基于模糊层次分析法的ADC模型导弹部队装备保障效能评估

何能波,吴红朴,孙 金,齐分岭,3,侯 炜

(1. 航天工程大学,北京 102206;2. 中国人民解放军96746部队,新疆 库尔勒 841000;3. 中国人民解放军66389部队,山西 太原 030031)

随着科技的不断发展,高新技术越来越多地用于军事装备领域。装备保障对于保持和恢复装备性能,保证装备战斗力的持续输出起至关重要的作用,部队装备保障效能的高低已经成为影响和制约战争全局胜负的关键因素。

导弹部队的主战装备之一是导弹武器,导弹武器作为高精技术装备,其性能的保持受诸多因素影响,且导弹武器装备的保障不同于其他通用武器装备保障,装备保障标准更高。导弹部队装备保障力量建设对导弹部队战斗力的保持和使命任务的履行非常重要。为了评估导弹部队装备保障建设和装备保障能力情况,须设计出紧贴导弹部队装备保障实际的效能评估方法,找出建设中的短板弱项,提出增强导弹部队装备保障能力的科学有效的措施,这对促进导弹部队装备保障力量有效遂行装备保障任务具有非常重大的意义。

1 导弹部队装备效能评估模型建立

1.1 装备保障效能评估方法

文献[1]介绍了装备保障能力评估方法的优缺点,包括模糊层次分析法、云理论法、基于神经网络的智能评估法等方法；文献[2]运用模糊层次分析法对导弹装备保障能力进行了评估；文献[3]阐述了ADC方法的优点,即基于ADC方法的效能评估值与装备系统的实战过程、作战效果之间具有良好的物理拟合性,用于机载反辐射导弹效能评估可鲜明地反映装备系统效能的物理本质,模型简便灵活；文献[4]采用ADC效能评估方法设计了合成旅的装备保障效能模型,并用实例进行检验,证明了模型的有效性。结合文献对装备保障效能评估方法的研究,各评估方法存在以下优缺点:

1)基于模糊层次分析法的效能评估,模型简单,采用定性定量的方法对复杂系统问题分析效果较好,但人的经验和知识对指标权重有较大影响。

2)云理论法充分考虑了装备保障系统的随机性和模糊性问题,使语言中定性概念的随机性和模糊性有机结合在一起,实现了定性语言值和定量数值之间的自然转换,但其需要对大量样本数据进行复杂运算,且无法应对随机因素的干扰。

3)神经网络法避免了复杂模型的计算,解决了建模难的问题,便于实现,具有较好的学习能力、容错能力、非线性映射能力,但其需要大量的样本数据进行训练,且无法自解释推理过程和依据,评估过程收敛速度慢。

4)ADC模型方法成熟,使用简便,能够反映装备保障系统的物理本质,单个或复杂系统的效能评估效果较好,但模型的每项指标需要有明确的解析表达式,有些系统难以给出全部指标的解析表达式。

1.2 效能评估模型建立

根据导弹部队装备及装备保障的特点,导弹部队装备保障效能评估是基于作战任务和过程的评估,相关保障数据不多且难以获得。导弹部队装备保障力量实施装备保障活动是由诸多保障要素构成的复杂保障系统,为了更好地反映导弹部队在任务中的装备保障效能,本文结合ADC模型和模糊层次分析法的优点,采用ADC模型和模糊层次分析法对导弹部队装备保障效能进行评估,具体模型可表示为

E=ADC

(1)

式中，A表示装备保障系统的可用度,D表示装备保障系统的可信度,C表示装备保障系统的固有能力。

可用度A是指装备保障系统执行任务开始时其在不同情况状态的概率集合,设ai表示执行任务开始时装备保障系统处于状态i的概率,A可表示为

A=[a1,a2,…,an]

(2)

可信度D是转移概率矩阵,设dij表示装备保障系统由任务开始时状态i到任务结束时转移至状态j的概率,D可表示为

(3)

装备保障系统固有能力C是指在可用可信状态下装备保障系统完成装备保障任务的能力,cij表示系统在i状态下达到j项要求的能力,C可表示为

(4)

