某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標體系分析*

陳 磊，曹宗杰，李松江

(1.空軍航空大學，吉林 長春 130022；2.空軍哈爾濱飛行學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

隨著高新技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場空間日益擴展，大縱深、超遠程、高精確的打擊方式活躍于戰(zhàn)爭的舞臺，中遠程轟炸機作為遠程打擊的重要力量，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中地位的日益增強。本文選取某轟炸機型，通過建立指標評估體系，客觀準確評價其效能，對于精準衡量作戰(zhàn)能力、優(yōu)化武器控制流程、提高武器裝備打擊效率都具有重要意義。

1 某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估需求分析

效能是一個系統(tǒng)滿足一組特定任務要求程度的能力(度量)；或者說是：在某種條件下達到規(guī)定使用目標的能力。一般情況下，武器系統(tǒng)效能主要分為武器系統(tǒng)效能和作戰(zhàn)行動效能兩大類。武器系統(tǒng)效能按照研究范疇劃分，依次為單項效能、系統(tǒng)效能和作戰(zhàn)使用效能；作戰(zhàn)行動效能不但包含武器系統(tǒng)效能，而且涵蓋整體作戰(zhàn)任務[1]。本文研究的范疇為作戰(zhàn)行動效能。

1.1 評估主體及范圍

因受武器操縱者的個體差異制約，在評估過程中很難把握和度量，因此，現(xiàn)有的評估效能體系大多關注于對裝備的靜態(tài)評估，但是“人”作為操縱武器裝備的主體，對裝備自身效能發(fā)揮影響巨大，尤其是在作戰(zhàn)行動效能評估中更是起到不可忽視的作用。隨著人因工程學科的深入發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能及模擬仿真等新技術的運用，“人”的因素也可以進行測定衡量。為簡化指標體系結(jié)構(gòu)，本文暫不考慮裝備自身的維修性和可靠性，重點著眼某型轟炸機在作戰(zhàn)過程的實際運用，通過設定某一作戰(zhàn)環(huán)境、將飛行人員和某型轟炸機作為一個整體，對其作戰(zhàn)全過程進行評估，從而構(gòu)建某型轟炸機評估指標體系框架結(jié)構(gòu)。

1.2 評估指標體系構(gòu)建模式

評估指標的選取必須遵循一定的選取標準，確保評估指標能夠充分反映評估主體的相關特性，否則就會出現(xiàn)評估結(jié)果不準確、評估方法不適用、評估目標偏離等情況發(fā)生。

文獻[2]將尺度參數(shù)、系統(tǒng)性能、系統(tǒng)效能、作戰(zhàn)效能作為考慮因素，文獻[3]將系統(tǒng)性能、作戰(zhàn)適宜性、固有能力、作戰(zhàn)能力和效果等作為要素進行考慮，分別提出了兩種類似指標選取模式，雖然總體上概括出了指標體系的類型及指標選取時所應遵循的依據(jù)，但對指標選取的針對性、適用性不夠強。著眼建立作戰(zhàn)行動效能指標體系，本文提出以下4種指標體系的選取模式。

1)通過作戰(zhàn)效果來選定評估指標。通過此模式確定的指標體系指向性強，也非常容易理解，適用于一般武器裝備的作戰(zhàn)效能評估，多用于作戰(zhàn)仿真和實裝演練中的評估。但數(shù)據(jù)準確度取決于仿真的逼真度和實裝演練的條件設置，且僅適用某種特定環(huán)境背景，如果仿真程度不高或條件設置單一，則會導致指標體系應用范疇不廣、普遍代表性不強的問題。現(xiàn)階段，各類模擬訓練系統(tǒng)與實裝的差距越來越小，作戰(zhàn)條件也基本覆蓋了實戰(zhàn)所涉及的范圍，使得該類指標體系具備廣泛的應用前景。

