基于改進ADC 模型裝備保障效能評估

何能波，吳紅樸，朱佳辰，侯 煒，陳玉龍

（航天工程大學，北京 102206）

0 引言

裝備保障對于保持和恢復裝備性能，保證裝備戰斗力的持續輸出起著至關重要的作用，裝備保障效能的高低影響著戰局的最終走向，而裝備保障效能評估是對保障作用發揮的度量，能夠檢驗裝備保障現狀和發現不足，通過科學有效的方法進行效能評估達到促進裝備保障能力提升的目的，具有非常重要的意義。

1 效能評估方法與模型確定

1.1 效能評估方法

文獻［1］綜述了關于裝備保障能力評估方法的優缺點，如有模糊層次分析法、云理論法、基于神經網絡的智能評估法等方法，文獻［2］運用模糊層次分析法對導彈裝備保障能力進行了評估，文獻［3］闡述了ADC 方法的優點，即基于ADC方法的效能評估值與裝備系統的實戰效果和作戰過程之間具有良好的物理擬合性，且模型的簡便靈活的優點并被運用到機載反輻射導彈效能評估中，文獻［4］根據合成旅裝備保障的特點，結合模糊綜合評價和ADC 方法的優點設計了效能評估模型，并用實例進行檢驗，說明模型是有效的。結合文獻對裝備保障效能評估方法的研究，各評估方法存在以下優缺點：

（1）模糊層次分析法的效能評估，模型簡單，采用定性定量的方法對復雜系統問題分析效果較好，但評估人員的經驗和知識對指標權重的確定由較大影響。

（2）云理論法充分考慮裝備保障系統的隨機性和模糊性的問題，為表達不確定提供了更系統更高層的工具，可通過云圖直觀的展現出評估結果，但存在數據收集和處理時比較繁瑣，形成的云圖不理想的情況。

（3）神經網絡法避免了復雜模型的計算，解決建模難的問題，便于實現，具有比較好的學習能力和容錯能力，但其需要大量的樣本數據進行訓練，同時很難將其運算得出的結果解釋清楚，且運算的時間較長。

（4）ADC 模型方法成熟，使用簡便，能夠反映裝備保障系統的物理本質，單個或復雜系統的效能評估效果較好，但模型的每項需要明確的解析表達式，有些系統難于給出解析表達式。

1.2 評估方法確定

裝備保障系統效能評估應包含動態和靜態兩個方面。ADC效能評估模型的指標體系是以可靠性、維修性、固有能力為基礎，從系統的可用度、可信度、固有能力3 個方面建立，可用性是指某項任務需要系統完成時，處于能運用的概率，可信性是指系統完成某項任務的整個過程中從某種狀態轉移到另一種狀態的概率，固有能力是指系統所處狀態下完成任務的能力。裝備保障效能評估是以部隊所擔負的使命任務為背景，基于對抗條件下遂行演訓任務或考核，裝備保障系統有效執行任務的度量，從裝備保障力量執行保障任務開始至結束這一過程中保障系統的狀態變化與ADC 模型所評估的系統具有較高的切合度，因而選用ADC 模型進行裝備保障效能評估。

2 ADC 效能評估模型的優化

雖然裝備保障系統效能評估采用ADC 模型，考慮了系統的可用性、可靠性和固有能力，與整個部隊裝備保障系統具有較好的契合度，但還存在以下兩個不足之處。

（1）缺少實戰化條件下戰場環境因素，不能體現部隊中心工作即聚焦戰斗力這個唯一的根本標準，使效能評估因缺少了復雜多變的戰場環境因素而不能客觀全面地評估高原高寒地區裝備保障實際情況，高原高寒地區裝備保障效能評估既要突出高原環境的特點，也要突出戰場對抗性的特征。

（2）ADC 模型是基于數值計算的模型，對于數據的準確度要求較高，而對于效能評估的一些定性指標在量化上存在模糊性和隨機性的問題。

針對問題主要的兩個方面，對ADC 模型進行優化。

2.1 增加環境適應能力G

在ADC 模型的基礎上增加環境適應能G，改進后的ADC模型為：

其中，A、D、C 分別表示裝備保障系統的可用度、可信度和固有能力，G 表示其環境適應能力。

2.2 增加云模型

在定性與定量的基礎上，云模型將自然語言中定性描述的隨機性和模糊性有機地結合起來，實現了定性描述與定量數據的相互轉換，克服ADC 模型定性指標的量化問題。

2.2.1 確定對應的云模型

云模型的形狀體現了定性指標的重要特性。云是由若干個云滴組成，每一個云滴是定性指標的每一次量化，云模型是定性指標量化的概率分布函數，云滴數量越多越能反映定性指標的特征，云模型3 個數值特征分別是期望值Ex、熵En、超熵He，其中Ex表示定性指標量化后最理想值，En表示定性指標不確定的程度、是云滴可被接受的程度，He 表示云滴的離散程度。

