航母航空保障效能评估综述

韩 维， 李正阳， 苏析超， 柳文林， 刘 洁

(海军航空大学， 烟台 264001)

作为现代海战场环境的“海上霸主”，航空母舰编队战斗群打破了传统海战的二维约束，具备同时对陆、对海、对空以及水下多维度攻防一体作战的能力，作为大国彰显军事实力的利器，在各国军事战略发展中占据着举足轻重的作用。舰载机作为航母编队战斗力体现的关键角色，其出动回收效能直接影响航母的综合作战能力。由于航母甲板空间有限，资源设备约束复杂，电磁及自然环境复杂多变，如何在复杂作业工况下提高舰载机的保障效能直接关系到舰载机机群出动水平以及航母编队的综合作战水平，也是各国未来航母信息化指挥与保障链条的关键。

当前，由于中国航母起步较晚，舰载机保障指挥仍处于基于人工经验决策阶段，针对舰载机航空保障相关领域的研究仍处于探索阶段，基于效能的保障任务方案制定和保障系统设计仍需完善。航空保障作业作为航母舰载机恢复完好状态以及保持战斗力生成的重要基础，其保障效能逐渐成为当前航空装备领域衡量保障能力的核心指标。

效能是反映满足舰载机保障需求的度量。随着科学技术水平的提高以及信息化作战理念的广泛发展，装备保障的流程工序愈加复杂，技术规范也在不断更新完善。国外方面，美军针对保障领域的研究较早，最早可追溯于美国国防部于1964年颁布的《系统和设备的综合后勤保障研制》[1]。随后，美军又提出了“综合保障”(integrated logistics support)和“基于性能的保障”(performance based logistics, PBL)等概念[2]，表明美军逐步形成基于效能的保障体系建设。欧洲航天与防务工业协会(ASD)先后颁布了《后勤保障分析》(MIL-STD1388-1A)和《综合后勤保障》(DEF-STAN-00-60)[3]。由于当时制定仓促并未在国际社会得到广泛应用。为进一步满足军工部门的需求，ASD联合美国航空工业协会(AIA)于2010年颁布《后勤保障分析(LSA)国际程序规范》(S3000L)[4]，作为当前军事装备领域比较公认的通用性保障技术规范得到广泛推广。2016年，美国国防部发布最新版《基于性能的保障指南》，进一步补充完善了美军保障规范，推动PBL实施进入更加系统化规范化的阶段。

中国关于装备保障领域的探索追溯于20世纪70年代末成立的“反坦克研究小组”[5]，首次将装备保障效能分析纳入军事决策中。20世纪80年代中国针对装备可靠性效能分析发布GJB 1364—92[6]，为中国效能分析确立基本框架。1992年7月原国防科工委发布国军标《装备费用效能分析》[7]。随后，1999年颁布了综合保障指导性标准规范，这是首次针对仪表着陆系统(ILS)颁布的标准。中国颁发的《装备综合保障通用要求》(GJB 3872—1999)对综合保障进行了明确定义：在装备的整个寿命周期内，在保障性要求和保障性设计原则下，通过协调优化保障资源，面向装备保障组织相关管理活动和技术应用。钱学森在军事运筹研究20周年大会上提出，加强装备保障能力评估可有效促进中国装备的现代化建设[5]。21世纪以来中国相继颁布装备保障相关的技术规范以及法规标准，逐步形成了较为健全的装备保障体系并拓展到军事航空领域。《中国人民解放军后勤装备条例》中明确规定：保障效能分析是后勤装备研究及立项论证的重要环节[8]。借助装备保障规范的不断完善，保障评估与决策研究实现了由定性化向定量化方向发展。基于上述相关标准规范，中外相关研究机构及学者对航空装备效能决策与评估的不断探索，为后续基于系统化的体系方法进行效能评估奠定了基础，同时也为中国航空装备领域的保障体系建设开拓了新思路。针对航空保障效能评估方法进行梳理分析，同时针对未来研究方向提出可行性建议。

