張 俊,譚 波,常 博,裴桂艷

(1. 海軍研究院,北京 100161;2. 海軍工程大學(xué),湖北 武漢 430033)

艦炮武器系統(tǒng)的適裝性是武器系統(tǒng)選型配置的一個(gè)重要因素,主要與系統(tǒng)組成中各設(shè)備的數(shù)量、體積、重量、占用艙面及艙室的空間位置、電磁兼容性及火炮后坐力等因素有關(guān)。在一定約束下,如何全面考慮這些因素和定量評(píng)估艦炮武器系統(tǒng)的適裝性是艦炮武器系統(tǒng)論證部門的技術(shù)難題。國(guó)內(nèi)針對(duì)適裝性的研究較少,目前公開的文獻(xiàn)一般從幾個(gè)方面分別分析,或從單一方面進(jìn)行定量分析,沒有對(duì)各因素進(jìn)行量化分析建模,難以準(zhǔn)確評(píng)估裝備的適裝性[1-2]。

本文從跟蹤傳感器、火控設(shè)備和火炮三個(gè)分系統(tǒng)出發(fā),綜合考慮各分系統(tǒng)重量、體積、環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積、火炮后坐力、跟蹤傳感器電磁兼容性、火控設(shè)備平臺(tái)通用性等因素,基于層次分析法提出一套評(píng)價(jià)優(yōu)選方法,針對(duì)不同艦炮武器系統(tǒng)的適裝性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),提出艦炮武器系統(tǒng)的最優(yōu)適裝性方案[3-4]。

1 適裝性評(píng)估模型

1.1 適裝性指數(shù)

適裝性指數(shù)主要用于艦炮武器系統(tǒng)適裝性好壞的定量描述。為便于定量分析,將艦炮武器系統(tǒng)的組成分為三部分,即跟蹤傳感器部分(包括雷達(dá)和光電)、火控設(shè)備和火炮。該系統(tǒng)的適裝性可以由跟蹤傳感器、火控設(shè)備和火炮的適裝性決定。

適裝性指數(shù)的定量分析采用模糊數(shù)學(xué)的方法,首先選擇模糊變量,對(duì)模糊變量賦值,并分析影響因素的重要性,確定模糊變量的權(quán)值,用加權(quán)法計(jì)算出各方案的發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)[5-6],用數(shù)學(xué)公式表示為

LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3

(1)

其中:Z1為火炮適裝性;Z2為跟蹤傳感器適裝性;Z3為火控設(shè)備適裝性;λ1、λ2、λ3為模糊變量權(quán)值,且λ1+λ2+λ3=1。

模糊變量重要性權(quán)值按各變量重要性程度由專家打分,然后進(jìn)行歸一化處理,各模糊變量的重要性經(jīng)打分和歸一化處理后即可求出相應(yīng)的權(quán)值λ1,λ2,λ3,打分采用10分制[7-8],如表1所示。

1.1.1 火炮適裝性指數(shù)

艦炮適裝性的定量分析同樣采用模糊數(shù)學(xué)的方法。選取重量、體積、后坐力、環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積和易操作使用性作為模糊變量。

mu=λ1u1+λ2u2+λ3u3+λ4u4+λ5u5+λ6u6

(2)

其中:mu為艦炮適裝性指數(shù);u1為重量對(duì)船總體的影響;u2為體積對(duì)船總體的影響;u3為后坐力對(duì)船總體的影響;u4為環(huán)境適應(yīng)性;u5為雷達(dá)反射面積;u6為易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6為權(quán)重系數(shù),λ1+λ2+λ3+λ4+λ5+λ6=1,求取方法同前。

u1、u2、u3賦值準(zhǔn)則如表2所示。

表1 模糊變量重要性賦值準(zhǔn)則Tab.1 Evaluation ruler of fuzzy variable importance

表2 對(duì)船總體影響賦值準(zhǔn)則

u4賦值準(zhǔn)則如表3所示。

表3 環(huán)境適應(yīng)性賦值準(zhǔn)則

u5賦值準(zhǔn)則如表4所示。

表4 雷達(dá)反射面積賦值準(zhǔn)則

u6賦值準(zhǔn)則如表5所示。

表5 操作使用性賦值準(zhǔn)則

1.1.2 跟蹤傳感器適裝性指數(shù)

對(duì)于跟蹤傳感器選取重量、體積、環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積、電磁兼容性和易操作使用性作為模糊變量,則適裝性指數(shù)為

nv=λ1v1+λ2v2+λ3v3+λ4v4+λ5v5+λ6v6

(3)

其中:nv為跟蹤傳感器適裝性指數(shù);v1為重量對(duì)船總體影響;v2為體積對(duì)船總體影響;v3為環(huán)境適應(yīng)性;v4為雷達(dá)反射面積對(duì)船總體影響;v5為電磁兼容性;v6為易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6為對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù),求取方法同前。

v1、v2取值方法參見u1、u2、u3;v3、v4、v6取值方法分別參見u4、u5、u6;v5賦值準(zhǔn)則如表6所示。

表6 電磁兼容性賦值準(zhǔn)則Tab.6 Evaluation ruler of electromagnetic compatibility

1.1.3 火控設(shè)備適裝性指數(shù)

對(duì)于火控設(shè)備,選取重量、體積、通用性和易操作使用性作為模糊變量,則火控設(shè)備適裝性指數(shù)可用下式計(jì)算:

gθ=λ1·θ1+λ2·θ2+λ3·θ3+λ4·θ4

(4)

其中:gθ為火控設(shè)備適裝性指數(shù);θ1為重量對(duì)船總體影響;θ2為體積對(duì)船總體影響;θ3為設(shè)備的通用性;θ4為易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4為對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù),求取方法同前。

