劉 帥，王 瑞，張宏江，黎云兵

（1.航天工程大學(xué)研究生院，北京 101416；2.陸軍裝甲兵學(xué)院演訓(xùn)中心，北京 100072；3.陸軍裝備部駐武漢地區(qū)軍事代表局，武漢 430000）

0 引言

裝備性能試驗(yàn)是在規(guī)定的環(huán)境和條件下，檢驗(yàn)裝備是否達(dá)到裝備立項(xiàng)和研制明確要求的主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，驗(yàn)證裝備邊界性能和使用維護(hù)底數(shù)的試驗(yàn)活動(dòng)，其結(jié)論是裝備狀態(tài)鑒定審查的重要依據(jù)，為后續(xù)作戰(zhàn)試驗(yàn)、在役考核奠定基礎(chǔ)［1-3］。新形勢下的裝備性能試驗(yàn)要求突出高原高寒、高溫高風(fēng)沙、復(fù)雜水文氣象等邊界極限性能考核，探索開展多因素綜合條件下的環(huán)境適用性考核。裝備環(huán)境適用性是指裝備在其預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實(shí)現(xiàn)其預(yù)定功能、性能和不被破壞的能力［4-5］。

沙漠環(huán)境具有太陽輻射強(qiáng)、地表溫度高、風(fēng)沙強(qiáng)度大等特點(diǎn)，是裝甲裝備使用過程中的一種典型環(huán)境，對(duì)于裝甲裝備防護(hù)涂層、光電設(shè)備、電子設(shè)備及正常技戰(zhàn)術(shù)性能的發(fā)揮有著諸多不利影響。當(dāng)前，在沙漠環(huán)境對(duì)武器裝備性能影響［6-7］和沙漠環(huán)境模擬試驗(yàn)方法［8-9］兩方面的研究成果較多，對(duì)裝備在沙漠環(huán)境下的適用性評(píng)估方面研究成果較少。本文通過對(duì)裝甲裝備功能及性能受沙漠環(huán)境影響的深入分析，構(gòu)建了裝甲裝備沙漠環(huán)境下的適用性試驗(yàn)考核指標(biāo)體系，綜合利用層次分析法（AHP）、結(jié)構(gòu)分析法（ADC）和模糊綜合評(píng)判相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝甲裝備在沙漠環(huán)境下適用性的定量評(píng)估。

1 沙漠環(huán)境對(duì)裝甲裝備的影響分析

沙漠環(huán)境對(duì)裝甲裝備性能與作戰(zhàn)能力的影響因素可歸納為高溫干熱、大風(fēng)沙塵和太陽輻射3 個(gè)方面。

1.1 高溫干熱對(duì)裝甲裝備的影響

裝備在高溫干熱環(huán)境下部件會(huì)加速熱老化、氧化及結(jié)構(gòu)軟化、融化、升華，油液會(huì)發(fā)生物理膨脹、粘度下降、蒸發(fā)及物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)；裝甲裝備的炮管在太陽長時(shí)間照射和地表反射熱的影響下會(huì)發(fā)生熱分布不均衡，并產(chǎn)生微小變形，造成系統(tǒng)準(zhǔn)確度嚴(yán)重降低；地面高溫散發(fā)的熱波會(huì)折射光線，加之光學(xué)設(shè)備對(duì)熱波的放大效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致觀瞄設(shè)備對(duì)目標(biāo)的觀察及識(shí)別精度下降；空氣密度下降會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)降低，對(duì)裝備的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性造成不利影響；持續(xù)高溫還會(huì)導(dǎo)致裝備散熱系統(tǒng)能力降低，引起發(fā)動(dòng)機(jī)過熱等多種形式的故障。

1.2 大風(fēng)沙塵對(duì)裝甲裝備的影響

沙塵對(duì)裝備造成的損傷類型主要包括磨損、阻塞及侵蝕等形式。沙塵可通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)艙，加速氣缸、活塞等運(yùn)動(dòng)部件的磨損；強(qiáng)風(fēng)揚(yáng)沙會(huì)對(duì)裝備外表有一定的沖擊打磨作用，長時(shí)間暴露在此種環(huán)境下，會(huì)造成裝備涂裝的磨蝕、磨損，損害裝備外觀特性。裝備空氣濾清器易受沙塵影響發(fā)生阻塞，同時(shí)積沙還會(huì)阻塞油路，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足、熄火，甚至無法啟動(dòng)；沙塵也可造成信息化設(shè)備等通風(fēng)或冷卻受阻，嚴(yán)重時(shí)引起著火危害。電氣觸頭周邊的積沙會(huì)使接觸電阻增大，導(dǎo)致電路發(fā)熱增加，造成電路性能降低，發(fā)生短路或燒毀電氣設(shè)備。

