文/蔣金利 顧進(jìn) 李廷

科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展，武器裝備的性能逐步改善，并不斷朝著復(fù)雜化、信息化、現(xiàn)代化發(fā)展。但是壽命短、效能低、效費(fèi)比不高等一系列問(wèn)題也隨之凸顯。實(shí)踐證明，科學(xué)合理的進(jìn)行武器裝備效能評(píng)估對(duì)武器裝備后續(xù)的再研發(fā)，作戰(zhàn)試驗(yàn)的開(kāi)展及配套保障體系的形成具有一定的指導(dǎo)意義。

本文研究了武器裝備系統(tǒng)效能分析與評(píng)估的理論方法：首先介紹了 ADC評(píng)估模型，進(jìn)而選擇并綜合分析了效能指標(biāo)，進(jìn)行了基于AHP-ADC的評(píng)估建模，然后選取某型發(fā)煙車，進(jìn)行了實(shí)例分析。

1 ADC效能評(píng)估模型介紹

目前比較流行的有層次分析法（AHP），ADC效能評(píng)估模型，SEA分析法、模糊綜合評(píng)判法等。本文提出一種基于AHP-ADC的效能評(píng)估方法，并結(jié)合常用的裝備RMS參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確保計(jì)算方法的可行性以及結(jié)果的真實(shí)性。

ADC效能評(píng)估模型是于20世紀(jì)60年代中期美國(guó)工業(yè)界武器武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(huì)(WSEIAC)提出的面向武器系統(tǒng)效能進(jìn)行評(píng)估的方法。它的基本原理是基于可用度（A-Availability）、可信度（D-Dependability）和固有能力（C-Capacity）三大要素評(píng)價(jià)系統(tǒng)，將三大要素統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)的量度，給所裝備一個(gè)數(shù)字化的評(píng)價(jià)。裝備系統(tǒng)效能的表達(dá)式為：

E=A×D×C

其中：E-系統(tǒng)效能值，A-可用性向量，D-可信性矩陣，C-固有能力矩陣。

1.1 可用性向量A

可用度是在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的量度。

可用性向量A的一般表達(dá)式為：

該式中ai的含義是開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)是武器裝備系統(tǒng)處于i狀態(tài)的概率，n表示的含義為系統(tǒng)可能出現(xiàn)的狀態(tài)總量。

由此可見(jiàn)，n個(gè)可能出現(xiàn)的系統(tǒng)狀態(tài)構(gòu)成了武器裝備系統(tǒng)的狀態(tài)樣本空間，顯然

由于本文用此方法對(duì)于防化裝備進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)防化裝備的特殊性，其遭受敵方打擊后一般不再具有作業(yè)能力，故本文中將可用性狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)化，分為可用與不可用兩種。將可用狀態(tài)記為1，不可用狀態(tài)記為2，則

式中a1為開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)武器裝備的可用度；

a2為開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)武器裝備的不可用度。

根據(jù)裝備保障工作中的可靠性理論可知：

表1：RMS權(quán)重專家打分表

表2：可靠性指標(biāo)權(quán)重打分表

表3：故障性指標(biāo)權(quán)重打分表

表4：保障性指標(biāo)權(quán)重打分表

表5：綜合權(quán)重表

圖1：效能評(píng)估結(jié)構(gòu)圖

圖2：能力C的指標(biāo)劃分圖

式中MTBF-平均故障間隔時(shí)間；MTTR-平均故障修復(fù)時(shí)間。

1.2 可信度矩陣D

可信度是指已知當(dāng)前的工作狀態(tài)，在任務(wù)過(guò)程中某個(gè)時(shí)刻狀態(tài)的度量。其表達(dá)式為：

式中dij表示系統(tǒng)從第i狀態(tài)變化到第j狀態(tài)的概率。

如果系統(tǒng)在運(yùn)行期間不可修復(fù)，且不能帶故障工作，則系統(tǒng)可信度指標(biāo)就是可信度；如果運(yùn)行期間系統(tǒng)可以修復(fù)，則當(dāng)系統(tǒng)有n個(gè)故障狀態(tài)時(shí)，可信度指標(biāo)是n階方陣式，而可信度指標(biāo)是可信度方陣的對(duì)角元素。

