兩棲裝甲車系統效能評估

王 彤，周慶軍，涂建平

(江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006)

0 引 言

作為兩棲部隊武器裝備系統的重要組成部分，兩棲裝甲車可以兼顧水上作戰任務和陸地作戰任務的突出能力，成為兩棲部隊登陸作戰的主要突擊力量。在未來開展的島嶼登陸戰場上，兩棲裝甲車輛能夠起到的關鍵性作用從各國對兩棲裝甲車輛的研制投入及研究成果可見一斑。開展兩棲裝甲車系統效能評估研究的工作不僅是為了更高性能武器的開發，也為未來兩棲作戰的配置部署及戰術指導提供了可靠的數據支撐，對我國海軍陸戰隊武器系統事業的發展具有重要的實際意義。

效能評估工作圍繞3個方面展開：效能指標的確定、評估方法的選擇以及系統建模，三者缺一不可。目前就效能評估方法來看，常用的客觀評估方法[1]包括指數法、ADC法、層次分析法(AHP)、模糊綜合評價法等，每種方法利弊共存。模糊綜合評價法通常結合AHP法進行評估，因其對包含主觀指標的對象綜合評價效果比其他評價方法優越而得到了廣泛的應用。AHP法通過構造兩兩比較矩陣的方法獲得各個指標的相對權重，在解決多指標的復雜問題上非常有效，但在構造判斷矩陣時難以避免地帶有主觀隨意性，筆者針對這一不足進行改進。

本文以兩棲裝甲車的基本作戰效能分析為基礎，建立起兩棲裝甲車系統效能評估指標體系，利用模糊綜合評價法構建了兩棲裝甲車系統效能評估模型，再結合AHP法，在AHP法中引入Z-Number，采用這一改進的效能評估算法獲得各指標權重，提高了評判分析的可信度。

1 兩棲裝甲車系統效能評估指標體系的建立

兩棲裝甲車是兩棲部隊的重要作戰工具，按照作戰能力評估指標體系的總體框架[2]，從“5種能力”(即火力、機動、防護、保障、信息能力)出發，結合兩棲裝甲車的作戰方式及復雜的戰斗環境來構建效能評估指標體系[3]。影響兩棲裝甲車火力打擊能力的要素主要包括命中概率、單車彈藥承載量、毀傷概率、火力消耗等。兩棲裝甲車的機動特性是指兩棲裝甲車輛在執行任務時自身的行動能力。生存能力是指兩棲裝甲車在完成作戰任務時保存自身完好狀態的能力，通常我們將偽裝能力、預警能力、修復能力作為主要指標來衡量兩棲裝甲車的生存能力，偽裝能力越強，預警反應過程越短，修復設施配置越完備，則兩棲裝甲車的存活率越高。信息化時代下各國在戰場上的偵察監視與捕獲能力空前增強，精確制導武器得到廣泛應用，目標暴露在很大程度上意味著可能被“消滅”；因此，在對兩棲裝甲車輛進行系統效能評估時，其反偵察能力的強弱應成為衡量的重要準則之一，具體從通信能力、情報預警力、車輛暴露頻率、攔截反制力這4個主要指標進行考察。

通過對兩棲裝甲車系統效能的構成分析，建立的指標體系如圖1所示。

圖1 兩棲裝甲車系統效能評估指標體系

2 構建模糊綜合評價模型

根據建立的多層次、多因素的兩棲裝甲車系統效能評估指標體系，選擇模糊綜合評價法和AHP法對其進行評估。其中AHP法用來計算指標權重，利用Z-Number改進AHP法，以期提高AHP法在專家打分環節的合理性。

2.1 模糊綜合評價法的計算步驟

利用模糊綜合評價法[4]對多層次、多因素的兩棲裝甲車系統效能進行評估，該方法的計算包含6個要素：評價因素集、評語集V、模糊矩陣R、權重向量W、模糊評價向量A、綜合評估值e。

