基于層次分析法的對接聯調綜合保障系統評估方法研究

(1.中國人民解放軍92941部隊41分隊，遼寧 葫蘆島 125000； 2.中國人民解放軍92493部隊13分隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

定量評估武器系統綜合狀態是當前全軍及學術界面臨的難以解決的問題之一，在實踐和理論上挑戰性極強。層次分析法可實現定性分析向定量分析的轉換，靈活性極強，是評估武器系統狀態行之有效的方法。

系統結構的主要形式是層次性，它是建立層次分析法的基礎。層次分析法是把龐大的有限方案多目標決策問題拆分為多個因子，依據隸屬關系將這些因子分層組合，構建層次結構模型，以此進行全面的定性及定量分析。層次分析法將決策思維過程完整地體現了出來，即拆分—判決—合成。拆分就是深入分析問題實質、干擾要素及潛在聯系，采用條理化理念，形成層次結構模型；判決就是綜合考慮領域專家的相關知識和經驗，相互對比某一規則下的各個因子，建造判決矩陣，以便于得到各個因子的相對重要程度，完成了從定性分析到定量分析的轉變；合成就是計算出準則層的各個因子相對于目標層的權重向量、方案層的各個因子相對于準則層的權重向量，最終推算出方案層的各個因子相對于對目標層的權重向量，以實現最優方案的決策目標[1]。

1 基本思路

綜合保障系統評估基本思路：基于武器系統狀態的特點、對接聯調方法和綜合評估基本特征，從構建原則、維度與遴選分析和對照對接聯調項目及方法總結歸納指標說明等方面，為層次分析法構建指標體系；構造判斷矩陣，計算指標權重，制定指標分值，確定狀態等級，建立對接聯調綜合保障評估模型；給出層次總排序權重和一致性檢驗結果；逐級給出評估狀態結論；對評估狀態依據對接聯調綜合評估等級劃分原則進行劃分；實現對典型案例進行分析[2]。綜合保障系統評估模型如圖1所示。

2 評估指標體系

綜合保障系統評估指標體系模型可依次分為目標層、準則層和方案層。從模型可以看出，評估模型有一個總目標層：武器系統對接聯調綜合保障評估；準則層共有四個分目標：單機功能與性能檢查、接口性能檢查、系統功能與性能檢查、發控對接試驗及作戰使用性能檢查；方案層共有四十五個底層指標，這些底層指標又有不同的表征指標，如圖2所示。

圖2 綜合保障系統評估指標體系

3 層次分析法的使用

3.1 構造判斷矩陣

在建立層次結構模型的基礎上，明確各指標的隸屬關系，假若A1、A2、…、An，均隸屬于準則A，于是就對A1、A2、…、An進行兩兩對比，以構造判斷矩陣，以A為準則所構造的n階判斷矩陣如下：

關于目標A的準則層判斷矩陣如表1所示。

專家咨詢是構造判斷矩陣的基礎，其本質是將吸收來的專家知識和經驗以矩陣的形式表示出來，通過相互對比的形式建立各個層次指標的判斷矩陣，其中，aij就是在準則A下Ai與Aj相比較的重要程度，若Ai與Aj相比較，Ai與Aj重要，那么標度值就取大于1的數值，重要程度越大數值越大；若Ai與Aj相比較，Ai與Aj次重要，那么標度值就取大于1的數值的倒數[3-5]。

本文主要選擇以下幾類專家：一是武器系統設計人員(專家1)；二是部隊裝備操作人員(專家2)；三是靶場武器裝備試驗鑒定人員(專家3)；四是武器系統軍代表人員(專家4)。以上四類人員各選取1名，共4名咨詢專家。

以武器系統設計人員(專家1)咨詢結果為例，構造準則層相對于目標層的重要性判斷矩陣如下：

3.2 計算權重向量

得到判斷矩陣后，計算各指標的權重值，如果精度要求不高，可近似計算λmax，本文采用常用的求和法，具體計算步驟如下。

歸一化判斷矩陣A的每一列，獲得矩陣B=(bij)n×n，然后求和B的行，即：

其中：

計算最大特征值：

式中，(AW)i為AW的第i個分項[6-7]。

判斷矩陣A的最大特征值相應的特征向量W用求和法計算過程如下。

即W=(0.278857,0.154921,0.284548,0.281674)T，判斷矩陣A的最大特征值:

3.3 檢驗一致性

判斷矩陣如果滿足以下三個條件，可被稱為“完全一致性條件”：

aij=1i=j=1,2,…,n

(1)

(2)

(3)

由于問題的不確定性和人為的偏差，使得判斷矩陣可能不完全滿足“完全一致性條件”，即偏離一致性。如果偏離較大，分析結果就沒有了可靠性，因此要檢驗判斷矩陣的一致性，檢驗步驟如下：

(1)偏離一致性指標CI是評定判斷矩陣A偏離一致性矩陣的程度，其計算公式為：

(4)

式中，λmax為判斷矩陣A的最大特征根，n為判斷矩陣的階數。

(2)相對一致性指標CR的計算公式為：

(5)

