蔣鐵軍，張懷強

(海軍工程大學(xué)裝備經(jīng)濟管理系，湖北 武漢 430033)

0 引言

艦船裝備論證方案的綜合評估是海軍裝備研究工作中的一項重要課題，對于海軍建設(shè)和裝備發(fā)展具有重要意義。艦船裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用和地位日趨重要，隨著艦船相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代艦船裝備投入的人力、物力和財力都急劇增長，各種風(fēng)險也隨之加大。因此，在論證階段就必須根據(jù)作戰(zhàn)需求，制訂方案評估方法和標(biāo)準，綜合考慮多種因素進行系統(tǒng)分析和綜合權(quán)衡，并以此作為方案選擇的主要依據(jù)，以便從備選方案中選取科學(xué)、合理的裝備發(fā)展方案。國內(nèi)外對此問題也開展了一定的研究，1998年，Brown采用層次分析法與多屬性效用理論相結(jié)合的方法，評估了海軍戰(zhàn)斗艦艇概念設(shè)計方案的效能與風(fēng)險［1］。Demko將該方法應(yīng)用于后勤保障船的設(shè)計評估中［2］。劉傳云等針對艦船總體特點及使命任務(wù)要求，利用層次分析法建立了艦船總體評估層次模型，應(yīng)用多屬性效用理論建立了目標(biāo)屬性值到效能值的轉(zhuǎn)換函數(shù)(價值函數(shù))和艦船總體方案的效能評估模型，并將層次分析法與多屬性效用理論相結(jié)合，提出了艦船總體效能量化評估方法［3］。

本文提出一種艦船裝備論證方案的綜合評估方法，在建立綜合評估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，從武器系統(tǒng)性能指數(shù)、平臺系統(tǒng)性能指數(shù)、經(jīng)濟性指數(shù)、風(fēng)險指數(shù)和研制周期指數(shù)等幾個方面展開評估，構(gòu)建綜合評估指數(shù)用于論證方案的綜合評估。

1 評價指標(biāo)體系的建立

艦船裝備論證方案評價指標(biāo)體系的建立是論證方案綜合評估和優(yōu)選的基礎(chǔ)?？紤]到論證階段的特點以及各類艦船裝備本身的差異性，本文重點針對潛艇裝備展開評估分析，對于不同類型的其他艦船，可以參照潛艇論證方案評價指標(biāo)體系，根據(jù)自身特點具體分析、調(diào)整。

對于潛艇裝備的評價指標(biāo)體系，主要建立在潛艇平臺系統(tǒng)性能指數(shù)、潛艇武器系統(tǒng)性能指數(shù)、經(jīng)濟性指數(shù)、風(fēng)險指數(shù)和研制周期指數(shù)5個一級指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過對這5個一級指標(biāo)加以綜合，便可以計算得到潛艇方案綜合評估指數(shù)。

潛艇的裝備系統(tǒng)可分為潛載武器系統(tǒng)和平臺系統(tǒng)2個部分，這2部分共同構(gòu)成具有一定作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)用途的潛艇裝備。本文所研究的潛艇綜合性能即建立在潛載武器系統(tǒng)性能和平臺系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上。

潛載武器系統(tǒng)的功能按作戰(zhàn)任務(wù)可劃分為對空作戰(zhàn)、對海作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)和布雷。本文著重研究潛艇的反艦、反潛兩大作戰(zhàn)任務(wù)，不涉及潛艇的布雷和對空作戰(zhàn)能力。在作戰(zhàn)中，潛艇為完成某一項任務(wù)，可以使用不同的武器，作戰(zhàn)任務(wù)下的單武器性能將構(gòu)成潛艇的作戰(zhàn)任務(wù)能力，而單武器的性能則是由武器系統(tǒng)的性能所提供的。因此，本研究對潛載武器系統(tǒng)性能的評估以任務(wù)層為導(dǎo)向進行層次分析，按照任務(wù)層、武器層、性能層的劃分，在性能層和武器層效用的基礎(chǔ)上進行綜合。對于平臺系統(tǒng)的性能，則由機動性、隱蔽性、生命力等固有的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能指標(biāo)的效用值綜合而成。

潛艇方案的綜合評估指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 潛艇方案綜合評估指標(biāo)體系Fig.1 Comprehensive evaluation index system of a submarine program

2 模型建立

2.1 武器系統(tǒng)性能指數(shù)評估模型

常規(guī)潛艇的武器通常由反艦導(dǎo)彈、反艦魚雷、反潛魚雷、水雷、雷達、聲吶、潛望鏡、指控系統(tǒng)及水聲對抗系統(tǒng)等構(gòu)成。當(dāng)潛艇遂行一定的作戰(zhàn)使命時，往往需要上述幾種武器的有機組合來共同完成。本研究通過確定上述武器的評估指標(biāo)體系，對每1指標(biāo)用效用函數(shù)進行量化［4］，如對于水下巡航狀態(tài)輻射噪聲，可以采用“S”型效用函數(shù)，構(gòu)造效用函數(shù)如下:

