謝文秀，女，教授，博士生導(dǎo)師。

基于費用-效能的武器裝備采購績效靜態(tài)分析

尹鐵紅1，謝文秀2

(1． 裝備學(xué)院 研究生管理大隊,北京 101416；2. 裝備學(xué)院 裝備采辦系,北京 101416)

摘要建立規(guī)范的武器裝備采購績效評價體系是適應(yīng)裝備建設(shè)發(fā)展形勢的必然要求，運用灰色理論建立了武器裝備全壽命周期費用估算模型，圍繞費用、可靠性和固有能力3個指標(biāo)，基于ANP方法對武器裝備采購績效進(jìn)行綜合評估，以績效最優(yōu)為目標(biāo)為武器裝備采購提供決策支持。

關(guān)鍵詞武器裝備；采購；績效；費用；效能

收稿日期2014-06-13

作者簡介尹鐵紅(1977-)，男，博士研究生,主要研究方向為裝備采辦。

中圖分類號E92

文章編號2095-3828(2015)05-0036-05

DOI文獻(xiàn)標(biāo)志碼A 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.05.008

Static Analysis of Acquisition Performance of Weapon and

Equipments Based on Cost and Effectiveness

YIN Tiehong1,XIE Wenxiu2

(1. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China;

2. Department of Equipment Acquisition, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

AbstractTo adapt to the development of equipment, it is necessary to establish an evaluation system for acquisition performance of weapons and equipments. Therefore, this paper establishes a life cycle cost evaluation model with gray theory and evaluates synthetically the acquisition performance of weapons and equipments around cost, reliability and capability by using ANP (Analytical Net Process)method to provide acquisition decision support for optimized performance.

Keywordsweapons and equipments; acquisition; performance; cost; effectiveness

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，武器裝備更新?lián)Q代速度不斷加快，質(zhì)量性能日益提升，隨之而來的是價格的急劇上升。為此，世界各國都在研究如何提高武器裝備的采購效益，在保持武器裝備技術(shù)先進(jìn)性和性能優(yōu)越性的同時，科學(xué)權(quán)衡費用與效能之間的關(guān)系，以實現(xiàn)武器裝備采購的最佳費效比。

在我軍深入推進(jìn)武器裝備采購改革的今天，如何在武器裝備定型之前科學(xué)預(yù)測壽命周期費用，如何運用費用-效能綜合評價方法比較同類武器裝備采購績效的優(yōu)劣，并為最終的采購決策提供參考依據(jù)，已成為當(dāng)前武器裝備采購領(lǐng)域需要解決的現(xiàn)實問題。

1費用-效能研究現(xiàn)狀

費用-效能分析這個術(shù)語最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代美國國防部命令中，要求費用-效能分析必須列入與武器裝備研制和生產(chǎn)合同有關(guān)的標(biāo)書中。20世紀(jì)70年代至80年代底，美國國防部又陸續(xù)頒布了相關(guān)指令，要求把費用、效能、進(jìn)度作為關(guān)鍵性參數(shù)納入武器裝備設(shè)計相關(guān)規(guī)定要求中。到了20世紀(jì)90年代，美國國防部《國防采辦》指令進(jìn)一步規(guī)范、完善這一體系，更加突出了對其武器裝備采購的指導(dǎo)性。另外，費用-效能分析在民用領(lǐng)域也得到應(yīng)用、推廣和發(fā)展，在地方政府采購、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域先后制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將費用和效能結(jié)合起來進(jìn)行績效管理。我國也積極引進(jìn)國外的相關(guān)先進(jìn)理念和管理經(jīng)驗，許多單位和行業(yè)領(lǐng)域開展了費用-效能研究和應(yīng)用。在國防領(lǐng)域，《武器裝備研制項目管理》《裝備費用-效能分析》等文件中也明確，武器裝備研制在滿足技戰(zhàn)術(shù)要求的前提下，要綜合權(quán)衡費用、效能和進(jìn)度，優(yōu)化設(shè)計方案，并規(guī)定了運用此方法的相關(guān)要求和程序。當(dāng)前，武器裝備全壽命周期成本估算方法主要包括類比法、參數(shù)法、工程法等，這些方法的運用都需要大量的實際運行以及使用維護數(shù)據(jù)[1-2]。

本文針對當(dāng)前費用-效能研究現(xiàn)狀，主要研究如何在樣機實驗或模擬仿真階段科學(xué)預(yù)測壽命周期費用，并在此基礎(chǔ)上運用科學(xué)的方法對武器裝備費用-效能進(jìn)行綜合評估。

