舰船装备论证方案的综合评估方法

蒋铁军，张怀强

(海军工程大学装备经济管理系，湖北 武汉 430033)

0 引言

舰船装备论证方案的综合评估是海军装备研究工作中的一项重要课题，对于海军建设和装备发展具有重要意义。舰船装备在现代战争中的作用和地位日趋重要，随着舰船相关技术的快速发展，现代舰船装备投入的人力、物力和财力都急剧增长，各种风险也随之加大。因此，在论证阶段就必须根据作战需求，制订方案评估方法和标准，综合考虑多种因素进行系统分析和综合权衡，并以此作为方案选择的主要依据，以便从备选方案中选取科学、合理的装备发展方案。国内外对此问题也开展了一定的研究，1998年，Brown采用层次分析法与多属性效用理论相结合的方法，评估了海军战斗舰艇概念设计方案的效能与风险［1］。Demko将该方法应用于后勤保障船的设计评估中［2］。刘传云等针对舰船总体特点及使命任务要求，利用层次分析法建立了舰船总体评估层次模型，应用多属性效用理论建立了目标属性值到效能值的转换函数(价值函数)和舰船总体方案的效能评估模型，并将层次分析法与多属性效用理论相结合，提出了舰船总体效能量化评估方法［3］。

本文提出一种舰船装备论证方案的综合评估方法，在建立综合评估指标体系的基础上，从武器系统性能指数、平台系统性能指数、经济性指数、风险指数和研制周期指数等几个方面展开评估，构建综合评估指数用于论证方案的综合评估。

1 评价指标体系的建立

舰船装备论证方案评价指标体系的建立是论证方案综合评估和优选的基础。考虑到论证阶段的特点以及各类舰船装备本身的差异性，本文重点针对潜艇装备展开评估分析，对于不同类型的其他舰船，可以参照潜艇论证方案评价指标体系，根据自身特点具体分析、调整。

对于潜艇装备的评价指标体系，主要建立在潜艇平台系统性能指数、潜艇武器系统性能指数、经济性指数、风险指数和研制周期指数5个一级指标的基础上，通过对这5个一级指标加以综合，便可以计算得到潜艇方案综合评估指数。

潜艇的装备系统可分为潜载武器系统和平台系统2个部分，这2部分共同构成具有一定作战能力和作战用途的潜艇装备。本文所研究的潜艇综合性能即建立在潜载武器系统性能和平台系统性能的基础上。

潜载武器系统的功能按作战任务可划分为对空作战、对海作战、反潜作战和布雷。本文着重研究潜艇的反舰、反潜两大作战任务，不涉及潜艇的布雷和对空作战能力。在作战中，潜艇为完成某一项任务，可以使用不同的武器，作战任务下的单武器性能将构成潜艇的作战任务能力，而单武器的性能则是由武器系统的性能所提供的。因此，本研究对潜载武器系统性能的评估以任务层为导向进行层次分析，按照任务层、武器层、性能层的划分，在性能层和武器层效用的基础上进行综合。对于平台系统的性能，则由机动性、隐蔽性、生命力等固有的战术、技术性能指标的效用值综合而成。

潜艇方案的综合评估指标体系如图1所示。

图1 潜艇方案综合评估指标体系Fig.1 Comprehensive evaluation index system of a submarine program

2 模型建立

2.1 武器系统性能指数评估模型

常规潜艇的武器通常由反舰导弹、反舰鱼雷、反潜鱼雷、水雷、雷达、声呐、潜望镜、指控系统及水声对抗系统等构成。当潜艇遂行一定的作战使命时，往往需要上述几种武器的有机组合来共同完成。本研究通过确定上述武器的评估指标体系，对每1指标用效用函数进行量化［4］，如对于水下巡航状态辐射噪声，可以采用“S”型效用函数，构造效用函数如下:

式中:x为水下巡航状态辐射噪声，dB。

图2 水下巡航状态辐射噪声效用函数Fig.2 Radiation noise utility function on the underwater cruise states