式中:x為水下巡航狀態(tài)輻射噪聲，dB。

圖2 水下巡航狀態(tài)輻射噪聲效用函數(shù)Fig.2 Radiation noise utility function on the underwater cruise states

通過歸結(jié)各個單武器指數(shù)，從而可以系統(tǒng)綜合出任務(wù)指數(shù)。

本文認為，對于反艦導(dǎo)彈、反艦魚雷、反潛魚雷及水雷等硬殺傷武器，它們在作戰(zhàn)形式上是可供選擇的，其戰(zhàn)斗作用是疊加的，故在任務(wù)能力評估中對這類硬殺傷武器性能的綜合采用加性形式。因為當(dāng)潛艇未裝備或未使用某項硬武器裝備時，只是不加上這項裝備的性能效用值而已;對于探測系統(tǒng)、水聲對抗及指控系統(tǒng)等軟殺傷武器，它們在作戰(zhàn)任務(wù)中是必不可少的，故在任務(wù)能力評估中，這類軟殺傷武器的性能應(yīng)該與硬殺傷武器的性能采用乘積形式。如對海作戰(zhàn)任務(wù)指數(shù)

其中:S為潛載聲吶探測性能指數(shù);Q為潛望鏡探測性能指數(shù);R為雷達探測性能指數(shù);C為指控系統(tǒng)性能指數(shù);DH為反艦導(dǎo)彈性能指數(shù);YH為反艦魚雷性能指數(shù);K為水聲對抗性能指數(shù);w1，w2，w3為權(quán)重，可以采用層次分析法獲取。同理，可以得到反潛作戰(zhàn)任務(wù)指數(shù)FQ，并因此綜合得到武器系統(tǒng)性能指數(shù)FW=FH+FQ。

2.2 平臺系統(tǒng)性能指數(shù)評估模型

平臺系統(tǒng)性能主要包括機動性、隱蔽性和生命力，具體評估模型可以表示為

式中:FP為平臺系統(tǒng)性能指數(shù);M為平臺機動性效用指數(shù);U為平臺隱蔽性效用指數(shù);L為平臺生命力效用指數(shù);w1，w2，w3為權(quán)重。

對于每個分項性能指數(shù)，由單項性能指數(shù)的效用函數(shù)構(gòu)成，如平臺機動性效用指數(shù)可表示為

式中:M1為航速效用值;M2為潛深效用值;M3為自持力效用值;M4為續(xù)航力效用值;M5為導(dǎo)航定位能力效用值;w1，w2，w3，w4，w5為權(quán)重。

2.3 經(jīng)濟性指數(shù)評估模型

經(jīng)濟性指數(shù)可以采用相對值評估法得到。在開始評估前，可以選定某一方案作為基準方案，設(shè)定其費用為C0(通常設(shè)定為1)，通過與基準方案的分析比較，可以得出潛艇的經(jīng)濟性指數(shù)為

式中:k為差異性系數(shù);C0為基準方案費用;C為被評估方案的經(jīng)濟性指數(shù)。

在實際評估工作中，為了更加細致地辨析方案之間的差異性，以便準確地得到評估結(jié)果，可以進一步劃分方案的總費用，如設(shè)潛艇基準方案總的費用為C0，費用被分成了m類，各類的費用分別為C01，C02，…，C0m，各類費用占總費用的比重分別為w1，w2，…，wm，某方案相對于基準方案的各類費用差異性系數(shù)分別為k1，k2，…，km，則該方案的經(jīng)濟性指數(shù)為

如果需要進一步細化，還可以依此思路繼續(xù)細分。

2.4 風(fēng)險指數(shù)評估模型

設(shè)總的風(fēng)險度為R，裝備總體被分成了m個一級系統(tǒng)，各一級系統(tǒng)的風(fēng)險度分別為R1，R2，…，Rm，各一級系統(tǒng)在總風(fēng)險中的權(quán)重分別為w1，w2，…，wm，則系統(tǒng)總風(fēng)險為

設(shè)第i個一級系統(tǒng)被分成了ni個二級系統(tǒng)，各二級系統(tǒng)的風(fēng)險度分別是Ri1，Ri2，…，Rini，各二級系統(tǒng)在上層一級系統(tǒng)中的權(quán)重分別是wi1，wi2，…，wini，則第i個一級系統(tǒng)的風(fēng)險為

綜合上面二式，可得總的研制風(fēng)險為

對于子系統(tǒng)的風(fēng)險度評估，具體可參考文獻［5］。

2.5 研制周期指數(shù)評估模型

在艦船裝備論證研制過程中，研制周期也是一個各方都非常關(guān)注的指標(biāo)［6］。裝備的綜合能力除了由其自身的各項戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)確定以外(絕對能力)，還涉及到與同時期其他國家裝備總體水平的對比(相對能力)，在實現(xiàn)同樣戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的條件下，研制周期的延長雖然不能降低裝備的絕對能力，但是勢必導(dǎo)致相對能力的下降。因此，在綜合評估艦船裝備論證方案時還需要考慮到研制周期評估指數(shù)。

