(海軍工程大學 武漢 430033)

裝備工作狀態(tài)對艦艇作戰(zhàn)效能的影響*

吳巋華任耀峰

(海軍工程大學 武漢 430033)

通過改進的ADC模型,結(jié)合海戰(zhàn)場環(huán)境下裝備工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的實際情況,給出了艦艇作戰(zhàn)能力的效能評估模型和仿真模型,通過仿真實例,分析了裝備工作狀態(tài)對相應火力分配的影響,從而影響導彈艇作戰(zhàn)效能。

裝備狀態(tài);作戰(zhàn)能力;火力分配

ClassNumberU674.70

1 引言

艦艇的作戰(zhàn)能力包含兩部分內(nèi)容:靜態(tài)作戰(zhàn)能力和動態(tài)作戰(zhàn)能力。靜態(tài)作戰(zhàn)能力是艦艇裝備在設(shè)計制造過程中確定的工作能力,具有固定性和靜止性。而動態(tài)作戰(zhàn)能力是在艦艇服役期間,尤其是在戰(zhàn)斗過程中所能發(fā)揮的實際作戰(zhàn)能力,它是靜態(tài)作戰(zhàn)能力在實際戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢、裝備維護、人員訓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,而在實際使用過程中,研究艦艇的動態(tài)作戰(zhàn)能力更具備實用參考價值。

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)行任務時,裝備的工作狀態(tài)是動態(tài)改變的。裝備的工作狀態(tài)會在正常工作狀態(tài)、降功能降指標工作狀態(tài)、故障維修狀態(tài)和致命故障狀態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換。海戰(zhàn)場環(huán)境下,艦艇僅具備艦員級維修能力,對于出現(xiàn)故障的裝備只能采取戰(zhàn)場搶修,例如切換、旁路拆除、備件更換、拆次保重、同型異型拆換、替代和原件修復等。相應的,裝備運用也存在帶傷使用、降額使用、改變操作方式和冒險使用等幾種方式[3]。這些裝備實際使用狀態(tài)必然會影響裝備的作戰(zhàn)效能。影響動態(tài)作戰(zhàn)能力的眾多因素中,裝備的工作狀態(tài)是非常重要的一個。

本文從使用者的角度出發(fā),分析了水面艦艇在海戰(zhàn)場環(huán)境中艦船裝備處在不同工作狀態(tài)時對應的作戰(zhàn)效能的變化情況,給出了艦艇動態(tài)作戰(zhàn)能力的仿真和評估方法。

2 裝備工作狀態(tài)對作戰(zhàn)效能影響的評估模型

我們通過ADC模型來評估艦艇動態(tài)作戰(zhàn)能力,觀察裝備工作狀態(tài)的改變對作戰(zhàn)效能的影響[4～5]。將ADC模型進行改進,用于計算裝備工作狀態(tài)影響下的武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能:

E=A·D·C

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項任務的效能指標;A為系統(tǒng)可用度,是系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務時所處狀態(tài)的量度向量。A=[a1,a2,…,an]為n維可用度向量,aj是開始執(zhí)行任務時刻系統(tǒng)處于狀態(tài)j概率。

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?？捎枚扰c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水平等因素有關(guān)[6～7]。

用ADC模型分析實際作戰(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)行任務之前或執(zhí)行任務過程中發(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)行任務時或在執(zhí)行任務過程中系統(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,并通過效能把系統(tǒng)的可能狀態(tài)與執(zhí)行任務的效果相聯(lián)系[8～10]。

3 裝備工作狀態(tài)對作戰(zhàn)效能影響的仿真模型

裝備工作狀態(tài)對作戰(zhàn)效能的影響,可以通過圖1反映出來?；鹆Ψ峙涫侵缚叵到y(tǒng)從發(fā)現(xiàn)跟蹤目標,對目標進行處理,由人工或系統(tǒng)進行決策,最后形成指揮武器系統(tǒng)的信息情況。裝備工作狀態(tài)可以通過改變系統(tǒng)火力分配來影響作戰(zhàn)效能。

圖1 裝備狀態(tài)對系統(tǒng)作戰(zhàn)能力影響模型圖

指揮員需要判斷裝備是否允許投入使用。若裝備出現(xiàn)嚴重故障,導致無法使用,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,此時需要判斷是進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。裝備工作狀態(tài)對艦艇戰(zhàn)術(shù)行動的另一個影響反映在指揮員需要判斷是否對出現(xiàn)故障的裝備進行維修,會影響狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣D。

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戰(zhàn)術(shù)行動影響的模型,可以通過仿真實例觀察到裝備工作狀態(tài)對戰(zhàn)術(shù)性能的具體影響情況。

4 仿真實例

導彈艇功能單一,武器火力分配相對較少。用其作為具體分析對象,研究裝備不同的工作狀態(tài)對導彈艇作戰(zhàn)效能的影響較為適宜。這里主要分析裝備工作狀態(tài)的改變對艦艦導彈命中概率的影響。

分析艦艦導彈的捕捉概率。為使艦艦導彈在自主飛行結(jié)束時,能捕捉到目標,必須具備以下兩個基本條件:導彈末制導裝置搜索區(qū)域能覆蓋目標;目標的回波能被導彈末制導裝置截獲。末制導裝置相對于目標的位置,取決于艦艦導彈的射擊精度,包括射擊諸元計算精度、發(fā)射精度和自控飛行精度,最終體現(xiàn)于自控終點的精度。捕捉概率=覆蓋概率×截獲概率,即P捕捉=Pf×Pj。