1 航空保障效能评估基本思路

1.1 航空保障效能评估指标的分类

效能是系统完成一组特定任务要求或者达到既定目标能力的度量[9]，本质上是指在特定的条件下达到或者可能达到预期目标的程度。效能在不同的领域被赋予不同的具体内涵。航空保障效能评估是以多环节、多层级融合的保障流程为核心，以涉及各环节的人员、装备、环境和保障手段为评估要素的多维综合能力度量，通过采取多元评价方法使保障系统的设计和保障任务方案的决策更具有权威性、完备性和广泛性。

根据航母舰载机保障任务流程，具体可划分为舰载机出库入库、维修保障、甲板转运、舰面机务勤务保障、武器转运保障以及出动离场等多作业流程。航母舰载机保障任务流程如图1所示。

图1 舰载机保障任务流程Fig.1 Processing of carrier aircraft support mission

现阶段，根据评估对象的不同，航空保障体系效能可划分为系统级效能和方案级效能。系统级效能又称为能力效能，作为一种静态效能，研究的评估对象是不因客观条件而转移的本身所具有的属性。美国工业界武器系统效能咨询委员会(WSEIAC)给出具体定义为：系统效能是作为系统的适用性、可行性和能力的函数，用于衡量系统满足一组特定目标函数的能力的度量[10]。美国海军给出定义为：系统在规定条件或者规定时间下完成作战任务的概率。美国麻省理工学院信息与决策系统实验室的Bouthonnier等提出系统效能是系统表现值与预估目标值的吻合程度[11]。美国佐治亚理工学院的空天系统实验室(ASDL)将系统效能从单系统概念转向多系统领域方向发展，并得到了广泛推广。在舰载机保障领域，根据航母舰载机保障任务流程，可将航空保障系统划分为指挥控制保障系统、起飞保障系统、转运保障系统、拦阻着舰系统、舰面保障系统、维修保障系统等子系统。舰载机保障系统中的各个子系统之间并非独立存在，不同子系统之间存在耦合影响，航母航空保障系统网络化结构图如图2所示。

图2 航母航空保障系统网络化结构Fig.2 Network structure of carrier aircraft support system

方案级效能又称为任务效能，广义上指的是在规定的保障环境下，按照预定方案和任务规划达到既定目标的程度。美军通过方案级效能实现了从基于威胁到基于能力的转换，并将任务效能定义为满足目标完成能力的动态度量[12]。在航空保障领域，方案级效能主要围绕舰载机出动任务、机务勤务保障任务、机库维修作业任务、出入库及甲板转运任务等方面展开研究。作为一种动态效能，由于方案级效能具有保障任务和保障进程的不确定性，通常以时间效率、资源使用、任务风险等子指标作为度量指标。方案级效能值不仅可以对不同方案的效能优劣进行定量对比，而且可以将效能结果反馈给决策者进而优化任务方案。

1.2 航母航空保障效能评估基本流程

航空保障效能评估是一个涉及多领域、跨学科、深层次融合的综合性问题，指标体系作为效能评估的基础，由于不同指标间的属性差异，需要从舰载机航空保障的实际出发，对效能指标进行筛选、分析和决策，从而形成体现航空领域特点的结构化体系。构建指标体系时首先确立效能评估的需求和目的，从顶层设计出发将评估需求具象化为评估目标集。评估目标集的选取不仅需体现效能评估的综合价值，而且使指标体系的构建具有方向性。构建指标体系的过程就是将评估目标集映射为评估指标权重集的过程，再通过选取适当的评估方法或数学算法，形成对指标集的综合评价。效能评估的基本流程如图3所示。

图3 航空保障效能评估基本流程Fig.3 Processing of carrier aircraft support effectiveness evaluation

2 航空保障效能评估方法与现状

伴随着效能研究的深入拓展，针对航空装备保障领域的探索取得了长足的发展，根据航空保障效能评估方法和性质的差异，主要可以分为以下四类。

2.1 为多属性评估法

多属性评估法，如：层次分析法(AHP和ANP)、德菲尔法(Delphi)、模糊综合评判法、序关系法、物元可拓法等。作为传统的军事运筹学评估方法，该类方法的特点是需要借助专家经验，并将专家的主观经验转化为数值化权重或通过专家经验进行阈值划分，将用于定性评估的指标集转化为定量评估，通过主客观数据加权得到评价值。该方法有效融合了领域内权威专家的相关经验，在参考数据样本较少或者部分数据缺失的情况下，为决策者提供具有信服力的评价信息。针对指标集结构复杂的评估模型，采用数学分析无法反映指标间的内嵌关系，且采集样本的工作量会呈现指数型增长，以AHP、ANP为典型的多属性评估方法通过规范化指标体系，清晰地体现指标关联并进行综合评价。

