水面舰艇流体性能关键技术评估方法研究

张　恒，冯伟强（海军装备研究院，北京 100161）

水面舰艇流体性能关键技术评估方法研究

张恒，冯伟强
（海军装备研究院，北京 100161）

为在水面舰艇研制主要设计阶段全面掌握流体性能关键技术研究进展情况，根据流体性能关键技术评估的主要内容，建立流体性能关键技术评估指标体系。在分析常用评估方法适用性的基础上，提出基于层次分析与模糊评估的综合评估方法开展流体性能关键技术评估。实例应用表明，该评估方法适用可行，较科学全面地评价出主要设计阶段流体性能关键技术研究进展，为舰艇总体设计阶段决策提供科学依据。

水面舰艇；流体性能；关键技术评估方法

0　引 言

舰船武器装备具有研制周期长、投资数额大、技术风险高、影响因素多等特点，由此决定了对它进行管理与控制的复杂性，只要一个环节出现问题，就可能会出现技术状态变化、研制周期延长、费用开支增加等问题，造成很大的军事经济损失和影响。流体性能作为水面舰艇平台的主要性能之一，流体性能（快速性、耐波性、操纵性）综合优化，螺旋桨、舵、辅助推进器、减摇装置等关键技术的突破与否是舰船平台成功研制的基础。为在水面舰艇研制过程中主要设计阶段及时掌握流体性能关键技术研究进展，支撑军方对研制过程的监督与控制，促使流体性能关键技术研究工作科学有效开展，达到主要作战使用要求，有必要在主要设计阶段开展系统全面的流体性能关键技术评估工作。

目前，国内在水面舰艇主要设计阶段对流体性能关键技术评价以定性分析为主，且主要分析指标符合性，评价不够系统全面。本文主要建立一套适用于水面舰艇设计阶段的流体性能关键技术评估指标体系和评估方法，为科学开展流体性能关键技术评估提供技术支撑。

1　流体性能关键技术评估的特点

科技项目评估包含项目前评估（事前评估，立项评估）、项目过程评估（事中评估，进展评估）和项目后评估（事后评估，绩效评估）三类。水面舰艇流体性能关键技术评估主要在项目研制过程中进行评估，属于项目过程评估，而水面舰艇研制一般分为立项论证阶段、方案阶段（方案设计、深化方案设计）、工程研制阶段（技术设计、施工设计、建造，初样机设计、正样机设计、试制，试验）、设计定型阶段。流体性能关键技术在技术设计完成后基本固化，因此，流体性能关键技术评估主要在方案设计、深化方案设计、技术设计阶段开展。作为舰船研制过程中项目评估的一部分，流体性能关键技术评估具有如下特点：

监测性。流体性能关键技术评估是在项目实施过程中进行的针对关键技术进展情况和由此产生的发展和变化的评估，根据水面舰艇型号研制计划和各阶段设计数据、项目实施的实际数据和项目后续发展的预测数据开展评估，监测在研制中具有持续性。

动态性。流体性能关键技术评估是在整个项目实施过程中不断推进的一种跟踪和评估工作，包括对于流体性能关键技术进展情况的动态检测和跟踪，对于关键技术进展及其所带来影响的动态评估，对于关键技术实施方案和项目整体方案的动态调整等。

阶段性。流体性能关键技术评估是在方案设计、深化方案设计、技术设计阶段分别开展，所以它又具有阶段性的特性，一般一个阶段跟踪评估一次。

控制性。流体性能关键技术评估的根本目的是确保关键技术成功突破和项目顺利实施，所以评估主要为项目实施中的管理控制服务，因此它还具有控制性的特性。

集成性。是指综合评估关键技术的实施过程满意度、目标实现程度、实现的效益和对后续发展的影响等因素，而不能只是评估其中的某个单一要素。

适度性。关键技术评估应控制在一定范围，不应影响项目的正常进行和继续实施，所以过程评估应注意适度原则。

2　关键技术评估方法的选择原则

可用于关键技术评估的常用分析方法很多，包括层次分析法、多属性效用理论、模糊综合评估方法、灰色关联度评估方法、主成分综合评价方法、技术成熟度法等，在评估实施过程中应结合评估目的与流体性能关键技术的特点，选择适用的评估方法，评估方法的选择应遵循以下原则：

与评估目的匹配原则。评估方法是实现评估目的的技术手段，评估目的与评估方法的匹配是体现评估科学性的重要方面。

评估方法可信原则。所选评估方法应有科学的理论基础，易于理解或被接受，尽量排除各种信息中的个人偏好，确保评估结果的客观性与可信度。

评估方法简明性原则。所选评估方法应简单明了，尽量降低评估的复杂性，便于评估的实施。

3　基于层次分析与模糊评估的综合评估方法

3.1评估流程

模糊评估作为模糊数学的一种具体应用方法，主要应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑与被评估事物相关的各个因素，对评估对象进行综合评估。模糊评估主要思想是首先定义一组评语（评价等级）集合，如（优、良、中、一般、差）等，然后获取评估指标的评估矩阵，再将所有指标的评估值利用一组设定的隶属度函数将这些评估值转化为隶属度，形成模糊评判矩阵，最后通过引入指标权重向量，经过模糊变换运算最终得到一个具体的评估结果，该方法适用于较大系统的多属性决策分析，对定性指标较多的评估问题较适用。考虑到流体性能关键技术评估中，评估指标以定性指标为主，且指标层次较多，因此，采用基于层次分析与模糊评估的综合评估方法开展水面舰艇流体性能关键技术评估。建立过程如图1所示。