通过归结各个单武器指数，从而可以系统综合出任务指数。

本文认为，对于反舰导弹、反舰鱼雷、反潜鱼雷及水雷等硬杀伤武器，它们在作战形式上是可供选择的，其战斗作用是叠加的，故在任务能力评估中对这类硬杀伤武器性能的综合采用加性形式。因为当潜艇未装备或未使用某项硬武器装备时，只是不加上这项装备的性能效用值而已;对于探测系统、水声对抗及指控系统等软杀伤武器，它们在作战任务中是必不可少的，故在任务能力评估中，这类软杀伤武器的性能应该与硬杀伤武器的性能采用乘积形式。如对海作战任务指数

其中:S为潜载声呐探测性能指数;Q为潜望镜探测性能指数;R为雷达探测性能指数;C为指控系统性能指数;DH为反舰导弹性能指数;YH为反舰鱼雷性能指数;K为水声对抗性能指数;w1，w2，w3为权重，可以采用层次分析法获取。同理，可以得到反潜作战任务指数FQ，并因此综合得到武器系统性能指数FW=FH+FQ。

2.2 平台系统性能指数评估模型

平台系统性能主要包括机动性、隐蔽性和生命力，具体评估模型可以表示为

式中:FP为平台系统性能指数;M为平台机动性效用指数;U为平台隐蔽性效用指数;L为平台生命力效用指数;w1，w2，w3为权重。

对于每个分项性能指数，由单项性能指数的效用函数构成，如平台机动性效用指数可表示为

式中:M1为航速效用值;M2为潜深效用值;M3为自持力效用值;M4为续航力效用值;M5为导航定位能力效用值;w1，w2，w3，w4，w5为权重。

2.3 经济性指数评估模型

经济性指数可以采用相对值评估法得到。在开始评估前，可以选定某一方案作为基准方案，设定其费用为C0(通常设定为1)，通过与基准方案的分析比较，可以得出潜艇的经济性指数为

式中:k为差异性系数;C0为基准方案费用;C为被评估方案的经济性指数。

在实际评估工作中，为了更加细致地辨析方案之间的差异性，以便准确地得到评估结果，可以进一步划分方案的总费用，如设潜艇基准方案总的费用为C0，费用被分成了m类，各类的费用分别为C01，C02，…，C0m，各类费用占总费用的比重分别为w1，w2，…，wm，某方案相对于基准方案的各类费用差异性系数分别为k1，k2，…，km，则该方案的经济性指数为

如果需要进一步细化，还可以依此思路继续细分。

2.4 风险指数评估模型

设总的风险度为R，装备总体被分成了m个一级系统，各一级系统的风险度分别为R1，R2，…，Rm，各一级系统在总风险中的权重分别为w1，w2，…，wm，则系统总风险为

设第i个一级系统被分成了ni个二级系统，各二级系统的风险度分别是Ri1，Ri2，…，Rini，各二级系统在上层一级系统中的权重分别是wi1，wi2，…，wini，则第i个一级系统的风险为

综合上面二式，可得总的研制风险为

对于子系统的风险度评估，具体可参考文献［5］。

2.5 研制周期指数评估模型

在舰船装备论证研制过程中，研制周期也是一个各方都非常关注的指标［6］。装备的综合能力除了由其自身的各项战术技术指标确定以外(绝对能力)，还涉及到与同时期其他国家装备总体水平的对比(相对能力)，在实现同样战术技术指标的条件下，研制周期的延长虽然不能降低装备的绝对能力，但是势必导致相对能力的下降。因此，在综合评估舰船装备论证方案时还需要考虑到研制周期评估指数。

对于研制周期的评估，可以采用关键路径分析的方法进行。通过系统的工作分解结构，确定出装备论证全过程的关键路径，进而采用相对值法进行评估。在开始评估前，可以选定某一方案作为基准方案，设定其研制周期为T0(通常设定为1)，通过与基准方案的分析比较，可以得出潜艇研制周期评估指数为

