（1.海軍工程大學(xué) 武漢 430033）（2.海軍兵種指揮學(xué)院 廣州 510430）

1 引言

艦艇的作戰(zhàn)能力（combat capability）定義為“考慮艦艇武器裝備、操作人員以及艦艇戰(zhàn)斗實(shí)踐諸多因素，計(jì)算艦艇防空、對(duì)海和反潛等能力所得到的量化標(biāo)準(zhǔn)”。作戰(zhàn)能力包含兩部分內(nèi)容：靜態(tài)作戰(zhàn)能力和動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)能力。靜態(tài)作戰(zhàn)能力是艦艇裝備在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中確定的工作能力，具有固定性和靜止性，是在設(shè)定“典型戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)”和“人員和裝備因素”條件的前提下得到的。而動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)能力是在艦艇服役期間，尤其是在戰(zhàn)斗過(guò)程中所能發(fā)揮的實(shí)際作戰(zhàn)能力，它是靜態(tài)作戰(zhàn)能力在實(shí)際戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)、裝備維護(hù)、人員訓(xùn)練等一系列因素作用下加權(quán)處理的結(jié)果［1～2］。靜態(tài)作戰(zhàn)能力是武器裝備的理想作戰(zhàn)能力，而在實(shí)際使用中，研究海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下艦艇的動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)能力更具備實(shí)用參考價(jià)值。

靜態(tài)作戰(zhàn)能力建立在裝備正常工作的固定狀態(tài)，但艦艇出海執(zhí)行任務(wù)時(shí)，裝備的工作狀態(tài)是動(dòng)態(tài)改變的。裝備的工作狀態(tài)會(huì)在正常工作、降功能降指標(biāo)工作、故障和維修等狀態(tài)間發(fā)生轉(zhuǎn)換。海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，艦艇僅具備艦員級(jí)維修能力，對(duì)于出現(xiàn)故障的裝備只能采取戰(zhàn)場(chǎng)搶修，例如切換、旁路拆除、備件更換、拆次保重、同型異型拆換、替代和原件修復(fù)等。相應(yīng)的，裝備運(yùn)用也存在帶傷使用、降額使用、改變操作方式和冒險(xiǎn)使用等幾種方式［3］。這些裝備實(shí)際使用狀態(tài)必然會(huì)影響裝備的作戰(zhàn)效能。影響動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)能力的眾多因素中，裝備的工作狀態(tài)和使用是非常重要的一個(gè)。

本文從使用者的角度出發(fā)，分析了水面艦艇在海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中艦船裝備處在不同工作狀態(tài)的性能情況，給出了艦艇動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)能力的仿真和評(píng)估方法。

2 裝備狀態(tài)對(duì)作戰(zhàn)能力影響的評(píng)估模型

我們通過(guò)ADC模型來(lái)評(píng)估艦艇動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)能力，觀察裝備工作狀態(tài)對(duì)作戰(zhàn)能力的影響［4～5］。將ADC 模型進(jìn)行改進(jìn)，用于計(jì)算裝備工作狀態(tài)影響下的武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能：

其中E為系統(tǒng)效能，用行向量E＝［e1，e2，…，em］表示，ei是系統(tǒng)完成第i項(xiàng)任務(wù)的效能指標(biāo)；A為系統(tǒng)可用度，是系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處狀態(tài)的量度向量。A＝［a1，a2，…，an］為n維可用度向量，aj是開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)刻系統(tǒng)處于狀態(tài)j概率。

用ADC模型分析實(shí)際作戰(zhàn)情況，需要先確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)。系統(tǒng)初始狀態(tài)是由執(zhí)行任務(wù)之前或執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中發(fā)生的事件所形成的系統(tǒng)狀態(tài)。首先要辨別與描述在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)或在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中系統(tǒng)可能呈現(xiàn)的各種不同狀態(tài)，然后將可用度矩陣A和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣D同系統(tǒng)的可能狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)，并通過(guò)效能把系統(tǒng)的可能狀態(tài)與執(zhí)行任務(wù)的效果相聯(lián)系［6～8］。

這里所要建立的ADC 效能模型應(yīng)是一個(gè)基于過(guò)程的動(dòng)態(tài)效能模型。根據(jù)任務(wù)剖面，選定各個(gè)任務(wù)階段所需要的關(guān)鍵設(shè)備和其它可能使用的設(shè)備，列出這些設(shè)備使用時(shí)的具體效能指標(biāo)，建立相關(guān)的設(shè)備使用表。根據(jù)系統(tǒng)所處的可用度和當(dāng)前所擔(dān)負(fù)的任務(wù)使命，選擇相應(yīng)的裝備和戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作，確定相應(yīng)的武器通道組織。

