坦克火力系统通用技术状态指标体系构建

张金忠，岳宇辰，赵富全

（装甲兵工程学院，北京 100072）

坦克火力系统通用技术状态指标体系构建

张金忠，岳宇辰，赵富全

（装甲兵工程学院，北京 100072）

我军对某型坦克火力系统实施状态维修，准确的技术状态评估是状态维修的前提，技术状态指标体系是进行火力系统状态评估的依据。构建指标体系的过程中，首先应用层次分析法构建技术状态参数体系的层次结构，然后采用云模型的方法获取参数体系中各定性、定量参数的相对重要度等级，依此使参数体系最优化。实例证明，上述方法有效解决了构建坦克火力系统技术状态指标体系的构建中分类不明确、筛选困难等问题。

坦克，火力系统，技术状态，云模型

0 引言

坦克火力系统（以下简称火力系统）是坦克武器系统的重要组成部分，其技术状况的优劣直接关系到坦克作战效能的强弱，为使坦克保持良好的战斗力，需要对火力系统实施有效的维修保障。现阶段除少数进行维修改革的装备外，占主体的一代坦克火力系统实施预防性维修，二代、三代坦克实施视情维修。然而我军目前行之有效的功能检测和故障诊断设备数量少，质量差，开展视情检查和状态监控工作缺乏物质基础和技术手段，修理单位开展火力系统的状态维修的基础条件建设明显不足。加之坦克上装部分分解结合较为费时费力，且装配技术条件要求较高，修理单位一般对火力系统实施“视情维修”，修理规范不能落实，无法保证维修质量，直接导致火力系统在使用时存在较大安全隐患。同时，现行的修理规范已经严重过时，存在很多实施状态维修的空白需要填补。因此，当务之急需要建立一个能完整覆盖坦克火力系统维修内容且合理有效，能准确描述其技术状态的指标体系，为明确维修要素及维修标准，真正实现为状态维修提供依据，从“能修则修”过渡到“应修必修，修必修好”。

1 参数体系的构建

1.1 坦克火力系统技术状态的有关概念

首先对坦克火力系统技术状态做出定义［1］。坦克火力系统技术状态是火力系统总体或各组成部分（部件）在使用中功能具备的程度和水平，是火力系统本身固有性能的表现，决定着武器系统的可用性和战术性能的实现及效能的发挥。火力系统技术状态的变化，反映的是火力系统工作能力的损耗情况，技术状态的好与差，不仅与装备本身的质量、列装时间、存放和使用时间、使用强度、使用条件和环境等客观因素紧密相关之外，还与使用火力系统人员的使用方法、维护保养、战场损伤及修理质量等主观因素密切相关。

1.2 火力系统指标体系的构建流程

表征火力系统技术状态变化的特征量繁多，在工程应用中不可能全部考虑，因此，本文参照文献［2］提出的构建原则，根据我国GJB 3807-99《125毫米坦克炮规范》、GJB 1159-91《火炮通用规范》和GJB 2011-94《坦克炮通用规范》，并在广泛征求专家意见、统计收集部队使用信息、兵工厂调研的基础上，对坦克火力系统技术状态的影响因素进行全面的分析，形成初始的火力系统技术状态参数体系层次结构。采用云模型的方法进行初始技术状态参数体系的各参数相对重要性计算，剔除重要程度低的参数，对参数体系进一步优选。最后，经过试验与评价，进一步优化参数体系，最终得到的最简、重要度最高的参数体系即为坦克火力系统技术状态指标体系。参数体系的构建流程如图1所示。坦克火力系统初始技术状态参数体系如图2所示，由于参数体系层次较多，这里先列出三级参数体系。

