)建

指標體系構(gòu)建是在役適用性評估的基礎(chǔ)性工作,是評估數(shù)據(jù)采集的依據(jù),指標體系是否合理直接影響在役考核評估的質(zhì)量。在役適用性評估是在役考核評估中的重要內(nèi)容,在役適用性是指在規(guī)定的操作使用環(huán)境條件下,裝備適應(yīng)部隊編配并保持性能穩(wěn)定的程度,一般包括適編性、適配性、質(zhì)量穩(wěn)定性、服役經(jīng)濟性[3]。本文選取基于樹狀分析的方法構(gòu)建在役適用性指標體系[4],樹狀分析技術(shù)對頂層能力指標進行逐層分解,將在役適用性問題分解為關(guān)鍵子問題,再將子問題分解為效能指標,效能指標再分解為性能指標,最后分解為可以采集的數(shù)據(jù)元。依據(jù)在役適用性考核評估內(nèi)容將在役適用性問題分解為適編性問題、適配性問題、質(zhì)量穩(wěn)定性問題、服役經(jīng)濟性問題4個子問題,每個子問題又可以分解為一個或多個與其相關(guān)的效能指標,每個效能指標可分解為多個性能指標,每個性能指標則與最終數(shù)據(jù)元相對應(yīng)。例如適配性子問題可以分解為:衛(wèi)星與其他型號衛(wèi)星或其他類型衛(wèi)星之間信息聯(lián)通能力如何?地面應(yīng)用系統(tǒng)與其他地面裝備資源保障通用性如何?將這些子問題用指標來衡量,就可以分解出適配性指標，包含互聯(lián)互通能力與資源保障通用性,同理可以分解出所有能夠回答在役適用性子問題的指標數(shù)據(jù)。基于樹狀分析構(gòu)建在役適用性指標體系的方法如圖1所示。

圖1 基于樹狀分析構(gòu)建在役適用性指標體系方法

由樹狀分析法層層分解可得到裝備在役適用性指標初始體系,再通過灰色關(guān)聯(lián)度分析法與德爾菲法進行篩選優(yōu)化[5],最終得到優(yōu)化后的衛(wèi)星裝備在役適用性指標體系,優(yōu)化后的指標體系共22個指標,如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星裝備在役適用性指標體系

2 基于證據(jù)推理的在役適用性評估方法

當前，對裝備在役考核及在役適用性評估方法的研究還比較少,沒有成熟經(jīng)驗可以參考,但是學術(shù)界對作戰(zhàn)試驗評估方法的研究比較多[6-8],結(jié)合在役適用性評估特點及內(nèi)容借鑒已經(jīng)得到了實踐應(yīng)用評估方法。在役適用性評估是在役考核重要的考核評估內(nèi)容,具有這種新型試驗類型普遍的特點,其指標結(jié)構(gòu)體系復雜，指標類型多樣，影響因素眾多[9],指標內(nèi)容來源于多個部門,涉及裝備戰(zhàn)備值班、聯(lián)合演訓、維修管理等日常工作,數(shù)據(jù)采集獲取過程中也存在諸多不確定因素。

在役適用性評估需要考慮多種不確定情況下的多因素影響,從指標類型來看,既有定性指標也有定量指標,部分指標因具有概率性而用概率表示,部分指標因具有模糊性而用“好、中、差”等模糊性文字表示,部分指標因由專家打分獲取具有主觀性[10],這些問題使得在役適用性評估具有明顯的不確定性。

針對以上描述,為有效處理在役適用性指標中包含的復雜性與不確定性,本文選擇基于證據(jù)理論構(gòu)建置信規(guī)則庫的方法進行在役適用性建模評估,采用置信度結(jié)構(gòu)描述在役適用性指標的不確定性和不完整的專家知識經(jīng)驗,并以置信度結(jié)構(gòu)的形式展示規(guī)則集成的結(jié)果[11-12]。

2.1 構(gòu)建置信規(guī)則庫

置信規(guī)則庫主要包括前提條件和規(guī)則結(jié)論,可以將不同種類的指標、歷史數(shù)據(jù)信息及專家經(jīng)驗以置信度結(jié)構(gòu)的形式表示出來。置信規(guī)則庫中的規(guī)則一般由“if-then”的結(jié)構(gòu)表示,每條置信規(guī)則結(jié)論都具有各自的置信度等級,其表達式一般如式(1)所示:

(1)

2.2 相似度、匹配度及權(quán)重計算

在役適用性置信規(guī)則庫中各影響因素參考值{Ai1,Ai2,…,Aij,…,Ai|Ai|}具體表示在役適用性第i個指標第j個參考值,|Ai|為指標i參考值的數(shù)目,規(guī)則激活需要先將輸入指標數(shù)據(jù)進行置信度結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,計算輸入值xi與參考值A(chǔ)ij的相似度,用式(2)計算:

(2)

(3)

下面計算帶有置信度的輸入指標值xi對單個指標的匹配度,用式(4)計算:

T(xi,δi)={(Ai,αij)}

(4)

式(4)中，αij表示輸入值匹配能力指標dj的第j個

取值A(chǔ)ij的匹配度,用式(5)計算:

(5)

(6)

2.3 輸入對結(jié)論信度分布的修正

修正公式為[13]

(7)

(8)

2.4 證據(jù)推理集成

證據(jù)推理算法的基本公式[14-15]如下:

(9)

(10)

其中,式(9)、式(10)中的N為置信庫規(guī)則結(jié)論數(shù),βl為第l個結(jié)論的置信度,μ為證據(jù)推理組合修正系數(shù)。

3 裝備在役適用性評估實例分析

下面以某型衛(wèi)星為研究對象開展在役適用性評估,說明基于證據(jù)推理方法在裝備在役適用性評估中的具體應(yīng)用。為簡化計算,假設(shè)置信規(guī)則庫中各規(guī)則的權(quán)重均為1,各條規(guī)則前提條件的相對權(quán)重也為1,通過實地調(diào)研,結(jié)合專家意見構(gòu)建置信規(guī)則庫,專家意見可用數(shù)據(jù)采集表表1采集,整理匯總后的評估規(guī)則庫(部分)如表2所示,通過對衛(wèi)星使用管理單位進行調(diào)查問詢,參考所構(gòu)建的指標體系內(nèi)容并結(jié)合對裝備在役適用性歷史數(shù)據(jù)的分析,得到該衛(wèi)星裝備在役適用性能力指標取值,如表3所示。

表1 專家意見數(shù)據(jù)采集表

表2 在役適用性評估規(guī)則庫(部分)

表3 在役適用性評估指標取值

設(shè)待評估對象某型衛(wèi)星裝備S1號星輸入數(shù)據(jù)參考值為I7=(強,0.8)(中,0.2),I8=(強,0.7)(中,0.2)(差,0.1),I9=(強,0.8)(中,0.2),I10=(強,0.9)(中,0.1),I13=(30,1),I14=(強,1),I15=(0.8,1),I16=(83%,1),I17=(90%,1),I18=(12%,1),I19=(15%,1),I20=(強,0.9)(中,0.1),I21=(強,0.8)(中,0.2),I22=(中,1)。上述條件可用于計算人員適編性等。

3.1 計算人員適編性

1)激活規(guī)則

已知輸入值為I16=(83%,1),I17=(90%,1),激活了規(guī)則庫中第3、4、5、6條規(guī)則,如表4所示。

表4 被激活的規(guī)則

2)計算相似度

將輸入值I16、I17代入式(2)，計算相似度可得:

φ1(83%,80%)=0.7,φ1(83%,90%)=0.3,

φ1(83%,100%)=0;φ2(90%,80%)=0.5,

φ2(90%,100%)=0.5。

3)計算匹配度與激活度

利用式(6)、式(7)、式(8)計算輸入值與每條規(guī)則的歸一化后的激活度,可得:

ω3=0.15,ω4=0.15,ω5=0.35,ω6=0.35,μ3=1,μ4=1,μ5=1,μ6=1。

4)證據(jù)組合

利用式(9)、式(10)計算可得人員適編性I6((強,0.386 2)(中,0.351 1)(差,0.262 7)),由計算結(jié)果可以看出該裝備適編性強的信度值為0.386 2,中的信度值是0.351 1,差的信度值是0.262 7,三者信度之和0.386 2+0.351 1+0.262 7=1,說明輸入信息完全時,輸出信息也是完全的。