2)通過性能參數(shù)來選定評估指標。這屬于一種靜態(tài)效能評估，多用于裝備論證、試驗階段的評估，也可用于多種同類型裝備的對比評估。該類型指標體系的評估出發(fā)點是裝備自身，其基礎指標值多為客觀測量得出，因此相關數(shù)據(jù)容易得到，且能夠綜合反映出裝備的性能，但由于其主要強調(diào)武器裝備固有能力，武器裝備的使用性能無法得到有效體現(xiàn)，在作戰(zhàn)行動效能評估中應用不多。

3)通過綜合效能來選定評估指標。該類模式的典型適用方法是ADC法及其衍生的評估方法。A代表有效性，D代表可靠性，C代表作戰(zhàn)能力。該類方法考慮因素多而全，可兼顧靜態(tài)評估和動態(tài)評估的優(yōu)點，能夠全面展示武器裝備的總體效能。但針對性指向性不好，且在基礎指標數(shù)據(jù)計算時，有時會因作戰(zhàn)狀態(tài)節(jié)點增加、所涉及儀器設備過多等因素而導致計算難度異常復雜，誤差難以掌控。

4)通過嵌套的方法來選定評估指標。隨著評估目的多樣性變化，依據(jù)單一模式的評估體系往往不能滿足評估需求，而需要采取嵌套式的理念，綜合運用以上三種方法構(gòu)建指標體系，用數(shù)據(jù)融合的方法評估最終效能。此類指標體系雖然針對性強、實效性好，但由于沒有固定套路可尋，往往需要專家的經(jīng)驗判斷和預測估計，只有把主觀測評建立在客觀數(shù)據(jù)測量的基礎上，加強效能評估結(jié)果驗證，才能發(fā)揮出該類指標體系的最大效用。

以上各類方法沒有高低上下之分，往往是將最初的評估目的、可用的評估手段和所得的評估數(shù)據(jù)進行綜合衡量，才能選定合適的評估指標選取模式，本文主要采取嵌套的方法來選定某型轟炸機評估指標。

1.3 明確指標選取原則

為提升評估指標體系的科學性與合理性，著眼某型轟炸機作戰(zhàn)特點，評估指標體系應遵循以下7種原則。

1)針對性原則。評估指標的選取應緊密圍繞某型轟炸機作戰(zhàn)使用和日常訓練課目，切實反映其效能特性。

2)可測性原則。確保某型轟炸機評估體系所選評估指標能夠通過模擬訓練或?qū)嵮b演練真實測出，定量計算，如若只能通過專家經(jīng)驗來定性評估，也應保證符合某種評估規(guī)則，確保定性評估能夠轉(zhuǎn)化為定量數(shù)值進行計算。

3)完備性原則。所選取的評估指標應能夠完全反映或覆蓋某型轟炸機作戰(zhàn)使用的全過程。

4)客觀性原則。所選取的評估指標應能夠摒除主觀因素和隨機性干擾，客觀反映某型轟炸機作戰(zhàn)使用效能的特性效能，涉及主觀操縱的指標，也應能夠通過深度學習或數(shù)理統(tǒng)計的方法，分析并提取客觀評估值。

