張思驄 謝新連 趙瑞嘉 黃金娥 徐東

摘要：針對(duì)新型艦船評(píng)估專家組意見(jiàn)統(tǒng)合及效能評(píng)估問(wèn)題，在考慮新型艦船可靠性、維修性、保障性、安全性、測(cè)試性、環(huán)境適應(yīng)性等“六性”特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立新型艦船“六性”評(píng)估指標(biāo)體系。提出一種基于專家聚類和偏差熵的定權(quán)方法統(tǒng)一專家組意見(jiàn)。采用證據(jù)推理法實(shí)現(xiàn)對(duì)新型艦船的綜合評(píng)估。以某艦船的3個(gè)設(shè)計(jì)方案為例，確定專家組權(quán)重信息，對(duì)各方案的“六性”水平進(jìn)行綜合評(píng)估，得到綜合評(píng)估結(jié)果及各特性水平，驗(yàn)證基于專家定權(quán)和證據(jù)推理的綜合評(píng)估方法的可行性和有效性。該方法可為新型艦船的“六性”評(píng)估工作提供決策支持。

關(guān)鍵詞：艦船“六性”; 專家聚類; 偏差熵模型; 證據(jù)推理

中圖分類號(hào)： ?U674.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ?A

Abstract：For the issue of opinion integration of evaluation expert group and effectiveness evaluation of a new naval ship， with the consideration of the characteristics of “six indexes” which include reliability， maintainability， supportability， safety， testability and environmental adaptability， the evaluation index system of “six indexes” for a new naval ship is established. A weight determination method based on expert cluster and deviation entropy is proposed to unify expert opinions. The method of evidential reasoning is used to realize the comprehensive evaluation of a new naval ship. By applying the method to three design schemes of a naval ship， the weight information of expert group is determined， and the “six indexes” levels of each scheme are evaluated synthetically to obtain the comprehensive evaluation results and characteristic levels. The feasibility and effectiveness of the comprehensive evaluation method based on expert weighting and evidential reasoning are verified. This method can provide decision support for the “six indexes” evaluation of a new naval ship.

Key words：naval ship “six indexes”; expert cluster; deviation entropy model; evidential reasoning

0 引 言

隨著我國(guó)向海洋強(qiáng)國(guó)的邁進(jìn)，海軍建設(shè)已是大勢(shì)所趨。艦船作為海軍裝備的核心力量之一，其性能、質(zhì)量和作戰(zhàn)效能對(duì)海軍實(shí)力的提高顯得尤為重要，我國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱國(guó)軍標(biāo)）針對(duì)其可靠性、維修性、保障性、安全性、測(cè)試性、環(huán)境適應(yīng)性等“六性”提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施要求[1]。考慮到艦船生產(chǎn)周期長(zhǎng)、過(guò)程復(fù)雜、耗費(fèi)資金量大、制約因素多的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行“六性”綜合評(píng)估有助于更客觀地選擇艦船設(shè)計(jì)方案，提供決策指導(dǎo)和優(yōu)化依據(jù)。