火力分配和工作方式的不同會對射擊精度產(chǎn)生影響。艦載直升機存在機載慣導正常或故障、機載GPS正常或故障的情況。機載慣導正常情況下,采用慣導大地法;機載慣導故障而GPS正常情況下,采用航姿大地法;二者均發(fā)生故障情況下采用雙邊法。不同的工作方式,射擊精度是有差異的。

火力分配不同,還會影響導彈的突防概率Pt。艦艦導彈突防能力的大小與艦艦導彈的戰(zhàn)斗使用方法和戰(zhàn)術(shù)有關(guān),如一次發(fā)射艦艦導彈的數(shù)量、發(fā)射導彈時是否具有隱蔽性和突然性。增加艦艦導彈的齊射數(shù)量,縮短導彈齊射的時間間隔,使敵來不及進行抗擊或減少抗擊的時間。隱蔽性最好的情況為超視距引導方式,其次為直升機引導方式,艦載雷達隱蔽性差,應盡量減少使用。提高艦艦導彈的突防概率的措施有:增加艦艦導彈的齊射數(shù)量;縮短導彈齊射的時間間隔;隱蔽突然,出其不意地對敵實施導彈攻擊。

導彈攻擊時,分析RMS對引導平臺情況下的火力分配,存在以下6種情況是可以工作狀態(tài)。仿真10000次,不同火力分配的相關(guān)設(shè)備,戰(zhàn)術(shù)性能如表1所示。

表1 引導平臺情況下的火力分配

導彈超視距攻擊時,分析RMS對直升機引導情況下的火力分配,存在以下12種情況是可以工作狀態(tài)。不同火力分配的相關(guān)設(shè)備,戰(zhàn)術(shù)性能如表2所示。

表2 直升機引導情況下的火力分配

仿針對上述直升機引導工作狀態(tài),仿真10000次,仿真數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 RMS對直升機引導情況下的火力分配影響情況

導彈攻擊時,分析RMS對雷達在自行搜索情況下的火力分配,存在以下4種情況是可以工作狀態(tài)。不同火力分配的相關(guān)設(shè)備,戰(zhàn)術(shù)性能如表4所示。

表4 雷達搜索情況下的火力分配

針對搜索雷達引導攻擊的火力分配情況,仿真10000次,仿真數(shù)據(jù)見表5。

表5 RMS對雷達搜索情況下的火力分配影響情況

從上面的仿真結(jié)果可以看出,裝備的RMS通過影響火力分配和火控系統(tǒng)的工作方式,影響了導彈的命中概率,從而影響了艦艇的作戰(zhàn)效能。

5 結(jié)語

從作戰(zhàn)效能方面入手,重新分析裝備的工作狀態(tài)對艦艇作戰(zhàn)效能的影響是有重要現(xiàn)實意義的。本文通過分析裝備工作狀態(tài)對艦艇武器系統(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、模擬訓練提供更為準確的定量評判依據(jù)。

[1]D. G. Linton, S. Khajanoori, Y. Yi, et al. A Fast Algorithm for Repair-Depot Reliability Evaluation[J]. IEEE Transaction on Reliability,1996,45(3):429-432.

[2]武昌,趙海波.空軍通信導航裝備維修保障系統(tǒng)效能評估初探[C]//全軍武器裝備維修保障技術(shù)研討會論文集.長沙,2002,10:299-304.

[3]U. Dinesh Kumar, J. Knezevic. Availability based spare optimization using renewal process[J]. Reliability Engineering and System Safety,1998,59:217-223.

[4]邢昌風,李敏勇,吳玲.艦載武器系統(tǒng)效能分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007:77-107.

[5]彭文華,衛(wèi)平凡,劉國光.基于效能的艦炮武器系統(tǒng)RMS指標設(shè)計方法研究[J].艦船電子工程,2010,30(1):172-174.

[6]程文鑫,陳立強,龔沈光.基于蒙特卡洛的艦船裝備戰(zhàn)備完好性仿真[J].兵工學報,2006,27(6):1090-1094.

[7]肖慧鑫,王靜濱.基于RMS特性的武器裝備的系統(tǒng)效能評估模型[J].指揮指控與仿真,2006,28(4):56-58.

[8]李光輝,楊忠生,范迎九.可靠性建模技術(shù)[M].北京:海潮出版社,2003:13-15.

[9]林武強,馬紹力,鄭凌宇.對艦船可用度指標的探討[J].艦船工程,2003,25(5):67-71.

[10]孟慶玉.艦艇武器裝備可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1993:3-5.

InfluenceofEquipmentWorkingStatusonWarshipCombatEffectiveness

WU Kuihua REN Yaofeng

(Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

Through improved ADC model, combining with naval battle field environment and equipment working state transition, the evaluation model and simulation model of ship combat effectiveness are given, through simulation examples, the analysis of equipment working status effect on the corresponding organization of fire is provided thus affecting missile boats combat effectiveness.

system status, combat capability, organization of fire

2013年11月20日,

:2013年12月28日

吳巋華,男,講師,研究方向:軍事系統(tǒng)建模與優(yōu)化決策。任耀峰,男,博士,教授,研究方向:軍事系統(tǒng)建模與優(yōu)化決策。

U674.70DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.030