基于F-ANP的舟橋裝備系統(tǒng)效能評估研究?

何曉暉 王 強(qiáng) 徐 磊 陳華明

（陸軍工程大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院 南京 210007）

1 引言

舟橋裝備是用于架設(shè)浮橋和結(jié)構(gòu)漕渡門橋的制式裝備，是我軍克服江河障礙的主要保障裝備。舟橋裝備的系統(tǒng)效能是其在作戰(zhàn)運(yùn)用中所具備的作戰(zhàn)能力，是其裝配部隊(duì)使用的最終目標(biāo)，也是評估舟橋裝備性能優(yōu)劣的綜合指標(biāo)［1］。對舟橋裝備的系統(tǒng)效能進(jìn)行科學(xué)評估，不但有助于充分發(fā)揮裝備的機(jī)動(dòng)保障能力，而且能為科學(xué)制定裝備的作戰(zhàn)原則、使用條例和訓(xùn)練計(jì)劃等提供決策支持，是裝備研究領(lǐng)域的重要課題。系統(tǒng)效能是策劃研制舟橋裝備的基本依據(jù)，其評估工作是舟橋裝備論證過程中的重要環(huán)節(jié)，但是由于舟橋裝備種類繁多、屬性復(fù)雜和評估指標(biāo)種類多等因素，因此在評估中存在著結(jié)果不夠準(zhǔn)確、方法不明確的問題［2～3］。

2 模糊ANP評估舟橋裝備系統(tǒng)效能步驟

目前對于舟橋裝備系統(tǒng)效能的評估方法一般有專家評估法、層次分析法、模糊評判法、ADC法和SEA法等方法［4～5］。其中專家評估法和層次分析法屬于主觀評估方法，主觀因素較多，評估方法較為簡單易行；模糊綜合評估法、ADC法和SEA法屬于定性定量相結(jié)合的方法，雖然在評估過程中需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)收集，且對數(shù)據(jù)處理時(shí)存在一定難度，但是此類方法為效能評估提供了科學(xué)評估方法，得到的評估結(jié)果更為準(zhǔn)確，目前有著廣泛的應(yīng)用［6］?？紤]到舟橋裝備的評估層次結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、不確定性和信息的不充分性，使得評估系統(tǒng)效能過程中缺少客觀性的評估和決策，且在確定舟橋裝備評估指標(biāo)之間的權(quán)重存在一定的難度?；诰W(wǎng)絡(luò)分析法和模糊綜合評估法，本文運(yùn)用二者相結(jié)合的方法——模糊網(wǎng)絡(luò)分析法（F-ANP）對舟橋裝備進(jìn)行系統(tǒng)效能評估［6～8］。根據(jù) F-ANP的相關(guān)理論，采用F-ANP評估舟橋裝備系統(tǒng)效能的基本步驟如下。

2.1 構(gòu)建舟橋裝備系統(tǒng)效能影響因素集［9～13］

對舟橋裝備建立影響模型的因素集，包括總目標(biāo)因素集和子目標(biāo)因素集：

總目標(biāo)因素集：

子目標(biāo)因素集：

2.2 構(gòu)建舟橋裝備系統(tǒng)效能評語集

評語集是對各層次的因素的語言描述，是評審專家對于每個(gè)指標(biāo)評估的評語集合，考慮到舟橋裝備的各個(gè)指標(biāo)的性能優(yōu)與差，最終將評語分為五個(gè)等級。具體的評語集如下：

2.3 確定模糊綜合判斷矩陣

建立模糊判斷矩陣R，即從U到V的模糊關(guān)系矩陣，對每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行性能評估。即

2.4 F-ANP確定權(quán)重

在應(yīng)用ANP時(shí)，每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重對于評估結(jié)果有著十分重要的影響，權(quán)重的不同直接影響著最終評估結(jié)果。本文運(yùn)用Super decision軟件先構(gòu)建指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)構(gòu)，再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算元素之間的權(quán)重（包括一級指標(biāo)和二級指標(biāo)）。

二級指標(biāo)得到權(quán)重矩陣W（假設(shè)每個(gè)一級指標(biāo)相互之間都有聯(lián)系）：

一級指標(biāo)權(quán)重矩陣A（假設(shè)每個(gè)一級指標(biāo)相互之間都有聯(lián)系）：

2.5 計(jì)算極限排序

根據(jù)權(quán)重矩陣W和A得到加權(quán)超矩陣：

極限排序就是根據(jù)加權(quán)超矩陣的性質(zhì)計(jì)算的：

根據(jù)結(jié)果矩陣分析Z舟橋裝備系統(tǒng)效能。

3 F-ANP評估舟橋裝備系統(tǒng)效能

根據(jù)F-ANP評估舟橋裝備系統(tǒng)效能的基本方法，本文以Super Decision軟件為平臺，構(gòu)建了舟橋裝備系統(tǒng)效能評估的模型。Super Decision軟件為Windows界面，采用模塊化進(jìn)行建模，具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，在指標(biāo)體系中權(quán)重的計(jì)算有著較為廣泛的應(yīng)用。