艦船評(píng)估研究多集中在總體性能、建造質(zhì)量、作戰(zhàn)效能等方面，從“六性”角度的研究以往僅側(cè)重于某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)特性：文獻(xiàn)[2]從艦船設(shè)備本身存在的可靠性問(wèn)題和外界隨機(jī)因素導(dǎo)致的可靠性問(wèn)題兩個(gè)方面進(jìn)行分析，建立了一套研究艦船總體性能可靠性的模型;文獻(xiàn)[3]引入虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)仿真、高性能圖形系統(tǒng)等技術(shù)作為支撐手段，實(shí)現(xiàn)了艦船維修性的分析評(píng)價(jià);文獻(xiàn)[4]著眼于裝備保障性能和保障系統(tǒng)保障性能建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)艦船綜合保障能力進(jìn)行量化;文獻(xiàn)[5-6]考慮艦船所承載的電力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、防火系統(tǒng)等及人的因素對(duì)艦船安全的綜合影響，引入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論等方法進(jìn)行綜合評(píng)估。相較之下，對(duì)于艦船測(cè)試性和環(huán)境適應(yīng)性的研究尚處于起步階段[7]，針對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)或單一影響因素的評(píng)價(jià)研究較多，綜合性的評(píng)價(jià)較少：文獻(xiàn)[8]針對(duì)艦船獨(dú)立系統(tǒng)提出一種基于任務(wù)的測(cè)試性建模與分析方法;文獻(xiàn)[9]引入層次分析法、熵值法與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，對(duì)艦船風(fēng)浪環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。對(duì)艦船評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定，多根據(jù)專家意見(jiàn)采用層次分析法、模糊評(píng)價(jià)法、灰度評(píng)價(jià)法等[10-11]方法進(jìn)行。由于評(píng)估組的多位業(yè)內(nèi)專家對(duì)不同指標(biāo)重要性的判斷可能出現(xiàn)偏差，以往在進(jìn)行權(quán)重決策時(shí)一般聽(tīng)從單一專家意見(jiàn)或?qū)⒏鲗＜业囊庖?jiàn)賦予相同的權(quán)重，忽視了不同專家知識(shí)水平、經(jīng)驗(yàn)和對(duì)指標(biāo)熟悉程度的差異。本文根據(jù)國(guó)軍標(biāo)要求和艦船“六性”特點(diǎn)建立綜合評(píng)估指標(biāo)體系，提出一種基于專家聚類和偏差熵的定權(quán)方法，提高權(quán)重因子的可靠度，并與證據(jù)推理法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船“六性”的綜合評(píng)估。

1 “六性”特點(diǎn)及評(píng)估指標(biāo)體系

參考國(guó)軍標(biāo)對(duì)武器裝備“六性”的要求，確定一級(jí)指標(biāo)為可靠性、維修性、保障性、安全性、測(cè)試性和環(huán)境適應(yīng)性，結(jié)合艦船獨(dú)有的特點(diǎn)對(duì)“六性”影響因素進(jìn)行深入分析，確定各特性的下層指標(biāo)。建立的艦船“六性”評(píng)估指標(biāo)體系見(jiàn)圖1。

可靠性一般指艦船在規(guī)定時(shí)間和條件下完成規(guī)定功能的能力，也體現(xiàn)為艦船在一定條件下無(wú)故障的持續(xù)時(shí)間或概率，是艦船技術(shù)能力及其完備水平的重要體現(xiàn)。艦船出航后長(zhǎng)期遠(yuǎn)離基地，故可靠性低可能會(huì)導(dǎo)致艦船頻繁發(fā)生故障且無(wú)法及時(shí)得到修理，影響任務(wù)完成質(zhì)量。可靠性低還會(huì)導(dǎo)致艦船維修勞動(dòng)量的增加、停航維修時(shí)間延長(zhǎng)，從而降低艦船使用效率，增加管理部門(mén)對(duì)艦船維護(hù)的資金和人力投入。

維修性一般指艦船的可維護(hù)、保養(yǎng)和修理的特性，表現(xiàn)為在給定的條件和時(shí)間內(nèi)按照規(guī)定的方式方法進(jìn)行維修時(shí)，系統(tǒng)、設(shè)備保持和恢復(fù)良好狀態(tài)的可能性。當(dāng)艦船維修性較差時(shí)，所需維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，恢復(fù)能力較弱，不僅影響日常的保障任務(wù)，而且可能在戰(zhàn)時(shí)貽誤戰(zhàn)機(jī)，對(duì)局勢(shì)產(chǎn)生影響。對(duì)維修性進(jìn)行評(píng)估能夠衡量艦船是否達(dá)到了減少維修人員和其他資源投入、降低壽命周期費(fèi)用的要求，并有效保障艦船使用的戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性。

保障性一般指艦船的設(shè)計(jì)特性和擬訂的保障資源能夠滿足平時(shí)戰(zhàn)備和戰(zhàn)時(shí)使用要求的能力，良好的保障性能夠保證艦船以合理的壽命周期費(fèi)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性。艦船保障性水平主要體現(xiàn)在其自保能力和保障系統(tǒng)能力上。

