張　恒，馮偉強(qiáng)（海軍裝備研究院，北京 100161）

水面艦艇流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估方法研究

張恒，馮偉強(qiáng)
（海軍裝備研究院，北京 100161）

為在水面艦艇研制主要設(shè)計(jì)階段全面掌握流體性能關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展情況，根據(jù)流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估的主要內(nèi)容，建立流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系。在分析常用評估方法適用性的基礎(chǔ)上，提出基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法開展流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估。實(shí)例應(yīng)用表明，該評估方法適用可行，較科學(xué)全面地評價(jià)出主要設(shè)計(jì)階段流體性能關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展，為艦艇總體設(shè)計(jì)階段決策提供科學(xué)依據(jù)。

水面艦艇；流體性能；關(guān)鍵技術(shù)評估方法

0　引 言

艦船武器裝備具有研制周期長、投資數(shù)額大、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高、影響因素多等特點(diǎn)，由此決定了對它進(jìn)行管理與控制的復(fù)雜性，只要一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就可能會(huì)出現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)變化、研制周期延長、費(fèi)用開支增加等問題，造成很大的軍事經(jīng)濟(jì)損失和影響。流體性能作為水面艦艇平臺(tái)的主要性能之一，流體性能（快速性、耐波性、操縱性）綜合優(yōu)化，螺旋槳、舵、輔助推進(jìn)器、減搖裝置等關(guān)鍵技術(shù)的突破與否是艦船平臺(tái)成功研制的基礎(chǔ)。為在水面艦艇研制過程中主要設(shè)計(jì)階段及時(shí)掌握流體性能關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展，支撐軍方對研制過程的監(jiān)督與控制，促使流體性能關(guān)鍵技術(shù)研究工作科學(xué)有效開展，達(dá)到主要作戰(zhàn)使用要求，有必要在主要設(shè)計(jì)階段開展系統(tǒng)全面的流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估工作。

目前，國內(nèi)在水面艦艇主要設(shè)計(jì)階段對流體性能關(guān)鍵技術(shù)評價(jià)以定性分析為主，且主要分析指標(biāo)符合性，評價(jià)不夠系統(tǒng)全面。本文主要建立一套適用于水面艦艇設(shè)計(jì)階段的流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系和評估方法，為科學(xué)開展流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估提供技術(shù)支撐。

1　流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估的特點(diǎn)

科技項(xiàng)目評估包含項(xiàng)目前評估（事前評估，立項(xiàng)評估）、項(xiàng)目過程評估（事中評估，進(jìn)展評估）和項(xiàng)目后評估（事后評估，績效評估）三類。水面艦艇流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估主要在項(xiàng)目研制過程中進(jìn)行評估，屬于項(xiàng)目過程評估，而水面艦艇研制一般分為立項(xiàng)論證階段、方案階段（方案設(shè)計(jì)、深化方案設(shè)計(jì)）、工程研制階段（技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、建造，初樣機(jī)設(shè)計(jì)、正樣機(jī)設(shè)計(jì)、試制，試驗(yàn)）、設(shè)計(jì)定型階段。流體性能關(guān)鍵技術(shù)在技術(shù)設(shè)計(jì)完成后基本固化，因此，流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估主要在方案設(shè)計(jì)、深化方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)階段開展。作為艦船研制過程中項(xiàng)目評估的一部分，流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估具有如下特點(diǎn)：

監(jiān)測性。流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估是在項(xiàng)目實(shí)施過程中進(jìn)行的針對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展情況和由此產(chǎn)生的發(fā)展和變化的評估，根據(jù)水面艦艇型號研制計(jì)劃和各階段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際數(shù)據(jù)和項(xiàng)目后續(xù)發(fā)展的預(yù)測數(shù)據(jù)開展評估，監(jiān)測在研制中具有持續(xù)性。

動(dòng)態(tài)性。流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估是在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中不斷推進(jìn)的一種跟蹤和評估工作，包括對于流體性能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展情況的動(dòng)態(tài)檢測和跟蹤，對于關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展及其所帶來影響的動(dòng)態(tài)評估，對于關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施方案和項(xiàng)目整體方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整等。

階段性。流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估是在方案設(shè)計(jì)、深化方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)階段分別開展，所以它又具有階段性的特性，一般一個(gè)階段跟蹤評估一次。

控制性。流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估的根本目的是確保關(guān)鍵技術(shù)成功突破和項(xiàng)目順利實(shí)施，所以評估主要為項(xiàng)目實(shí)施中的管理控制服務(wù)，因此它還具有控制性的特性。

集成性。是指綜合評估關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施過程滿意度、目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度、實(shí)現(xiàn)的效益和對后續(xù)發(fā)展的影響等因素，而不能只是評估其中的某個(gè)單一要素。

