管東林,吳鑫輝,常 歌

(中國人民解放軍91977部隊，北京 100036)

艦艇編隊是海軍力量重要組成部分，艦艇編隊信息系統(tǒng)主要綜合運用編隊內(nèi)電子信息系統(tǒng)與裝備，將各類作戰(zhàn)資源與作戰(zhàn)單位有機整合，發(fā)揮信息系統(tǒng)對各種作戰(zhàn)力量的倍增器和粘合劑作用，完成海上重點方向防空、反潛、對海打擊等作戰(zhàn)任務(wù)，是海軍作戰(zhàn)裝備力量體系的重要組成部分。

艦艇編隊信息系統(tǒng)規(guī)劃和論證中一個重要階段是需要對其體系貢獻率進行評估，利用體系貢獻率評估體系，可以從全局發(fā)展規(guī)劃角度評估分析信息系統(tǒng)發(fā)展方向及目標的合理性、可行性和經(jīng)濟性，也可以從完成作戰(zhàn)任務(wù)角度定量分析信息系統(tǒng)體系能力的水平和短板，也可以從裝備體系角度定量分析完成具體任務(wù)的能力水平或滿足度，從而可以支撐完成評估“短板弱項”和主要建設(shè)方向，或支撐完成項目建設(shè)方案優(yōu)選和改進，或支撐完成項目功能、性能、指標等適用性的論證。

目前，體系貢獻率方法研究尚處于理論研究和初步實踐驗證階段，各科研院校、研制單位等提出了一些體系貢獻率方法，但目前尚無統(tǒng)一的定義解析。文獻[1-3]提出了裝備體系貢獻率由功能完備性、結(jié)構(gòu)合理性、有效性等方面來綜合評估；文獻[4]提出了基于增量的度量方法、基于比值的度量方法等四種體系貢獻率度量評估方法；文獻[5]提出了武器裝備體系貢獻率底層指標量化評估方法?？傮w來說，已有各種文獻主要針對新研的、具體的型號裝備、裝備體系等體系貢獻率進行了評估，但對于信息系統(tǒng)貢獻率的研究仍處于探索階段。隨著艦艇編隊信息系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展，亟須建立一套體系貢獻率評估方法，以解決編隊信息系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的合理性和可行性問題。

本文主要針對艦艇編隊信息系統(tǒng)貢獻率評估問題，通過典型作戰(zhàn)任務(wù)與能力需求分析，確定艦艇編隊作戰(zhàn)能力目標集合，在典型任務(wù)想定背景下，構(gòu)建信息系統(tǒng)任務(wù)、能力、指標逐層分解的關(guān)聯(lián)矩陣，分析了體系貢獻率評估指標體系建立方法，針對指標評估具有模糊性特點，提出了一種模糊層次分析方法來評估信息系統(tǒng)體系貢獻率。

1 艦艇編隊信息系統(tǒng)貢獻率評估指標體系構(gòu)建

1.1 艦艇編隊信息系統(tǒng)任務(wù)分析

艦艇編隊信息系統(tǒng)的使命是在聯(lián)合作戰(zhàn)條件下，為艦艇編隊遂行各種作戰(zhàn)、訓(xùn)練任務(wù)提供信息支撐。主要任務(wù)包括保障艦艇編隊實施傳感器協(xié)同探測、組織、管理控制，輔助指揮員有效地進行編隊作戰(zhàn)籌劃，指揮控制編隊所屬作戰(zhàn)平臺、裝備要素實施協(xié)同作戰(zhàn)。

由此可見，艦艇編隊信息系統(tǒng)與普通武器型號系統(tǒng)使命任務(wù)有較大區(qū)別，普通武器型號系統(tǒng)目的性比較明確，可能是針對某一類具體能力實現(xiàn)，例如打擊距離、打擊效果等，有具體的目標、性能、參數(shù)指標，而信息系統(tǒng)則涉及態(tài)勢探測、作戰(zhàn)指揮、兵力控制等一系列信息感知、信息流轉(zhuǎn)、信息處理、信息應(yīng)用等“軟”性要求，其體系貢獻率評估指標體系與具體武器型號有較大差別。

1.2 典型作戰(zhàn)任務(wù)與能力需求分析

艦艇編隊主要作戰(zhàn)場景包括對敵水面艦艇進行聯(lián)合火力打擊、奪取重點海域制空權(quán)、監(jiān)視并打擊目標海域的水下潛艇等。對于每個作戰(zhàn)場景，信息系統(tǒng)為滿足任務(wù)需求，可大致分為偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、火力打擊能力、信息攻防能力四類。如表1所示。

