基于可拓學的武器裝備體系效能評估

高 松，韓建立，陳 健，劉 星，孫作佩

（1.海軍航空大學，山東煙臺264001；2.91115部隊，浙江舟山316000；3.91599部隊，山東萊陽265200；）

現代高技術局部戰爭實質上已經發展成為武器裝備體系與體系的對抗[1]。戰爭的勝負很大程度上取決于所有參戰武器的整體效能和在對抗中是否得到恰當地運用。武器裝備體系是在一定的戰略指導、作戰指揮和保障條件下，為完成一定作戰任務，由功能上相互聯系和制約、作用上互為補充的各種武器裝備系統組成的更高層次系統[2]。效能是解決方案滿足問題需求的能力狀況[3]。武器裝備體系效能是指武器裝備體系完成規定任務的有效程度，是武器裝備在體系化應用中所能夠發揮的能力，是在完備的作戰體系和在真實的作戰對抗環境中體現的綜合能力[4]。隨著武器裝備網絡化、信息化與智能化程度的提高，其體系綜合應用的特性已經明顯優于獨立操控的基本效能。在實際實現上，一般表征為一組戰技指標，具有多維性、不確定性、局限性等特點[5]。

可拓學[6]又稱物元分析法（Matter Element Analysis，MEA），是我國蔡文研究員的原創性研究成果，采用形式化設計從定性與定量2個角度同時考慮解決問題的規律和方法[7]，在人工智能、自動控制、管理決策、系統工程、可靠性評估等諸多領域有大量應用。本文以武器裝備體系效能為背景，在以層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）確立效能層次指標體系的基礎上，采用可拓學理論物元分析法，建立武器裝備體系效能評估物元模型，通過Matlab進行實例仿真實驗，定量評估出體系效能所屬等級。

1 武器裝備體系效能評估

武器裝備體系效能評估主要是通過系統工程理論與方法，采用解析法、系統仿真法等技術手段，進行體系效能指標體系建立與效能評估，從而實現促進作戰需求向裝備需求轉變的目的，是對武器裝備體系執行其使命任務能力過程所進行的一系列活動。

1.1 武器裝備體系效能指標及選擇

武器裝備體系效能指標表征為武器裝備性能與功能的綜合水平，是武器裝備體系最基本的特征，是武器裝備價值的集中體現，是武器裝備完成作戰任務的潛力與基礎。由于體系本身就是由復雜系統及其連接組成的“巨復雜系統”，體系效能的概念更具復雜性。因此，體系效能的指標選擇始終為裝備論證領域的一大難題。

選取武器裝備體系效能指標時，考慮以下特點：

1）多維性。效能的度量可采取多種維數，不同的維數體現決策者不同的主觀價值判斷。維數的選擇取決于決策者要求達到的作戰行動目的，這意味著具有較強的主觀性。

2）不確定性。某些效能參數由于作戰行動目標不明確、偶發性強或與人的行為因素密切而難以量化。這種情況下可采用定性評價的定量表示法。

3）局限性。體系效能指標并不能完全包含相應效能特性的全部信息。許多對作戰行動效能起重要影響的因素，諸如指揮官能力素質、戰斗人員士氣狀態等難以量化。這時，可以采取定量與定性相結合的方法進行評估。

1.2 武器裝備體系效能指標體系建立

“知彼知己百戰不殆”是贏得戰爭的不二法寶，根據當前復雜電磁環境下體系作戰特點，分析能夠客觀反映武器裝備體系效能的評價要素，選取5個一級指標[4]，15個二級指標。采用AHP法[8]構造出的武器裝備體系效能指標體系的層次結構如圖1所示。

圖1 武器裝備體系效能指標體系層次結構圖Fig.1 Hierarchical structure chart of effectiveness index system of weapon WSoS

