吳雄清,楊 勇，周 炎，周 陽，王海濱

(北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076)

0 引言

在我國軍事裝備堅持“信息主導(dǎo)、體系建設(shè)、自主創(chuàng)新、持續(xù)發(fā)展”的體系化發(fā)展背景下，必須將未來發(fā)展或改進(jìn)的裝備放在體系的環(huán)境中，開展裝備貢獻(xiàn)率的研究和評估，在整個裝備體系中準(zhǔn)確找到定位，切實將裝備研制、改進(jìn)同體系使命、任務(wù)需求緊密結(jié)合。本文明確了裝備體系貢獻(xiàn)率的定義和評估意義，總結(jié)了多種定性及定量的裝備體系貢獻(xiàn)率評估方法，并給出了評估實例，為后續(xù)裝備體系論證、裝備研制或改進(jìn)中裝備體系貢獻(xiàn)率評估提供有益借鑒。

1 貢獻(xiàn)率概念及意義

裝備貢獻(xiàn)率概念[1]定義為：在特定使命和體系下，裝備在加入體系或替換體系中原有裝備后，對體系完成使命任務(wù)的貢獻(xiàn)程度。

裝備體系貢獻(xiàn)率可表示為

U=(E1-E0)/E0

(1)

式中，E0為參考的基準(zhǔn)體系能力度量值，E1為新裝備加入后被評體系能力度量值。

裝備體系貢獻(xiàn)率研究有以下重要意義：

1)為新裝備論證、研制及裝備升級改造提供依據(jù)。在裝備論證階段，對裝備進(jìn)行貢獻(xiàn)率綜合評估，明確裝備在體系中定位及必要性；

2)為裝備體系規(guī)劃提供依據(jù)。以裝備體系化發(fā)展為指導(dǎo)，通過裝備體系貢獻(xiàn)率研究，明確體系中緊缺要素、裝備及裝備發(fā)展優(yōu)先級，支撐裝備體系論證和科學(xué)規(guī)劃；

3)為裝備體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化、演化提供支撐；

4)推動裝備體系、技術(shù)體系、研制能力體系協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 裝備體系貢獻(xiàn)率評估方法

裝備體系貢獻(xiàn)率評估，即針對被評估裝備體系，明確使命任務(wù)、場景，構(gòu)建相應(yīng)能力、裝備體系，進(jìn)行裝備體系貢獻(xiàn)率定性評估或定量評估。

2.1 定性評估方法

定性評估方法可按體系使命-任務(wù)-能力-裝備體系的層次分解逐層從以下幾個方面論述：

1)裝備可支撐完成的新對抗樣式；

2)裝備具備的任務(wù)能力，以及填補的任務(wù)、能力、裝備體系要素空白等；

3)在體系中，本裝備對其他裝備、任務(wù)的支撐能力；

4)可以完成的非對稱優(yōu)勢等；

5)以新理論支撐的新樣式下裝備發(fā)展、新體系領(lǐng)域下裝備發(fā)展，以及新領(lǐng)域下對于國防基礎(chǔ)工業(yè)、技術(shù)領(lǐng)域的牽引能力等。

2.2 定量評估方法

目前，裝備體系貢獻(xiàn)率定量評估方法主要包括基礎(chǔ)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)比較法、綜合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)灰靶比較法、基于裝備體系層次的網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)、基于體系仿真及效能評估法等。

2.2.1 基礎(chǔ)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)比較法

基礎(chǔ)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)比較法是將新裝備與在役、在研的國內(nèi)外同類裝備進(jìn)行關(guān)鍵技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)逐項橫向比較、計算性能提升百分比，通過關(guān)鍵技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的比較評價新裝備與同類型裝備間的受關(guān)注指標(biāo)性能，進(jìn)行一定程度上的定量評估。

2.2.2 綜合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)灰靶比較法

綜合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)灰靶比較法基于灰靶理論[1]，將目標(biāo)裝備與現(xiàn)有國內(nèi)外同類裝備樣本作為參考，通過技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)體系生成該類裝備的標(biāo)準(zhǔn)模式裝備，計算裝備與標(biāo)準(zhǔn)模式各技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的靶心度，最后根據(jù)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的權(quán)重獲取裝備與標(biāo)準(zhǔn)模式的靶心度，進(jìn)行目標(biāo)裝備與其他裝備之間綜合能力比較、近似等效評估裝備貢獻(xiàn)率。