對于研制周期的評估，可以采用關(guān)鍵路徑分析的方法進行。通過系統(tǒng)的工作分解結(jié)構(gòu)，確定出裝備論證全過程的關(guān)鍵路徑，進而采用相對值法進行評估。在開始評估前，可以選定某一方案作為基準方案，設(shè)定其研制周期為T0(通常設(shè)定為1)，通過與基準方案的分析比較，可以得出潛艇研制周期評估指數(shù)為

式中:k為差異性系數(shù);T0為基準方案研制周期;T為被評估方案研制周期評估指數(shù)。

與經(jīng)濟性指數(shù)評估一樣，為了更加細致地辨析方案之間的差異性，以便準確得到評估結(jié)果，可將方案的研制周期按照關(guān)鍵路徑進一步劃分進行評估。

2.6 方案綜合評估指數(shù)

在艦船裝備論證評估中，武器系統(tǒng)性能指數(shù)、平臺系統(tǒng)性能指數(shù)、經(jīng)濟性指數(shù)、風(fēng)險指數(shù)及周期指數(shù)分別反映了論證方案的不同方面，為了對論證方案開展綜合而全面的評估，需要將其加以有效結(jié)合，得出方案綜合評估指數(shù)。

在5個方面的評估指數(shù)中，武器系統(tǒng)性能指數(shù)和平臺系統(tǒng)性能指數(shù)體現(xiàn)了艦船裝備的固有能力屬性，是裝備自身綜合能力從不同方面所作的反映，而且二者相互聯(lián)系、缺一不可。因此，在建立方案綜合評估指數(shù)時將二者以乘積形式表示;經(jīng)濟性指數(shù)作為裝備經(jīng)濟性的一種度量，是裝備費用消耗情況的一種綜合體現(xiàn)。在傳統(tǒng)的方案評估中，通常將經(jīng)費投入所產(chǎn)生的綜合效益與經(jīng)費之比作為對方案的一種簡單度量形式，即在滿足既定效益和費用約束的條件下，比值越大，則總體方案綜合效益越好;風(fēng)險指數(shù)是從論證方案有效實現(xiàn)的角度進行的一種度量。在其他指標(biāo)都相同的情況下，風(fēng)險大小與方案效果成反比。風(fēng)險越大，方案效果越差，風(fēng)險越小，方案效果越好;周期指數(shù)是從時間角度進行的衡量，周期越長，裝備的相對優(yōu)勢越弱。

根據(jù)以上分析，本文采用方案綜合評估指數(shù)來評估論證方案。具體表達式如下:

式中:FW為武器系統(tǒng)性能指數(shù);FP為平臺系統(tǒng)性能指數(shù);C為經(jīng)濟性指數(shù);R為風(fēng)險指數(shù);T為周期指數(shù)。

3 結(jié)語

本文針對艦船裝備論證方案的綜合評估問題，提出了一種較為系統(tǒng)而全面的綜合評估方法，建立了方案綜合評估指數(shù)，可以為論證方案的評估和決策工作提供有益參考。但在具體評估過程中，還有一些重要問題需要進一步深入探討和研究，如單項性能指標(biāo)效用函數(shù)的構(gòu)建、綜合性能指數(shù)中權(quán)重的確定等，這些問題直接關(guān)系到最后方案綜合評估指數(shù)計算結(jié)果的有效性，后續(xù)將對此展開深入研究。

［1］BROWN A J，THOMAS M.Reengineering the naval ship concept design process［R］.In:Research to Reality in Ship Systems Engineering Symposium.NSWC Carderoek，1998.

［2］DEMKO D.Tools for Multi-objective and Multi-disciplinary optimization in naval ship design［D］.American:Virginia Polytechnic Institute and State University，2005.

［3］劉傳云，馬運義，許建，黃緒瓊.艦船總體效能量化評估方法研究［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2009，31(3):51－55.LIU Chuan-yun，MA Yun-yi， XU Jian，HUANG Xuqiong.Study on quantization evaluation methods for overall efficiency of ship［J］.Ship Science and Technology，2009，31(3):51－55.

［4］魏汝祥，張懷強，李積源，王威.基于效用函數(shù)的常規(guī)潛艇作戰(zhàn)能力評估研究［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002，13(5):6－9.WEI Ru-xiang，ZHANG Huai-qiang，LI Ji-yuan，WANG Wei.Study of operational effectiveness system for conventional submarine based on the utility function theory［J］.Journal of the Academy of Equipment Command ＆Technology，2002，13(5):6 －9.

［5］呂建偉，陳霖，郭慶華.武器裝備研制的風(fēng)險分析與風(fēng)險管理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.LV Jian-wei，CHEN Lin，GUO Qing-hua.The risk analysis and risk management of weapon system development［M］.Beijing:Defense Industry Press，2005.

［6］卜廣志，張宇文.一種新的武器總體綜合設(shè)計方法［J］.數(shù)學(xué)的實踐與認識，2006，36(1):107－113.BU Guang-zhi，ZHANG Yu-wen.A synthetic conceptual design method of weapon［J］.Mathematics in Practice and Theory，2006，36(1):107－113.