图1 坦克火力系统技术状态指标体系构建流程

2 基于云模型的指标体系建立

图2 坦克火力系统技术状态的初始参数体系

指标体系由指标构成，同一级的指标并不是越多越好，而是越能反映上一级的为了得到最能描述坦克火力系统技术状态且最合理、有效的体系，需要通过比较各参数的相对重要度的方式初始进行参数体系的优化。图2所示的初始参数体系同时包含了定性与定量参数，评价火力系统各级技术状态参数的重要度是一个带有模糊色彩的问题，若分别进行定性和定量参数的优化将极大增加参数体系优化的工作量和难度。李德毅教授提出的云模型是一种定性信息与定量信息可以不确定转换的模型，可以有效解决此类定性、定量概念杂糅的问题［3］，通过构建定性、定量参数重要度的云概念模型，计算各参数的相对重要度等级，淘汰相对重要度低的参数，达到参数体系优化的目的。

2.1 云模型基本理论

云的数字特征包括期望（Ex）、熵（En）和超熵（He）。通过这3个值共同表征一个概念，即概念的“云化”［4］。其中：Ex反映了模糊概念在论域中的中心值；En是模糊概念不确定性度量；He是“熵的熵”，反映了隶属云的离散程度。定性、定量概念的转化通过云产生算法即云发生器（Cloud Generator，CG）完成，如图3所示，正向正态云发生器根据Ex、En和He产生云滴坐标drop（xi，μi）和相应隶属度，输出每一个云滴的和隶属度，最后实现定性、定量概念的评价。

图3 云发生器结构示意图

2.2 基于云模型的参数体系优化流程

坦克火力系统技术状态参数体系需要全面、系统地反映出坦克火力系统的技术状态，然而参数体系中的参数并非越细越多越好，更重要的在于能否以尽量少的“主要”参数有效地反映技术状态变化［5］。因此，必须对参数依据其相对重要性进一步优化，形成合理、有效的指标体系。利用云模型对参数体系进行筛选优化的具体步骤如下。

2.2.1 等级评语的云化

云模型中评语云化的关键在于合理度量专家对该评语的定性认识。专家虽然很难直接给出评语的云数字特征，但评语对应的区间数相对容易得出。因此，通过云模型与区间数之间的映射关系，对评语区间数进行集结，最后转换为云模型。由m名专家组成的专家群提出坦克火力系统技术状态初始参数体系中各定性、定量参数的相对重要度等级评语集。专家Ei在论域［0，1］上给出rj的区间数为，专家整体评判矩阵为。对各专家给出的与各个评语对应的区间数进行集结并平均，获得云化区间数cj为：

文献［5］基于2En原则改进了指标近似法来确定评价云模型的3个数字特征，当j=2，3，…，t-1时，对应的定性评语用对称云模型来描述：

当j=1或j=t时，对应的定性评语用半云模型来描述：

为了保证评价云模型的准确性，采用一种通过专家Ei提出的评语j的评语区间差异度ηj（j=1，2，…，t）计算确定k值的方法［6］。ηj的计算公式如下：

将单边约束 j=（1，t）和双边约束 j=（2，3，…，t-1）的区间数转化为对应的云模型时超熵的计算方法如下：

2.2.2 参数值的云集结

专家群对参数p进行评判后将产生m个评价意见，可以将其集结为一个意见，用一个云模型表示，其期望为Exp，熵为Enp，具体计算公式如下：

由文献［7］可知 He值一般为 0.05En～0.15En。那么本文确定Hep的取值为：

2.2.3 评语确定度计算

依据等级描述云，专家群对参数p的等级评价云为 Cp=（Exp，Enp，Hep）。若专家 i给出的参数 p 的评价为sij，那么可遵循下式［7］来实现从定性评价Sij转换为定量值Exp：

通过正向云发生器计算参数p等级评语确定度Y来确定其在等级描述云中的位置：

式中：En'为正向云发生器以Enp为期望；Hep为方差生成的正态随机数；xp为以Exp为期望；Enp为方差生成的正态随机数。若Y对应的云模型Cp落在Cej范围内，那么参数p的最终等级描述为Rj。