基于灰靶理論的裝備貢獻(xiàn)率評估方法和步驟[2-4]如下：

(1)建立裝備技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)體系，獲取權(quán)重

建立影響裝備能力的所有技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)、權(quán)重。權(quán)重可采用專家綜合打分法或基于仿真的靈敏度分析和定量估算。

(2)獲取所有目標(biāo)裝備及參考裝備的指標(biāo)數(shù)據(jù)

假定裝備具有n個指標(biāo)，采用m個同類型裝備進(jìn)行灰靶比較(包含需要進(jìn)行貢獻(xiàn)度評估的目標(biāo)裝備)，其指標(biāo)用wij表示

wij=(wij(1),wij(2),…wij(n))，
wij(k)∈wij?k∈K={1,2,…,n}，
i∈{1,2,…,m}
w(k)=(w1(k),w2(k),…wm(k))，
wij(k)∈w(k)?i∈I={1,2,…,m}

(2)

式中，w(k)稱為k指標(biāo)模式列，簡稱k指標(biāo)列。

(3)確定各性能指標(biāo)的極性，取得標(biāo)準(zhǔn)模式

令POL(max)，POL(min)，POL(mem)分別表示極大、極小、適中極性值。

并稱序列w0=(w0(1),w0(2),…，w0(n))為標(biāo)準(zhǔn)模式。

(4)進(jìn)行灰靶變換，計算指標(biāo)模型序列中的指標(biāo)k的灰關(guān)聯(lián)度

令Tr為灰靶變換，得到指標(biāo)k的灰關(guān)聯(lián)度x(k)

x(k)=(x1(k),x2(k),…,xm(k)),
(xij(k)∈x(k)?xij(k)=Trwij(k)
x0=(x0(1),x0(2),…x0(n)),
x0(k)∈x0?x0(k)=Trw0(k)

(3)

x0稱為標(biāo)準(zhǔn)靶心。

式中，Tr定義如下[3]

(4)

一種常見的灰靶變換為

(5)

此時，x0=(1,1,…1)，x0(k)=1

(5)獲得灰關(guān)聯(lián)差異信息空間

灰關(guān)聯(lián)差異信息空間定義為

ΔGR={Δ,ζ,Δ0i(max),Δ0i(min)}

(6)

式中，Δ={Δ0i(k)|i∈I={1,2,…,m},

k∈K={1,2,…,n}}

Δ0i(k)=|x0(k)-xi(k)|=|1-xi(k)|

(7)

式中，Δ0i(k)為x0(k)與xij(k)之間的差異信息，ζ=0.5

(8)

(9)

(6)計算模式i對標(biāo)準(zhǔn)模式在指標(biāo)k的靶心系數(shù)

(10)

(7)考慮技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的權(quán)重因素，加權(quán)計算模式i對標(biāo)準(zhǔn)模式靶心度[4-5]

各指標(biāo)對裝備的重要性權(quán)重假定為f=(f1,f2,…，fn)T,則加權(quán)后模式i對標(biāo)準(zhǔn)模式的靶心度為

(11)

(8)各模式靶心度計算、貢獻(xiàn)度排序

計算各模式對標(biāo)準(zhǔn)模式的靶心度，并進(jìn)行排序，靶心度越大表示越接近標(biāo)準(zhǔn)模式，綜合效能越強(qiáng)，等效近似認(rèn)為裝備貢獻(xiàn)率越大。

2.2.3 基于裝備體系的網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)

裝備體系需求描述建立從使命到任務(wù)、任務(wù)到能力、能力到系統(tǒng)的映射關(guān)系，完整的裝備體系層次結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示[1-2]，包括自上而下的分解過程和自下而上的聚合過程。

圖1 裝備體系層次結(jié)構(gòu)關(guān)系Fig.1 Equipment SOS architecture

基于使命、任務(wù)、能力、裝備系統(tǒng)的裝備體系網(wǎng)絡(luò)層次分析法，通過裝備系統(tǒng)到能力、任務(wù)、使命的自底向上逐層聚合裝備能力、任務(wù)、使命的貢獻(xiàn)權(quán)重，最終將裝備對能力的權(quán)重轉(zhuǎn)移為對于使命的全局權(quán)重，從而獲得裝備對體系的貢獻(xiàn)率，可表示為[1]

U(Zm)=∑kU(Zm，Ck)·
(∑iU(Ck，Ti)·U(Ti))

(12)

式中，U(Ti)為任務(wù)Ti對體系完成使命的權(quán)重；U(Ck,Ti)為能力Ck對任務(wù)Ti的權(quán)重；U(Zm,Ck)為裝備Zm對能力Ck的權(quán)重；U(Zm,Sj)為裝備Zm對系統(tǒng)Sj的權(quán)重；U(Zm)為裝備Zm對體系的貢獻(xiàn)度。