評(píng)估系統(tǒng)的可信度首先是要明確系統(tǒng)故障，確定系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)條件，并且仔細(xì)考慮每個(gè)任務(wù)剖面的部件數(shù)，故障情況，最后，綜合各組合和全系統(tǒng)的可信度。

1.3 能力C

C是指在系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)下，武器裝備完成規(guī)定任務(wù)的度量。顯然，能力C與系統(tǒng)狀態(tài)有很大關(guān)系。

C是ADC效能評(píng)估模型中最重要的因素，也是最難確定的因素。一般情況下，這一因素與武器裝備系統(tǒng)中的多個(gè)指標(biāo)相關(guān)，不同的指標(biāo)，權(quán)重不同，影響方式也不同，在C中所發(fā)揮的作用也有很大差異。為了同一這些指標(biāo)的量綱，引入效能值的概念，效能值是一個(gè)實(shí)數(shù)，其大小應(yīng)屬于區(qū)間[0,1]。

如果直接將C帶入效能評(píng)估方程中去計(jì)算系統(tǒng)的效能，那么，對(duì)于單項(xiàng)效能評(píng)估來(lái)說(shuō)，C就是一個(gè)向量：

對(duì)于評(píng)估多項(xiàng)效能來(lái)說(shuō)，C就是一個(gè)矩陣：

該矩陣中cij表示第j項(xiàng)能力在狀態(tài)i下完成任務(wù)的度量。

2 基于ADC與AHP的效能評(píng)估方法應(yīng)用

針對(duì)ADC效能評(píng)估模型中能力向量C不容易確定的問(wèn)題，本文中提出用層次分析法來(lái)確定能力向量C。

為了使判斷分析定量化，形成判斷矩陣，引入了9標(biāo)度法。

效能評(píng)估結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 確立以RMS為基礎(chǔ)的指標(biāo)體系

可靠性、維修性、保障性(簡(jiǎn)稱為R&M&S)是衡量武器裝備質(zhì)量的重要特性，它在設(shè)計(jì)討論和生產(chǎn)制造過(guò)程中形成，在使用階段得以體現(xiàn)，貫穿于武器系統(tǒng)全壽命管理的過(guò)程中，是當(dāng)今武器裝備論證、設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注的特性。

防化裝備是軍隊(duì)裝備的重要組成部分，是核化生防護(hù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在未來(lái)作戰(zhàn)和裝備建設(shè)中處于不可或缺的重要地位。對(duì)防化裝備R&M&S進(jìn)行研究，為提高防化裝備的質(zhì)量效能提供理論指導(dǎo)，對(duì)提高防化裝備的作戰(zhàn)保障能力，充分利用維修資源和降低保障費(fèi)用等都將產(chǎn)生直接的影響。

所以，對(duì)其進(jìn)行效能評(píng)估，以RMS指標(biāo)為基礎(chǔ)。先由AHP方法確定C的效能值，將指標(biāo)分為比較成熟的影響裝備效能的RMS參數(shù)，進(jìn)行以可靠性，維修性和保障性為指標(biāo)基礎(chǔ)的層次分析，得出權(quán)重向量。最后再由ADC評(píng)估模型，得出最終效能。

在RMS的基礎(chǔ)上，將RMS的指標(biāo)再次細(xì)分，如圖2所示。

2.2 AHP-ADC方法建模

2.2.1 可用性向量A的計(jì)算

對(duì)于某型發(fā)煙車來(lái)說(shuō)，前文已經(jīng)假定只有可用與故障兩種狀態(tài)，可用MTBF和MTTR來(lái)計(jì)算：

2.2.2 可信度矩陣D的計(jì)算

一般來(lái)說(shuō)，某型發(fā)煙車只有可用與故障兩種狀態(tài)，故可信度矩陣為：

一般情況下，裝備出現(xiàn)故障概率的時(shí)間服從指數(shù)分布，則：

d11=e-λt，d12=1-e-λt

其中：λ 為系統(tǒng)故障系數(shù)，t為一次執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文假定任務(wù)過(guò)程中遭受故障不可修復(fù)，故障狀態(tài)無(wú)法向完好狀態(tài)轉(zhuǎn)變。所以，d21=0，d22=1。則可信度矩陣為：