表1 艦艇編隊信息系統(tǒng)“任務(wù)-能力”二維評估矩陣

通過分析不同任務(wù)對信息系統(tǒng)能力需求，以及能力的進一步分解，可以此為依據(jù)，建立信息系統(tǒng)對不同任務(wù)完成的貢獻率評估指標體系。

1.3 貢獻率評估指標體系分析

根據(jù)艦艇編隊信息系統(tǒng)“任務(wù)-能力”二維評估矩陣，可以將艦艇編隊信息系統(tǒng)按層次分析法，將總體能力分為偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、火力打擊能力、信息攻防能力四個二級指標，而各個二級指標又可以逐層細化分為三級或者四級指標。如圖1所示。

圖1 艦艇編隊信息系統(tǒng)體系貢獻率評估指標

根據(jù)構(gòu)建的艦艇編隊信息系統(tǒng)體系貢獻率評估指標體系，可以進一步對每個任務(wù)對應(yīng)的指標要求進行詳細分析，從而形成任務(wù)-能力-指標的體系貢獻率關(guān)聯(lián)評估矩陣。如表2所示。

表2 艦艇編隊信息系統(tǒng)“任務(wù)-能力-指標”體系貢獻率關(guān)聯(lián)評估矩陣

2 艦艇編隊信息系統(tǒng)體系貢獻率綜合模糊評估方法

由于艦艇編隊信息系統(tǒng)屬于復(fù)雜巨系統(tǒng)，體系貢獻率評估又涉及很多因素，每個因素都要賦予一定權(quán)數(shù)，而因素之間又存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，且夾雜人的主觀判斷因素，因此，很難給出一個量化的綜合評估結(jié)果，對于此類定性、定量相結(jié)合的多因素評估問題，可以采用模糊評估方法來決策。綜合模糊評估是以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建不同歸屬的隸屬函數(shù)，將一些因素定性評價轉(zhuǎn)化為定量化評價的一種方法，具體步驟如下。

2.1 指標體系權(quán)重系數(shù)計算

對于艦艇編隊信息系統(tǒng)貢獻率各個層級指標體系的權(quán)重計算是一個重點問題。目前采用的方法主要有專家打分法、定性評估法等，但由于軍事指揮員、專家、業(yè)務(wù)人員等對不同指標重要性的理解程度不一，缺乏定性評估標準，客觀上存在著對同一事物判斷準則不一致，打分結(jié)果缺乏定量分析的情況。針對打分評判受個人影響較大的情況，可以采用統(tǒng)計學(xué)方法對權(quán)重值進行計算[6]。

首先，針對艦艇編隊信息系統(tǒng)第一級指標U={偵察預(yù)警、指揮控制、火力打擊、信息攻防}={u1，u2，u3，u4}，分別請各領(lǐng)域?qū)＜疫M行獨立打分，提出合適的權(quán)重向量

(1)

其中，i為第一級因素個數(shù)，m為專家打分個數(shù)。然后對各個指標進行單因素統(tǒng)計，具體步驟如下：

1)對因素ui在其統(tǒng)計權(quán)重向量wij中找出最大值Mi和最小值mi；

2)選取合適的分組數(shù)k，按下式計算權(quán)重向量wij分成k組的組距

(2)

按從小到大將wij進行分組；

3)計算wij在每組內(nèi)的頻數(shù)和頻率；

4)根據(jù)頻數(shù)和頻率的分布情況，選取頻數(shù)和頻率分布最高的權(quán)重值，作為ui的權(quán)重值wi，從而得到權(quán)重向量

W=(w1，w2，…，wi)

(3)

對于艦艇編隊二、三級指標權(quán)重值，可以采用層次分析法(AHP)來確定各層指標的權(quán)重，具體計算方法見文獻[7]。

2.2 體系貢獻率模糊層次評估算法

艦艇編隊信息系統(tǒng)各貢獻率評估指標目前還缺乏明確的定量公式計算方法，并且在不同作戰(zhàn)任務(wù)場景下，即使是同一系統(tǒng)，其各個指標的體系貢獻率也會有所區(qū)別。因此，體系貢獻率是一個典型的模糊評價問題。所謂模糊綜合評價就是以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，進行綜合評價的一種方法。它通過構(gòu)造等級模糊子集把反應(yīng)被評價事物的模糊指標進行量化，然后利用模糊變換原理對各種指標綜合。