5)靈敏性原則。所選取的評估指標應能夠及時、準確地隨著某型轟炸機作戰(zhàn)使用中的變化而產(chǎn)生明顯的變化。

6)獨立性原則。所選取的評估指標內(nèi)涵意義不應重復疊加。

7)簡明性原則。選擇的指標應盡量簡單明了，不應貪多求全而使評估體系過于復雜，既應便于理解，又方便進行評估計算。

同時，在構(gòu)建指標時，還必須將武器裝備置于一定作戰(zhàn)背景下，以武器裝備在該作戰(zhàn)想定下的使命任務為依據(jù)，才能進行效能評估。

2 某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標體系的建立

某型轟炸機屬于一種綜合性武器平臺，需要進行層次性分析、結(jié)構(gòu)性優(yōu)化才能得到科學、合理的評估指標體系。

2.1 某型轟炸機作戰(zhàn)能力分析

蘇建剛[3]著眼武器試驗鑒定工作，將一般武器裝備的作戰(zhàn)能力分為偵察能力、打擊能力、指揮控制能力、生存能力、電子對抗能力等5種能力；朱子薇[4]建立了炮兵裝備效能指標體系，將炮兵裝備固有能力區(qū)分為火力打擊、戰(zhàn)場機動、指揮通信、戰(zhàn)場防護等4種能力；高強[5]建立了無人偵察機效能指標體系，分為可靠性、生存力和偵察能力等3項一級指標；高松[6]基于可拓學建立了武器裝備效能體系，并區(qū)分為部署機動能力、C4ISR系統(tǒng)綜合能力、打擊突擊能力、防護生存能力、持續(xù)作戰(zhàn)能力等。從中可以看出，武器裝備效能需要作戰(zhàn)能力來支撐，而作戰(zhàn)能力的歸納必須要緊緊圍繞作戰(zhàn)目的和主要作戰(zhàn)任務。參照其他武器裝備作戰(zhàn)效能評估體系，著眼某型轟炸機在空軍裝備體系中所應發(fā)揮的作用，某型轟炸機必須具備遠程性、精確性、可指揮性和安全性，可進一步解構(gòu)為基本操縱效能指標、遠程打擊效能指標、突防突擊效能指標、信息管理效能指標等4大類指標。

2.2 某型轟炸機作戰(zhàn)過程分析

某型轟炸機主要涉及導航對地突擊、滿載遠程奔襲、突擊敵陸(海)上各類目標等作戰(zhàn)任務。經(jīng)分析，可將某型轟炸機直接作戰(zhàn)過程大致分為起飛滑跑、航線飛行、突防突擊、火力攻擊、返航著陸等五個階段，圍繞每個階段選定對某型轟炸機作戰(zhàn)使用效能的支撐指標[7-11]。

1)起飛滑跑階段

該階段一般由地面滑跑、離地和加速爬升等3個環(huán)節(jié)組成，飛行人員要進行解除剎車、保持正確滑行方向、操縱油門、抬前輪、保持起飛仰角等一系列操縱動作。將某型轟炸機作為一個武器整體平臺衡量，可以從滑行速度、起飛方向、起飛迎角、離陸速度、上升梯度等數(shù)據(jù)指標體現(xiàn)。

2)航線飛行階段

該階段是指由我方控制空域至敵防空力量打擊區(qū)域和雷達偵測范圍內(nèi)的一段飛行區(qū)間，飛行人員要操縱飛機進行盤旋、平飛、轉(zhuǎn)彎等動作，同時監(jiān)控并保持油量、氣壓、高度、速度等數(shù)據(jù)。若把某型轟炸機看作一個獨立的系統(tǒng)，則主要通過速度、高度、航向、坡度、航跡準確性，以及在集合點的準時到達目標等指標數(shù)據(jù)體現(xiàn)其作戰(zhàn)行動效能。

3)突防突擊階段

該階段是指進入敵防空力量打擊區(qū)域和雷達偵測范圍內(nèi)的飛行航線，飛行人員要運用合理的戰(zhàn)術，開展低空飛行、大角度轉(zhuǎn)彎等機動飛行動作，充分利用地形、天氣條件，躲避敵防空力量打擊及雷達偵測，必要時可進行有源或無源電子干擾。

4)火力打擊階段

該階段是某型轟炸機飛抵至攻擊范圍后，利用機載武器對既定目標進行攻擊的過程。主要為飛行人員操控武控系統(tǒng)、并同時保持飛行姿態(tài)，具體包括目標探測、目標識別、武器使用等環(huán)節(jié)，標志性指標是目標的毀傷效果。

5)返航著陸階段

該階段是某型轟炸機脫離攻擊目標直到安全降落的飛行區(qū)間，可用飛行人員操縱飛機到達遠(近)臺時的速度、高度和航向角度，接地速度、接地迎角等數(shù)據(jù)值作為評估指標。