模糊綜合評價法的具體計算過程為：

(1) 建立評價因素集及評語集

兩棲裝甲車系統效能評估指標集為：A=(B1,B2,B3,B4,B5)，Bi={Cij}，i=1,2,3,4,5,j隨i的變化而變化。設置4個評語等級個數，評語集合定義為：V=(v1,v2,v3,v4)，這4個等級的定義及具體參考數值范圍如表1所示。

表1 系統效能評級等級表

(2) 確定評價指標隸屬度

對于所建立指標體系中的定量指標，可以根據已知的具體數值及評價標準來判斷每個指標的隸屬值；如根據調查知某型兩棲裝甲車的最大水上行駛速度達27.35 km/h，其相較于兩棲裝甲車水上行駛速度一般在5～20 km/h的標準而言，其強度屬于“強”的評價等級，故其隸屬度可表示為[1,0,0,0]。

對于剩余定性指標隸屬度的確定，選擇Delphi法進行處理。例如，針對某型兩棲裝甲車的修復能力咨詢10位有關專家為其打分，獲得結果為：有4位專家認為該型裝甲車的修復能力為“強”，2位專家認為“較強”，3位專家的意見為“一般”，1位專家給出“較弱”的評價，則修復能力的隸屬度為[0.4,0.2,0.3,0.1]。

(3) AHP法計算指標權重

AHP法將定量分析與定性分析結合，把復雜的評價目標劃分為遞階層次結構，通過元素間兩兩比較構造判斷矩陣。本文對AHP的改進之處是在構建模糊判斷矩陣時加入Z-Number，用兩級模糊數Z-Number取代原AHP法判斷矩陣中由具體數值組成的判斷矩陣，再計算獲得各層指標權重向量Wi。Z-Number能夠同時給出判斷描述和這種判斷的可靠性，使分析結果更加準確，以此來改善傳統AHP法在構造判斷矩陣環節以人的主觀判斷可能產生的不合理性。改進后的AHP法計算步驟會在后續展開介紹。

(4) 建立模糊矩陣

多層次模糊綜合評價模型由下向上逐層進行評判，最后結果為目標層的綜合評判結果。由所建立的評估指標體系可知，此次針對兩棲裝甲車系統效能評估需要建立2層模糊矩陣。

一級模糊矩陣由底層指標Cij對評價集合V的模糊評價矩陣為Ri=(rjp)m×n，其中rjp表示Ci中第j個指標對于評價集合中等級Vp的隸屬程度。再結合上步工作中得出的指標層評價因素權重Wi可以得到指標層對應于準則層的模糊評估向量：

Vi=WiRi=(ri1,ri2,ri3,ri4)

(1)

再以同樣的方法逐層往上計算二級模糊矩陣，結合準則層評價因素權重W得到準則層對應于目標層的模糊評估向量：

V=WR=(r1,r2,r3,r4)

(2)

式中：R=[V1V2V3V4V5]T。

(4) 構建系統效能多指標綜合評估模型

根據本文確定的兩棲裝甲車系統效能評估指標體系，建立如圖2所示的綜合評價模型。

圖2 模糊綜合評價模型

2.2 改進的層次分析法計算指標權重

傳統AHP法依據專家對評估指標的客觀判斷來構造判斷矩陣，但沒有考慮到所作出判斷的可靠性。因此，本文利用Z-Number結合AHP法作出改進，對判斷矩陣中的每一個元素增加可靠性這一信息。

加入Z-Number的AHP法來計算指標權重的具體計算步驟如下：

(1) 建立重要性標度、可靠性測度的標準

重要性標度采用常用的9刻度標度[5]，每個標度都是三角模糊數，如表2所示。

表2 重要性判斷尺度表

可靠性采用5刻度層次，具體如表3所示。

表3 可靠性判斷尺度表

(2) 構建判斷矩陣

(3)