2影響武器裝備全壽命周期費用的關(guān)鍵因素

全壽命周期費用(Life Cycle Cost，LCC)理論是一種面向過程、面向成本的技術(shù)，它通過研究、分析、預(yù)測未來費用，用凈現(xiàn)值法比較武器裝備采購的各種可選方案，以此實現(xiàn)全壽命周期費用最小或全壽命周期利潤最大化的目標(biāo)。武器裝備的壽命周期費用主要包括采購費用和使用保障費用，據(jù)權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計，武器裝備的使用維護費用占到全壽命周期費用的60%~70%。武器裝備交付部隊使用后，隨著服役期的推進(jìn)，單位時間內(nèi)的采購費用在不斷減少，使用保障費用在不斷增加，兩項費用交叉重疊，就會出現(xiàn)一個武器裝備壽命周期費用最小點(如圖1所示)。武器裝備的采購費用和日常的維護保養(yǎng)費用在樣機研制階段就可以確定，但武器裝備的故障產(chǎn)生規(guī)律及故障維修費用是武器裝備交付使用之前難以確定的費用，此費用也是影響武器裝備全壽命周期費用的關(guān)鍵因素。[3-6]

圖1　壽命周期費用

本文就是運用灰色理論，在武器裝備定型生產(chǎn)之前，研究如何依靠樣機實驗或仿真實驗得到的有限數(shù)據(jù)預(yù)測武器裝備故障發(fā)生規(guī)律，并根據(jù)故障情況分析、計算武器裝備后期使用保障費用的分布函數(shù)，從而確定出采購費用和使用保障費用曲線的交點，即武器裝備經(jīng)濟壽命點，通過此點的位置計算出武器裝備的最小壽命周期費用，為有效綜合評估武器裝備的費用-效能指標(biāo)奠定基礎(chǔ)、提供數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，武器裝備全壽命周期費用影響因素包括采購費用、使用與保障費用和全壽命周期，在采購費用已經(jīng)明確的基礎(chǔ)上，如何通過樣機的故障分布函數(shù)預(yù)測全壽命周期及使用與保障費用成為解決問題的關(guān)鍵。

3武器裝備全壽命周期費用分析

3.1基于灰色系統(tǒng)理論的GM(1,1)預(yù)測模型

灰色理論GM(1,1)的核心思想為，將有限的、朦朧的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加運算處理，變成有規(guī)律的數(shù)列，將生成的累加數(shù)列進(jìn)行函數(shù)擬合之后再生成一組新的數(shù)列，最后通過累減運算對數(shù)列進(jìn)行再處理就得到了最終的擬合數(shù)列和預(yù)測數(shù)列[7]。

為了提高預(yù)測數(shù)列的擬合精度，本文運用灰色關(guān)聯(lián)度方法，將原始故障發(fā)生時間數(shù)列劃分為若干數(shù)列，分別對各個數(shù)列進(jìn)行灰色預(yù)測，并對每個數(shù)列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度計算，依據(jù)所得灰色關(guān)聯(lián)度值對原始數(shù)列后續(xù)的若干預(yù)測值進(jìn)行加權(quán)求和，即可得到新的預(yù)測值，這樣就可大大提高數(shù)據(jù)預(yù)測的精度。具體計算步驟如下。

1) 設(shè)定原始數(shù)列為武器裝備在定型生產(chǎn)之前通過模擬或樣機試驗得到的有限的故障時間間隔

2) 將原始數(shù)列分成m個含不同樣本的子數(shù)列：

3) 分別對上述子數(shù)列求取擬合數(shù)列和和預(yù)測數(shù)列，計算公式為

4) 求取擬合數(shù)列與原數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度，計算公式為

分辨系統(tǒng)一般取0.4~0.6；

5) 求取原始故障時間序列的后續(xù)預(yù)測值，將原始數(shù)列與后續(xù)預(yù)測值相結(jié)合即得到最終的擴充數(shù)列，計算公式為

其中:

3.2武器裝備使用保障費用分布函數(shù)確定

確定武器裝備使用保障費用分布函數(shù)就是確定其費用變化規(guī)律，掌握其變化規(guī)律就可有效計算出壽命周期內(nèi)任意區(qū)間的使用保障費具體數(shù)值，為最小壽命周期費用估算奠定基礎(chǔ)。其求解思路為，利用求得數(shù)列的樣本數(shù)值，運用MATLAB自帶的參數(shù)估計函數(shù)，分別求出正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布函數(shù)的特征參數(shù)值，再把數(shù)列的各樣本值帶入各分布函數(shù)求得累積函數(shù)值，并根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度準(zhǔn)則，求得各分布函數(shù)累積函數(shù)值與經(jīng)驗函數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，最終根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小確定最佳擬合分布函數(shù)[8-9]。具體計算步驟如下。

