基于模糊層次分析法的ADC模型導彈部隊裝備保障效能評估

何能波,吳紅樸,孫 金,齊分嶺,3,侯 煒

(1. 航天工程大學,北京 102206;2. 中國人民解放軍96746部隊,新疆 庫爾勒 841000;3. 中國人民解放軍66389部隊,山西 太原 030031)

隨著科技的不斷發(fā)展,高新技術越來越多地用于軍事裝備領域。裝備保障對于保持和恢復裝備性能,保證裝備戰(zhàn)斗力的持續(xù)輸出起至關重要的作用,部隊裝備保障效能的高低已經(jīng)成為影響和制約戰(zhàn)爭全局勝負的關鍵因素。

導彈部隊的主戰(zhàn)裝備之一是導彈武器,導彈武器作為高精技術裝備,其性能的保持受諸多因素影響,且導彈武器裝備的保障不同于其他通用武器裝備保障,裝備保障標準更高。導彈部隊裝備保障力量建設對導彈部隊戰(zhàn)斗力的保持和使命任務的履行非常重要。為了評估導彈部隊裝備保障建設和裝備保障能力情況,須設計出緊貼導彈部隊裝備保障實際的效能評估方法,找出建設中的短板弱項,提出增強導彈部隊裝備保障能力的科學有效的措施,這對促進導彈部隊裝備保障力量有效遂行裝備保障任務具有非常重大的意義。

1 導彈部隊裝備效能評估模型建立

1.1 裝備保障效能評估方法

文獻[1]介紹了裝備保障能力評估方法的優(yōu)缺點,包括模糊層次分析法、云理論法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能評估法等方法；文獻[2]運用模糊層次分析法對導彈裝備保障能力進行了評估；文獻[3]闡述了ADC方法的優(yōu)點,即基于ADC方法的效能評估值與裝備系統(tǒng)的實戰(zhàn)過程、作戰(zhàn)效果之間具有良好的物理擬合性,用于機載反輻射導彈效能評估可鮮明地反映裝備系統(tǒng)效能的物理本質(zhì),模型簡便靈活；文獻[4]采用ADC效能評估方法設計了合成旅的裝備保障效能模型,并用實例進行檢驗,證明了模型的有效性。結合文獻對裝備保障效能評估方法的研究,各評估方法存在以下優(yōu)缺點:

1)基于模糊層次分析法的效能評估,模型簡單,采用定性定量的方法對復雜系統(tǒng)問題分析效果較好,但人的經(jīng)驗和知識對指標權重有較大影響。

2)云理論法充分考慮了裝備保障系統(tǒng)的隨機性和模糊性問題,使語言中定性概念的隨機性和模糊性有機結合在一起,實現(xiàn)了定性語言值和定量數(shù)值之間的自然轉(zhuǎn)換,但其需要對大量樣本數(shù)據(jù)進行復雜運算,且無法應對隨機因素的干擾。

3)神經(jīng)網(wǎng)絡法避免了復雜模型的計算,解決了建模難的問題,便于實現(xiàn),具有較好的學習能力、容錯能力、非線性映射能力,但其需要大量的樣本數(shù)據(jù)進行訓練,且無法自解釋推理過程和依據(jù),評估過程收斂速度慢。

4)ADC模型方法成熟,使用簡便,能夠反映裝備保障系統(tǒng)的物理本質(zhì),單個或復雜系統(tǒng)的效能評估效果較好,但模型的每項指標需要有明確的解析表達式,有些系統(tǒng)難以給出全部指標的解析表達式。

1.2 效能評估模型建立

根據(jù)導彈部隊裝備及裝備保障的特點,導彈部隊裝備保障效能評估是基于作戰(zhàn)任務和過程的評估,相關保障數(shù)據(jù)不多且難以獲得。導彈部隊裝備保障力量實施裝備保障活動是由諸多保障要素構成的復雜保障系統(tǒng),為了更好地反映導彈部隊在任務中的裝備保障效能,本文結合ADC模型和模糊層次分析法的優(yōu)點,采用ADC模型和模糊層次分析法對導彈部隊裝備保障效能進行評估,具體模型可表示為

E=ADC

(1)

式中，A表示裝備保障系統(tǒng)的可用度,D表示裝備保障系統(tǒng)的可信度,C表示裝備保障系統(tǒng)的固有能力。

可用度A是指裝備保障系統(tǒng)執(zhí)行任務開始時其在不同情況狀態(tài)的概率集合,設ai表示執(zhí)行任務開始時裝備保障系統(tǒng)處于狀態(tài)i的概率,A可表示為

A=[a1,a2,…,an]

(2)

可信度D是轉(zhuǎn)移概率矩陣,設dij表示裝備保障系統(tǒng)由任務開始時狀態(tài)i到任務結束時轉(zhuǎn)移至狀態(tài)j的概率,D可表示為

(3)