1）部署機動能力。主要分為快速部署能力和靈活機動能力2個二級指標。

①快速部署能力主要是為實現有效的作戰，達到作戰的目的，部隊向戰區快速投送、部署、轉移人員、裝備的能力；

②靈活機動能力是武器裝備能夠實現在戰場上有效運動已到達預定兵力集結、交戰、脫離戰斗或回避敵方作戰兵力的能力，主要是做到部署靈活、反應快速且機動性能要強。

2）C4ISR系統綜合能力包括指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察等。歸納為偵察預警能力、通信傳輸能力、指揮控制能力和綜合數據處理能力4個二級指標。

①偵察預警能力是快速、準確、隱蔽、全面地獲取目標情報與戰場態勢，并予以精確定位，為作戰提供有效支持數據的能力；

②通信傳輸能力是通過數據鏈迅速、安全、可靠地傳輸作戰信息的能力；

③指揮控制能力是能夠高效利用時間因素，以最快的速度，根據戰場環境、敵我態勢以及目標的精確數據，先敵做出精準決策，完成指揮控制活動，達到最高指揮效能的能力[8]；

④綜合數據處理能力，通過計算機的強大處理能力綜合分析指揮、控制、情報、監視和偵察等各種信息，及時準確獲取輔助決策建議。

3）打擊突擊能力。主要區分為火力打擊能力、兵力突擊能力、電子壓制能力3個二級指標。

①火力打擊能力是迅速、準確、突然、猛烈地綜合運用“軟硬”打擊火力，有效殺傷敵有生力量、使其喪失戰斗力的能力；

②兵力突擊能力是突入并占領敵陣地，滯遲、瓦解敵軍使其陷入混亂的能力，包括空中突擊能力、地面突擊能力等；

③電子壓制能力是使用電磁能、定向能、空射誘餌或反輻射武器等，攻擊敵人員、設施或裝備，進行電子干擾，使敵雷達致盲、通信中斷、指揮癱瘓等的能力。

4）防護生存能力。主要區分為裝備抗打擊能力、抗干擾能力、工程防護能力3個二級指標。

①裝備抗打擊能力是武器裝備自身具備隱身、抗毀、抗干擾和強適應能力；

②抗干擾能力是為保護我方人員、設備或裝備，使其不受友方及敵方使用電磁頻譜的影響，能夠防御電子干擾的能力；

③工程防護能力是部隊在戰場上具備由工程結構、偽裝、障礙、攔截、干擾與電磁屏蔽技術等提供的“綜合對抗”型防護，以提高其生存的能力[9]。

5）持續作戰能力。主要區分為后勤供給能力、技術維護能力、可靠性水平3個二級指標。

①后勤供給能力是部隊獲取為開展作戰行動所必須的補給（食物、燃料、彈藥、部件和醫藥等）的能力；

②技術維護能力是部隊武器裝備或人員在作戰行動中及時獲取檢測、維修、醫療等使戰斗力得以保持和再生的能力；

③可靠性水平是指武器裝備在一定的交戰條件下和作戰時間內，保持武器裝備作戰功能的能力。

1.3 武器裝備體系效能評估方法

目前，已有多種體系效能評估方法，由于傳統模糊層次分析法主觀臆斷性較強，丟失信息較多，計算結果往往不夠精確，灰色聚類法運算過程比較復雜，步驟相對繁瑣，采用這些方法得出的評價指標值都是某一確定值，不能反映模糊性指標的實際情況，而可拓學理論能夠克服這些方法的內在缺陷，使評價結果更加科學合理[10]。

2 基于可拓學的綜合評估模型

可拓學綜合評價是通過建立被評價對象的多指標性能參數模型，反映和解決事物的綜合質量水平。其基本原理是把待描述或評價的對象、各特征和對象關于特征的量值組成一個整體——物元來研究，用可拓集合的關聯函數值——關聯度描述各種特征參數與所研究對象的從屬關系，從而把屬于或不屬于的定性描述擴展為定量描述。其評價步驟主要分為：①確定經典域、節域和待評物元；②確定各等級關聯度函數；③可拓關聯度及評估等級的確定。