2 导弹部队装备保障效能评估指标体系建立

2.1 效能指标体系建立原则

导弹部队具有装备技术含量高，装备种类多样，作战运用灵活的特点,部队装备保障效能评估指标必须科学、准确、全面。建立指标体系时，应遵循以下原则。

1)完备性原则

效能指标建立要立足保障导弹部队装备战斗力持续输出，打赢未来战争的需要,以导弹部队履行的使命任务为基础,结合装备保障发展的军事需求,对导弹部队装备保障的各方面进行分析,充分刻画导弹部队装备保障特征,全面反映装备保障效能。但各装备保障效能指标不能重复,每一个对效能评估值有影响的指标都应包含在指标的属性集中。

2)客观性原则

建立的指标要能够客观地反映导弹部队装备保障系统内部状态的变化,正确反映装备保障系统的不确定性,不能因人而异。

3)科学性原则

影响导弹部队装备保障效能的因素较多,应该分清主要因素和次要因素,抓住影响装备保障效能的主要因素,忽略次要因素,使得指标体系相对简单,不影响对导弹部队装备保障效能的评估。

4)系统性原则

指标体系的建立应按照系统论的思想,将指标体系看作一个系统,从不同层面和角度反映导弹部队履行装备保障任务的特征,展现导弹部队装备保障结构的整体逻辑,体现装备保障的变化趋势和发展动态。

5)实用性原则

在建立装备保障系统指标体系时，既要考虑指标是否可以量化,也要兼顾数据获取的可行性和可操作性,确保数据便于获取且质量有保证。

2.2 导弹部队装备保障效能指标体系建立

效能是指系统在规定的条件下达到完成规定的使用目标的能力[5]。导弹部队装备保障效能是部队装备保障系统在规定条件下完成规定任务的程度。由ADC效能模型可知，导弹部队装备保障的效能包含装备保障系统可用度A、可信度D、固有能力C。装备保障系统可用度与部队主战装备平均故障间隔时间、平均故障维修时间、平均故障延误时间相关。装备保障系统可信度可由主战装备可靠性表示。装备保障系统固有能力可由装备保障指挥、装备维修保障、装备器材保障、装备弹药保障、装备保障防卫、装备保障管理六个指标表示。装备保障效能指标结构层次如图1所示。

图1 装备保障效能指标结构层

装备保障指挥是装备保障活动中的关键环节,装备保障指挥正确与否,直接对装备保障任务的完成造成影响,对部队作战任务的完成影响更大。装备保障指挥指标包含指挥人员素质、信息保障、指挥作业;装备维修保障指标包括维修人员素质、展开效能、抢救抢修效能;器材供应指标包括器材种类配备率、器材数量配备率、器材供应成功率；弹药供应保障指标包含导弹储备率、导弹测试效率、导弹转载效率;装备保障防卫指标包含侦察能力、防卫措施、人员装备生存率;机动效能指标包括机动平均速度和保障人员及设备到位率;装备管理效能指标包括装备管理体系和装备完好率。图2为固有能力指标。

图2 装备保障固有能力指标

3 导弹部队装备保障效能评估

3.1 可用度

装备保障系统的可用度A和可信度D可以用系统内各类型装备的平均可用度和平均可信度近似表示。导弹部队拥有的装备种类多样,某一类型主战装备的可用度可由该类型装备的故障间隔时间MTBF、故障维修时间MTTR和故障延误时间MLDT表示为

(5)

若某导弹旅的主战装备类型数量为n,则该部队主战装备平均可用度为

(6)

导弹部队的装备保障系统开始执行任务时，可能处于正常工作和故障两种状态,分别用a1和a2表示两种状态的概率。其中，a1和a2可表示为:

(7)

(8)

3.2 可信度

导弹部队主战装备从任务开始到任务结束有四种状态：1)任务开始到结束装备均是正常工作状态;2)任务开始时，装备在正常工作状态,任务结束时，处于故障不能工作状态;3)任务开始时，装备处于故障不能工作状态,任务结束时，处于正常工作状态;4)从任务开始到任务结束，装备均处于故障不能工作状态。这四种状态分别用平均概率d11、d12、d21、d22表示,则D可表示为