2.2.3 能力向量C的計(jì)算

能力向量C采用AHP流程進(jìn)行計(jì)算，由于系統(tǒng)狀態(tài)前文假定只有兩種。并且故障狀態(tài)下，沒(méi)有完成任務(wù)的可能性，故能力向量C為：

（1）用層次分析法確定權(quán)重向量。

設(shè)準(zhǔn)則層權(quán)重向量為

應(yīng)用 1-9的比例標(biāo)度方法對(duì)同層因素進(jìn)行兩兩比較量化，形成判斷矩陣。由于矩陣是由Delphi法得到的，所以必須進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（2）求出能力C。

其中，ωi為相對(duì)權(quán)重，ρi為效能值。

3 某型發(fā)煙車效能評(píng)估實(shí)例

本節(jié)對(duì)某型發(fā)煙車進(jìn)行效能評(píng)估，驗(yàn)證模型的可行性與準(zhǔn)確性。

進(jìn)行評(píng)估時(shí)，可用性 A和可信度 D采用客觀計(jì)算，能力 C則采用 AHP 方法。并且，在天氣條件良好的外界環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，盡量能發(fā)揮某型發(fā)煙車的真實(shí)效能。

（1）某型發(fā)煙車發(fā)煙系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，任一部件發(fā)生故障，則整體故障，故系統(tǒng)的MTBF應(yīng)該由部件的最小MTBF決定。一般情況下整個(gè)系統(tǒng)的平均故障時(shí)間大于1000 小時(shí)，基層級(jí)修復(fù)時(shí)間小于1小時(shí)，故

（2）由于某型發(fā)煙車的平均故障時(shí)間為1000 小時(shí)，則平均故障率為：

執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間這里為裝備展開(kāi)時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)間，煙幕形成時(shí)間，連續(xù)發(fā)煙時(shí)間和裝備撤收時(shí)間的總和，即：

t=3+3+3+30+3=42分鐘=0.7小時(shí)

那么，可用度矩陣D 為：

（3）首先Delphi法得到指標(biāo)權(quán)重表，并將其按照指標(biāo)結(jié)構(gòu)分別評(píng)判準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，再基于AHP得出判斷矩陣。如表1所示。

由此，可以得出準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的判斷矩陣為

同理，得到專家打分表2，3，4，并得出相應(yīng)判斷矩陣。

故，可得判斷矩陣

故，可得判斷矩陣

故，可得判斷矩陣

（4）計(jì)算權(quán)重。

由所得矩陣，根據(jù)和法求出λmax和特征向量，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

對(duì)于矩陣G：λmax=3.04，對(duì)應(yīng)特征向量為：

進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，C.I=0.02<0.1,經(jīng)修正后，C.R=0.034<0.1，一致性良好。

對(duì)于矩陣A1：λmax=3.09，對(duì)應(yīng)特征向量為：

進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，C.I=0.045<0.1,經(jīng)修正后，C.R=0.077<0.1，一致性良好。

對(duì)于矩陣A2：為λmax=2.03，對(duì)應(yīng)特征向量為：

進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，C.I=0.015<0.1,二階無(wú)需修正，一致性良好。

對(duì)于矩陣A3：為λmax=2.08，對(duì)應(yīng)特征向量為：

進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，C.I=0.04<0.1,二階無(wú)需修正，一致性良好。

（5）計(jì)算能力向量C。

根據(jù)步驟（4），可得綜合權(quán)重表（表5）：

（6）計(jì)算綜合效能

根據(jù)ADC評(píng)估模型，系統(tǒng)的效能E的計(jì)算公式為：

4 結(jié)論與不足

本文設(shè)計(jì)了以RMS性能指標(biāo)為基礎(chǔ)的基于AHP-ADC方法的效能評(píng)估模型，并應(yīng)用該模型對(duì)某型發(fā)煙車進(jìn)行了效能評(píng)估，并計(jì)算得到了最終的效能值。通過(guò)對(duì)模型的應(yīng)用，證明該方法可行。

雖然模型可行，但仍存在一些不足之處。

（1）對(duì)于RMS指標(biāo)權(quán)重的選取客觀性不夠。

（2）戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境因素更加復(fù)雜多變，武器裝備效能不止兩種狀態(tài)。

（3）如何更好的解析能力向量C，還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。