2.1 經典域、節域和待評物元的確定

設評估指標有n個，即c1,c2,…,cn，可將效能分為m個水平等級，Rj為效能第j等級的物元模型，當評價等級N的特征C發生時，特征C所規定的量值范圍，即各種效果等級關于所對應特征所取得數值范圍定義為經典域[10]。則評價模型的物元經典域為[11]：

式（1）中：Nj為第j個評價等級；Ci為評價等級Nj的評估指標；Vji=＜aji,bji＞表示Nj關于評價指標Ci的量值范圍。

節域是指所有經典域的集合，評價模型的物元節域表示為：

式（2）中：P為評估等級的全體；Vpi表示P關于c1,c2,…,cn的取值范圍，即P的節域＜api,bpi＞。

對于待評價的物，把所檢測得到的數據或分析的結果用物元R0表示，稱為待評物元。

式（3）中：P0為待評事物；Vi為P關于Ci量值，即待評物的評估指標值。

2.2 各等級關聯度函數的確定

第i個指標數值域屬于第j個等級的關聯度函數為：[12-13]

式（4）中：

分別稱為vi與vji或vi與vpi的距，用以描述同類事物性質之間的區別。

2.3 可拓關聯度及評估等級的確定

可拓關聯度是指關聯函數與其對應的權系數乘積之和，其由式（4）、（5）可得：

式（6）中：Kj(P0)為待評物關于j等級的關聯度；sij是關聯函數對應的指標權重。若存在：

則可判斷待評物元屬于j等級，從而反映出待評物的所屬等級。

3 實例應用

3.1 指標體系權重的確立

結合實戰演練，經數據收集、層次分析武器裝備體系效能指標體系，并采用Delphi法[14]給各指標打分，確定效能指標體系各指標的權重，見表1。

表1 武器裝備體系效能指標體系權重Tab.1 Weight of efficiency index system of WSoS

3.2 物元模型

1）經典域與節域。通過對不同部隊、科研院所調研及專家評判，可將評估指標劃分為A、B、C、D級4個標準，分別對應武器裝備體系效能的優劣程度：優、良、合格和不合格。其中，各個等級的評價標準列于表2中，形成如下節域Rn和經典域R1、R2、R3、R4。

表2 指標分級標準Tab.2 Index grading standards

節域：

經典域：

2）待評物元矩陣。對某部隊進行武器裝備體系效能評估，通過實際調查和分析，可得到15個評估指標的歸一化數據，其物元矩陣如下：

3）關聯度計算。利用式（4）、（5）得出c1～c15指標關于各等級的關聯度及利用式（6）得出待評武器裝備體系效能P0關于各等級的關聯度，如表3所示。

由式（7）可知：

根據最大隸屬度原則，表明該部隊武器裝備體系效能評估屬于等級良。K3(v6)=0.392 9，屬于等級中，這表明該部隊在綜合數據處理能力方面較弱，下一步需重點加強此方面的能力提升。

4 結束語

當前，武器裝備體系研究已成為系統工程和軍事科學領域的前沿和熱點[15]。單項（指標）效能、系統效能和作戰效能是當前武器裝備體系效能研究的主要內容。本文主要應用可拓學理論中的物元分析對武器裝備體系（指標）效能進行評估的方法，利用AHP法、Delphi法分析出各層次指標、打分并確定權重，進一步從計算各指標與等級關聯度出發，最終獲得武器裝備體系效能與等級的關聯度，量化各項指標的相對重要性。該方法簡單易懂、計算方便，為武器裝備體系效能評估、發展論證提供了一種借鑒方法，但對權重依賴性較大，今后可以結合數據包絡分析法[16]、人工神經網絡[17]等評價方法進行更優化的綜合評估。

表3 各指標關聯度Tab.3 Correlation degree of each index