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

3.3 固有能力

1)分析构建装备保障固有能力的指标层次结构。由于同一层级间的因素相互独立,互不关联,根据层次结构模型图的隶属关系,建立指标集I和子指标集Ii,分别为:

I={I1,I2,…,IN}

Ii={Ii1,Ii2,…,Iij}

2)确立评价集。结合导弹部队实际情况,将装备保障能力划为优秀、良好、及格、差,分别用v1、v2、v3、v4表示,所以，评价集为V={v1,v2,v3,v4}。

3)计算权重。根据各层级指标的相互比较,得到相应的判断矩阵,通过判断矩阵运算出各层级指标之间的权重W、Wij,从而计算出基于AHP的评价体系各指标的权重Qij=Wij·Wi。

4)建立模糊评语矩阵。依据专家的意见打分进行综合,得到各指标的模糊评语,通过计算得出模糊评估矩阵ri。

5)计算综合评价向量R。根据模糊理论的运算方法Ri=Qij·ri,得出各指标综合评价向量,同理得到总的综合评价向量。

6)计算隶属度。确定指标集合I到评价集的模糊矩阵,经模糊变换B=W°R得到隶属度。

7)计算固有能力c1。根据保障能力评分表,计算得到c1。

3.4 装备保障效能实例计算

3.4.1 可用度和可信度计算

导弹部队的主战装备种类和数量较多,通过查找相关资料,得出主战装备平均故障间隔时间和平均故障修复时间,利用式(5)可求得a1=0.9998、a2=0.0002,计算可用度为A=[0.999 8 0.002]。

3.4.2 固有能力计算

1)根据图1所示的固有能力层次结构图,建立指标集I={I1,I2,I3,I4,I5,I6,I7}和子指标集Ii={Ii1,Ii2,…,Iij}。

2)结合导弹部队装备保障实际情况,将能力等级划为优秀、良好、及格、差,建立评价集V={v1,v2,v3,v4}和保障能力等级评分表，如表1所示。

表1 保障能力等级评分表

3)构建判断矩阵,采用层次分析法计算各层级指标权重。采用1～9标度构建准则层判断矩阵，如表2所示,求出准则层指标权重W。

表2 准则层判断矩阵

W=[0.358 2 0.231 8 0.044 8 0.132 9 0.104 9 0.094 8 0.032 6]，同理可得各底层指标相对于准则层指标权重Wij,如表3所示。

表3 各底层指标权重

4)根据专家的意见,得到各指标的模糊评语ri，如表4所示。

表4 效能指标等级模糊评分表

5)综合评价向量R,由Ri=Qij·ri,可求得R1～R7,得到R。

进行归一化处理后得

R1=[0.264 7 0.397 7 0.229 9 0.107 7]

同理可得：

R2=[0.493 7 0.332 7 0.122 8 0.050 8]

R3=[0.512 0.366 0.098 0.024]

R4=[0.543 4 0.293 6 0.146 7 0.016 3]

R5=[0.421 4 0.332 7 0.216 4 0.029 5]

R6=[0.312 2 0.362 9 0.212 0.112 9]

R7=[0.368 1 0.432 5 0.199 4 0]

所以:

6)计算隶属度。通过模糊变换B=W°R得到隶属度为

归一化处理后得

B=[0.389 7 0.357 9 0.185 1 0.067 3]

7)计算固有能力

对照表1,可计算c1=0.819,则

3.4.3 计算保障效能

由式(1)计算导弹部队保障效能E为

通过实例分析可知，该导弹部队装备保障效能较高,但在装备保障指挥、装备机动效能、装备保障管理方面还有提升空间。

4 结束语

本文采用ADC模型和模糊层次分析法相结合的方法，提出了导弹部队装备保障效能评估方法,并通过实例验证,得到了导弹部队装备保障效能。可以发现，该模型不仅可以对导弹部队装备保障效能进行评估,还能对导弹部队装备保障能力进行分析,查找短板弱项,优化导弹装备保障体系。该方法可为部队有效履行使命和提升装备保障能力提供支撑。