另外，對于信息偵測、飛行導航等方面的效能值，可通過對慣導/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)、精密測距機載設備、各類電臺等機載設備的使用效果來測定，且該類型指標體現(xiàn)在作戰(zhàn)全過程，無法歸類到某一階段。

2.3 指標體系結(jié)構(gòu)聚合分析

通過作戰(zhàn)過程和作戰(zhàn)能力分析，能夠得到以下41項基礎指標與作戰(zhàn)行動效能相關聯(lián)，如表1所示。

表1 影響某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估若干性能指標

以上指標存在功能重疊的等問題，通過進行層次分析、功能聚合和相關性聚合，對相關指標進行篩選，才能得到比較合理的指標體系[8]。

1)功能聚合

將屬于同一功能或同一方面的指標歸為一類。如解除剎車、操縱油門、抬前輪時機等雖屬于滑跑起飛階段的重要性指標，但更適合于測試飛行人員操作能力，對作戰(zhàn)效能的支撐不足，完全可以用滑行速度、起飛方向、起飛仰角等由某型轟炸機外部表現(xiàn)出的指標所代表或替換。

2)相關性聚合

在功能聚合基礎上，將相互之間相關程度高的評估指標聚為一類。如信息偵測、電子對抗、飛行導航等指標，在飛行各個階段均可能有所涉及，可以將其聚合到一類指標中進行評估衡量，更加科學合理。

3)指標體系層次分析

通過對指標體系的劃分，對評估指標進行合并或分解，區(qū)分作戰(zhàn)效能度量層、效能度量層、性能度量層、尺度參數(shù)層等4類作為指標體系框架[2]。

①作戰(zhàn)效能度量層。其是對某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能的總體認定和度量。

②效能度量層。通過對作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)能力分析，將某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能所應具備的遠程性、精確性、可指揮性和安全性等，分解為突防突擊、信息管理、遠程打擊、基本操縱等4類指標。

③性能度量層。將效能度量層的指標進一步分解為可度量的參數(shù)組合，用以表達裝備某方面性能或某種戰(zhàn)術選擇運用。

④尺度參數(shù)層。其也是最底層，表示某型轟炸機在作戰(zhàn)行動中所產(chǎn)生的系統(tǒng)參數(shù)或所體現(xiàn)出的屬性。

最終，確定某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標體系如圖1所示。

圖1 某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標體系

3 某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標體系的運用

鑒于某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能指標體系是采用自上而下逐層分析解構(gòu)建立的方法，計算時則采用從下而上的方法，即首先計算尺度參數(shù)層的評估值，然后依次向上一層整合數(shù)據(jù)，逐層遞進至性能度量層、效能度量層，最終得到某型轟炸機的作戰(zhàn)行動效能評估值。

3.1 尺度參數(shù)層數(shù)據(jù)計算

某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標類型多樣，一般可分為成本型、效益型、區(qū)間型、固定型、語言型。可將具有某種共同屬性或特征的數(shù)據(jù)歸并在一起，通過其類別的屬性或特征來進行區(qū)別，解決數(shù)據(jù)處理、效能計算繁雜的問題。根據(jù)尺度參數(shù)層基礎指標性質(zhì)，可將數(shù)據(jù)分為以下5種類型[12]。

1)區(qū)間型指標

(1)

分指標實際效能為e(x)，有e(x)<1且e(x)為單調(diào)遞減函數(shù)，x為指標變量，x1、x2是區(qū)間邊界。即：所得到的指標數(shù)據(jù)落入某個區(qū)間效能越高，在區(qū)間之外效能越差。該數(shù)據(jù)類型應用最廣，因飛機實際飛行速度、姿態(tài)、高度等數(shù)據(jù)中均存在一個標準范圍，在標準區(qū)間范圍內(nèi)即認為滿足要求。突防突擊和基本操縱指標模塊中以某型轟炸機飛行數(shù)據(jù)為主要衡量的基礎指標數(shù)據(jù)均屬此類型。

