装备体系贡献率评估方法探究

吴雄清,杨 勇，周 炎，周 阳，王海滨

(北京宇航系统工程研究所，北京 100076)

0 引言

在我国军事装备坚持“信息主导、体系建设、自主创新、持续发展”的体系化发展背景下，必须将未来发展或改进的装备放在体系的环境中，开展装备贡献率的研究和评估，在整个装备体系中准确找到定位，切实将装备研制、改进同体系使命、任务需求紧密结合。本文明确了装备体系贡献率的定义和评估意义，总结了多种定性及定量的装备体系贡献率评估方法，并给出了评估实例，为后续装备体系论证、装备研制或改进中装备体系贡献率评估提供有益借鉴。

1 贡献率概念及意义

装备贡献率概念[1]定义为：在特定使命和体系下，装备在加入体系或替换体系中原有装备后，对体系完成使命任务的贡献程度。

装备体系贡献率可表示为

U=(E1-E0)/E0

(1)

式中，E0为参考的基准体系能力度量值，E1为新装备加入后被评体系能力度量值。

装备体系贡献率研究有以下重要意义：

1)为新装备论证、研制及装备升级改造提供依据。在装备论证阶段，对装备进行贡献率综合评估，明确装备在体系中定位及必要性；

2)为装备体系规划提供依据。以装备体系化发展为指导，通过装备体系贡献率研究，明确体系中紧缺要素、装备及装备发展优先级，支撑装备体系论证和科学规划；

3)为装备体系结构优化、演化提供支撑；

4)推动装备体系、技术体系、研制能力体系协调发展。

2 装备体系贡献率评估方法

装备体系贡献率评估，即针对被评估装备体系，明确使命任务、场景，构建相应能力、装备体系，进行装备体系贡献率定性评估或定量评估。

2.1 定性评估方法

定性评估方法可按体系使命-任务-能力-装备体系的层次分解逐层从以下几个方面论述：

1)装备可支撑完成的新对抗样式；

2)装备具备的任务能力，以及填补的任务、能力、装备体系要素空白等；

3)在体系中，本装备对其他装备、任务的支撑能力；

4)可以完成的非对称优势等；

5)以新理论支撑的新样式下装备发展、新体系领域下装备发展，以及新领域下对于国防基础工业、技术领域的牵引能力等。

2.2 定量评估方法

目前，装备体系贡献率定量评估方法主要包括基础技战术指标比较法、综合技战术指标灰靶比较法、基于装备体系层次的网络层次分析法(ANP)、基于体系仿真及效能评估法等。

2.2.1 基础技战术指标比较法

基础技战术指标比较法是将新装备与在役、在研的国内外同类装备进行关键技战术指标逐项横向比较、计算性能提升百分比，通过关键技战术指标的比较评价新装备与同类型装备间的受关注指标性能，进行一定程度上的定量评估。

2.2.2 综合技战术指标灰靶比较法

综合技战术指标灰靶比较法基于灰靶理论[1]，将目标装备与现有国内外同类装备样本作为参考，通过技战术指标体系生成该类装备的标准模式装备，计算装备与标准模式各技战术指标的靶心度，最后根据技战术指标的权重获取装备与标准模式的靶心度，进行目标装备与其他装备之间综合能力比较、近似等效评估装备贡献率。

基于灰靶理论的装备贡献率评估方法和步骤[2-4]如下：

(1)建立装备技战术指标体系，获取权重

建立影响装备能力的所有技战术指标、权重。权重可采用专家综合打分法或基于仿真的灵敏度分析和定量估算。

(2)获取所有目标装备及参考装备的指标数据

假定装备具有n个指标，采用m个同类型装备进行灰靶比较(包含需要进行贡献度评估的目标装备)，其指标用wij表示

wij=(wij(1),wij(2),…wij(n))，
wij(k)∈wij⟹k∈K={1,2,…,n}，
i∈{1,2,…,m}
w(k)=(w1(k),w2(k),…wm(k))，
wij(k)∈w(k)⟹i∈I={1,2,…,m}

(2)

式中，w(k)称为k指标模式列，简称k指标列。

(3)确定各性能指标的极性，取得标准模式

令POL(max)，POL(min)，POL(mem)分别表示极大、极小、适中极性值。

并称序列w0=(w0(1),w0(2),…，w0(n))为标准模式。

(4)进行灰靶变换，计算指标模型序列中的指标k的灰关联度

令Tr为灰靶变换，得到指标k的灰关联度x(k)

x(k)=(x1(k),x2(k),…,xm(k)),
(xij(k)∈x(k)⟹xij(k)=Trwij(k)
x0=(x0(1),x0(2),…x0(n)),
x0(k)∈x0⟹x0(k)=Trw0(k)

