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        SPA-AHM的雷達(dá)裝備保障性評估*

        2018-12-28 04:32:46程楊胡冰董偉
        現(xiàn)代防御技術(shù) 2018年6期

        程楊,胡冰,董偉

        (1.空軍預(yù)警學(xué)院 防空預(yù)警裝備系,湖北 武漢 430019;2. 中國人民解放軍93534部隊,天津 301700)

        0 引言

        雷達(dá)裝備是構(gòu)成國家戰(zhàn)略預(yù)警體系的主體力量,是戰(zhàn)略預(yù)警體系中獲得情報的主要方式[1],在軍事戰(zhàn)爭領(lǐng)域有著極其重要的地位。雷達(dá)裝備保障性評估,是針對雷達(dá)裝備系統(tǒng)保障性和保障資源的保障能力進(jìn)行評估,以驗證雷達(dá)裝備的有效性,并在必要時根據(jù)評估結(jié)果對雷達(dá)裝備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)[2-3]。

        由于雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)繁多,且部分因素存在信息不完整和不確定,對其量化評估較為困難,使其成為有效實施評估的障礙。集對分析(SPA)是一種處理確定與不確定性問題的系統(tǒng)分析方法,系統(tǒng)中確定性與不確定性因素相互對立、聯(lián)系,并在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,SPA用聯(lián)系度來描述不確定性信息,實現(xiàn)對系統(tǒng)的評估[4-8]。

        屬性層次模型(AHM)是在層次分析法的基礎(chǔ)上,提出的一種更簡便的無結(jié)構(gòu)決策方法。AHM繼承了層次分析法的優(yōu)點,同時比層次分析法在計算和運(yùn)用上更加簡單方便,AHM無需計算特征向量、無需進(jìn)行一致性檢驗,可避免大量計算,使決策容易實現(xiàn),是一種簡便易行的多屬性的決策方法[9-12]。

        將集對分析理論與屬性層次模型相結(jié)合,形成了基于SPA-AHM的評估模型,SPA-AHM具備了二者優(yōu)點,在對雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)進(jìn)行定量計算與定性分析時,將不確定性、不可量化的信息與確定性的、可量化的信息作為一個統(tǒng)一整體考慮,同時解決了層次分析法、屬性層次模型過于依賴專家主觀決斷以及無法處理雷達(dá)裝備保障性評估信息不完整、不確定等問題,根據(jù)雷達(dá)裝備維修保障中各指標(biāo)所顯示的狀態(tài)情況,采用SPA-AHM對雷達(dá)裝備保障性進(jìn)行評估,將評估結(jié)果反饋到雷達(dá)裝備維修保障工作中,有利于提升雷達(dá)裝備維修保障效率,保證雷達(dá)裝備充分發(fā)揮戰(zhàn)斗力,保持以及快速恢復(fù)雷達(dá)裝備作戰(zhàn)能力,使得雷達(dá)裝備戰(zhàn)斗力能夠持續(xù)生成;反饋到雷達(dá)裝備設(shè)計研制階段,為雷達(dá)裝備保障性評估以及提高保障性設(shè)計水平提供了決策依據(jù)。

        1 雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)體系

        按照科學(xué)性、系統(tǒng)性、層次性、簡明性等原則,立足雷達(dá)裝備保障性具體實際,構(gòu)建評估指標(biāo)體系。

        雷達(dá)裝備保障性包括雷達(dá)裝備的設(shè)計特性、計劃的保障資源以及平戰(zhàn)使用要求3個關(guān)鍵要素[13]。雷達(dá)裝備設(shè)計特性是指雷達(dá)裝備自身與保障相關(guān)的特性。雷達(dá)裝備計劃的保障資源是指為雷達(dá)裝備維修保障而設(shè)計規(guī)劃的資源。平戰(zhàn)使用要求主要體現(xiàn)在戰(zhàn)備完好性這一指標(biāo),是指雷達(dá)裝備在工作環(huán)境條件下,能夠準(zhǔn)備好隨時執(zhí)行任務(wù)的能力,是雷達(dá)裝備綜合性指標(biāo)。