1.3 強(qiáng)太陽輻射對(duì)裝甲裝備的影響

光化學(xué)效應(yīng)和加熱效應(yīng)是太陽輻射造成裝備零部件損傷的主要因素。沙漠高溫干熱環(huán)境加之陽光中較高的紫外線強(qiáng)度，會(huì)造成裝備中由橡膠、塑料為主要成分的密封部件加速老化、損壞，密封性能降低，造成氣、油液系統(tǒng)密封件漏氣、漏油，甚至引起液壓系統(tǒng)管路爆裂。強(qiáng)太陽輻射造成的熱效應(yīng)會(huì)引起裝備零部件短時(shí)高溫、局部過熱，給裝備表面帶來較大的附加溫升，使有機(jī)絕緣材料的材質(zhì)性能降低，造成材料變形及運(yùn)動(dòng)零件的卡死或松動(dòng)。

2 沙漠環(huán)境適用性試驗(yàn)指標(biāo)體系構(gòu)建

地溫高、溫差大、降水少、沙塵多、日照強(qiáng)是沙漠環(huán)境的主要特點(diǎn)。因此，該環(huán)境下的適用性試驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)上述環(huán)境要素進(jìn)行試驗(yàn)指標(biāo)體系構(gòu)建。

2.1 典型環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)指標(biāo)

包括高溫、溫度沖擊、太陽輻射和砂塵適應(yīng)性4個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)。目的是考核裝甲裝備在上述環(huán)境下底盤系統(tǒng)、偵察系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、定位定向系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)動(dòng)作等基本性能是否滿足指標(biāo)要求。

2.2 火力打擊性能試驗(yàn)指標(biāo)

包括立靶密集度和命中概率共2 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)。目的是考核裝甲裝備靜止和運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)靜止或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的打擊性能。

2.3 火控系統(tǒng)性能試驗(yàn)指標(biāo)

包括偵察系統(tǒng)作用距離、通信系統(tǒng)作用距離和定位定向系統(tǒng)性能共3 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)。目的是考核裝甲裝備偵察系統(tǒng)（包括可見光、微光、紅外、激光等各種波段偵察設(shè)備）、通信系統(tǒng)作用距離以及定位定向系統(tǒng)（包括北斗、GPS 和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）定位定向性能是否滿足指標(biāo)要求。

2.4 底盤系統(tǒng)性能試驗(yàn)指標(biāo)

包括最大行駛速度和行駛里程共2 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)。目的是考核裝甲裝備通過沙漠的速度性能和行駛里程是否滿足指標(biāo)要求。

2.5 使用適應(yīng)性試驗(yàn)指標(biāo)

包括可靠性、維修性和人機(jī)環(huán)交互共3 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)。目的是考核裝甲裝備在沙漠特有的高溫風(fēng)沙環(huán)境下平均故障間隔時(shí)間、平均故障間隔發(fā)數(shù)、平均修復(fù)時(shí)間和人機(jī)環(huán)特性是否滿足指標(biāo)要求。

2.6 抗干擾性能試驗(yàn)指標(biāo)

包括電磁兼容性和抗干擾性能共2 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)。目的是考核裝甲裝備在沙漠特有的高溫風(fēng)沙自然環(huán)境下，裝備自身電磁兼容性以及在人為干擾環(huán)境下的基本性能是否滿足指標(biāo)要求。

綜上所述，裝甲裝備在沙漠環(huán)境下的適用性試驗(yàn)指標(biāo)體系如下頁圖1 所示。

圖1 裝甲裝備在沙漠環(huán)境下的適用性試驗(yàn)指標(biāo)體系

3 沙漠環(huán)境下裝甲裝備適用性評(píng)估方法

根據(jù)所構(gòu)建的沙漠環(huán)境適用性試驗(yàn)指標(biāo)體系，本文通過指標(biāo)量化評(píng)定模型將定性和定量指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，再采取AHP、ADC 和模糊綜合評(píng)判相結(jié)合的方式對(duì)裝甲裝備進(jìn)行適用性評(píng)估［10-14］。

3.1 指標(biāo)量化評(píng)定模型

指標(biāo)量化的目的是為后續(xù)使用基于AHP、ADC和模糊綜合評(píng)判相結(jié)合的方法，評(píng)價(jià)裝甲裝備適用性并給出評(píng)價(jià)結(jié)果奠定基礎(chǔ)。因此，指標(biāo)量化要綜合考慮AHP、ADC 和模糊綜合評(píng)判3 種方法，將采集獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)量化至0～1。

