艦炮武器系統(tǒng)的適裝性評估模型研究

張 俊,譚 波,常 博,裴桂艷

(1. 海軍研究院,北京 100161;2. 海軍工程大學,湖北 武漢 430033)

艦炮武器系統(tǒng)的適裝性是武器系統(tǒng)選型配置的一個重要因素,主要與系統(tǒng)組成中各設備的數量、體積、重量、占用艙面及艙室的空間位置、電磁兼容性及火炮后坐力等因素有關。在一定約束下,如何全面考慮這些因素和定量評估艦炮武器系統(tǒng)的適裝性是艦炮武器系統(tǒng)論證部門的技術難題。國內針對適裝性的研究較少,目前公開的文獻一般從幾個方面分別分析,或從單一方面進行定量分析,沒有對各因素進行量化分析建模,難以準確評估裝備的適裝性[1-2]。

本文從跟蹤傳感器、火控設備和火炮三個分系統(tǒng)出發(fā),綜合考慮各分系統(tǒng)重量、體積、環(huán)境適應性、雷達反射面積、火炮后坐力、跟蹤傳感器電磁兼容性、火控設備平臺通用性等因素,基于層次分析法提出一套評價優(yōu)選方法,針對不同艦炮武器系統(tǒng)的適裝性進行綜合評價,提出艦炮武器系統(tǒng)的最優(yōu)適裝性方案[3-4]。

1 適裝性評估模型

1.1 適裝性指數

適裝性指數主要用于艦炮武器系統(tǒng)適裝性好壞的定量描述。為便于定量分析,將艦炮武器系統(tǒng)的組成分為三部分,即跟蹤傳感器部分(包括雷達和光電)、火控設備和火炮。該系統(tǒng)的適裝性可以由跟蹤傳感器、火控設備和火炮的適裝性決定。

適裝性指數的定量分析采用模糊數學的方法,首先選擇模糊變量,對模糊變量賦值,并分析影響因素的重要性,確定模糊變量的權值,用加權法計算出各方案的發(fā)展?jié)摿χ笖礫5-6],用數學公式表示為

LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3

(1)

其中:Z1為火炮適裝性;Z2為跟蹤傳感器適裝性;Z3為火控設備適裝性;λ1、λ2、λ3為模糊變量權值,且λ1+λ2+λ3=1。

模糊變量重要性權值按各變量重要性程度由專家打分,然后進行歸一化處理,各模糊變量的重要性經打分和歸一化處理后即可求出相應的權值λ1,λ2,λ3,打分采用10分制[7-8],如表1所示。

1.1.1 火炮適裝性指數

艦炮適裝性的定量分析同樣采用模糊數學的方法。選取重量、體積、后坐力、環(huán)境適應性、雷達反射面積和易操作使用性作為模糊變量。

mu=λ1u1+λ2u2+λ3u3+λ4u4+λ5u5+λ6u6

(2)

其中:mu為艦炮適裝性指數;u1為重量對船總體的影響;u2為體積對船總體的影響;u3為后坐力對船總體的影響;u4為環(huán)境適應性;u5為雷達反射面積;u6為易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6為權重系數,λ1+λ2+λ3+λ4+λ5+λ6=1,求取方法同前。

u1、u2、u3賦值準則如表2所示。

表1 模糊變量重要性賦值準則Tab.1 Evaluation ruler of fuzzy variable importance

表2 對船總體影響賦值準則

u4賦值準則如表3所示。

表3 環(huán)境適應性賦值準則

u5賦值準則如表4所示。

表4 雷達反射面積賦值準則

u6賦值準則如表5所示。

表5 操作使用性賦值準則

1.1.2 跟蹤傳感器適裝性指數

對于跟蹤傳感器選取重量、體積、環(huán)境適應性、雷達反射面積、電磁兼容性和易操作使用性作為模糊變量,則適裝性指數為

nv=λ1v1+λ2v2+λ3v3+λ4v4+λ5v5+λ6v6

(3)

其中:nv為跟蹤傳感器適裝性指數;v1為重量對船總體影響;v2為體積對船總體影響;v3為環(huán)境適應性;v4為雷達反射面積對船總體影響;v5為電磁兼容性;v6為易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6為對應的權重系數,求取方法同前。

v1、v2取值方法參見u1、u2、u3;v3、v4、v6取值方法分別參見u4、u5、u6;v5賦值準則如表6所示。

表6 電磁兼容性賦值準則Tab.6 Evaluation ruler of electromagnetic compatibility

1.1.3 火控設備適裝性指數

對于火控設備,選取重量、體積、通用性和易操作使用性作為模糊變量,則火控設備適裝性指數可用下式計算:

gθ=λ1·θ1+λ2·θ2+λ3·θ3+λ4·θ4

(4)

其中:gθ為火控設備適裝性指數;θ1為重量對船總體影響;θ2為體積對船總體影響;θ3為設備的通用性;θ4為易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4為對應的權重系數,求取方法同前。