3) 求取Gj累積序列對于G0序列的關(guān)聯(lián)度，計算公式為

式中:k表示第k次故障;m為使用保障費分布函數(shù)的個數(shù);n為故障次數(shù)。

4) 確定使用保障費的分布函數(shù)類型。dj(G0,Gj)依據(jù)大小進(jìn)行排序，并由最大關(guān)聯(lián)度確定最優(yōu)擬合分布。

3.3武器裝備全壽命周期最小費用估算

目前，對LCC構(gòu)成并沒有統(tǒng)一的定義，但比較典型的定義指出，LCC主要包括研制費用、購置費用和使用與保障費用3項，其中前兩項可合并為采辦費用，由此，武器裝備全壽命周期費用主要包括采辦費用和使用保障費用，采辦費用在訂購之前就可以確定，而使用保障費用主要由瞬時使用保障費和分布函數(shù)乘積確定，即

式中:P為采辦費用;M為單位時間運行維護費用;G(t)為使用保障費分布函數(shù)。經(jīng)濟壽命周期T*可運用MATLAB自帶的有約束最優(yōu)化函數(shù)inline(P·t-1+MG(t)P)求得。

4基于ANP的武器裝備采購費用-效能評估

4.1ANP簡介

ANP網(wǎng)絡(luò)分析法是對AHP層次分析法的改進(jìn)和拓展，它把評估系統(tǒng)分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分，控制層主要由問題目標(biāo)和決策準(zhǔn)則構(gòu)成，而網(wǎng)絡(luò)層主要由受控制層支配的元素組成，并根據(jù)各元素之間的相互作用和反饋，構(gòu)成了相互依存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它改變了層次分析法層級元素間相互獨立、層級間自下而上沒有反饋的弊端，更容易解決現(xiàn)實中的復(fù)雜性評估問題[10]。

4.2運用ANP的評估思路

運用ANP方法進(jìn)行基于費用-效能的武器裝備采購績效評估，其目的主要是通過武器裝備的樣機實驗或仿真實驗，綜合衡量武器裝備的全壽命周期費用、固有能力和可靠性3個關(guān)鍵因素，為最終的采購決策提供依據(jù)。其目標(biāo)控制層以選擇最佳費效比的武器裝備為采購對象，其網(wǎng)絡(luò)層主要由兩部分組成，一部分是決定武器裝備費效比的費用、固有能力和可靠性3個因素，另一部分是構(gòu)成待選方案的同類不同型號武器裝備(具體見圖2)。通過網(wǎng)絡(luò)層各構(gòu)成要素的兩兩比較及超矩陣的反復(fù)迭代運算得出最優(yōu)選擇方案，從而實現(xiàn)武器裝備采購績效的最優(yōu)化。

圖2　武器裝備采購績效評估結(jié)構(gòu)圖

4.3ANP的評估流程

運用ANP對武器裝備采購績效進(jìn)行評估，主要包括以下幾個步驟。

1) 確定武器裝備壽命周期費用、可靠性和固有能力的初值。其中，武器裝備壽命周期費用通過基于灰色理論的GM(1，1)模型求得，可靠性通過武器裝備的經(jīng)濟壽命周期直接反映，固有能力通過武器裝備的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)綜合確定。然后對不同型號武器裝備3個參數(shù)的初值進(jìn)行同一化處理，便于進(jìn)行后續(xù)矩陣計算。

2) 根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)模型中各要素之間的相互作用建立兩兩比較矩陣，并求得矩陣的特征向量。

3) 由兩兩矩陣的特征向量組成初始超矩陣，初始超矩陣經(jīng)過加權(quán)運算后求得加權(quán)超矩陣。

4) 計算極限超矩陣。由加權(quán)超矩陣進(jìn)行n次自乘，直到矩陣各列向量保持不變。

5) 根據(jù)極限超矩陣最終列向量值確定武器裝備采購績效最優(yōu)方案。

5實例應(yīng)用

以某種武器裝備采購為例，軍方訂購部門按照預(yù)先提出的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，組織2家軍工科研單位同時進(jìn)行樣機研制，根據(jù)樣機實驗所得數(shù)據(jù)進(jìn)行全壽命周期費用、可靠性和固有能力估算，并運用基于ANP的武器裝備采購績效費用-效能評估方法，根據(jù)最終所得績效綜合評定數(shù)值選擇所訂購型號。