2)成本型指標

(2)

分指標實際效能為e(x)，有e(x)<1且e(x)單調(diào)遞減函數(shù)，x為指標變量。即：所得到的指標數(shù)據(jù)取值越小s，效能越高；取值越大，效能越低。應用火控雷達、敵我識別雷達等設備發(fā)現(xiàn)目標位置、確定目標參數(shù)的時間越短，效能越高，目標探測類指標屬于此類型。

3)效益型指標

(3)

分指標實際效能為e(x)，有e(x)<1且e(x)單調(diào)遞增函數(shù)，x為指標變量。即：在規(guī)定區(qū)間內(nèi)，所得到的指標數(shù)據(jù)取值越大，效能越高；取值越小，效能越低。導彈所攻擊目標的毀傷效果(一般用百分比體現(xiàn))屬于此類型。

4)固定型指標

(4)

分指標實際效能為e(x)，有e(x)<1且e(x)單調(diào)遞減函數(shù)，x為指標變量，k為標準值。即：所得到的指標數(shù)據(jù)離某一標準值越近，效能越高；離某一標準值越遠，效能越低。電子對抗指標中釋放鋁條彈、紅外彈，進行各類有源干擾的時機往往存在一個最佳時間點，因此相關指標數(shù)據(jù)屬于此類型。

5)語言型指標

語言型指標究其根本，也是一種固定型指標的變體，為方便計算，在這里單獨設定。設定評價語言集E5，如下式

E5=x，x∈[1，0.9，0.7，0.6，0]

(5)

將效能指標設定為五檔：杰出、優(yōu)秀、良好、及格、不及格。并以相應數(shù)值表示“1，0.9，0.7，0.6，0”表示，設效能為E，x為自定義變量。對于戰(zhàn)術方法選擇及執(zhí)行情況、塔康精密測距機載設備、慣導/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)等無法歸類到以上數(shù)據(jù)類型的指標，可采取人工評判的方式確定效能值。

3.2 各個度量層權重計算

如何科學、合理地分配權重是決定評估指標體系是否適用的關鍵因素。權重計算主要為層次分析法、最小二乘法、結(jié)構(gòu)方程法等主觀分析法和熵值法、粗糙集[7]等客觀分析法兩大類。航空器作戰(zhàn)行動效能評估體系層級復雜、指標相互交聯(lián)，經(jīng)綜合考慮，應用結(jié)構(gòu)方程模型法(Structural Equation Model，SEM)計算指標體系的權重[13]。

1)結(jié)構(gòu)方程模型原理

結(jié)構(gòu)方程模型法是利用變量的協(xié)方差矩陣來分析變量間關系的一種方法，廣泛應用于各類學科，主要理論為設定測量方程和結(jié)構(gòu)方程，并求解的過程。

測量方程如下式：

X=Λxξ+δ

(6)

Y=Λyη+ε

(7)

X表示外生顯變量，即：可直接測量且不受其他變量影響的變量；Y表示內(nèi)生顯變量，即：可直接測量且受其他變量影響的變量；Λx、Λy表示相關系數(shù)矩陣；ξ表達外生潛變量，即：無法直接測量，只能通過外生顯變量表達的變量；η表達內(nèi)生潛變量，即：無法直接測量，只能通過內(nèi)生顯變量表達的變量；δ、ε分別為殘差項。測量方程主要表述尺度參數(shù)層指標變量和各個度量層之間的關系。

結(jié)構(gòu)方程如下式

η=Bη+Γξ+ζ

(8)

B、Γ分別表示相關系數(shù)參數(shù)矩陣；ζ表示殘差項。

結(jié)構(gòu)方程主要表述尺度參數(shù)層指標變量之間的關系。

顯變量可看作是尺度參數(shù)層中的基礎指標，潛變量可看做是各個度量層的指標。由此，可將作戰(zhàn)行動效能指標體系權重計算的過程看作是解析結(jié)構(gòu)方程的過程。