基于使命、任務(wù)、能力、裝備系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層次分析法的關(guān)鍵是獲取各層次要素對上層次要素的綜合權(quán)重，按照式(12)最終計算出裝備體系貢獻(xiàn)率。

基于網(wǎng)絡(luò)層次法的裝備體系貢獻(xiàn)率評估流程如圖2所示。

圖2 基于ANP的裝備體系貢獻(xiàn)率評估流程Fig.2 ANP evaluation process of equipment contribution rate to SOS

2.2.4 基于體系仿真及效能評估法[6]

基于體系仿真及效能評估的貢獻(xiàn)率評估方法的基本思想是在整個裝備體系運行過程中，由于使用目標(biāo)裝備而使體系效能得到提升，提升的部分即為該裝備的體系貢獻(xiàn)率。

假定不包含目標(biāo)裝備的體系基線狀態(tài)下的體系效能為E0，加入目標(biāo)裝備后體系效能評估值為E1，可通過以下兩種方法進(jìn)行目標(biāo)裝備貢獻(xiàn)率評估：

1)通過兩次效能評估差值ΔE=E1-E0或者 ΔE/E0，粗略等效目標(biāo)裝備對體系效能貢獻(xiàn)率；

2)在體系效能評估過程中解析獲得效能評估指標(biāo)體系中各級指標(biāo)的統(tǒng)一化加權(quán)效能值，分析目標(biāo)裝備與效能評估指標(biāo)體系之間的關(guān)系，構(gòu)建目標(biāo)裝備對指標(biāo)效能的支持度矩陣，根據(jù)支持度矩陣以及各級指標(biāo)效能，按效能評估指標(biāo)體系逐層聚合，綜合計算裝備對體系效能的貢獻(xiàn)率。

2.3 改進(jìn)的綜合評估方法

從復(fù)雜度、應(yīng)用場景、缺點、難點等方面，對上述裝備體系貢獻(xiàn)率評估方法進(jìn)行比較分析，如表1所示。

表1 裝備體系貢獻(xiàn)率評估方法比較

針對基于裝備體系的網(wǎng)絡(luò)層次分析法能力指標(biāo)評估難題、基于體系仿真及效能評估法中評估指標(biāo)及評估方法選取難題，可以采用兩者結(jié)合的方式進(jìn)行綜合評估：

1)基于層次分析法中任務(wù)-能力分解矩陣，以能力指標(biāo)作為體系仿真及效能評估指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)體系，進(jìn)行基于能力的效能評估；

2)基于體系仿真試驗的能力指標(biāo)評估結(jié)果作為層次分析法中能力評估值完成裝備體系貢獻(xiàn)率評估。

改進(jìn)的綜合評估方法綜合了兩方面的優(yōu)勢，解決了兩種方法的難題，能夠?qū)ρb備體系貢獻(xiàn)率進(jìn)行精確的評估，評估流程如圖3所示。

圖3 改進(jìn)的裝備體系貢獻(xiàn)率評估流程Fig.3 Improved evolution process of equipment contribution rate to SOS

3 裝備體系貢獻(xiàn)率評估實例

3.1 綜合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)灰靶比較法評估實例

假定某類型裝備，技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)體系包括：最大航程、最小航程、抗毀能力、反應(yīng)能力、持續(xù)能力(以下表中簡稱指標(biāo)Z1～Z5)。其中最大航程、抗毀能力、持續(xù)能力為極大極性值，最小航程、反應(yīng)能力為極小極性值。

選取同類型3型參考裝備樣本(ZB1～ZB3)與目標(biāo)裝備(ZB0)進(jìn)行灰靶比較，目標(biāo)裝備及參考裝備技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)(假定)如表2所示，并獲取標(biāo)準(zhǔn)模式裝備各項技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。

表2 目標(biāo)、參考及標(biāo)準(zhǔn)模式裝備技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)

采用式(5)進(jìn)行灰靶變換,按式(7)計算各裝備各指標(biāo)的灰關(guān)聯(lián)度差異信息。

由式(8)及(9)得到Δ0i(max)=0.925，Δ0i(min)=0。

根據(jù)式(10)，計算各裝備各指標(biāo)對標(biāo)準(zhǔn)模式裝備對應(yīng)指標(biāo)的靶心系數(shù)，如表3所示。

表3 各裝備各指標(biāo)對標(biāo)準(zhǔn)裝備對應(yīng)指標(biāo)靶心系數(shù)