適度性。關(guān)鍵技術(shù)評估應(yīng)控制在一定范圍，不應(yīng)影響項(xiàng)目的正常進(jìn)行和繼續(xù)實(shí)施，所以過程評估應(yīng)注意適度原則。

2　關(guān)鍵技術(shù)評估方法的選擇原則

可用于關(guān)鍵技術(shù)評估的常用分析方法很多，包括層次分析法、多屬性效用理論、模糊綜合評估方法、灰色關(guān)聯(lián)度評估方法、主成分綜合評價(jià)方法、技術(shù)成熟度法等，在評估實(shí)施過程中應(yīng)結(jié)合評估目的與流體性能關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)，選擇適用的評估方法，評估方法的選擇應(yīng)遵循以下原則：

與評估目的匹配原則。評估方法是實(shí)現(xiàn)評估目的的技術(shù)手段，評估目的與評估方法的匹配是體現(xiàn)評估科學(xué)性的重要方面。

評估方法可信原則。所選評估方法應(yīng)有科學(xué)的理論基礎(chǔ)，易于理解或被接受，盡量排除各種信息中的個(gè)人偏好，確保評估結(jié)果的客觀性與可信度。

評估方法簡明性原則。所選評估方法應(yīng)簡單明了，盡量降低評估的復(fù)雜性，便于評估的實(shí)施。

3　基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法

3.1評估流程

模糊評估作為模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用方法，主要應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評估事物相關(guān)的各個(gè)因素，對評估對象進(jìn)行綜合評估。模糊評估主要思想是首先定義一組評語（評價(jià)等級）集合，如（優(yōu)、良、中、一般、差）等，然后獲取評估指標(biāo)的評估矩陣，再將所有指標(biāo)的評估值利用一組設(shè)定的隸屬度函數(shù)將這些評估值轉(zhuǎn)化為隸屬度，形成模糊評判矩陣，最后通過引入指標(biāo)權(quán)重向量，經(jīng)過模糊變換運(yùn)算最終得到一個(gè)具體的評估結(jié)果，該方法適用于較大系統(tǒng)的多屬性決策分析，對定性指標(biāo)較多的評估問題較適用。考慮到流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估中，評估指標(biāo)以定性指標(biāo)為主，且指標(biāo)層次較多，因此，采用基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法開展水面艦艇流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估。建立過程如圖1所示。

3.2建立評估指標(biāo)體系

針對快速性、操縱性、耐波性三大方面指標(biāo)，從性能評估和技術(shù)成熟度 2個(gè)一級指標(biāo)入手，逐層分解建立流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系，性能評估指標(biāo)包括性能指標(biāo)符合性、性能技術(shù)水平、與設(shè)計(jì)深度要求符合性、成果可信度與可靠度等；技術(shù)成熟主要包括船體、附體、螺旋槳、舵減搖鰭等技術(shù)成熟度。

評估指標(biāo)體系確定后，就可確定評判對象的影響因素集合，也稱為指標(biāo)集，用 U 表示，即 U=｛u1，u2，…，un｝，ui為影響因素，共有 n個(gè)影響因素。

3.3確定各層指標(biāo)權(quán)重

按層次分析法采用兩兩比較法確定各層指標(biāo)的權(quán)重，比較 n個(gè)元素 x1，x2，…，xn對準(zhǔn)則的影響，以確定它們在準(zhǔn)則中所占的比重。每次取 2個(gè)元素 xi和 xj，用 aij表示 xi與 xj關(guān)于準(zhǔn)則的相對重要程度之比，其全部比較結(jié)果可用如下矩陣表示：

該矩陣即為判斷矩陣。判斷矩陣中的賦值 aij表示元素 xi關(guān)于元素 xj的重要程度的賦值。對判斷矩陣求出其各特征值，其中最大的實(shí)特征值對應(yīng)的特征向量即為相對的權(quán)重，一般將其歸一化得到最終的權(quán)重 W=（w1，w2，…，wn）。

3.4確定評語集合

設(shè)定模糊綜合評價(jià)的評語集為：

式中 vj代表不同的評價(jià)等級，每個(gè)等級對應(yīng) 1個(gè)模糊子集。一般地，m ?。?，7］中的整數(shù)。m 通常取奇數(shù)，這樣可以有一個(gè)中間等級，便于判斷被評價(jià)事物的等級歸屬，如 V=｛優(yōu)，良，中，一般，差｝。

3.5進(jìn)行單指標(biāo)評估

從流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系中的指標(biāo)集出發(fā)進(jìn)行評估，確定各指標(biāo)的隸屬度，設(shè)評估對象按因素集中第i個(gè)因素 ui進(jìn)行評估時(shí)，對評語集中第j個(gè)元素 vj的隸屬度為 rij，則按第i個(gè)因素 ui評估的結(jié)果可用模糊集合表示為：