式中，CI偏離一致性指標，RI為平均隨機一致性指標。

如果CR數值越大，則判斷矩陣的一致性越差，當CR.>0.1時，判斷矩陣A是不能令人信服的，需要對其進行修正；如果CR數值越小，代表一致性越好，極限是0。因此，要保證判斷矩陣的相對一致性指標CR.≤0.1。平均隨機一致性指標RI是同階判斷矩陣偏離一致性指標的平均值，它隨階數的變動而變動，1～30階隨機判斷矩陣隨機試驗1000次的平均隨機一致性指標，如表2[8-10]。

表2 1～30階平均隨機一致性指標

其它專家打分結果均按照上述方法構造判斷矩陣，得出各自的權重值，然后采用算術平均法，求得各分目標的綜合權重值為：{單機功能與性能檢查，接口性能檢查，系統功能與性能檢查，發控對接試驗及作戰使用性能檢查}={A1,A2,A3,A4}= {0.28444455, 0.150864225, 0.289685877, 0.275005349}。平均法求得的權重值見表3所示。

表3 平均法求權重值

4 狀態等級劃分

以是否具備作戰能力為中心，將對接聯調綜合評估等級劃分為3級，即當重要程度1、2、3的各指標均合格時，對接聯調綜合評估為I級即具備完備的作戰、訓練和維護的能力；當重要程度3的各指標均合格，重要程度1、2指標不合格時，對接聯調綜合評估為II級即具備基本的作戰能力；當重要程度3指標中有一個以上的指標不合格時，對接聯調綜合評估為III級即不具備作戰能力。

通過評估得出的武器系統艦面設備對接聯調綜合狀態的評估分值，其分值處于0～1之間。為了便于指導武器系統艦面設備的管理和使用，針對對接聯調綜合評估分值，給出一下建議：

P=1：評估等級為“I級”，武器系統艦面設備具備完備的作戰、訓練和維護的能力，各項指標均處于合格水平，能夠完成作戰任務，只需堅持例行的維護保養制度；

0.963044≤P<1：評估等級為“II級”，武器系統艦面設備具備基本的作戰能力，重要指標處于合格水平，可以參與作戰，需根據檢測結果及時進行檢測，排除故障隱患；

0≤P<0.963044：評估等級為“III級”，武器系統艦面設備不具備作戰能力，重要指標中至少有一項以上處于不合格水平，不能夠完成作戰任務，需根據檢測結果及時進行故障診斷和定位，排除故障。

5 綜合保障評估系統軟件設計

綜合保障評估系統具有針對定量指標通過網絡自動獲取數據或針對定性指標依據領域專家經驗判斷指標狀態的功能，具有逐級評估給出一級、二級指標權重值的功能，具有根據等級劃分原則對導彈武器系統綜合狀態進行評定并為作戰使用提供建議的功能。綜合保障評估系統顯示界面見圖3～4所示。

圖3 顯示界面1

圖4 顯示界面2

5.1 軟件流程圖

軟件工作流程如下：首先，按層次結構模型劃分評估指標體系，然后從對接聯調中采集數據或通過專家經驗判斷，運用層次分析法，把武器系統綜合狀態評估這個復雜問題拆分為若干相互聯系的有序層次，使得層次清晰、明了，可以更加高效地剖析問題，解決問題，最終得出評估結果，并對結果進行分析，劃分等級，從而判定武器系統的狀態，為武器系統作戰使用提供依據。其軟件計算流程如圖5所示。

圖5 武器系統綜合保障評估系統軟件工作流程

5.2 軟件實現方法

5.2.1 系統連接

在綜合保障評估系統使用之前，必須先將其各個接口與外部連接好。檢查各供電系統是否完好，有無異常。確定數據錄取分析設備工作正常，以太網傳輸數據正確后啟動該系統。

5.2.2 開機

在確認綜合保障評估系統與外部系統連接好以后，合上開關POWER按鍵，等待其進入操作系統。

5.2.3 啟動綜合保障評估系統程序

雙擊桌面上的“執行文件”文件夾的“綜合保障評估系統”軟件，顯示程序主界面1，如圖3所示。界面中顯示了指標體系，評估模型，評估步驟等相關內容，在了解掌握相關內容后，開始評估。進入主界面2，如圖4所示。

5.2.4 進入二級評估

點擊“進入二級評估”按鈕，根據檢查項目順序進入單機功能與性能檢查、接口性能檢查、系統功能與性能檢查、發控對接試驗及作戰使用性能檢查界面。定量指標通過網絡自動獲取數據判斷指標狀態，定性指標依據領域專家經驗判斷指標狀態，完成對指標狀態的打分，計算并顯示本機指標的權重值，給出本級評估結果。返回上一級。

5.2.5 進入一級評估

此時，界面2將自動顯示單機功能與性能檢查、接口性能檢查、系統功能與性能檢查、發控對接試驗及作戰使用性能檢查二級評估權重值。點擊“生成一級評估結果”，顯示計算出一級評估權重值，根據等級劃分規則給出評價等級。

6 結論

武器系統的狀態等級直接關系到其作戰效能，目前無法定量、直觀的顯示對接聯調武器系統狀態，通過對綜合保障評估系統方法的研究，實現了對武器系統狀態等級的劃分，并給出合理化的作戰使用建議。同時，武器系統對接聯調綜合評估結果可以有效指導裝備裝備操管人員的使用和維修，并及時采取有效的處理措施，確保武器系統實裝始終處于良好的狀態水平。