為全面對各型裝備進(jìn)行評估，需要將各裝備所有指標(biāo)的靶心系數(shù)進(jìn)行加權(quán)。對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行歸一化處理。假定各指標(biāo)權(quán)重分別為1,0.3,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4，進(jìn)行統(tǒng)一化處理，根據(jù)式(11)計算各裝備對標(biāo)準(zhǔn)模式裝備的所有指標(biāo)加權(quán)靶心系數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 各裝備對標(biāo)準(zhǔn)模式裝備加權(quán)靶心系數(shù)

由表4最終灰靶比較結(jié)果可以看出，各裝備相對于標(biāo)準(zhǔn)模式裝備的靶心系數(shù)排序分別為裝備3≈目標(biāo)裝備>裝備1>裝備2，目標(biāo)裝備由于各項均衡的綜合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)性能，實現(xiàn)了與裝備3近似優(yōu)異的綜合性能。通過上述排序，可近似評估目標(biāo)裝備在目前同類裝備體系中具備較好的貢獻(xiàn)率。

3.2 基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)評估實例

假定：

1)遂行某任務(wù)T需要的能力C，并由子能力C1,C2,C3,C4,C5組成，權(quán)值分別為0.2,0.1,0.3,0.3,0.1；

2)新增裝備系統(tǒng)能夠支撐C2,C3,C5子能力；

3)C2子能力由C21,C22能力指標(biāo)評估，權(quán)重分別為0.5,0.5；

4)C3子能力由C31,C32,C33能力指標(biāo)評估，權(quán)重分別為0.3,0.3,0.4；

5)C5子能力由C51,C52,C53能力指標(biāo)評估，權(quán)重分別為0.3,0.4,0.3。

對新增某裝備系統(tǒng)后的被評體系、與現(xiàn)有裝備系統(tǒng)構(gòu)建的基準(zhǔn)體系進(jìn)行貢獻(xiàn)率評估分析。

結(jié)合專家模糊綜合評估評判，按照采用評價集V={優(yōu)-1、良-0.75、中-0.5、次-0.25、差-0}5個等級對評估指標(biāo)進(jìn)行判定，如表5所示。

表5 指標(biāo)量化評估

按照體系能力聚合評估方法，進(jìn)行能力項聚合計算可得任務(wù)T-能力C映射矩陣，表6中給出了能力C各子能力的變化情況，下劃線部分代表該裝備系統(tǒng)對體系能力的提升點。

表6 任務(wù)T-能力C映射矩陣

以任務(wù)T為背景，基準(zhǔn)體系的能力C各子能力C1,C2,C3,C4,C5分別為0.5,0.5,0.4,0.7,0.575，能力C綜合量化值為0.5375；被評體系的能力C各子能力C1,C2,C3,C4,C5分別為0.5,0.875,0.925,0.7,0.925，能力C綜合量化值為0.7675。

根據(jù)體系貢獻(xiàn)率定義，該新增裝備系統(tǒng)對任務(wù)T的能力C的貢獻(xiàn)率為

Vd=(C被評體系-C基準(zhǔn)體系)/C基準(zhǔn)體系=42.8%

(13)

針對目標(biāo)體系，對使命下多種任務(wù)進(jìn)行基于能力的貢獻(xiàn)率分析，綜合評估該裝備對于體系貢獻(xiàn)率。

4 結(jié)論

本文分析了裝備貢獻(xiàn)率評估的幾種方法，通過定性描述及技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)比較、綜合技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)灰靶比較法結(jié)合進(jìn)行簡單評估，基于裝備體系的網(wǎng)絡(luò)層次分析法、基于體系仿真及效能評估法具備較好的體系及裝備貢獻(xiàn)率評估能力，但分別存在能力指標(biāo)評估、評估指標(biāo)構(gòu)建及效能評估方法上的難題。本文結(jié)合基于裝備體系的網(wǎng)絡(luò)層次分析法、基于體系仿真及效能評估法兩種方法特點及優(yōu)勢，提出了將兩種方法結(jié)合的改進(jìn)綜合評估方法及流程，以層次分析法的任務(wù)-能力分解矩陣支撐體系仿真構(gòu)建指標(biāo)體系及仿真系統(tǒng)，開展效能評估，以體系仿真支撐網(wǎng)絡(luò)層次分析法進(jìn)行能力指標(biāo)評估，實現(xiàn)裝備體系貢獻(xiàn)率的準(zhǔn)確評估，為裝備體系論證、規(guī)劃、評估提供有效支撐，并適應(yīng)體系擴(kuò)展及演進(jìn)。