裝備保障系統(tǒng)固有能力C是指在可用可信狀態(tài)下裝備保障系統(tǒng)完成裝備保障任務的能力,cij表示系統(tǒng)在i狀態(tài)下達到j項要求的能力,C可表示為

(4)

2 導彈部隊裝備保障效能評估指標體系建立

2.1 效能指標體系建立原則

導彈部隊具有裝備技術含量高，裝備種類多樣，作戰(zhàn)運用靈活的特點,部隊裝備保障效能評估指標必須科學、準確、全面。建立指標體系時，應遵循以下原則。

1)完備性原則

效能指標建立要立足保障導彈部隊裝備戰(zhàn)斗力持續(xù)輸出，打贏未來戰(zhàn)爭的需要,以導彈部隊履行的使命任務為基礎,結合裝備保障發(fā)展的軍事需求,對導彈部隊裝備保障的各方面進行分析,充分刻畫導彈部隊裝備保障特征,全面反映裝備保障效能。但各裝備保障效能指標不能重復,每一個對效能評估值有影響的指標都應包含在指標的屬性集中。

2)客觀性原則

建立的指標要能夠客觀地反映導彈部隊裝備保障系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變化,正確反映裝備保障系統(tǒng)的不確定性,不能因人而異。

3)科學性原則

影響導彈部隊裝備保障效能的因素較多,應該分清主要因素和次要因素,抓住影響裝備保障效能的主要因素,忽略次要因素,使得指標體系相對簡單,不影響對導彈部隊裝備保障效能的評估。

4)系統(tǒng)性原則

指標體系的建立應按照系統(tǒng)論的思想,將指標體系看作一個系統(tǒng),從不同層面和角度反映導彈部隊履行裝備保障任務的特征,展現(xiàn)導彈部隊裝備保障結構的整體邏輯,體現(xiàn)裝備保障的變化趨勢和發(fā)展動態(tài)。

5)實用性原則

在建立裝備保障系統(tǒng)指標體系時，既要考慮指標是否可以量化,也要兼顧數(shù)據(jù)獲取的可行性和可操作性,確保數(shù)據(jù)便于獲取且質(zhì)量有保證。

2.2 導彈部隊裝備保障效能指標體系建立

效能是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下達到完成規(guī)定的使用目標的能力[5]。導彈部隊裝備保障效能是部隊裝備保障系統(tǒng)在規(guī)定條件下完成規(guī)定任務的程度。由ADC效能模型可知，導彈部隊裝備保障的效能包含裝備保障系統(tǒng)可用度A、可信度D、固有能力C。裝備保障系統(tǒng)可用度與部隊主戰(zhàn)裝備平均故障間隔時間、平均故障維修時間、平均故障延誤時間相關。裝備保障系統(tǒng)可信度可由主戰(zhàn)裝備可靠性表示。裝備保障系統(tǒng)固有能力可由裝備保障指揮、裝備維修保障、裝備器材保障、裝備彈藥保障、裝備保障防衛(wèi)、裝備保障管理六個指標表示。裝備保障效能指標結構層次如圖1所示。

圖1 裝備保障效能指標結構層

裝備保障指揮是裝備保障活動中的關鍵環(huán)節(jié),裝備保障指揮正確與否,直接對裝備保障任務的完成造成影響,對部隊作戰(zhàn)任務的完成影響更大。裝備保障指揮指標包含指揮人員素質(zhì)、信息保障、指揮作業(yè);裝備維修保障指標包括維修人員素質(zhì)、展開效能、搶救搶修效能;器材供應指標包括器材種類配備率、器材數(shù)量配備率、器材供應成功率；彈藥供應保障指標包含導彈儲備率、導彈測試效率、導彈轉(zhuǎn)載效率;裝備保障防衛(wèi)指標包含偵察能力、防衛(wèi)措施、人員裝備生存率;機動效能指標包括機動平均速度和保障人員及設備到位率;裝備管理效能指標包括裝備管理體系和裝備完好率。圖2為固有能力指標。

圖2 裝備保障固有能力指標

3 導彈部隊裝備保障效能評估

3.1 可用度

裝備保障系統(tǒng)的可用度A和可信度D可以用系統(tǒng)內(nèi)各類型裝備的平均可用度和平均可信度近似表示。導彈部隊擁有的裝備種類多樣,某一類型主戰(zhàn)裝備的可用度可由該類型裝備的故障間隔時間MTBF、故障維修時間MTTR和故障延誤時間MLDT表示為

(5)

若某導彈旅的主戰(zhàn)裝備類型數(shù)量為n,則該部隊主戰(zhàn)裝備平均可用度為

(6)

導彈部隊的裝備保障系統(tǒng)開始執(zhí)行任務時，可能處于正常工作和故障兩種狀態(tài),分別用a1和a2表示兩種狀態(tài)的概率。其中，a1和a2可表示為:

(7)

(8)