(3) 模糊判斷矩陣的一致性檢驗

由互補判斷矩陣的一致性檢驗方法[7]可知，若三角模糊數互補判斷矩陣的質心矩陣為滿意一致性矩陣，則三角模糊數互補判斷矩陣為滿意一致性矩陣，因此此處只需要計算矩陣的質心矩陣對互補判斷矩陣進行一致性檢驗及調整。

(4) 基于Z-Number的模糊數權重[6]計算

第i個指標的模糊權重為：

(4)

接著通過模糊數排序[7]及歸一化將模糊權重轉化為一個具體數值，這個數值即為各個指標的最終權重。

3 某型兩棲裝甲車系統效能評估實例

(1) 評估指標權重計算

以專家打分的形式對準則層的火力特性B1、機動特性B2、生存能力B3、防護能力B4、反偵察能力B5打分，得出準則層的各項指標對于目標層的重要性判斷。判斷矩陣中的每個元素都是兩級模糊數：

Z=[Zij]5×5=

根據權重公式計算各指標的模糊權重[8]，并經過模糊排序及歸一化得結果如下：

W=

[0.240 0 0.198 6 0.295 4 0.152 6 0.113 4]

用同樣的步驟得到指標層的各項指標權重如下：

W1=[0.357 5 0.202 9 0.327 4 0.112 2]

W2=[0.182 10.193 70.224 50.215 50.184 2]

W3=[0.387 8 0.241 0 0.371 2]

W4=[0.330 4 0.351 2 0.318 4]

W5=[0.225 6 0.278 1 0.220 1 0.276 2]

(2) 確定指標隸屬度

采用上述的關于定量、定性指標的確定方法，并邀請10位有關專家對某型兩棲裝甲車的各項指標進行評價，可得如下各項指標的隸屬度。

由隸屬度可得一級模糊矩陣如下：

(3) 模糊綜合評價

構建二級模糊矩陣R如下：

結合準則層的權重集合可得到二級模糊綜合評價向量V如下：

V=WR=[0.694 8 0.195 6 0.074 2 0.035 4]

對于最后的模糊總評價，最常見的處理方法[9]是采用最大隸屬度原則，可得出最后評估結果及相應評語，本文選擇如下公式的計算方法求得最后的系統效能綜合評估值，該方法相較最大隸屬度原則能夠得出更具體的評估值：

(5)

代入具體數據得到最后的系統效能評估值為：e=89.436。

(4) 評估結果分析

比對評估結果的劃分區間，可知該型兩棲裝甲車系統效能評估的綜合評估等級為“較強”，總體上來說性能屬于較高的水平。另外，為了具體分析該型兩棲裝甲車的子系統效能，可以對以上所求的準則層模糊評價矩陣進行計算，獲得每個子系統效能的模糊評估值，計算結果如表4所示。

表4 準則層評估結果

由表4分析可知，該型兩棲裝甲車的火力特性、機動特性、防護能力都處于最高水平，生存能力差強人意，需要著重注意和提高的是一般水平的反偵察能力，部隊在改造使用該型兩棲裝甲車時可以從通信水平、信息處理效率、情報預警等方面入手[10]，配備信息化指控設備，提高信息的收集、加工、傳輸水平，從而加強車輛的整體系統效能，使其在未來的作戰中能夠發揮更好的作用。

4 結束語

本文根據兩棲裝甲車輛的作戰任務和能力構成特點，從5種能力入手建立了相應的系統效能評估指標體系，引入兩級模糊數的概念，采用改進后的層次分析法計算各個指標權重，并構建了模糊綜合評價模型對某型兩棲裝甲車的系統效能進行了實例評估。基于Z-Number的AHP法在一定程度上彌補了傳統AHP法存在的模糊信息不完全、主觀性較強的不足，其結果更讓評估者信服，檢驗了該評估算法和模型的有效性和可用性，為兩棲裝甲車在未來的兩棲作戰運用中提供了一份重要數據支撐，也為其他武器的系統效能評估提供了一份有價值的參考。