它是評語集 V 上的一個(gè)模糊集合。將 n個(gè)因素的評估集組成一個(gè)總的單因素評估矩陣：

最后，（U，V，R）就構(gòu)成了一個(gè)單因素模糊綜合評估模型。

3.6綜合評估

對于權(quán)重 W=（w1，w2，…，wn），取 max-min 合成運(yùn)算，即用模型 M（∧，∨）計(jì)算可得：

乘積求和算子不僅考慮了所有因素的影響，而且保留了單因素評價(jià)的全部信息，因此比較適合于多級模糊綜合評價(jià)的情形，因此采用乘積求和算子進(jìn)行綜合評價(jià)。

經(jīng)過上述計(jì)算，每個(gè)被評價(jià)對象的模糊綜合評估結(jié)果都表現(xiàn)為 1個(gè)模糊向量，向量中的元素為評語集上的1個(gè)模糊子集 bj，表示對于評語 vj的隸屬度。最后，將評語集用 1 分制數(shù)量化，則將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，將評語集 V=｛優(yōu)，良，中，一般，差｝數(shù)量化為 V=｛1（優(yōu)），0.9（良），0.8（中），0.7｛一般｝，0.6（差）｝，則得總評價(jià)結(jié)果。

4　實(shí)例應(yīng)用

按照以上流程和方法，對某型艦方案設(shè)計(jì)階段流體性能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行以下評估：

1）確定指標(biāo)體系和指標(biāo)集

采用圖2～圖4所示評估指標(biāo)體系，確定評估指標(biāo)集，其中快速性包括 10個(gè)指標(biāo)，操縱性包括7個(gè)指標(biāo)，耐波性包括 12個(gè)指標(biāo)。應(yīng)用層次分析法兩輛比較得出各指標(biāo)權(quán)重，例如對于快速性指標(biāo)如表1所示。

2）確定評語集合和單指標(biāo)評估

設(shè)定模糊綜合評價(jià)的評語集為：

按照優(yōu)、良、中、一般、差 5個(gè)等級制定各指標(biāo)評估標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

通過專家評價(jià)打分確定單指標(biāo)的評價(jià)矩陣。

3）綜合評估

圖2　快速性關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系Fig.2　The index system of the ship resistance and performance

圖3　操縱性關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系Fig.3　The index system of the maneuvering

圖4　耐波性關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)體系Fig.4　The index system of the seakeeping

表1　快速性關(guān)鍵技術(shù)評估指標(biāo)權(quán)重Tab.1 The index weight of the ship resistance and performance

表2　單指標(biāo)評估標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The evaluation criterion of the index

乘積求和算子分別進(jìn)行快速性、操縱性、耐波性關(guān)鍵技術(shù)評估，得出評估結(jié)果如下：

將評語集用 1 分制數(shù)量化，則將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，可得到總分。將評語集 V=｛優(yōu)，良，中，一般，差｝數(shù)量化為 V=｛1（優(yōu)），0.9（良），0.8（中），0.7｛一般｝，0.6（差）｝，則得總評分為如圖5和表3所示。

以上評估結(jié)果綜合考慮了設(shè)計(jì)階段性能指標(biāo)的符合性、性能技術(shù)水平、與設(shè)計(jì)深度要求符合性、成果可信度與可靠度等方面因素，較全面地反映了該階段流體性能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展情況。

表3　綜合評估結(jié)果Tab.3 The integrated evaluation result

圖5　綜合評估結(jié)果Fig.5　The integrated evaluation result

5　結(jié) 語

本文在分析水面艦艇主要設(shè)計(jì)階段流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了流體性能關(guān)鍵技術(shù)方法選擇的原則。根據(jù)常用評估方法的適用性，確定采用基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法進(jìn)行流體性能關(guān)鍵技術(shù)評估，提出了評估流程。實(shí)例應(yīng)用表明，該評估方法適用可行，較科學(xué)全面的評價(jià)出主要設(shè)計(jì)階段流體性能關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展，為艦艇總體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)階段決策提供科學(xué)依據(jù)。

［1］戚安邦.項(xiàng)目論證與評估［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：1.

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Research on integrated evaluation method for fluid performance technology of surface warship

ZHANG Heng，F(xiàn)ENG Wei-qiang
（Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China）

In order to control the research progress of fluid performance technology for surface warship in the design stage，the evaluation index for fluid performance technology of surface warship were determined ，and the index hierarchy was constructed.The application of the evaluation method was analysed，and the integrated evaluation method was established based on analytic hierarchy process and fuzzy evaluation.It present computation and analysis for the application process of ship example.The integrated evaluation method can evaluate the research progress of fluid performance technology for surface warship in the design stage，which can give technique support in the decision of ship development stage.

surface warship；fluid perform；evaluation method

U 661.32

A

1672-7619（2016）07-0021-05

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.07.005

2015-11-09

張恒（1981-），男，工程師，主要從事艦船總體論證與總體技術(shù)研究。