5.1全壽命周期費用估算

型號I樣機實驗得到的故障時間分布序列為z0={2 617,3 246,3 875,5 774,6 023,6 462,7 311}，購置費為120萬元，年度維護費用為9萬元，運用GM(1,1)模型得到擴充序列為z1={2 617,3 246,3 875,5 774,6 023,6 462,7 311,8 332,9 382,10 572,11 920}，根據(jù)擴充序列數(shù)據(jù)帶入MATLAB相關(guān)函數(shù)分別得到正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布函數(shù)的特征參數(shù)值，進(jìn)而求得與z1所對應(yīng)的累積函數(shù)值序列Gi，最后得到Gi與G0的相對關(guān)聯(lián)度分別為

根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度準(zhǔn)則可確定威布爾函數(shù)分布為最優(yōu)分布。根據(jù)

得到經(jīng)濟壽命周期T*=11 936h，通過公式

估算型號Ⅰ全壽命周期費用為1 138.4萬元。同上法，估算型號Ⅱ經(jīng)濟壽命周期為8 927 h，全壽命周期費用為986.8萬元。

5.2費用-效能綜合評估

依據(jù)壽命周期費用、經(jīng)濟壽命周期，以及通過樣機實驗測得的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到兩種型號武器裝備費用、可靠性和固有能力初始值數(shù)據(jù)表(如表1所示)。

表1 費用-效能初始數(shù)據(jù)表

將初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，考慮方案和屬性的相互作用，區(qū)分方案和屬性分別構(gòu)造兩兩比較矩陣，并求得相應(yīng)特征矩陣。同時考慮3個屬性之間的相互影響，構(gòu)造出加權(quán)超矩陣。

此例中的加權(quán)超矩陣具備2個基本功能：一是運用矩陣運算的方法將兩種型號中的費用、可靠性和固有能力3個屬性對照進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果數(shù)字化。二是將同一型號中的費用、可靠性和固有能力等3個屬性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性通過數(shù)學(xué)方法具體化。通過構(gòu)建加權(quán)矩陣，將武器裝備采購績效問題的定性分析轉(zhuǎn)化為定量結(jié)果，為有效進(jìn)行費用-效能綜合評估奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

由加權(quán)超矩陣經(jīng)過12次自乘運算，得到穩(wěn)定的極限超矩陣。

ANP決策結(jié)果表明，采購型號Ⅱ武器裝備績效較高(0.178 7>0.154 7)，并且費用因素(0.232 1)在采購決策影響中所占比例較大。

6結(jié) 束 語

武器裝備采購績效是軍事裝備學(xué)領(lǐng)域較新的研究課題，它是表征武器裝備采購效益的具體指標(biāo)?；谫M用-效能的武器裝備采購績效分析可以在武器裝備樣機研制或仿真實驗階段運用有限的數(shù)據(jù)綜合權(quán)衡武器裝備全壽命周期費效比，不僅為武器裝備采購提供決策依據(jù)，還可以為規(guī)范武器裝備采購績效評價體系提供方法支撐，有利于促進(jìn)武器裝備采購工作標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、效益化運行。

參考文獻(xiàn)(References)

[1]徐安德.武器系統(tǒng)全壽命周期費用的控制和管理的研究[J].導(dǎo)彈與航天運載技術(shù)，2002(6)：56-61.

[2]朱松山,唐大德.武器裝備經(jīng)濟基本理論[M].北京:國防工業(yè)出版社,2002：24-31.

[3]騰樂天,陳紅兵.LCC在設(shè)備采購中的應(yīng)用實踐[J].華東電力,2007,35(10):27-29.

[4]陳玉波,張柳.產(chǎn)品LCC估算模型研究及仿真分析[J].計算機仿真,2005,22(9):73-75.

[5]張俊.基于全壽命周期成本(LCC)的變電站建設(shè)的決策分析[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2007:124-129.

[6]李清池.導(dǎo)彈武器裝備全壽命周期費用方法及應(yīng)用[J].科技研究，2004(6)：32-33.

[7]鄧聚龍.灰理論基礎(chǔ)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,1986:218-233.

[8]熊云峰,蔡振雄.船舶設(shè)備費用-效能的多層次灰關(guān)聯(lián)綜合評價[J].造船技術(shù),2006(2):1-3.

[9]金家善,史秀鍵.LCC技術(shù)應(yīng)用中的問題分析及建議[J].上海電力,2004(4):280-284.

[10]楊保安,張科靜.多目標(biāo)決策分析[M].上海:東華大學(xué)出版社,2008：60-68.

(編輯：田麗韞)