由于前期中国航母舰载机保障领域可收集数据样本和可参考方案相对匮乏，因此前期的研究多基于多属性评估展开。杨王锋[13]、苏畅等[14]采用层次分析法针对航空保障系统效能进行总体建模，以系统级效能的多级子目标构建指标体系并确定指标权重。Wei等[15]、蒙存占等[16]采用模糊综合评价的方法针对装备保障系统级效能进行评价。米丰佩[17]通过引入变权理论和贴近度函数，进而构建了改进的物元可拓模型，基于航空维修实测数据展开仿真分析，并验证了模型的可行性。顾实等[18]采用改进的物元可拓模型对航母舰载机起降效能进行综合评价，解决了舰载机起降效能指标不相容的问题。对航空维修安全质量评估；钱彦岭等[19]采用层次化平衡计分卡法构建了输入-过程-输出和环境架构的维修系统指标体系；陈农田[20]针对飞行安全问题，基于序关系法构建面向飞行安全风险分析的指标体系；Rahul等[21]提出了一种基于AHP的PMIE装备保障效能评估框架研究。多属性评价方法的缺点是：由于参考了专家的主观经验，导致权重分配、阈值划分或评价结果的精确性降低，且评估结果受不同专家意见的差异而导致鲁棒性较差。

2.2 数据解析法

数据解析法，如：聚类分析法、主成分分析法、熵权法、支持向量机法、贝叶斯网络法、人工神经网络、粗糙集理论、灰色关联度分析、ADC法等。此类方法的特点是：利用统计学或者相关数学方法，把握评估目标的本质特征进行分析论证。针对已经获取的大量的样本数据信息进行归并提炼，将重复性信息或者关联度较大的信息进行合并，形成独立性信息，在信息损失量不大的情况下减少评估工作量；针对由于人们认识局限性而产生的不确定性信息，运用相关数学理论进行分析，将“部分信息已知，部分信息未知”的贫信息进行生成、开发，形成对评价指标的确切描述，将抽象化的信息表现映射为具象化的数据表达。

文献[22]通过建立解析度量模型针对航空保障体系进行分析。郭天虎等[23]基于经典粗糙集理论设计了面向后勤保障的效能指标评估体系。曹彪等[24]将航空保障的流程划分为准备、操作和保障三个阶段，采用熵权法对某基地航空保障能力进行效能评估。祝华远等[25]基于系统效能ADC(attack damage carry)模型，结合某型飞机保障效能指标因素进行效能评估。李涛等[26]基于HFACS-ME框架，采用灰色关联分析法针对航空维修差错模式进行研究。黄秋水等[27]考虑到模糊随机因素和人为因素的影响，通过灰色关联度模型对航空装备维修进行综合评价。尹富[28]将灰色关联分析理论应用到航空保障维修系统效能评估。于丰喜等[29]基于云模型理论，针对系统级保障效能，将模糊性问题转换为隶属度关系进而构建评估模型。涂刚等[30]提出改进的粒子群优化算法(PSO-ELM)针对军用飞机保障系统进行评估并验证了方法的可行性。胡新江等[31]建立了基于改进支持向量机的航空保障效能评估模型,通过仿真案例验证了方法的有效性。艾宝利等[32]在考虑数据可信度影响下，针对多源数据效能评估问题,采用改进的贝叶斯方法，提出了一种基于Vague集的装备保障系统效能评估模型。

