基于AHP和模糊綜合評價的船艇裝備戰(zhàn)場損傷等級評估

郭聰，馮柯，董家輝，王偉，劉雁軒

（1.陸軍軍事交通學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.陸軍工程大學野戰(zhàn)工程學院，江蘇 南京 210001；3.71352部隊）

0 引言

陸軍船艇戰(zhàn)場損傷（Battlefield Damage of Army Ship）是指在戰(zhàn)時需要排除、處理的妨礙船艇裝備完成任務的事件，包括：戰(zhàn)斗損傷、偶然故障、耗損性故障、人為差錯以及船艇裝備得不到供應品（備件、油料、材料等）、裝備不適于作戰(zhàn)環(huán)境等。船艇裝備損傷評估是實施戰(zhàn)場搶修的關鍵步驟，一般由船艇的使用人員、維修人員和裝備管理人員采用外觀檢查、功能檢查和性能測試的方法進行，確定是否進行現(xiàn)場搶修及修理次序，或集中到靠前搶修點加以修復，或撤回后方。損傷等級評估涉及指標眾多，內(nèi)部關系錯綜復雜，數(shù)據(jù)難以量化。

層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）是美國匹茲堡大學教授A.L.Saaty開發(fā)的一種綜合定性與定量分析多因素復雜系統(tǒng)的有力工具，是一種模擬人的決策思維過程，尤其是難以定量描述的社會系統(tǒng)分析方法。它具有思路清晰、方法簡便，系統(tǒng)性強、適用面廣等特點，便于普及推廣，可幫助人們在工作和生活中思考和解決難以完全用定量方法進行分析的問題，以實現(xiàn)科學決策。模糊綜合評價法（Fuzzy comprehensive evaluation method）是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法。對受到多因素制約的事物或對象做出一個總體評價時，根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉為定量評價[1]。該方法具有系統(tǒng)性強、結果清晰的特點，適于解決難以量化的非確定性問題。

本研究應用AHP確定裝備戰(zhàn)場損傷等級評估指標權重，然后采用二級模糊綜合評價法獲得科學、準確的確定損傷等級結果。

1 船艇裝備戰(zhàn)場損傷等級評估指標體系

1.1 評估等級

按照慣例，我軍通常對裝備戰(zhàn)場損傷分為四個等級：輕度損傷、中度損傷、重度損傷、報廢[2]。各等級評定主要按照其損傷程度及其修復時的難易程度確定，具體標準和處置措施如表1所示。

表1 裝備損傷等級含義及措施

1.2 評估指標體系

隨著高新技術的發(fā)展，船艇裝備的復雜程度也越來越高，涵蓋了動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、通信導航系統(tǒng)等多個部分，其評估指標可以分為兩級。

1.2.1 子系統(tǒng)

按照陸軍船艇戰(zhàn)時典型故障模式和裝備的組成系統(tǒng)，其損傷評估一級子系統(tǒng)有以下6個。

（1）船體損傷。船（艇）體指不包括船艇內(nèi)外任何設備、裝備和系統(tǒng)在內(nèi)的船艇殼體及其支撐結構，一般由主船體和上層建筑組成。由于船體是裝備的最外層，在戰(zhàn)場上受敵方武器打擊后損傷的概率較大。當船體損傷嚴重時將破壞船艇的浮性，危及船艇安全及作戰(zhàn)任務的完成。

（2）動力系統(tǒng)損傷。船艇動力系統(tǒng)損傷包括柴油機及其附件損傷、各種泵類損傷、氣體壓送機械損傷和各種泵類損傷，將直接影響船艇航行、安全及作戰(zhàn)。

（3）電氣系統(tǒng)損傷。電氣系統(tǒng)是為了保障船艇各電器設備的正常運行，是船艇的神經(jīng)和血液。電氣系統(tǒng)的故障和損傷直接影響船艇航行、安全及作戰(zhàn)，包括船用基本電路故障、船用電站損傷、啟動系統(tǒng)損傷、電動系統(tǒng)損傷。

（4）管路系統(tǒng)損傷。船艇管路系統(tǒng)是船艇輸送油、水、空氣、排煙的管路及閥門統(tǒng)稱，是船艇動力裝置正常運行的基礎。管路系統(tǒng)損傷將直接影響船艇航行、安全及作戰(zhàn)任務的完成，包括管系漏氣漏液、拆卸困難、閥門（箱）拆卸困難。