3.1.1 定量指標(biāo)量化評(píng)定模型

有些適用性指標(biāo)通過試驗(yàn)，可以得到確定的數(shù)值，如可靠性、作用距離、維修性等，這類指標(biāo)可統(tǒng)稱為定量指標(biāo)。定量指標(biāo)分為兩類，一是測試數(shù)值越小則越好，如維修性中的平均修復(fù)時(shí)間等；二是測試數(shù)值越大越好，如可靠性、作用距離等。定量指標(biāo)量化評(píng)定模型可按下面執(zhí)行：

1）測試數(shù)值越小越好評(píng)定模型

式中，S 為評(píng)定成績，x 為指標(biāo)測試值，r 為指標(biāo)規(guī)定值或標(biāo)準(zhǔn)值。

2）測試數(shù)值越大越好評(píng)定模型

3.1.2 定性指標(biāo)量化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

定性指標(biāo)大多是對(duì)功能性指標(biāo)或調(diào)查問卷等進(jìn)行量化評(píng)分，一般是多指標(biāo)因素，即只有對(duì)影響該因素的若干指標(biāo)或條款評(píng)價(jià)后，才能綜合評(píng)價(jià)該因素，如安全性、自然環(huán)境等，評(píng)價(jià)原則如表1 所示。

表1 適用性指標(biāo)體系中定性指標(biāo)的語言評(píng)價(jià)值

3.2 基于AHP、ADC 和模糊綜合評(píng)判相結(jié)合的適用性評(píng)估方法

采取AHP、ADC 和模糊綜合評(píng)判相結(jié)合的方式進(jìn)行適用性評(píng)估，將定性和定量相結(jié)合，利用AHP方法給出權(quán)重系數(shù)，用ADC 方法對(duì)火控系統(tǒng)性能評(píng)分量化，用模糊綜合評(píng)判方法進(jìn)行最后綜合評(píng)估。

3.2.1 基于AHP 的指標(biāo)權(quán)重確定

1）構(gòu)造判斷矩陣

假設(shè)需要對(duì)n 個(gè)下層元素相對(duì)于上層準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行判斷，邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專家，采用兩兩比較判斷法求出權(quán)重，按照1～9 比例標(biāo)度對(duì)重要性程度進(jìn)行賦值，當(dāng)完成n 個(gè)元素中的任意兩個(gè)元素之間重要度的比較判斷后，便可以得到一個(gè)比較判斷矩陣Ai，即：

一致性檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)CR≤0.1 時(shí)則認(rèn)為判斷矩陣是可以接受的；若CR＞0.1 則說明判斷矩陣中aij的一致性太差，應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整判斷矩陣，使其達(dá)到一致性要求。

3.2.2 基于ADC 的火控系統(tǒng)性能評(píng)估

火控系統(tǒng)性能由偵察系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和定位定向分系統(tǒng)性能來綜合體現(xiàn)，只有這3 個(gè)分系統(tǒng)都正常工作，火控系統(tǒng)才能正常發(fā)揮作用，因此，這是一個(gè)典型的串聯(lián)系統(tǒng)?；鹂叵到y(tǒng)性能評(píng)估ADC 模型如下所示。

1）可用性向量A

從作戰(zhàn)使用角度看，最有意義、最直接的兩個(gè)狀態(tài)就是正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，因此，可用性向量表達(dá)式為：

3）能力向量C

火控系統(tǒng)的能力與在執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處的狀態(tài)緊密相關(guān)，同一系統(tǒng)，所處的狀態(tài)不同，其完成任務(wù)的能力也不同。對(duì)于火控系統(tǒng)來講，其完成任務(wù)的能力與轉(zhuǎn)移的最終狀態(tài)有關(guān)，在此情況下，C 為能力向量，即：

假設(shè)通過試驗(yàn)，得到偵察系統(tǒng)作用距離、通信系統(tǒng)作用距離和定位定向系統(tǒng)精度分別為Lz、Lt和Ld，由于偵察系統(tǒng)作用距離、通信系統(tǒng)作用距離是越大越好，定位定向系統(tǒng)精度是越小越好，因此，利用3.1.1 中定量指標(biāo)量化評(píng)定模型，可以得到偵察系統(tǒng)作用距離、通信系統(tǒng)作用距離和定位定向系統(tǒng)精度的量化評(píng)分分別為Rz、Rt、Rd，那么，火控系統(tǒng)作戰(zhàn)能力可表示為：