数据解析法的缺点是：需要对大样本信息进行统计，数据处理规模庞大使计算效率降低；由于对已知信息进行了约简或对未知信息进行了开发，导致评估结果敏感度升高。

2.3 建模仿真法

建模仿真法，如：蒙特卡洛法、系统动力学法、马尔科夫模型法、TACWAR模型法、ATCAL模型法、PETRI网法等。此类方法的特点是根据不同评估目标的约束特性进行建模，通过原始数据或者试验数据进行统计分析，以仿真为基础对复杂对象进行效能评估，可以更加准确地体现评估目标的动态性与完整性，更加合理地反映出评估与仿真的逻辑关系。

文献[33-35]通过构建离散仿真事件模型面向保障效能进行分析。周扬等[36]综合考虑军用飞机持续任务能力与战备完好率构建指标体系，参考美军LCOM后勤保障复合模型，采用仿真的方法进行效能评估。王少华等[37]、Eduardo等[38]针对装备保障维修过程，基于蒙特卡洛仿真方法设计了以装备性为考虑因素的效能评估方法。高龙等[39]通过分析保障体系的网络化特性，考虑到任务需求对体系演化的影响度，采用改进的复杂网络理论模型进行仿真评估。魏海龙等[40]在模型系统工程理论(MBSE)的基础上，通过引入系统建模实现基于模型驱动的保障效能评估。

国外方面，通过建模仿真法逐步形成了体系化、平台化的保障系统，美国国防部开发了LCOM装备保障仿真系统[41]，通过分析资源约束进而实现对基地级装备维修保障方案的效能评估与分析仿真。随后美军面向联合作战的军事能力需求出发，设计了联合能力集成与开发系统JCIDS[42]。瑞典系统与后勤工程公司(SYSTECON)开发了OPUS10系统后勤保障和备件优化工具[43]，该平台以保障系统总体目标为关键参数，针对保障方案、维修策略等问题进行研究与决策。随后开发了SIMLOX系统，通过模拟仿真保障方案实现了对保障资源设备的系统性综合评估。中国方面，李康等[44]借鉴SIMLOX系统平台的基础上，针对航空四站装备保障效能设计了仿真评估模型框架。夏旻等[45]从保障资源建模等角度出发，采用动态蒙特卡洛模型，参考OPUS10系统提出了装备保障平台初构。周岩等[46]基于ILSLab-Sims仿真平台，运用离散事件建模方法，构建了面向飞机维修保障的效能评估模型，并以某新研飞机为仿真案例对模型有效性进行验证。

相对于其他方法，建模仿真法更加贴合实际统计规律，但是由于构建约束复杂，状态转移量较多，数据统计量较大，使效能评估的计算效率下降；由于考虑的模型约束存在差异，易受限于不同模型导致评估可信度下降。

2.4 组合评价法

组合评价不仅仅指针对定权和评价的两个局部环节采用两种及两种以上的评估方法进行融合，而且包括基于集成的多种评估方法对评估的各个环节进行“再造”[47]。由于上述方法是从不同的逻辑角度面向评估目标进行效能评估，且单一评估方法均有特定的适用范围和应用背景，因此难免存在局限性。通过采取两种或多种评估方法进行组合评价，在保留方法优越性的同时针对方法缺陷进行互补，进而提高评估结果的可信度。张洋铭等[48]采用主成分分析、熵、灰色、模糊、理想解、可拓等综合评价方法分别对航空四站的保障人力资源、保障设施设备、保障指挥体系进行效能评估，通过一致性检验后的评估结果进行权重融合形成综合效能值。Lin等[49]针对航空保障效能评估，采用数据包络分析法和主成分分析法构建评估模型，并验证了模型的有效性。郭玉明等[50]、Giuseppe等[51]采用AHP和模糊综合评价法融合的多级模糊评判法，构建面向飞机保障效能的评估模型。任佳成等[52]基于层次分析法和灰色聚类的方法，针对装备保障效能进行实例分析, 从军事指标、保障指标、经济指标出发针对保障效能进行综合评估。胡涛等[53]通过分析飞行任务目标，建立了基于直觉模糊熵和灰色聚类分析的飞行保障效能评估模型，面向飞机后勤保障能力、装备技术保障能力、战勤保障能力进行效能评估。陆营波等[54]采用元模型技术，提出了一种基于数据驱动的遗传算法改进的GA-BP神经网络效能评估模型。石黎明等[55]采用基于熵权的TOPSIS法，针对某舰载飞行团的舰载机抢修方案进行保障效能评估。夏国清等[56-57]采用主成分约简和突变级数结合的方法，以“尼米兹级”航母高强度演习为仿真背景，面向舰载机出动能力进行综合评价。虽然组合评价法对单一方法的缺陷进行了改进，但是由于可供组合的单一方法众多，且组合的方式同样存在多样性，人为的组合选择使得评估结果具有一定程度的主观性。