對于確定的Ex、En、He 由云發生器就能產生云，其過程步驟分為：

步驟1：生成期望為Ex，標準差為En的正態隨機數xi～N（Ex，En）。

步驟2：生成期望為En，標準差為He 的正態隨機數En′i～N（En，He）。

步驟3：計算x 的隸屬度u（x），即：

循環步驟1 至步驟3，即可得Ex、En、He 對應的云。

當需要對定量數值轉換為定性指標描述時，可以通過云滴樣本利用逆向云發生器，得到相應的數值特征值Ex、En、He：

其中，xi為云滴樣本中第i 云滴值。

2.2.2 建立評價集及標準云模型

（1）通過咨詢裝備保障領域專家和裝備保障骨干，將評價分為優秀、良好、一般、合格、不合格、差（表1），建立評價集V={v1，v2，v3，v4，v5，v6}。

表1 評價等級與數值區間

（2）生成對應評價等級的標準云，將數據代入式（3）～（5）求得對應的Ex、En、He值，在通過云發生器生成標準云模型。

當binf=0 時，Ex、En、He求解公式：當bsuf=1 時，Ex、En、He 求解公式：

當binf≠0 且bsuf≠1 時，Ex、En、He 求解公式：

（3）綜合云計算，通過下層指標云模型數字特征值與指標權重，計算出上層指標的云模型數字特征值，即

或當存在兩朵云相乘時有：

3 構建效能指標體系

裝備保障系統可用度與保障裝備平均故障間隔時間和平均故障維修時間相關。裝備保障系統可信度可由主戰裝備可靠性表示。裝備保障系統固有能力可由保障指揮能力、信息保障能力、維修保障能力、供應保障能力、動員保障能衛、管理訓練能力6 個指標表示，環境適應能力可用自然環境適應能力和戰場環境適應能力來表示（圖1）。

圖1 裝備保障效能指標體系

4 裝備保障效能評估

4.1 可用度

裝備保障系統的可用度A 和可信度D 可以用系統內各類型裝備的平均可用度和平均可信度來近似表示。由于編配的裝備種類多樣，因而編配的保障裝備種類也多，對于某一類型的保障裝備的可用度可由該類型裝備的故障間隔時間MTBF 和故障維修時間MTTR，可用度可表示為：

如果某單位的裝備保障系統裝備類型數量為n，則該裝備保障系統平均可用度為：

裝備保障系統執行任務開始時可能處于正常工作和故障兩種狀態，分別用a1和a2表示所處兩種狀態的概率。其中a1和a2可表示為：

通過調研，可知某單位保障裝備主要有4 種類型，通過查找相關技術資料和結合保障裝備日常故障維修統計數據，得到各類型保障裝備的故障間隔時間和故障維修時間（表2）。

表2 保障裝備可用性相關參數

所以裝備保障系統的平均可用度Ak以及可用度A 為：

4.2 可信度

保障裝備從任務開始到任務結束有4 種狀態，即：任務開始到結束裝備均是正常工作狀態；任務開始時裝備在正常工作狀態，任務結束時處于故障不能工作狀態；任務開始時裝備處于故障不能工作狀態，任務結束時仍處于正常工作狀態；從任務開始時到任務結束裝備均處于故障不能工作狀態。

這4 種狀態分別用平均概率表示，分別用d11、d12、d21和d22，D 可表示為：

4.3 固有能力

裝備保障能力實施的裝備保障活動即保障任務，裝備保障力量只有完成任務和未完成任務兩種狀況，可以用c1、c2表示，所以固有能力C 可表示為式（19）。由于任務未完成，說明裝備保障能力沒有發揮、c2=0，因此只需要分析計算c1就能得到裝備保障系統的固有能力C。

（1）建立固有能力評價集及標準云模型。通過咨詢裝備保障領域專家和裝備保障骨干，將評價等級分為優秀、良好、一般、合格、不合格和差等6 個等級，建立評價集V={v1，v2，v3，v4，v5，v6}，其對應分值見表3。

表3 評價等級與數值區間

（2）根據表3，通過式（6）～式（8）計算出標準云數字特征（表4）。

表4 評估等級對應隸屬云數字特征

（3）利用正向云發生器得到對應的云圖（圖2）。

圖2 標準云圖

（4）邀請裝備保障領域的專家對固有能力指標權重進行比較，求出各指標的權重，同時對各指標具備的能力在區間［0，1］內進行打分，判斷矩陣和打分結果見圖3、表5。

圖3 一級指標打分判斷矩陣

（5）通過表5 計算出固有能力指標權重wA。

表5 評估指標打分結果

（6）根據表6，通過式（3）和式（4）計算出各指標的云數字特征（表6）。

表6 云數字特征

4.4 環境適應能力

由式（9）可得到固有能力指標的綜合云，其對應的Ecx、Ecn、Hec分別為：

同理，可得到環境適應能力綜合云數字特征（Egx、Egn、He）g及云圖。

4.5 計算保障效能

由式（1）可知，裝備保障系統的效能E 為：

則裝備保障系統的效能對應的云數字特征為：

其對應的云圖如圖4 所示。

圖4 裝備保障效能云圖

由此可知，裝備保障系統的效能為合格，具有較大的提升空間。

5 結束語

以ADC 模型為基礎增加環境適應能力改進評估模型，并運用云理論克服定性指標的量化問題，得到了裝備保障效能評估模型，評估結果以圖形的方式直觀地展現出來，得到的結果與實際較為貼近，說明模型科學有效。