安全性一般指艦船不發(fā)生人員傷亡，不危害健康和環(huán)境，不給設(shè)備或財(cái)產(chǎn)造成破壞或損失的能力。艦船本身具有系統(tǒng)復(fù)雜、裝備眾多、人員密集、危險(xiǎn)品集中、各項(xiàng)作業(yè)流程危險(xiǎn)性高等特點(diǎn)，其安全問(wèn)題一般遵循系統(tǒng)原則綜合考慮其人員、設(shè)備、環(huán)境、管理等多方面因素，對(duì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行評(píng)估時(shí)僅考慮其設(shè)備因素。

測(cè)試性一般指能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地確定艦船工作狀態(tài)（可工作、不可工作或工作性能下降）并確定故障范圍的一種特性。艦船測(cè)試性良好的標(biāo)志是檢查測(cè)試方便，自檢功能強(qiáng)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)到艦船發(fā)生的故障并確定故障部位，對(duì)故障進(jìn)行隔離。測(cè)試性的好壞受測(cè)試模式、維修輔助措施、技術(shù)資料、人員和培訓(xùn)等的影響。

環(huán)境適應(yīng)性一般指艦船在可能遇到的各種環(huán)境下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能、性能和不被破壞的能力，其面臨的環(huán)境條件包括風(fēng)、浪等氣候環(huán)境以及振動(dòng)、搖擺等機(jī)械環(huán)境。

2 艦船“六性”評(píng)估方法

2.1 專家聚類

艦船的綜合效能評(píng)估較為復(fù)雜，因此其評(píng)估專家的人數(shù)不宜過(guò)少。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論可知，評(píng)估可信度與評(píng)估人數(shù)符合指數(shù)分布，即可信度隨評(píng)估人數(shù)增加而提高，但是當(dāng)評(píng)估人數(shù)超過(guò)20人，進(jìn)一步增加人數(shù)時(shí)可信度提高不大，因此建議評(píng)估小組人數(shù)在15～25人，也可酌情增加[12]。因?yàn)閷＜医M成員在知識(shí)水平、經(jīng)驗(yàn)、對(duì)指標(biāo)熟悉程度等方面存在一定差異，所以應(yīng)對(duì)專家意見(jiàn)進(jìn)行分類，根據(jù)不同類別實(shí)現(xiàn)差異化定權(quán)。為避免僅憑主觀經(jīng)驗(yàn)給出的閾值（如文獻(xiàn)[13]）或直接給定的閾值（如文獻(xiàn)[14]）與相容度比較后實(shí)際上僅能將專家分為一類或兩類的情況，使用如下聚類方法繪制最大相容度譜系圖，通過(guò)觀察譜系圖給出閾值，比較給定閾值與最大相容度間的距離，實(shí)現(xiàn)合理聚類。

收集某新型艦船3個(gè)設(shè)計(jì)方案的維修性定量指標(biāo)數(shù)據(jù)，并向?qū)＜医M獲取各定性指標(biāo)的評(píng)價(jià)意見(jiàn)，分別根據(jù)兩種定權(quán)方法運(yùn)用開(kāi)發(fā)的ERA系統(tǒng)得到各方案效用值，見(jiàn)圖4。由圖4可知，等權(quán)時(shí)各方案根據(jù)平均效用值大小排序?yàn)椤胺桨?方案3方案2”，依照所提出的定權(quán)方法差異定權(quán)時(shí)排序?yàn)椤胺桨?方案2方案3”。這說(shuō)明方案1的優(yōu)勢(shì)更加突出，該方法有效地將與群體意見(jiàn)差異較大的專家16、18篩選為一類，并為該類專家賦予較小的權(quán)重，充分尊重了大多數(shù)專家的意見(jiàn)，定權(quán)合理，體現(xiàn)出綜合評(píng)估時(shí)各方案在較為重要的指標(biāo)上的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了備選方案的有效評(píng)估。