θ1、θ2取值方法參見u1、u2、u3;θ4取值方法參見u6;θ3賦值準(zhǔn)則如表7所示。

表7 通用性賦值準(zhǔn)則Tab.7 Evaluation ruler of universality

1.2 適裝性指數(shù)的計(jì)算

計(jì)算出各模糊變量量值并確定各變量權(quán)重系數(shù)后,應(yīng)用公式LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3即可計(jì)算出該方案的適裝性指數(shù),如表8所示。

表8 適裝性指數(shù)計(jì)算Tab.8 Value calculation of mounting adaptability

2 模型應(yīng)用

現(xiàn)以本文提出的模型對(duì)艦炮武器系統(tǒng)方案的適裝性進(jìn)行計(jì)算。以A、B、C、D四種艦炮武器系統(tǒng)為待選方案。首先對(duì)A、B、C、D四種方案的火炮適裝性指數(shù)按照一定的量化準(zhǔn)則對(duì)重量對(duì)船總體的影響、體積對(duì)船總體的影響、后坐力對(duì)船總體的影響、火炮環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積和易操作使用性進(jìn)行賦值。

通過設(shè)置a1、a2、a3、a4、a5、a6的值,將重量分為7個(gè)檔次,根據(jù)重量所在范圍確定重量對(duì)船總體影響的得分。

當(dāng)a

當(dāng)a1

當(dāng)a2

當(dāng)a3

當(dāng)a4

當(dāng)a5

當(dāng)a>a6,u1= 1～3。

方案A:火炮重量a1

方案B:火炮u1=7,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 8;

方案C:火炮u1=6,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 9;

方案D:火炮u1=5,u2= 5,u3=7,u4= 7,u5= 7,u6= 9;

模糊變量的重要性經(jīng)打分和歸一化處理后即可求出相應(yīng)的權(quán)值λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6。具體計(jì)算方法可參考文獻(xiàn)[3],通過計(jì)算可得重量對(duì)船總體的影響、體積對(duì)船總體的影響、后坐力對(duì)船總體的影響、火炮環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積對(duì)船總體影響分別對(duì)應(yīng)的權(quán)重值為[0.25,0.25,0.15,0.15,0.1,0.1]。

A方案muA=8×0.25+8×0.25+8×0.15+9×0.15+8×0.15+7×0.1=8.05;

同理,可計(jì)算出B方案muB=7.35,C方案muC=7.2,D方案muD=6.2。

方案A跟蹤傳感器v1= 8,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 7,v6= 9;

方案B跟蹤傳感器v1= 7,v2= 6,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6= 7;

方案C跟蹤傳感器v1= 9,v2= 8,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6=8;

方案D跟蹤傳感器v1= 7,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 8,v6=9。

同理,可得跟蹤器權(quán)重值為[0.2,0.2,0.1,0.1,0.3,0.1]。計(jì)算可得A方案nvA=7.5,B方案nvB=7.6,C方案nvC=8.5,D方案nvD=7.6。

方案A火控設(shè)備θ1= 8,θ2= 7,θ3= 8,θ4= 7;

方案B火控設(shè)備θ1= 7,θ2= 6,θ3= 7,θ4= 8;

方案C火控設(shè)備θ1= 8,θ2= 8,θ3= 7,θ4= 8;

方案D火控設(shè)備θ1= 6,θ2= 7,θ3= 6,θ4= 7。

同理可得火控設(shè)備權(quán)重值[0.25,0.25,0.3,0.2]。

計(jì)算出A方案gθA=7.55,B方案gθB=6.95,C方案gθC=7.5,D方案gθD=6.45。

因此,適裝性權(quán)重值λ1=0.35,λ2=0.4,λ3=0.25。

由LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3計(jì)算方案的適裝性指數(shù)為

LZA=8.05×0.35+7.5×0.4+7.55×0.25=7.705。

同理計(jì)算出LZB=7.35,LZC=7.795,LZD=6.822 5。

由此可得,適裝性指數(shù)向量為K=[7.705 7.35

7.795 6.822 5]?？梢奀方案的適裝性最好,D方案的適裝性最差。

3 結(jié)束語

武器系統(tǒng)的適裝性是確定系統(tǒng)方案的重要依據(jù)。艦炮武器系統(tǒng)的適裝性分析是艦炮武器系統(tǒng)論證部門的一項(xiàng)重要工作。艦炮武器系統(tǒng)選型論證過程中, 需要對(duì)系統(tǒng)的適裝性進(jìn)行充分分析和論證,釋放研制風(fēng)險(xiǎn),確保艦炮武器系統(tǒng)有良好的適裝性。

本文針對(duì)艦炮武器系統(tǒng),提出了一種基于層次分析法的適裝性計(jì)算模型,針對(duì)火炮選取重量、體積、后坐力、環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積和易操作使用性作為模糊變量;針對(duì)跟蹤傳感器選取重量、體積、環(huán)境適應(yīng)性、雷達(dá)反射面積、電磁兼容性和易操作使用性作為模糊變量;針對(duì)火控設(shè)備選取重量、體積、通用性和易操作使用性作為模糊變量,分別給出了各模糊變量的賦值準(zhǔn)則及火炮、跟蹤傳感器和火控設(shè)備適裝性的計(jì)算方法,以火炮、跟蹤傳感器和火控設(shè)備的適裝性作為模糊變量計(jì)算評(píng)估艦炮武器系統(tǒng)的適裝性。該模型實(shí)現(xiàn)了艦炮武器系統(tǒng)適裝性的量化評(píng)估,考慮因素全面,可操作性強(qiáng),在艦炮武器系統(tǒng)適裝性評(píng)估方面具有應(yīng)用價(jià)值。