3.2 計算在役適用性能力

按照上節(jié)中步驟，運用同樣的方法分別計算出I11、I12、I2、I3、I4、I5,由于數(shù)據(jù)量大,可采用軟件進行計算,最后得到在役適用性能力I1=((滿足,0.511 6)(基本滿足,0.312 7)(不滿足,0.175 7)),評估結(jié)果表示通信衛(wèi)星S1的在役適用性評估結(jié)果為滿足服役任務(wù)的置信度為0.511 6,基本滿足服役任務(wù)的置信度為0.332 7,不滿足的置信度為0.155 7。評估結(jié)果以置信度分布的表現(xiàn)形式對該衛(wèi)星當前服役狀態(tài)下的在役適用性能力進行了描述。

3.3 多對象評估結(jié)果對比

假設(shè)當前需要對同系列型號的S1、S2、S3三顆在軌運行的衛(wèi)星進行在役適用性評估比較,其中S1星已經(jīng)在上一節(jié)評估完畢。對于S2星,輸入?yún)?shù)值任務(wù)性能下降率I18=(7%,1),可靠性下降率I19=(12%,1),其余指標取值同S1星;對于S3星，輸入?yún)?shù)值維修經(jīng)濟性I14=(強,1),系統(tǒng)效費比I15=(1.0,1),其余指標取值同S1星。分別計算S2星、S3星在役適用性能力值得到S2-I1((滿足,0.613 8)(基本滿足,0.290 9)(不滿足,0.095 3)),S3-I1((滿足,0.542 3)(基本滿足,0.336 4)(不滿足,0.121 3))。三顆衛(wèi)星在役適用性能力信度分布情況如圖3所示,衛(wèi)星在役適用性評估效用值如圖4所示。

圖3 衛(wèi)星在役適用性評估結(jié)果對比

圖4 衛(wèi)星在役適用性評估效用值對比

通過圖3和圖4可以看出，衛(wèi)星S2的在役適用性能力最好,S3次之,S1最差。分析可知,衛(wèi)星S2在有效載荷質(zhì)量穩(wěn)定性指標上優(yōu)于衛(wèi)星S1,使得在役適用性評估結(jié)果提高明顯;衛(wèi)星S3在服役經(jīng)濟性指標上優(yōu)于衛(wèi)星S1,使得在役適用性評估結(jié)果也有一定提高。實際上衛(wèi)星S2是同系列改進增強型衛(wèi)星,運行穩(wěn)定,故障率低,S3星所在單位管理維護水平高,服役經(jīng)濟性好于S1星,評估結(jié)果與實際相符,說明衛(wèi)星質(zhì)量穩(wěn)定性對在役適用性評估結(jié)果影響更大一些。從整體上來看,評估輸入值對各衛(wèi)星在役適用性評估效用值影響差別不是很明顯,說明某一指標的變化對頂層指標評估結(jié)果的影響較小。但通過評估結(jié)果也可以看出,為提高衛(wèi)星在役適用性,人力資源部門應(yīng)適當調(diào)整人員崗位編制配備,保持較高的人員配備率,提高人員崗位匹配度,裝備保障部門應(yīng)加強裝備維修管理,提高裝備服役經(jīng)濟性,研制論證部門應(yīng)加強科研攻關(guān),提高衛(wèi)星系統(tǒng)的質(zhì)量穩(wěn)定性,降低衛(wèi)星故障率。

4 結(jié)束語

本文以某型衛(wèi)星為研究對象開展在役適用性評估研究,綜合運用樹狀分析技術(shù)、灰色關(guān)聯(lián)度分析及德爾菲法構(gòu)建在役適用性指標體系,參考相關(guān)歷史數(shù)據(jù)規(guī)范指標能力取值,建立在役適用性評估置信規(guī)則庫,建立基于證據(jù)推理的裝備在役適用性評估模型,通過實例驗證了方法的有效性與可行性,并根據(jù)評估結(jié)果分析了在役適用性底層指標對在役適用性能力的影響,提出了提高裝備在役適用性的意見建議。研究表明,基于證據(jù)推理的裝備在役適用性評估方法可以為其他類型裝備在役適用性評估以及不同考核背景下的在役考核評估提供方法參考。