3.2建立评估指标体系

针对快速性、操纵性、耐波性三大方面指标，从性能评估和技术成熟度 2个一级指标入手，逐层分解建立流体性能关键技术评估指标体系，性能评估指标包括性能指标符合性、性能技术水平、与设计深度要求符合性、成果可信度与可靠度等；技术成熟主要包括船体、附体、螺旋桨、舵减摇鳍等技术成熟度。

评估指标体系确定后，就可确定评判对象的影响因素集合，也称为指标集，用 U 表示，即 U=｛u1，u2，…，un｝，ui为影响因素，共有 n个影响因素。

3.3确定各层指标权重

按层次分析法采用两两比较法确定各层指标的权重，比较 n个元素 x1，x2，…，xn对准则的影响，以确定它们在准则中所占的比重。每次取 2个元素 xi和 xj，用 aij表示 xi与 xj关于准则的相对重要程度之比，其全部比较结果可用如下矩阵表示：

该矩阵即为判断矩阵。判断矩阵中的赋值 aij表示元素 xi关于元素 xj的重要程度的赋值。对判断矩阵求出其各特征值，其中最大的实特征值对应的特征向量即为相对的权重，一般将其归一化得到最终的权重 W=（w1，w2，…，wn）。

3.4确定评语集合

设定模糊综合评价的评语集为：

式中 vj代表不同的评价等级，每个等级对应 1个模糊子集。一般地，m 取［3，7］中的整数。m 通常取奇数，这样可以有一个中间等级，便于判断被评价事物的等级归属，如 V=｛优，良，中，一般，差｝。

3.5进行单指标评估

从流体性能关键技术评估指标体系中的指标集出发进行评估，确定各指标的隶属度，设评估对象按因素集中第i个因素 ui进行评估时，对评语集中第j个元素 vj的隶属度为 rij，则按第i个因素 ui评估的结果可用模糊集合表示为：

它是评语集 V 上的一个模糊集合。将 n个因素的评估集组成一个总的单因素评估矩阵：

最后，（U，V，R）就构成了一个单因素模糊综合评估模型。

3.6综合评估

对于权重 W=（w1，w2，…，wn），取 max-min 合成运算，即用模型 M（∧，∨）计算可得：

乘积求和算子不仅考虑了所有因素的影响，而且保留了单因素评价的全部信息，因此比较适合于多级模糊综合评价的情形，因此采用乘积求和算子进行综合评价。

经过上述计算，每个被评价对象的模糊综合评估结果都表现为 1个模糊向量，向量中的元素为评语集上的1个模糊子集 bj，表示对于评语 vj的隶属度。最后，将评语集用 1 分制数量化，则将评价结果进行加权平均，将评语集 V=｛优，良，中，一般，差｝数量化为 V=｛1（优），0.9（良），0.8（中），0.7｛一般｝，0.6（差）｝，则得总评价结果。

4　实例应用

按照以上流程和方法，对某型舰方案设计阶段流体性能关键技术进行以下评估：

1）确定指标体系和指标集

采用图2～图4所示评估指标体系，确定评估指标集，其中快速性包括 10个指标，操纵性包括7个指标，耐波性包括 12个指标。应用层次分析法两辆比较得出各指标权重，例如对于快速性指标如表1所示。

2）确定评语集合和单指标评估

设定模糊综合评价的评语集为：

按照优、良、中、一般、差 5个等级制定各指标评估标准，如表2所示。

通过专家评价打分确定单指标的评价矩阵。

3）综合评估

图2　快速性关键技术评估指标体系Fig.2　The index system of the ship resistance and performance

图3　操纵性关键技术评估指标体系Fig.3　The index system of the maneuvering

图4　耐波性关键技术评估指标体系Fig.4　The index system of the seakeeping

表1　快速性关键技术评估指标权重Tab.1 The index weight of the ship resistance and performance

表2　单指标评估标准Tab.2 The evaluation criterion of the index

乘积求和算子分别进行快速性、操纵性、耐波性关键技术评估，得出评估结果如下：

将评语集用 1 分制数量化，则将评价结果进行加权平均，可得到总分。将评语集 V=｛优，良，中，一般，差｝数量化为 V=｛1（优），0.9（良），0.8（中），0.7｛一般｝，0.6（差）｝，则得总评分为如图5和表3所示。

以上评估结果综合考虑了设计阶段性能指标的符合性、性能技术水平、与设计深度要求符合性、成果可信度与可靠度等方面因素，较全面地反映了该阶段流体性能关键技术进展情况。

表3　综合评估结果Tab.3 The integrated evaluation result

图5　综合评估结果Fig.5　The integrated evaluation result

5　结 语

本文在分析水面舰艇主要设计阶段流体性能关键技术评估的特点的基础上，提出了流体性能关键技术方法选择的原则。根据常用评估方法的适用性，确定采用基于层次分析与模糊评估的综合评估方法进行流体性能关键技术评估，提出了评估流程。实例应用表明，该评估方法适用可行，较科学全面的评价出主要设计阶段流体性能关键技术研究进展，为舰艇总体设计转阶段决策提供科学依据。

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Research on integrated evaluation method for fluid performance technology of surface warship

ZHANG Heng，FENG Wei-qiang
（Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China）

In order to control the research progress of fluid performance technology for surface warship in the design stage，the evaluation index for fluid performance technology of surface warship were determined ，and the index hierarchy was constructed.The application of the evaluation method was analysed，and the integrated evaluation method was established based on analytic hierarchy process and fuzzy evaluation.It present computation and analysis for the application process of ship example.The integrated evaluation method can evaluate the research progress of fluid performance technology for surface warship in the design stage，which can give technique support in the decision of ship development stage.

surface warship；fluid perform；evaluation method

U 661.32

A

1672-7619（2016）07-0021-05

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.07.005

2015-11-09

张恒（1981-），男，工程师，主要从事舰船总体论证与总体技术研究。