系統(tǒng)狀態(tài)是各子系統(tǒng)的工作保障狀態(tài)、維修狀態(tài)、故障狀態(tài)、等待備件狀態(tài)等的集合。可用度與武器系統(tǒng)的可依賴性、維修性、維修管理水平以及器材供應(yīng)水平等因素有關(guān)［9～10］。將武器系統(tǒng)狀態(tài)分為正常、降功能降指標(biāo)使用、修理過(guò)程中的無(wú)法使用和無(wú)法修理四種狀態(tài)。這種裝備狀態(tài)分類是符合實(shí)際裝備使用情況的。表1所示某型艦艇的9種裝備，6年間發(fā)生故障共392次。其中功能完全喪失的共151 次，占38.52%；功能部分喪失的共189 次，占48.21%；性能指標(biāo)下降的共37次，占9.44%；對(duì)執(zhí)行任務(wù)影響不大的共15次，占3.83%。影響裝備執(zhí)行任務(wù)的故障次數(shù)為340次，占總故障次數(shù)的86.73%。

表1 艦艇裝備故障對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)影響

引入判斷因子k，故障率λ1、λ2、λ3和修復(fù)率μ1、μ2，則ADC 模型可改寫為

當(dāng)系統(tǒng)降功能使用時(shí)，不考慮維修情況，則此時(shí)d21取為零，同時(shí)降功能的故障若不能及時(shí)處理，可能會(huì)導(dǎo)致故障的進(jìn)一步惡化，因此這里考慮相關(guān)因子k1和k2二者均大于1。這里還需要考慮維修時(shí)間受到限制情況對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的影響。維修策略限定了確定設(shè)備只能在確定的階段才能對(duì)它進(jìn)行修理。不同的戰(zhàn)時(shí)態(tài)勢(shì)下，系統(tǒng)允許的停機(jī)時(shí)間是有差別的。允許停機(jī)時(shí)間是系統(tǒng)或設(shè)備為了維修能夠停機(jī)而不會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗。對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)在作戰(zhàn)周期內(nèi)，允許停機(jī)時(shí)間為零。當(dāng)處理故障時(shí)間大于允許停機(jī)時(shí)間，則可認(rèn)為當(dāng)前出現(xiàn)的故障是無(wú)法修復(fù)的。T為間隔時(shí)間，可取為平均修理時(shí)間的最小值。

3 裝備狀態(tài)對(duì)作戰(zhàn)效能影響的仿真模型

裝備工作狀態(tài)對(duì)作戰(zhàn)效能的影響，通過(guò)圖1可以反映出來(lái)。武器通道是指控系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)跟蹤目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行處理，由人工或系統(tǒng)進(jìn)行決策，最后形成指揮武器系統(tǒng)的信息通道。通常武器通道可分為主通道、備用通道、應(yīng)急通道幾種。主通道是系統(tǒng)所有設(shè)備正常時(shí)，保精度保質(zhì)量的作戰(zhàn)通道；備用通道是部分設(shè)備戰(zhàn)損或故障，降低一些精度或犧牲部分功能但仍能使用武器的通道；應(yīng)急通道是當(dāng)設(shè)備戰(zhàn)損或故障比較嚴(yán)重、情況比較危急，來(lái)不及啟用正常通道而使用武器的一種應(yīng)急措施。由于通道中設(shè)備的精度和使用條件的不同，通道的質(zhì)量也不相同。裝備工作狀態(tài)可以通過(guò)改變系統(tǒng)通道組織來(lái)作用作戰(zhàn)能力。

指揮員需要判斷裝備是否允許投入使用。若裝備出現(xiàn)嚴(yán)重故障，導(dǎo)致無(wú)法使用，則需要考慮是否維修。裝備仍然可以使用，但技戰(zhàn)術(shù)性能出現(xiàn)下降或降功能，此時(shí)需要判斷是進(jìn)行維修還是在降低技術(shù)戰(zhàn)術(shù)性能的條件下繼續(xù)使用。由于投入裝備的性能不同，會(huì)對(duì)艦艇戰(zhàn)術(shù)性能產(chǎn)生影響。裝備工作狀態(tài)對(duì)艦艇戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)的另一個(gè)影響反映在指揮員需要判斷是否對(duì)出現(xiàn)故障的裝備進(jìn)行維修，會(huì)影響狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣D。

圖1 裝備狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力影響模型圖

判斷裝備目前狀態(tài)決定是否使用。若裝備出現(xiàn)嚴(yán)重故障，導(dǎo)致無(wú)法使用，則需要考慮是否維修。裝備仍然可以使用，但技戰(zhàn)術(shù)性能出現(xiàn)下降或降功能，此時(shí)需要判斷是進(jìn)行維修還是在降低技術(shù)戰(zhàn)術(shù)性能的條件下繼續(xù)使用。這里也體現(xiàn)了裝備工作狀態(tài)對(duì)艦艇戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的影響情況。模型中，使用者需要對(duì)相關(guān)系統(tǒng)給出狀態(tài)判斷。若出現(xiàn)故障，導(dǎo)致無(wú)法工作或降指標(biāo)降功能使用的情況，確定是否使用該系統(tǒng)，作為艦艇戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)選擇的依據(jù)。