與維修性相似，收集并計(jì)算所有指標(biāo)的評(píng)價(jià)信息和權(quán)重，一級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量為（0.157，0.157，0.204，0.225，0.114，0.143），保障性C子指標(biāo)權(quán)重向量為（0.477，0.384，0.139），環(huán)境適應(yīng)性F子指標(biāo)權(quán)重向量為（0.057，0.250，0.443，0.250）。評(píng)估所需的底層指標(biāo)信息見(jiàn)表4，其中：定性指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)分為5級(jí)（最好、較好、一般、較差、最差）和3級(jí)（好、中、差）兩種，評(píng)價(jià)信息即指標(biāo)位于各評(píng)價(jià)級(jí)的置信度;定量指標(biāo)的范圍由其最好值和最差值界定，評(píng)價(jià)信息為具體數(shù)值。部分指標(biāo)存在評(píng)價(jià)信息缺失的問(wèn)題，如方案3可達(dá)性指標(biāo)B1初始評(píng)價(jià)信息為（0.50，0.25，0.10），即表明20位專家中有3位專家未給出評(píng)價(jià)意見(jiàn)。

經(jīng)綜合評(píng)估可得到各方案的最小、平均、最大效用值，見(jiàn)表5。

根據(jù)平均效用值對(duì)方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序可知，針對(duì)“六性”綜合水平，方案1最高，方案3其次，方案2最低，但效用值均在0.8以上，說(shuō)明3種方案的“六性”綜合水平良好。各方案位于各評(píng)價(jià)等級(jí)的置信度見(jiàn)圖5。以方案3為例，位于評(píng)價(jià)等級(jí)“最好”的置信度為57.79%，因其可達(dá)性B1和高溫適應(yīng)性F11的初始評(píng)價(jià)信息缺失，保留0.62%的不確定性，并引起方案3的效用值在[0.863 5，0.869 7]內(nèi)浮動(dòng)。方案1和2則分別保留0.08%和0的不確定性，對(duì)評(píng)估效用值影響較小。同時(shí)可對(duì)“六性”指標(biāo)的評(píng)估效用值進(jìn)行綜合分析。由圖6可知，方案1不僅為最優(yōu)方案，而且在可靠性、維修性、測(cè)試性、環(huán)境適應(yīng)性方面均存在優(yōu)勢(shì)，在保障性、安全性方面雖與其他方案存在差距，但差距較小。可以將底層指標(biāo)評(píng)估結(jié)果作為依據(jù)對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，以進(jìn)一步提高“六性”水平。

4 結(jié) 論

為提高新型艦船的綜合效能，在以專家組形式進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，將基于專家聚類和偏差熵的定權(quán)方法與證據(jù)推理方法（ERA）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)新型艦船“六性”的綜合評(píng)估，并對(duì)某新型艦船的3個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估分析，得出以下結(jié)論：

（1）在分析新型艦船“六性”特點(diǎn)及其影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)軍標(biāo)要求建立了“六性”評(píng)估指標(biāo)體系，有助于更加全面系統(tǒng)地衡量新型艦船的綜合效能。

（2）考慮艦船“六性”評(píng)估過(guò)程中以專家組為單位進(jìn)行評(píng)估的實(shí)際情況，引入一種基于專家聚類和偏差熵的定權(quán)方法，消除由于評(píng)估小組內(nèi)專家意見(jiàn)不同或?yàn)楦鲗＜乙庖?jiàn)賦予相同權(quán)重給評(píng)估結(jié)果帶來(lái)的不穩(wěn)定影響，充分尊重所有專家的意見(jiàn)，提高評(píng)估結(jié)果整體信度。

（3）考慮因?qū)＜医M成員研究領(lǐng)域、工作經(jīng)驗(yàn)不同所導(dǎo)致的初始評(píng)價(jià)信息缺失，選擇ERA，保留評(píng)估結(jié)果的不確定性，以便對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行綜合排序和對(duì)比分析，確定各指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)的分布情況，保證評(píng)估結(jié)果的客觀性和全面性。

綜上所述，本文提出的基于專家聚類和偏差熵的定權(quán)方法與ERA相結(jié)合的綜合評(píng)估方法能夠有效衡量新型艦船的“六性”水平，為新型艦船的綜合評(píng)估提供決策支持。

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（編輯 賈裙平）