3.2 可信度

導彈部隊主戰(zhàn)裝備從任務開始到任務結束有四種狀態(tài)：1)任務開始到結束裝備均是正常工作狀態(tài);2)任務開始時，裝備在正常工作狀態(tài),任務結束時，處于故障不能工作狀態(tài);3)任務開始時，裝備處于故障不能工作狀態(tài),任務結束時，處于正常工作狀態(tài);4)從任務開始到任務結束，裝備均處于故障不能工作狀態(tài)。這四種狀態(tài)分別用平均概率d11、d12、d21、d22表示,則D可表示為

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

3.3 固有能力

1)分析構建裝備保障固有能力的指標層次結構。由于同一層級間的因素相互獨立,互不關聯(lián),根據(jù)層次結構模型圖的隸屬關系,建立指標集I和子指標集Ii,分別為:

I={I1,I2,…,IN}

Ii={Ii1,Ii2,…,Iij}

2)確立評價集。結合導彈部隊實際情況,將裝備保障能力劃為優(yōu)秀、良好、及格、差,分別用v1、v2、v3、v4表示,所以，評價集為V={v1,v2,v3,v4}。

3)計算權重。根據(jù)各層級指標的相互比較,得到相應的判斷矩陣,通過判斷矩陣運算出各層級指標之間的權重W、Wij,從而計算出基于AHP的評價體系各指標的權重Qij=Wij·Wi。

4)建立模糊評語矩陣。依據(jù)專家的意見打分進行綜合,得到各指標的模糊評語,通過計算得出模糊評估矩陣ri。

5)計算綜合評價向量R。根據(jù)模糊理論的運算方法Ri=Qij·ri,得出各指標綜合評價向量,同理得到總的綜合評價向量。

6)計算隸屬度。確定指標集合I到評價集的模糊矩陣,經(jīng)模糊變換B=W°R得到隸屬度。

7)計算固有能力c1。根據(jù)保障能力評分表,計算得到c1。

3.4 裝備保障效能實例計算

3.4.1 可用度和可信度計算

導彈部隊的主戰(zhàn)裝備種類和數(shù)量較多,通過查找相關資料,得出主戰(zhàn)裝備平均故障間隔時間和平均故障修復時間,利用式(5)可求得a1=0.9998、a2=0.0002,計算可用度為A=[0.999 8 0.002]。

3.4.2 固有能力計算

1)根據(jù)圖1所示的固有能力層次結構圖,建立指標集I={I1,I2,I3,I4,I5,I6,I7}和子指標集Ii={Ii1,Ii2,…,Iij}。

2)結合導彈部隊裝備保障實際情況,將能力等級劃為優(yōu)秀、良好、及格、差,建立評價集V={v1,v2,v3,v4}和保障能力等級評分表，如表1所示。

表1 保障能力等級評分表

3)構建判斷矩陣,采用層次分析法計算各層級指標權重。采用1～9標度構建準則層判斷矩陣，如表2所示,求出準則層指標權重W。

表2 準則層判斷矩陣

W=[0.358 2 0.231 8 0.044 8 0.132 9 0.104 9 0.094 8 0.032 6]，同理可得各底層指標相對于準則層指標權重Wij,如表3所示。

表3 各底層指標權重

4)根據(jù)專家的意見,得到各指標的模糊評語ri，如表4所示。

表4 效能指標等級模糊評分表

5)綜合評價向量R,由Ri=Qij·ri,可求得R1～R7,得到R。

進行歸一化處理后得

R1=[0.264 7 0.397 7 0.229 9 0.107 7]

同理可得：

R2=[0.493 7 0.332 7 0.122 8 0.050 8]

R3=[0.512 0.366 0.098 0.024]

R4=[0.543 4 0.293 6 0.146 7 0.016 3]

R5=[0.421 4 0.332 7 0.216 4 0.029 5]

R6=[0.312 2 0.362 9 0.212 0.112 9]

R7=[0.368 1 0.432 5 0.199 4 0]

所以:

6)計算隸屬度。通過模糊變換B=W°R得到隸屬度為

歸一化處理后得

B=[0.389 7 0.357 9 0.185 1 0.067 3]

7)計算固有能力

對照表1,可計算c1=0.819,則

3.4.3 計算保障效能

由式(1)計算導彈部隊保障效能E為

通過實例分析可知，該導彈部隊裝備保障效能較高,但在裝備保障指揮、裝備機動效能、裝備保障管理方面還有提升空間。

4 結束語

本文采用ADC模型和模糊層次分析法相結合的方法，提出了導彈部隊裝備保障效能評估方法,并通過實例驗證,得到了導彈部隊裝備保障效能?？梢园l(fā)現(xiàn)，該模型不僅可以對導彈部隊裝備保障效能進行評估,還能對導彈部隊裝備保障能力進行分析,查找短板弱項,優(yōu)化導彈裝備保障體系。該方法可為部隊有效履行使命和提升裝備保障能力提供支撐。