(3)

x0称为标准靶心。

式中，Tr定义如下[3]

(4)

一种常见的灰靶变换为

(5)

此时，x0=(1,1,…1)，x0(k)=1

(5)获得灰关联差异信息空间

灰关联差异信息空间定义为

ΔGR={Δ,ζ,Δ0i(max),Δ0i(min)}

(6)

式中，Δ={Δ0i(k)|i∈I={1,2,…,m},

k∈K={1,2,…,n}}

Δ0i(k)=|x0(k)-xi(k)|=|1-xi(k)|

(7)

式中，Δ0i(k)为x0(k)与xij(k)之间的差异信息，ζ=0.5

(8)

(9)

(6)计算模式i对标准模式在指标k的靶心系数

(10)

(7)考虑技战术指标的权重因素，加权计算模式i对标准模式靶心度[4-5]

各指标对装备的重要性权重假定为f=(f1,f2,…，fn)T,则加权后模式i对标准模式的靶心度为

(11)

(8)各模式靶心度计算、贡献度排序

计算各模式对标准模式的靶心度，并进行排序，靶心度越大表示越接近标准模式，综合效能越强，等效近似认为装备贡献率越大。

2.2.3 基于装备体系的网络层次分析法(ANP)

装备体系需求描述建立从使命到任务、任务到能力、能力到系统的映射关系，完整的装备体系层次结构关系如图1所示[1-2]，包括自上而下的分解过程和自下而上的聚合过程。

图1 装备体系层次结构关系Fig.1 Equipment SOS architecture

基于使命、任务、能力、装备系统的装备体系网络层次分析法，通过装备系统到能力、任务、使命的自底向上逐层聚合装备能力、任务、使命的贡献权重，最终将装备对能力的权重转移为对于使命的全局权重，从而获得装备对体系的贡献率，可表示为[1]

U(Zm)=∑kU(Zm，Ck)·
(∑iU(Ck，Ti)·U(Ti))

(12)

式中，U(Ti)为任务Ti对体系完成使命的权重；U(Ck,Ti)为能力Ck对任务Ti的权重；U(Zm,Ck)为装备Zm对能力Ck的权重；U(Zm,Sj)为装备Zm对系统Sj的权重；U(Zm)为装备Zm对体系的贡献度。

基于使命、任务、能力、装备系统的网络层次分析法的关键是获取各层次要素对上层次要素的综合权重，按照式(12)最终计算出装备体系贡献率。

基于网络层次法的装备体系贡献率评估流程如图2所示。

图2 基于ANP的装备体系贡献率评估流程Fig.2 ANP evaluation process of equipment contribution rate to SOS

2.2.4 基于体系仿真及效能评估法[6]

基于体系仿真及效能评估的贡献率评估方法的基本思想是在整个装备体系运行过程中，由于使用目标装备而使体系效能得到提升，提升的部分即为该装备的体系贡献率。

假定不包含目标装备的体系基线状态下的体系效能为E0，加入目标装备后体系效能评估值为E1，可通过以下两种方法进行目标装备贡献率评估：

1)通过两次效能评估差值ΔE=E1-E0或者 ΔE/E0，粗略等效目标装备对体系效能贡献率；

2)在体系效能评估过程中解析获得效能评估指标体系中各级指标的统一化加权效能值，分析目标装备与效能评估指标体系之间的关系，构建目标装备对指标效能的支持度矩阵，根据支持度矩阵以及各级指标效能，按效能评估指标体系逐层聚合，综合计算装备对体系效能的贡献率。

2.3 改进的综合评估方法

从复杂度、应用场景、缺点、难点等方面，对上述装备体系贡献率评估方法进行比较分析，如表1所示。

表1 装备体系贡献率评估方法比较

针对基于装备体系的网络层次分析法能力指标评估难题、基于体系仿真及效能评估法中评估指标及评估方法选取难题，可以采用两者结合的方式进行综合评估：

1)基于层次分析法中任务-能力分解矩阵，以能力指标作为体系仿真及效能评估指标，构建指标体系，进行基于能力的效能评估；

2)基于体系仿真试验的能力指标评估结果作为层次分析法中能力评估值完成装备体系贡献率评估。

改进的综合评估方法综合了两方面的优势，解决了两种方法的难题，能够对装备体系贡献率进行精确的评估，评估流程如图3所示。

图3 改进的装备体系贡献率评估流程Fig.3 Improved evolution process of equipment contribution rate to SOS