3.1 確定評估指標(biāo)體系

在經(jīng)過一系列的調(diào)研和裝配部隊(duì)使用情況反饋匯總，舟橋裝備的系統(tǒng)效能主要受陸上機(jī)動(dòng)性能、裝卸載性能、指揮控制性能、戰(zhàn)場生存性能和浮橋通載性能等五大指標(biāo)影響，每個(gè)指標(biāo)又分多個(gè)二級指標(biāo)，各個(gè)指標(biāo)之間也存在著影響關(guān)系。經(jīng)過分析對比，建立的指標(biāo)體系如表1所示。

表1 舟橋裝備系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系

3.2 確定系統(tǒng)效能模糊判斷矩陣

在建立因素集U和評語集V之后，需要建立模糊判斷矩陣R，而模糊判斷矩陣的建立需要對每一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評估。為了對橋梁裝備進(jìn)行綜合評估，本模型選取舟橋裝備在設(shè)計(jì)研發(fā)過程中的科研人員、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人員和裝配的部隊(duì)官兵等共20人組成評審團(tuán)，對表1中每個(gè)二層指標(biāo)進(jìn)行單因素的評估。通過對每個(gè)評審人的調(diào)查問卷回收整理，結(jié)果如表2所示。

表2 舟橋裝備指標(biāo)性能評估調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

再經(jīng)過歸一化處理得到模糊判斷矩陣R1和R2：

3.3 Super Decision確定元素間權(quán)重

由于F-ANP的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，計(jì)算過程較繁瑣，工作量大，本文采用Super Decision軟件來協(xié)助計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。該軟件完全采用Windows界面，操作簡便。

首先根據(jù)各指標(biāo)之間關(guān)系建立如圖1所示的網(wǎng)路層次結(jié)構(gòu)，之后在Super Decision軟件中建立如圖2所示的ANP結(jié)構(gòu)，然后對每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行矩陣計(jì)算。權(quán)重的計(jì)算采用特征值法：通過求解判斷矩陣的特征值得到每個(gè)判斷矩陣中各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

根據(jù)ANP結(jié)構(gòu)，首先確定各個(gè)一級指標(biāo)對于舟橋裝備及其相互之間的影響，再確定每個(gè)二級指標(biāo)對于一級指標(biāo)及其相互之間的影響。由于判斷矩陣過多，下面就某些指標(biāo)之間的判斷矩陣進(jìn)行示例。

表3 一級指標(biāo)之間的元素判斷矩陣

4 模型分析與計(jì)算

依托構(gòu)建的舟橋裝備系統(tǒng)效能模型，本文對兩種型號舟橋裝備的系統(tǒng)效能進(jìn)行了評估，將評估結(jié)果與兩類舟橋裝備在部隊(duì)實(shí)際使用反饋?zhàn)鲗Ρ葋砼袛郌-ANP評估舟橋裝備系統(tǒng)效能的準(zhǔn)確性與適用性。

表4 “浮橋架撤時(shí)間”在“浮橋通載性能”中的元素判斷矩陣

表5 “通行載荷間距”在“架設(shè)長度”中的元素判斷矩陣

在Super Decision軟件對每個(gè)指標(biāo)確定權(quán)重之后，需要建立加權(quán)超矩陣，并進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而得到指標(biāo)的最終排序向量，將排序向量與模糊判斷矩陣相乘得到最終評估向量，完成對舟橋裝備的系統(tǒng)效能的綜合評估。

4.1 計(jì)算最終排序

ANP模型中各個(gè)決策層次之間的相互關(guān)系是通過求解判斷矩陣的特征值來處理的，首先要建立加權(quán)超矩陣，將加權(quán)超矩陣-W進(jìn)行自乘：再進(jìn)行列歸一化；進(jìn)行n（n→∞）次的自乘運(yùn)算（每次自乘后進(jìn)行列歸一化再繼續(xù)自乘），得到極限超矩陣，進(jìn)而得到所有二級指標(biāo)的最終排序，如表6所示。

可以得到最終排序向量（極限排序）-Wn=（0.1419，0.0839，0.1078，0.0415，0.0831，0.0320，0.0247，0.0472，0.0255，0.0264，0.0139，0.0183，0.0689，0.0298，0.0282，0.0438，0.0468，0.0258，0.0264，0.0228，0.0107，0.0262，0.0242）。

4.2 綜合評估

將最終排序向量P分別與模糊判斷矩陣R1和R2進(jìn)行相乘得到最終評估向量Z1和Z2：

表6 各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重及排序

通過對最終評估向量Z1和Z2的分析可得：舟橋裝備1的優(yōu)秀率是38.857%，而舟橋裝備2為8.238%；舟橋裝備1的及格率為95.106%，而橋2的及格率為75.048%。評估結(jié)果與部隊(duì)在實(shí)際使用兩類舟橋裝備的反饋相符，橋1的系統(tǒng)效能要高于橋2，可見，本文提出的模糊ANP對舟橋裝備系統(tǒng)效能的評估是合理準(zhǔn)確的。

5 結(jié)語

本文在原有的對舟橋裝備系統(tǒng)效能的評估方法的基礎(chǔ)上，考慮到底層指標(biāo)評價(jià)不準(zhǔn)確的問題，提出了模糊判斷矩陣的方法來評價(jià)底層指標(biāo)，與ANP相結(jié)合對舟橋裝備進(jìn)行評估，定性地評價(jià)與定量地計(jì)算相結(jié)合，同時(shí)借助Super Decision軟件對指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，提高了評估方法的準(zhǔn)確性和適用性以及評估工作的效率。

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