根據(jù)建立的裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能變化和故障維修情況對(duì)戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)影響的模型，可以通過(guò)仿真實(shí)例觀察到裝備工作狀態(tài)對(duì)戰(zhàn)術(shù)性能的具體影響情況。

4 仿真實(shí)例

導(dǎo)彈艇功能單一，武器通道組織相對(duì)較少。用其作為具體分析對(duì)象，研究裝備工作狀態(tài)對(duì)艦艇作戰(zhàn)能力的影響較為適宜。導(dǎo)彈艇的作戰(zhàn)能力主要表現(xiàn)為對(duì)海作戰(zhàn)能力，主要由艦載導(dǎo)彈完成。這里分析裝備工作狀態(tài)對(duì)艦艦導(dǎo)彈命中概率的影響。

武器裝備系統(tǒng)狀態(tài)情況會(huì)影響武器系統(tǒng)性能、武器通道的組織和火控系統(tǒng)的運(yùn)行方式，進(jìn)而影響導(dǎo)彈的對(duì)海攻擊能力（主要是艦載導(dǎo)彈的毀傷效率）。常用通道組織為：數(shù)據(jù)鏈接收到引導(dǎo)平臺(tái)送來(lái)的目標(biāo)信息后發(fā)送給戰(zhàn)術(shù)指揮臺(tái)，戰(zhàn)術(shù)指揮臺(tái)進(jìn)行目標(biāo)的航跡處理、威脅判斷后，將目標(biāo)指示信息再傳送給導(dǎo)彈指揮儀中的指揮儀顯控臺(tái)，指揮儀顯控臺(tái)根據(jù)導(dǎo)彈類型，解算導(dǎo)彈的射擊諸元，進(jìn)行導(dǎo)彈分配和數(shù)據(jù)裝定，實(shí)施導(dǎo)彈發(fā)射。

裝備的RMS參數(shù)決定了裝備出現(xiàn)故障和修復(fù)情況。當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈故障無(wú)法傳送引導(dǎo)平臺(tái)發(fā)送的信息，但戰(zhàn)術(shù)指揮臺(tái)能正常工作情況時(shí)，引導(dǎo)平臺(tái)的信息可以通過(guò)引導(dǎo)報(bào)發(fā)送給導(dǎo)彈快艇。當(dāng)出現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)控制臺(tái)不能正常工作情況時(shí)，可以通過(guò)超視距目標(biāo)指示副站，對(duì)數(shù)據(jù)鏈送來(lái)的目標(biāo)進(jìn)行航跡處理、威脅判斷。為保證導(dǎo)彈火控系統(tǒng)在各種情況下對(duì)目標(biāo)的攻擊力，導(dǎo)彈指揮儀還設(shè)置了兩種備用裝定工作方式：當(dāng)外部信息源故障時(shí)，可通過(guò)鍵盤在導(dǎo)彈控制臺(tái)上進(jìn)行人工裝定，完成解算和發(fā)射功能；當(dāng)導(dǎo)彈控制臺(tái)內(nèi)的主計(jì)算機(jī)模塊或顯示器故障時(shí)，由導(dǎo)彈控制臺(tái)上人工裝定，完成發(fā)射功能。

表2 引導(dǎo)平臺(tái)情況下的通道組織

裝備工作狀態(tài)對(duì)引導(dǎo)平臺(tái)情況下導(dǎo)彈超視距射擊的通道組織影響，存在表2所示的六種系統(tǒng)狀態(tài)。仿真10000次，不同通道組織的仿真數(shù)據(jù)和戰(zhàn)術(shù)性能（導(dǎo)彈覆蓋概率和突防概率）見(jiàn)表2。仿真10000次，任務(wù)失敗次數(shù)為116次。數(shù)據(jù)鏈出現(xiàn)故障次數(shù)為1005次，其中得到修復(fù)次數(shù)為485次。戰(zhàn)術(shù)指揮臺(tái)故障次數(shù)為977次，其中得到修復(fù)的次數(shù)為385次。超視距副站故障次數(shù)為945次，其中得到修復(fù)次數(shù)為429次。導(dǎo)彈指揮儀降功能使用，采用人工裝定的情況為124次。導(dǎo)彈指揮儀故障導(dǎo)致任務(wù)失敗的次數(shù)為71次。可以從表2中觀察相關(guān)設(shè)備RMS影響通道組織，進(jìn)而影響作戰(zhàn)效能的情況，是可靠性就是戰(zhàn)斗力的直觀注解。

5 結(jié)語(yǔ)

從作戰(zhàn)效能方面入手，重新分析工作狀態(tài)對(duì)艦艇作戰(zhàn)能力的影響是有現(xiàn)實(shí)意義的。本文分析裝備工作狀態(tài)對(duì)武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響，可以為裝備的作戰(zhàn)使用、作戰(zhàn)方案的制定和優(yōu)選、模擬訓(xùn)練提供更為準(zhǔn)確的定量評(píng)判依據(jù)。

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