2.2.4 参数确定度比较

对参数p的最终等级描述Rj与设定的描述等级选取标准Rs进行比较，当Rj大于或等于Rs时，保留参数p，否则舍弃。

最后重复步骤2.2.2至2.2.4，对初始参数标体系的各层参数进行筛选，最终得到指标体系。

3 指标体系建立实例

根据图2所示的坦克火力系统技术状态初始参数体系，以第2层的“瞄准机状态评估参数”为例，对其下层的三级参数进行筛选，见图4所示。

图4 坦克瞄准机状态评估参数

请10位相关专家给出这8个参数对于上级参数的相对重要性评语，规定等级描述评语集为R={I极不重要），II（不重要），III（一般），IV（重要），V（（极重要）}={rj|1，2，…，5}；10 名专家给出各评语对应的区间数之后，按式（1）计算出各评语对应的云化区间数，如表1所示。

表1 等级描述的取值区间

由式（4）计算专家意见与云化区间数的差异度，如表2所示。

表2 差异度值表

再由式（2）、式（3）和式（5）计算各评语的云化模型参数，如表3所示。

通过使用LabVIEW软件编写的云发生器软件，画出相应的等级描述云图如图5所示。

表3 各评语对应云模型参数

图5 云发生器产生的等级描述云图

专家群的评语矩阵S如下所示：

依据式（8）对S进行定量转换，并根据式（6）、式（7）将专家群对单项参数的评语进行云集结，得到如下页表4所示的参数云集结模型。依据式（9），将各技术参数的云模型参数送入正向云发生器后将产生的云图放到图4中进行比较，根据其位置确定其最终的评语值。如指标G31在云图中的位置属于IV区域，其最终等级描述为“重要”。同理，可得到指标集对应的最终等级描述如下页表5所示。

根据专家意见，相对重要性评价等级在“一般”以下的指标均舍弃。依据上述的结果，“高低机空回量”参数与“高低水准器功能”参数的等级描述均为“不重要”。因此，坦克瞄准机状态评估参数体系中舍弃上述两参数。按照上述计算过程，可对其他部件的状态评估参数进行筛选，可得到参数最简、重要程度最高的坦克火力系统技术状态指标体系。

4 结论

参数体系的优化筛选是坦克火力系统技术状态参数体系构建过程中极其关键的步骤。本文借鉴层次分析法的思想，将复杂的坦克火力系统技术状态参数体系转换为结构清晰的层次结构，结合反映参数测试的随机性与评语模糊性，及实现定性概念与定量数值间的转换的云模型方法，依据底层参数相对上级参数的相对重要性逐层进行参数筛选，有效提高指标体系构建与优化工作的效率。建立合理、有效的坦克火力系统技术状态指标体系，不仅可以准确描述坦克火力系统技术状态，还有助于修订现行的维修规范和维修流程，对未来开展火力系统技术状态变化规律的研究有较好指导意义。

表4 各技术参数对应云模型

表5 参数重要度等级描述表

［1］林海.坦克武器运用［M］.北京：装甲兵工程学院，2014.

［2］王爱亮，郑玉航，王爱丽.复杂武器系统健康管理指标体系构建方法研究［J］.计算机测量与控制，2013，21（10）：48-52.

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Research on Establishing General Technical Condition Index System of Tank Firepower System

ZHANG Jin-zhong，YUE Yu-chen，ZHAO Fu-quan
（Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Nowadays our army offering the condition based maintenance to certain type of tank firepower system.The premise of condition based maintenance is accurate technical condition assessment，and the technical condition index system is the basis for the assessment of the tank firepower system.In the process of constructing the technical condition index system，first of all，using the application of hierarchy analysis method to construct the hierarchical structure of the technical parameters system.Then using the method of cloud model to acquit the relative important degree of the qualitative and non-quantitative parameters in the parameters system，and then optimizing the parameters system.The example shows that the above methods can effectively solve the problems of building the system of the technical condition index of tank firepower system，and the classification is not clear and difficult to screen.

tank，firepower system，technical condition，cloud model

TJ811

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.07.032

1002-0640（2017）07-0148-05

2016-05-16

2016-06-28

张金忠（1967- ），男，山东宁津人，教授。研究方向：车载武器系统测试与维修。