        要保證雷達(dá)裝備系統(tǒng)的保障性,可從戰(zhàn)備完好性、設(shè)計特性和計劃保障資源等方面進(jìn)行設(shè)計,由此,雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)可分為3部分:

        (1) 根據(jù)雷達(dá)裝備戰(zhàn)備完好性要求引出的保障性評估指標(biāo),主要包括戰(zhàn)備完好率、系統(tǒng)可用度、再次開機(jī)準(zhǔn)備時間等。

        (2) 根據(jù)雷達(dá)裝備設(shè)計特性要求提出的保障性評估指標(biāo),主要包括可靠性、維修性、測試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、生存性、運(yùn)輸性以及人素工程特性等。

        (3) 根據(jù)雷達(dá)裝備計劃保障資源要求引出的保障性評估指標(biāo),主要包括設(shè)施保障、設(shè)備保障、備品備件保障、人力人員保障、培訓(xùn)訓(xùn)練保障、技術(shù)資料保障、計算機(jī)資源保障以及包裝、貯存、運(yùn)輸、裝卸等保障。

        綜上,運(yùn)用系統(tǒng)層次理論,構(gòu)建雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)體系,如圖1所示。

        圖1所建雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)體系有一定適用范圍,但不對下文所提評估方法構(gòu)成限制影響,其余類型裝備在應(yīng)用此方法進(jìn)行裝備保障性評估時,可參照此指標(biāo)體系為例,適當(dāng)增減以上評估指標(biāo),或根據(jù)裝備自身實際情況,制定各自的評估指標(biāo)體系,再按方法所述,進(jìn)行下步評估計算。

        2 基于SPA-AHM的評估模型及算法

        2.1 建立屬性判斷矩陣

        雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)多為定性指標(biāo),無法直接進(jìn)行量化計算,因此需將其轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。根據(jù)構(gòu)建的雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)體系,設(shè):A代表雷達(dá)裝備保障性的綜合評估目標(biāo);U代表一級評估指標(biāo)組成的集合,記作U={U1,U2,…,Un};Ui代表二級評估指標(biāo)組成的集合,記作Ui={U11,U12,…,Uij},1≤i,j≤n。AHM法建立屬性判斷矩陣,首先要確定各評估指標(biāo)相互之間的重要性標(biāo)度。以Saaty標(biāo)度為基準(zhǔn),具體標(biāo)度及含義如表1所示。

        表1 Saaty標(biāo)度表

        對于n個因素,根據(jù)Saaty標(biāo)度,運(yùn)用專家打分法,可以得到n階兩兩比較判斷矩陣B=(bij)n×n(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n),其中bij表示因素i與因素j相比對于目標(biāo)重要值,比較判斷矩陣B具有如下性質(zhì):

        (1)

        根據(jù)AHM法,由相對屬性aij組成n階矩陣A=(aij)n×n(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)稱為AHM屬性判斷矩陣[14]。其中,相對屬性aij可由標(biāo)度bij確定,具體轉(zhuǎn)換公式為

        (2)

        式中:k為大于等于2的正整數(shù),由此即可確定屬性判斷矩陣A。

        2.2 確定評估指標(biāo)權(quán)重

        根據(jù)AHM法,相對屬性權(quán)重:

        (3)

        式中:n為同一母指標(biāo)所屬子指標(biāo)個數(shù)。

        2.3 確定評估指標(biāo)值

        制定評分等級,是將定性指標(biāo)進(jìn)行定量化處理的有效辦法,根據(jù)雷達(dá)裝備保障性評估標(biāo)準(zhǔn),按分值F劃定5個等級(F≥0),如表2所示。

        表2 評分等級標(biāo)準(zhǔn)