结合上述文献分析，四种方法的优缺点及适用情况如表1所示。

表1 四种方法特点Table 1 Characteristics of the four methods

3 存在的问题及未来发展趋势

3.1 当前研究存在的主要问题

航母航空保障效能评估为决策者提供了科学的论证评估手段，极大提高了指挥决策效率。当前，航空保障效能评估仍然存在以下几点不足。

(1)舰载机保障覆盖范围尚不完善。当前学术研究多针对于航空保障的子系统级效能进行评估(如调运系统[58]、训练保障系统[59]、起降系统[18，60])，缺乏对系统级效能以及方案级效能的整体性、综合性研究。由于舰载机航空保障是涉及多流程、多层次的复杂系统，子系统与子系统之间存在耦合影响，因此需要从顶层设计，针对航空保障整体的系统级、方案级效能进行评估。

(2)指标体系的构建无法清晰体现决策目标。当前，航空保障领域的指标体系尚处于逐步完善阶段，尚未形成规范化、统一化的保障效能指标体系。指标体系构建的恰当与否直接反映了评价者对评估目标的认识程度。既不能刻意追求评价指标体系的全面性而忽略了评估的主要目标，也不能在缺乏理论指导和论证研究的基础上虚构指标，造成评估目标与指标体系的脱节。

(3)评估方法的选择缺乏足够的依据。当前航空保障评估手段呈现多样性和新颖性，虽然针对特定的应用环境对方法进行了融合和改进，但是容易造成过分追求方法的创新性而忽略实际的评估过程的科学性。方法的选取需要以指标体系为基础，以评估目标为导向，综合考虑适用性、实用性、合理性的前提下对评估方法做出正确的判断。

3.2 未来发展趋势

针对当前中外航空保障效能评估研究现状以及存在的不足之处，结合中外研究热点问题，瞄准未来作战保障使用需求，基于中国航母航空保障现状对航空保障效能评估未来发展趋势加以预测。

(1)更加注重智能化。随着人工智能的广泛发展和信息化决策水平的不断提高，云计算、大数据处理等技术逐渐成熟，需要在效能评估领域做好接口设计，将创新性的智能评估算法中融入效能评估体系的同时，把效能评估的结果反馈到保障系统和流程的迭代优化中，进而推动保障体系的智能化发展，这对未来保障领域科学化决策与实施具有重要的意义。

(2)更加贴近实战化。实践是检验真理的唯一标准，当前文献所提出的方法多停留在理论研究阶段，未来应主动把握战场条件下航空保障环境的实时性、动态性，及时更新保障资源仿真约束条件及效能评估方法，并在方法论证成熟阶段进行适时推广，并从航空保障的实践应用中找到评估方法的不足以及局限性，根据部队实际情况加以修正完善，创新效能评估研究论证，推动理论与实践协同发展。

(3)更加注重系统化。一是建立规范化、系统化的航空保障效能指标体系，针对航空保障系统级、方案级效能进行顶层分析，在听取专家意见和参考相关文献解读的基础上不断进行设计论证，形成体系结构合理、指标要素全面的指标评价体系。二是形成专家数据库，针对主观权重判定过程中的定性分析结果(如特征值法中重要度判别数据)进行规范汇总，构建知识储备库，避免在同样的评估体系中因聘请专家反复评价而造成人力物力的损耗。三是形成系统化的保障效能建模仿真平台，借鉴国外现有的仿真评估系统和国内论证的航空保障仿真系统框架，运用诸如OpenGL、HLA、VR等可视化、系统化的建模仿真技术，开发适合航空保障领域的建模仿真评估软件，形成基于系统化的保障性评估设计，从而有力推动航母航空保障体系的建设与发展。