3.2.3 基于模糊綜合評(píng)判法的適用性綜合評(píng)估

模糊綜合評(píng)判法以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，能夠做到將定性和定量因素相結(jié)合，從而擴(kuò)大信息量，提高評(píng)價(jià)數(shù)、增加評(píng)價(jià)結(jié)論的可信性，為解決不確定性問題和判斷的模糊性提供了很好的方法［16］。因此，本文采用模糊綜合評(píng)判的方法，對(duì)裝甲裝備在沙漠環(huán)境下的適用性進(jìn)行綜合評(píng)估，其基本步驟如下：

1）建立評(píng)判因素集和評(píng)語集

評(píng)語集的目的就是要弄清裝備在使用者及專家心中是否好用的評(píng)價(jià)，可根據(jù)常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將評(píng)價(jià)等級(jí)分成4 類，建立評(píng)語集V：即：Vk={優(yōu)，良，合格，差}。對(duì)于定量指標(biāo)和火控系統(tǒng)性能ADC評(píng)估結(jié)果，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照3.1 節(jié)量化后，若滿足［0.85，1］則評(píng)價(jià)為優(yōu)，若滿足［0.7，0.85］則評(píng)價(jià)為良，若滿足［0.6，0.7］則評(píng)價(jià)為合格，若小于0.6 則評(píng)價(jià)為差，定量指標(biāo)評(píng)判向量中只有1 個(gè)位置為數(shù)值，其余位置為0。對(duì)于定性指標(biāo)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照3.1 節(jié)量化后，可根據(jù)量化結(jié)果建立評(píng)判矩陣。

2）建立單因素評(píng)判矩陣

建立從U 到F（V）的模糊映射：f：U→F（V），?ui∈U，由f 誘導(dǎo)出模糊關(guān)系，得到單因素評(píng)判矩陣R 為：

3）多級(jí)模型模糊綜合評(píng)判

①一級(jí)模糊綜合評(píng)判

4 應(yīng)用舉例

某型裝甲裝備按照?qǐng)D1 的指標(biāo)體系開展了沙漠環(huán)境下的適用性試驗(yàn)，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，本文僅列出部分必要數(shù)據(jù)如下頁表2 所示。

表2 某型裝甲裝備沙漠環(huán)境下的適用性試驗(yàn)結(jié)果

4.1 指標(biāo)權(quán)重系數(shù)確定

以一級(jí)指標(biāo)為例，聘請(qǐng)8 位分別從事裝備論證、試驗(yàn)鑒定、科研教學(xué)、指揮訓(xùn)練等專業(yè)工作的專家，對(duì)典型環(huán)境適應(yīng)性、火力打擊性能、火控系統(tǒng)性能、底盤系統(tǒng)性能、使用適應(yīng)性和抗干擾性能共6個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，按照1～9 標(biāo)度進(jìn)行重要性打分得到判斷矩陣，根據(jù)式（3）～式（6）計(jì)算得出權(quán)值并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，表3 給出了根據(jù)專家1 打分得出的一級(jí)指標(biāo)權(quán)向量示例。

表3 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重判斷表及權(quán)值（專家1）

4.2 火控系統(tǒng)性能評(píng)估

根據(jù)試驗(yàn)過程中火控系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間MTBF 和平均修復(fù)時(shí)間MTTR，利用式（9）計(jì)算出相應(yīng)可用度向量為：

4.3 結(jié)果綜合評(píng)判

可以根據(jù)上面采用ADC 法求得Ek的值，對(duì)照評(píng)價(jià)區(qū)間給出S3的一級(jí)評(píng)判結(jié)果為：

最后根據(jù)式（17）得到：

根據(jù)最大隸屬度原則，該型裝甲裝備在沙漠環(huán)境下的適用性評(píng)估結(jié)果屬于“優(yōu)”等級(jí)的隸屬度0.546 5，其值最大，可以認(rèn)為該型裝甲裝備在沙漠環(huán)境下的適用性主要處于“優(yōu)”范疇。

5 結(jié)論

最終的評(píng)估實(shí)例證明，采用AHP、ADC 和模糊綜合評(píng)判相結(jié)合對(duì)裝甲裝備在沙漠環(huán)境下適用性進(jìn)行評(píng)估是科學(xué)、可信的。本方法通過不同領(lǐng)域?qū)＜业脑u(píng)判打分、ADC 計(jì)算火控系統(tǒng)性能，經(jīng)模糊綜合評(píng)判后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝甲裝備在沙漠環(huán)境下適用性的量化評(píng)估，可為提高裝甲裝備環(huán)境適用性試驗(yàn)評(píng)估能力，從而改進(jìn)提升裝甲裝備技戰(zhàn)術(shù)性能提供理論指導(dǎo)和參考依據(jù)。