式中:k为差异性系数;T0为基准方案研制周期;T为被评估方案研制周期评估指数。

与经济性指数评估一样，为了更加细致地辨析方案之间的差异性，以便准确得到评估结果，可将方案的研制周期按照关键路径进一步划分进行评估。

2.6 方案综合评估指数

在舰船装备论证评估中，武器系统性能指数、平台系统性能指数、经济性指数、风险指数及周期指数分别反映了论证方案的不同方面，为了对论证方案开展综合而全面的评估，需要将其加以有效结合，得出方案综合评估指数。

在5个方面的评估指数中，武器系统性能指数和平台系统性能指数体现了舰船装备的固有能力属性，是装备自身综合能力从不同方面所作的反映，而且二者相互联系、缺一不可。因此，在建立方案综合评估指数时将二者以乘积形式表示;经济性指数作为装备经济性的一种度量，是装备费用消耗情况的一种综合体现。在传统的方案评估中，通常将经费投入所产生的综合效益与经费之比作为对方案的一种简单度量形式，即在满足既定效益和费用约束的条件下，比值越大，则总体方案综合效益越好;风险指数是从论证方案有效实现的角度进行的一种度量。在其他指标都相同的情况下，风险大小与方案效果成反比。风险越大，方案效果越差，风险越小，方案效果越好;周期指数是从时间角度进行的衡量，周期越长，装备的相对优势越弱。

根据以上分析，本文采用方案综合评估指数来评估论证方案。具体表达式如下:

式中:FW为武器系统性能指数;FP为平台系统性能指数;C为经济性指数;R为风险指数;T为周期指数。

3 结语

本文针对舰船装备论证方案的综合评估问题，提出了一种较为系统而全面的综合评估方法，建立了方案综合评估指数，可以为论证方案的评估和决策工作提供有益参考。但在具体评估过程中，还有一些重要问题需要进一步深入探讨和研究，如单项性能指标效用函数的构建、综合性能指数中权重的确定等，这些问题直接关系到最后方案综合评估指数计算结果的有效性，后续将对此展开深入研究。

［1］BROWN A J，THOMAS M.Reengineering the naval ship concept design process［R］.In:Research to Reality in Ship Systems Engineering Symposium.NSWC Carderoek，1998.

［2］DEMKO D.Tools for Multi-objective and Multi-disciplinary optimization in naval ship design［D］.American:Virginia Polytechnic Institute and State University，2005.

［3］刘传云，马运义，许建，黄绪琼.舰船总体效能量化评估方法研究［J］.舰船科学技术，2009，31(3):51－55.LIU Chuan-yun，MA Yun-yi， XU Jian，HUANG Xuqiong.Study on quantization evaluation methods for overall efficiency of ship［J］.Ship Science and Technology，2009，31(3):51－55.

［4］魏汝祥，张怀强，李积源，王威.基于效用函数的常规潜艇作战能力评估研究［J］.装备指挥技术学院学报，2002，13(5):6－9.WEI Ru-xiang，ZHANG Huai-qiang，LI Ji-yuan，WANG Wei.Study of operational effectiveness system for conventional submarine based on the utility function theory［J］.Journal of the Academy of Equipment Command ＆Technology，2002，13(5):6 －9.

［5］吕建伟，陈霖，郭庆华.武器装备研制的风险分析与风险管理［M］.北京:国防工业出版社，2005.LV Jian-wei，CHEN Lin，GUO Qing-hua.The risk analysis and risk management of weapon system development［M］.Beijing:Defense Industry Press，2005.

［6］卜广志，张宇文.一种新的武器总体综合设计方法［J］.数学的实践与认识，2006，36(1):107－113.BU Guang-zhi，ZHANG Yu-wen.A synthetic conceptual design method of weapon［J］.Mathematics in Practice and Theory，2006，36(1):107－113.