2)利用結(jié)構(gòu)方程模型計算指標權重

圖1所示的作戰(zhàn)行動效能評估指標體系主要用以展示層級結(jié)構(gòu)和邏輯關系，為便于計算，將尺度參數(shù)層合并，并直接與效能度量層或性能度量層對接，下面采用“尺度參數(shù)層—效能度量層—作戰(zhàn)性能度量層”的方式進行計算。

步驟一：獲取原始數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)方程法需要大量的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)作為計算基礎。從某模擬訓練機構(gòu)配備的轟炸機模擬器所記錄的數(shù)據(jù)庫中，遴選歷年來被評為良好以上的150個任務數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)源。

步驟二：原始數(shù)據(jù)處理

將遴選出的數(shù)據(jù)按照尺度參數(shù)層所表述方法進行計算，并進行非量綱化、歸一化處理。

步驟三：進行信度、效度分析

將數(shù)據(jù)處理后，導入“SPSS”軟件(Statistical Program for Social Sciences)進行信度、效度分析。通常要求潛變量的克朗巴哈α系數(shù)(Cronbach’s Alpha，簡稱CA)>0.9，KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗值>0.8。經(jīng)測試數(shù)據(jù)集中的α=0.946、KMO=0.924，信度、效度符合要求。

步驟四：模型檢驗

應用“AMOS”軟件(Analyse of Moment Structures)對數(shù)據(jù)進行分析。經(jīng)測試，模型適配程度良好，模型可用。

圖2 結(jié)構(gòu)方程模型圖

模型卡方值為104.25(見表2)，絕對擬合指標和增值擬合指標均顯示模型與數(shù)據(jù)匹配度符合要求。

表2 模型適配度指標

最終，可取得系統(tǒng)作戰(zhàn)行動效能與作戰(zhàn)數(shù)據(jù)各個指標的定量關系模型，進而得到某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估指標體系的權重。

3.3 作戰(zhàn)行動效能指標聚合計算

將所計算出的尺度參數(shù)層數(shù)據(jù)依次向效能度量層、性能度量層轉(zhuǎn)化計算，常用的計算方法主要有加權算術平均法和加權幾何平均法。

加權算術平均法相對簡單，適用于獨立性強、相互干擾度小、可以進行線性補償?shù)闹笜耍祟愞D(zhuǎn)化方法可有效突出權重和數(shù)值較大的指標，對于權重低、數(shù)值小的指標則顯現(xiàn)不夠。具體表達式如下

(9)

E為該層次的評估值；ωi為指標i的權重；xi為指標i的值；m為指標的數(shù)量。

信息管理效能中的信息偵測、電子對抗、飛行導航等指標，其隸屬的基礎指標互補性強，相關設備往往互為備份，適用于加權算數(shù)平均法進行整合計算。

加權幾何平均法突出強調(diào)了指標值之間的均衡性，權重低、數(shù)值小的指標也會對最終的評估值產(chǎn)生較大影響。具體表達式如下

(10)

E為該層次的評估值；ωi為指標i的權重；xi為指標i的值；m為指標的數(shù)量。

突防突擊、遠程打擊、基本操縱等效能度量層中的各個指標交聯(lián)度高，如某一指標值低，則會對整體效能產(chǎn)生較大影響，適用于加權幾何平均法進行整合計算。

4 結(jié)束語

本文的創(chuàng)新點在于通過“選定體系構(gòu)建模式、明確選取原則、開展作戰(zhàn)過程和作戰(zhàn)能力分析、進行指標功能性和相關性聚合”等一系列步驟，區(qū)分尺度參數(shù)層、性能度量層、效能度量層、作戰(zhàn)效能度量層等4個層次，建立了具有樹狀結(jié)構(gòu)的某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能指標評估體系，應用結(jié)構(gòu)方程模型法計算出相關權重指標，明確了計算某型轟炸機作戰(zhàn)行動效能評估的具體方法。