3 装备体系贡献率评估实例

3.1 综合技战术指标灰靶比较法评估实例

假定某类型装备，技战术指标体系包括：最大航程、最小航程、抗毁能力、反应能力、持续能力(以下表中简称指标Z1～Z5)。其中最大航程、抗毁能力、持续能力为极大极性值，最小航程、反应能力为极小极性值。

选取同类型3型参考装备样本(ZB1～ZB3)与目标装备(ZB0)进行灰靶比较，目标装备及参考装备技战术指标(假定)如表2所示，并获取标准模式装备各项技战术指标。

表2 目标、参考及标准模式装备技战术指标

采用式(5)进行灰靶变换,按式(7)计算各装备各指标的灰关联度差异信息。

由式(8)及(9)得到Δ0i(max)=0.925，Δ0i(min)=0。

根据式(10)，计算各装备各指标对标准模式装备对应指标的靶心系数，如表3所示。

表3 各装备各指标对标准装备对应指标靶心系数

为全面对各型装备进行评估，需要将各装备所有指标的靶心系数进行加权。对各指标权重进行归一化处理。假定各指标权重分别为1,0.3,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4，进行统一化处理，根据式(11)计算各装备对标准模式装备的所有指标加权靶心系数，结果如表4所示。

表4 各装备对标准模式装备加权靶心系数

由表4最终灰靶比较结果可以看出，各装备相对于标准模式装备的靶心系数排序分别为装备3≈目标装备>装备1>装备2，目标装备由于各项均衡的综合技战术指标性能，实现了与装备3近似优异的综合性能。通过上述排序，可近似评估目标装备在目前同类装备体系中具备较好的贡献率。

3.2 基于网络层次分析法(ANP)评估实例

假定：

1)遂行某任务T需要的能力C，并由子能力C1,C2,C3,C4,C5组成，权值分别为0.2,0.1,0.3,0.3,0.1；

2)新增装备系统能够支撑C2,C3,C5子能力；

3)C2子能力由C21,C22能力指标评估，权重分别为0.5,0.5；

4)C3子能力由C31,C32,C33能力指标评估，权重分别为0.3,0.3,0.4；

5)C5子能力由C51,C52,C53能力指标评估，权重分别为0.3,0.4,0.3。

对新增某装备系统后的被评体系、与现有装备系统构建的基准体系进行贡献率评估分析。

结合专家模糊综合评估评判，按照采用评价集V={优-1、良-0.75、中-0.5、次-0.25、差-0}5个等级对评估指标进行判定，如表5所示。

表5 指标量化评估

按照体系能力聚合评估方法，进行能力项聚合计算可得任务T-能力C映射矩阵，表6中给出了能力C各子能力的变化情况，下划线部分代表该装备系统对体系能力的提升点。

表6 任务T-能力C映射矩阵

以任务T为背景，基准体系的能力C各子能力C1,C2,C3,C4,C5分别为0.5,0.5,0.4,0.7,0.575，能力C综合量化值为0.5375；被评体系的能力C各子能力C1,C2,C3,C4,C5分别为0.5,0.875,0.925,0.7,0.925，能力C综合量化值为0.7675。

根据体系贡献率定义，该新增装备系统对任务T的能力C的贡献率为

Vd=(C被评体系-C基准体系)/C基准体系=42.8%

(13)

针对目标体系，对使命下多种任务进行基于能力的贡献率分析，综合评估该装备对于体系贡献率。

4 结论

本文分析了装备贡献率评估的几种方法，通过定性描述及技战术指标比较、综合技战术指标灰靶比较法结合进行简单评估，基于装备体系的网络层次分析法、基于体系仿真及效能评估法具备较好的体系及装备贡献率评估能力，但分别存在能力指标评估、评估指标构建及效能评估方法上的难题。本文结合基于装备体系的网络层次分析法、基于体系仿真及效能评估法两种方法特点及优势，提出了将两种方法结合的改进综合评估方法及流程，以层次分析法的任务-能力分解矩阵支撑体系仿真构建指标体系及仿真系统，开展效能评估，以体系仿真支撑网络层次分析法进行能力指标评估，实现装备体系贡献率的准确评估，为装备体系论证、规划、评估提供有效支撑，并适应体系扩展及演进。