θ1、θ2取值方法參見u1、u2、u3;θ4取值方法參見u6;θ3賦值準則如表7所示。

表7 通用性賦值準則Tab.7 Evaluation ruler of universality

1.2 適裝性指數的計算

計算出各模糊變量量值并確定各變量權重系數后,應用公式LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3即可計算出該方案的適裝性指數,如表8所示。

表8 適裝性指數計算Tab.8 Value calculation of mounting adaptability

2 模型應用

現以本文提出的模型對艦炮武器系統(tǒng)方案的適裝性進行計算。以A、B、C、D四種艦炮武器系統(tǒng)為待選方案。首先對A、B、C、D四種方案的火炮適裝性指數按照一定的量化準則對重量對船總體的影響、體積對船總體的影響、后坐力對船總體的影響、火炮環(huán)境適應性、雷達反射面積和易操作使用性進行賦值。

通過設置a1、a2、a3、a4、a5、a6的值,將重量分為7個檔次,根據重量所在范圍確定重量對船總體影響的得分。

當a

當a1

當a2

當a3

當a4

當a5

當a>a6,u1= 1～3。

方案A:火炮重量a1

方案B:火炮u1=7,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 8;

方案C:火炮u1=6,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 9;

方案D:火炮u1=5,u2= 5,u3=7,u4= 7,u5= 7,u6= 9;

模糊變量的重要性經打分和歸一化處理后即可求出相應的權值λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6。具體計算方法可參考文獻[3],通過計算可得重量對船總體的影響、體積對船總體的影響、后坐力對船總體的影響、火炮環(huán)境適應性、雷達反射面積對船總體影響分別對應的權重值為[0.25,0.25,0.15,0.15,0.1,0.1]。

A方案muA=8×0.25+8×0.25+8×0.15+9×0.15+8×0.15+7×0.1=8.05;

同理,可計算出B方案muB=7.35,C方案muC=7.2,D方案muD=6.2。

方案A跟蹤傳感器v1= 8,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 7,v6= 9;

方案B跟蹤傳感器v1= 7,v2= 6,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6= 7;

方案C跟蹤傳感器v1= 9,v2= 8,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6=8;

方案D跟蹤傳感器v1= 7,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 8,v6=9。

同理,可得跟蹤器權重值為[0.2,0.2,0.1,0.1,0.3,0.1]。計算可得A方案nvA=7.5,B方案nvB=7.6,C方案nvC=8.5,D方案nvD=7.6。

方案A火控設備θ1= 8,θ2= 7,θ3= 8,θ4= 7;

方案B火控設備θ1= 7,θ2= 6,θ3= 7,θ4= 8;

方案C火控設備θ1= 8,θ2= 8,θ3= 7,θ4= 8;

方案D火控設備θ1= 6,θ2= 7,θ3= 6,θ4= 7。

同理可得火控設備權重值[0.25,0.25,0.3,0.2]。

計算出A方案gθA=7.55,B方案gθB=6.95,C方案gθC=7.5,D方案gθD=6.45。

因此,適裝性權重值λ1=0.35,λ2=0.4,λ3=0.25。

由LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3計算方案的適裝性指數為

LZA=8.05×0.35+7.5×0.4+7.55×0.25=7.705。

同理計算出LZB=7.35,LZC=7.795,LZD=6.822 5。

由此可得,適裝性指數向量為K=[7.705 7.35

7.795 6.822 5]?？梢奀方案的適裝性最好,D方案的適裝性最差。

3 結束語

武器系統(tǒng)的適裝性是確定系統(tǒng)方案的重要依據。艦炮武器系統(tǒng)的適裝性分析是艦炮武器系統(tǒng)論證部門的一項重要工作。艦炮武器系統(tǒng)選型論證過程中, 需要對系統(tǒng)的適裝性進行充分分析和論證,釋放研制風險,確保艦炮武器系統(tǒng)有良好的適裝性。

本文針對艦炮武器系統(tǒng),提出了一種基于層次分析法的適裝性計算模型,針對火炮選取重量、體積、后坐力、環(huán)境適應性、雷達反射面積和易操作使用性作為模糊變量;針對跟蹤傳感器選取重量、體積、環(huán)境適應性、雷達反射面積、電磁兼容性和易操作使用性作為模糊變量;針對火控設備選取重量、體積、通用性和易操作使用性作為模糊變量,分別給出了各模糊變量的賦值準則及火炮、跟蹤傳感器和火控設備適裝性的計算方法,以火炮、跟蹤傳感器和火控設備的適裝性作為模糊變量計算評估艦炮武器系統(tǒng)的適裝性。該模型實現了艦炮武器系統(tǒng)適裝性的量化評估,考慮因素全面,可操作性強,在艦炮武器系統(tǒng)適裝性評估方面具有應用價值。