1)分析體系貢獻率的因素集和評價集

根據(jù)艦艇編隊信息系統(tǒng)體系貢獻率指標建立，可以將評價對象的因素集設(shè)定為U={u1，u2，u3，…，un}，其中，n為第一級指標個數(shù)；而ui={u1i，u2i，u3i，…，umi}為第i個一級指標的m個二級指標集合。

由于關(guān)于信息系統(tǒng)的體系貢獻率無法用明確的公式來表示，因此可以運用專家評語來表達指標值。評價集可以表示為V={v1，v2，v3，…，vk}，k為評語的等級數(shù)，每一個等級可以對應(yīng)一個模糊子集。

2)分析計算隸屬函數(shù)

為了分析每一個指標，其對應(yīng)評價集哪個等級，需要建立相匹配的隸屬函數(shù)，以確定相應(yīng)指標值的滿意程度。隸屬函數(shù)是模糊集合運算的重要組成部分，針對不同的模糊關(guān)系，應(yīng)采用不同的方法來確定隸屬函數(shù)。目前常用的隸屬函數(shù)確定方法主要有模糊統(tǒng)計試驗法、二元對比排序法、模糊分布函數(shù)構(gòu)建法等。其中，模糊統(tǒng)計試驗法主要采用對集合內(nèi)元素進行充分大試驗次數(shù)，以逼近集合內(nèi)各元素的隸屬度，該方法對簡單隸屬度模型具有很高的精確逼近度，但難以確定復(fù)雜的隸屬函數(shù)模型；二元排序法采用將元素兩兩對比來排序確定隸屬函數(shù)的大致順序，但需要集合內(nèi)各元素有相對明確的對比關(guān)系，適用范圍有限；模糊分布方法能根據(jù)元素各個趨勢，采用典型的帶有可變參數(shù)的函數(shù)來描述各類元素模型，是目前模糊工程應(yīng)用中最常用的隸屬函數(shù)推算方法。根據(jù)不同隸屬函數(shù)特征，常用的模糊分布有戒上型、戒下型和對稱型三大類。

典型的戒上型降半矩陣分布

(4)

典型的戒上型升半Γ分布

(5)

典型的戒下型升半矩陣分布

(6)

典型的戒下型升半Γ分布

(7)

典型的對稱型尖Γ分布

(8)

根據(jù)艦艇編隊信息系統(tǒng)“任務(wù)-能力-指標”體系貢獻率關(guān)聯(lián)評估矩陣，各類指標都具有較為明顯的趨勢性，例如情報保障范圍越大越好、目標處理容量越高越好等，因此，本文采用模糊分布法來確定各類指標的隸屬函數(shù)。

3)計算模糊綜合評判集

各個指標隸屬度函數(shù)確定后，根據(jù)不同層級的指標，建立不同層次指標的評估矩陣。對于第一級指標ui，可以建立模糊關(guān)系評估矩陣Ri

(9)

其中，j=1，2，…，im；l=1，2，…，k，分別為第一級指標ui所屬二級指標個數(shù)和評價集評估等級。

通過上式計算出每個一級指標的模糊關(guān)系評估矩陣后，得出總體模糊關(guān)系評估矩陣R

(10)

其中，i=1，2，…，n；l=1，2，…，k，分別為第一級指標個數(shù)和評價集評估等級。

4)綜合評估評判結(jié)果

利用合適的合成算子將權(quán)重向量W與模糊關(guān)系評估矩陣R合成得到體系貢獻率綜合模糊評價結(jié)果向量T

(t1，t2，…，tk)

(11)

其中，“°”為模糊矩陣合成算子，針對不同形式，對應(yīng)不同的使用范圍。一般模糊矩陣合成算子可以用四種方式來計算：主因素決定型M(∧，∨)，主因素突出型M(，∨)，不均衡平均型M(∧，⊕)和加權(quán)平均型M(，⊕)。對于體系貢獻率，一般可以采用加權(quán)平均型，該方法的好處是考慮到所有指標因素的影響。