        其中,第1等級為“優(yōu)秀”,第2等級為“良好”,第3等級為“一般”,第4等級為“較差”,第5等級為“極差”,s1,s2,s3,s4,s5,分別為5個等級的標(biāo)準(zhǔn)值,s1=9,s2=7,s3=5,s4=3,s5=1。

        安排p個專家參與評價打分,第t(t=1,2,…,p)個專家按表2對評估指標(biāo)Uij進(jìn)行評分,分值為dijt,即為雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)值。

        則可確定評估樣本矩陣為

        (4)

        2.4 確定評估指標(biāo)與評估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度

        假設(shè)某一集對H,由A,B2個集合組成,即H=(A,B),在特定背景和條件下,集對H具備N個特性,其中,S個特性是集合A,B共有的,P個特性是集合A,B互相對立的,剩余的F個特性,既非共有特性,也非對立特性,F(xiàn)=N-P-S,則有

        (5)

        將評估樣本定義為集合P,將等級標(biāo)準(zhǔn)定義為集合Q,則集合P與Q就是一個集對H,用聯(lián)系度μij來描述集合P與Q的關(guān)系:

        (6)

        評估樣本指標(biāo)值dijt與評估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度如下[15]:

        (7)

        2.5 綜合評估

        考慮相對屬性權(quán)重,結(jié)合式(6),可得相對聯(lián)系度μi如下:

        (8)

        則平均聯(lián)系度[16]μ如下:

        (9)

        式中:W為二級評估指標(biāo)相對于目標(biāo)A的權(quán)重。

        根據(jù)式(9),定義如下:

        (10)

        (11)

        (12)

        (13)

        (14)

        則式(9)可化為

        μ=R1+R2I1+R3I2+R4I3+R5J.

        (15)

        根據(jù)最大聯(lián)系度準(zhǔn)則[17]:

        Rg=max(R1,R2,R3,R4,R5).

        (16)

        則可得出集合P屬于第g等級。

        3 算例分析

        以某型雷達(dá)裝備保障性評估為例,將雷達(dá)裝備保障性評估樣本定義為集合P,將雷達(dá)裝備保障性等級標(biāo)準(zhǔn)定義為集合Q,則集合P與Q就是一個集對H,根據(jù)上文構(gòu)建的指標(biāo)體系、評估模型和算法,進(jìn)行如下計算分析。

        3.1 確定屬性判斷矩陣及評估指標(biāo)權(quán)重

        雷達(dá)裝備每個評估指標(biāo)還包含了多個下屬具體內(nèi)容,例如,系統(tǒng)可用度包括使用可用度、可達(dá)可用度、固有可用度等內(nèi)容;可靠性包括平均故障間隔時間、平均致命故障間隔時間、任務(wù)成功概率等內(nèi)容;維修性包括平均修復(fù)時間、平均維修時間、恢復(fù)功能任務(wù)時間等;測試性包括故障檢測率、故障隔離率、虛警率等;人力人員保障包括人員編配數(shù)量、人員專業(yè)技術(shù)水平、人員稱職率等。

        專家打分時,根據(jù)評估指標(biāo)具體內(nèi)容顯示出的不同工作狀態(tài)和維修情況,綜合得出該評估指標(biāo)重要度,按照Saaty標(biāo)度表,對評估指標(biāo)間進(jìn)行互相權(quán)衡比較,打出分?jǐn)?shù)。例如,專家將可靠性與測試性作對比,即將平均故障間隔時間、平均致命故障間隔時間、任務(wù)成功概率等內(nèi)容與故障檢測率、故障隔離率、虛警率等內(nèi)容作比較,結(jié)果多為明顯、強(qiáng)烈重要,綜合得出“可靠性比測試性強(qiáng)烈重要”的結(jié)論,故分值為7。

        按圖1評估指標(biāo)體系順序進(jìn)行兩兩比較,得比較判斷矩陣如下:

        由式(2),(3),可得AHM屬性判斷矩陣及相應(yīng)評估指標(biāo)權(quán)重如下:

        評估指標(biāo)U的屬性判斷矩陣及相應(yīng)評估指標(biāo)權(quán)重:

        評估指標(biāo)U1的屬性判斷矩陣及相應(yīng)評估指標(biāo)權(quán)重

        評估指標(biāo)U2的屬性判斷矩陣及相應(yīng)評估指標(biāo)權(quán)重:

        評估指標(biāo)U3的屬性判斷矩陣及相應(yīng)評估指標(biāo)權(quán)重:

        3.2 計算聯(lián)系度

        邀請5位專家按表2標(biāo)準(zhǔn)對各評估指標(biāo)進(jìn)行評分,得到評估樣本矩陣如表3所示。

        根據(jù)式(7),以所屬各評估指標(biāo)為例,相應(yīng)聯(lián)系度為

        μ11=0.2+0.8I1+0I2+0I3+0J;

        μ12=0.1+0.9I1+0I2+0I3+0J;

        μ13=0+1I1+0I2+0I3+0J.

        已知μ11,μ12,μ13權(quán)重分別為0.588 7,0.333 3,0.078 0,根據(jù)式(8),得與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度為

        μ1=0.451 0+0.848 9I1+0I2+0I3+0J.

        同理,根據(jù)μ2,μ3所屬各評估指標(biāo)相應(yīng)聯(lián)系度,結(jié)合權(quán)重,可求得μ2,μ3與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度:

        μ2=0.224 9+0.759 7I1+0.020 6I2+0I3+0J;

        μ3=0.156 7+0.833 5I1+0.004 8I2+0I3+0J.

        根據(jù)μ1,μ2,μ3與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度μ1,μ2,μ3結(jié)合μ1,μ2,μ3權(quán)重,根據(jù)式(9),可求得該型雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)與評估標(biāo)準(zhǔn)的平均聯(lián)系度:

        μ=0.342 0+0.817 4I1+0.007 4I2+0I3+0J.

        3.3 SPA綜合評估

        由式(10)~(15)可得

        R1=0.342 0;R2=0.817 4;
        R3=0.007 4;R4=0;R5=0.

        根據(jù)式(16)可得

        Rg=R2.

        表3 評估樣本矩陣

        即集合P屬于第2等級,根據(jù)表2評分等級標(biāo)準(zhǔn),確定該型雷達(dá)裝備保障性屬“良好”等級,與實際情況相符。

        4 結(jié)束語

        本文通過梳理整合雷達(dá)裝備保障性關(guān)鍵要素,完善了雷達(dá)裝備保障性評估內(nèi)容,構(gòu)建了包括戰(zhàn)備完好性、設(shè)計特性、計劃保障資源在內(nèi)的雷達(dá)裝備保障性評估指標(biāo)體系,并基于SPA-AHM建立了數(shù)學(xué)模型,將評估對象作為一個整體統(tǒng)一的確定不確定系統(tǒng),提取相對確定性因素,同時考慮相對不確定性因素,避免了片面性,確保了完整性,同時減少了主觀因素和不確定性對評估過程及結(jié)果的干擾。實例證明該評估模型及算法合理有效,將評估結(jié)果作用于雷達(dá)裝備維修保障工作及保障性設(shè)計過程,既指導(dǎo)了雷達(dá)裝備的維修保障工作,為優(yōu)化雷達(dá)裝備、對雷達(dá)裝備進(jìn)行預(yù)防性維修、雷達(dá)裝備故障預(yù)測等奠定了基礎(chǔ),提高了雷達(dá)裝備維修保障效率,保證了雷達(dá)裝備戰(zhàn)斗力的持續(xù)生成;也為雷達(dá)裝備設(shè)計研制和保障部門提供了輔助決策依據(jù)。

        由于雷達(dá)裝備保障性評估涉及因素廣泛復(fù)雜,因此本文建立的評估指標(biāo)體系可能仍存在不夠全面之處,其底層評估指標(biāo)還有待于進(jìn)一步細(xì)化分析和充實完善。

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