3 應(yīng)用實例

3.1 確定各指標的權(quán)重值

設(shè)定一個對XX海區(qū)敵水面艦艇聯(lián)合火力突擊能力作戰(zhàn)場景，根據(jù)作戰(zhàn)預(yù)演籌劃方案，可提取出作戰(zhàn)方案中涉及的艦艇編隊信息系統(tǒng)第一級指標因素U={偵察預(yù)警、指揮控制、火力打擊、信息攻防}={u1，u2，u3，u4}，分別請作戰(zhàn)指揮員、各領(lǐng)域?qū)＜夜?0名對根據(jù)作戰(zhàn)需要對各項指標權(quán)重值獨立打分。假定對某個指標ui的權(quán)重值共收集到10個權(quán)重值打分，按從小到大排序為wi=(015，02，02，025，025，03，03，03，035，04);則根據(jù)權(quán)重值計算步驟1)-3)，按照權(quán)重分布法，可得wi=0.31；按照同樣方法，可得一級指標權(quán)重值為W=(031，025，025，019)。假設(shè)一級指標ui，i∈(1，4)，分別各有二級指標3，3，4，3個，則按照上述權(quán)重值計算方法，可以分別計算出w1=04，035，025，w2=035，035，030，w3=015，045，015，025，w4=06，015，025，類推可以分別計算出三級指標的權(quán)重值。

3.2 建立各級指標隸屬函數(shù)

根據(jù)艦艇編隊信息系統(tǒng)各項指標特性，基本都具有一個明確的上限或下限值，在上、下限值之外基本為趨勢值，因此，此處主要采用模糊分布方法來確定指標的隸屬度函數(shù)。根據(jù)各項指標含義，涉及滿意隸屬度函數(shù)可設(shè)計如下。

假定對于對XX海區(qū)敵水面艦艇聯(lián)合火力突擊能力作戰(zhàn)場景中，要求情報保障范圍u1最低為50 km，期望值為200 km，則其隸屬度函數(shù)可以設(shè)計為

(12)

假定要求目標處理時間指標u2最大容許值為10 s，期望值為處理時間越小越好，則其隸屬函數(shù)可以設(shè)計為

(13)

假定要求目標處理容量指標u3最小容許值為200批，期望值為處理容量越大越好，則其隸屬函數(shù)可以設(shè)計為

(14)

類似的，可以對各類指標建立合理的隸屬度函數(shù)。

3.3 計算模糊綜合評判集

通過建立不同指標的隸屬度函數(shù)，代入信息系統(tǒng)的具體指標值，即可以計算出各個指標屬于不通過評判等級的程度，并構(gòu)成相應(yīng)的模糊評判矩陣。以指揮控制能力中態(tài)勢綜合能力指標為例，假定態(tài)勢綜合能力由情報保障范圍、目標處理容量、目標處理時間三個典型指標組成，對于每個指標要求假定如表3所示。

表3 態(tài)勢綜合能力指標隸屬度計算

根據(jù)指標隸屬度函數(shù)，可以計算出態(tài)勢綜合能力模糊評價矩陣為R態(tài)勢綜合=[08，086，018]，同理可以計算出指揮控制能力其他指標的模糊評價矩陣，組成指揮控制能力二級模糊矩陣

(15)

通過層次分析法，進一步組成體系貢獻率綜合能力一級模糊矩陣

(16)

對于體系貢獻率評估結(jié)果，應(yīng)用式(11)，可以計算出模糊評價結(jié)果。在應(yīng)用實例中，將信息系統(tǒng)指標代入計算，得出

T=W°R=[032064062028]。

假定對于體系貢獻率評價集V={v1，v2，v3，…，vk}，其共分為五級，每個級別按等比分為較差(小于0.2)、一般(0.2-0.4)、比較重要(0.4-0.6)、重要(0.6-0.8)、非常重要(0.8-1)，則可以分析出，在對XX海區(qū)敵水面艦艇聯(lián)合火力突擊能力作戰(zhàn)場景中，艦艇編隊信息系統(tǒng)對于偵查預(yù)警能力體系貢獻率為一般，對于指揮控制能力體系貢獻率為重要，對于火力打擊能力體系貢獻率為重要，對于信息攻防體系貢獻率為一般。

4 結(jié)束語

本文通過剖析艦艇編隊信息系統(tǒng)體系貢獻率評估流程，分析了艦艇編隊信息系統(tǒng)“任務(wù)-能力”評估矩陣、評估指標，針對評估過程中信息系統(tǒng)評估要素隨不同任務(wù)背景而具有模糊性、動態(tài)性等特點，提出了基于模糊層次分析的體系貢獻率定量評估方法。該方法適用于信息系統(tǒng)體系貢獻率中不同類別指標評估結(jié)果的綜合，評估結(jié)果可以為未來戰(zhàn)爭下系統(tǒng)建設(shè)和設(shè)計提供參考。