（5）通信導航系統(tǒng)損傷。船艇通信導航系統(tǒng)是陸軍船艇在海上執(zhí)勤、訓練和作戰(zhàn)是實現(xiàn)首長意圖、確保船艇導航的重要裝備，一旦發(fā)生故障或損傷，將直接影響船艇指揮和航行安全。通信導航系統(tǒng)損傷包括導航雷達損傷、衛(wèi)星導航儀損傷、甚高頻無線電話損傷、短波電臺損傷。

（6）武器系統(tǒng)損傷。陸軍船艇的固定武器裝備主要是以雙管14.5 mm艦用機槍為主。船艇武器裝備損壞將直接影響船艇發(fā)揮火力，削弱船艇防衛(wèi)能力，主要包括機槍瞄準具損壞、機槍槍管損壞、機槍撞針損壞。

1.2.2 影響指標[3]

（1）危害度。危害度（Criticality）是對某種故障模式的后果及其出現(xiàn)頻率的綜合度量。當以上6個子系統(tǒng)發(fā)生損傷時都有可能影響船艇裝備基本功能的發(fā)揮，對船艇裝備安全、航行和完成作戰(zhàn)任務產(chǎn)生惡劣后果。

（2）備件器材供應度。戰(zhàn)場搶修需要消耗大量備品備件，包括油、液、工具、備件、材料等，而戰(zhàn)場上的供應線經(jīng)常遭到破壞，船艇航行在大海上遠離后方，能否得到及時、充足的備件器材供應對船艇裝備的戰(zhàn)場搶修至關重要。

（3）搶修難度。搶修難度是指在現(xiàn)有條件下完成子系統(tǒng)搶修任務的難易程度，由該子系統(tǒng)損傷程度和戰(zhàn)場搶修力量決定。

（4）搶修時間。搶修時間是在現(xiàn)有條件下修復某子系統(tǒng)使其恢復或部分恢復工作能力的時間。戰(zhàn)場搶修具有時效性強的鮮明特點，搶修時間是影響完成子系統(tǒng)修復任務的重要指標。

2 AHP方法確定評估指標權重

2.1 建立層次結構模型

進行系統(tǒng)分析時，首先要將所包含的因素分組，再根據(jù)各組邏輯關系，把各組分為最高層、中間層和最低層。例如，對于船艇裝備戰(zhàn)場損傷等級評估，可以將其劃分成如圖1所示的層次結構模型。其中：

圖1 裝備損傷等級評估體系

最高層（A層）：損傷等級評估，即AHP所要達到的目標。

中間層（B層）：6個子系統(tǒng)，是實現(xiàn)預定目標所涉及的中間環(huán)節(jié)。

最低層（U層）：24個影響指標，是決定子系統(tǒng)修復的基本因素。

2.2 構造判斷矩陣

判斷矩陣是人們對每一層次各因素的相對重要性給出判斷的數(shù)值表示形式。判斷矩陣的數(shù)值表示針對上一層次某因素而言，本層次與之有關的各因素之間的相對重要性。在構造判斷矩陣時，Saaty等[4]建議采用1～9及其倒數(shù)作為標度。以B層為例，用bij表示子系統(tǒng)bi與子系統(tǒng)bj對A層的影響程度比值，bij的取值詳見表2。

表2 標度的含義

針對某型登陸艇裝備的戰(zhàn)技術狀態(tài)，采取專家打分評價可以得到A-B判斷矩陣，見表3。

表3 A-B判斷矩陣

2.3 矩陣計算

AHP計算主要是求出判斷矩陣的最大特征根λmax及其對應的特征向量W，通常使用冪法、和積法、方根法。為簡化計算，采用第三種近似方法——方根法。

每一行元素進行乘積，

同理，可得

（2）計算M1、M2…M6的6次方根

同理，可得

同理，可得

所求的特征向量為WB=[0.297 0.265 0.219 0.050 0.101 0.067]T，即各子系統(tǒng)在損傷評估模型中的權重。

2.4 一致性檢驗

計算判斷矩陣的最大特征根。

同理，可得

其中，n表示判斷矩陣的階數(shù)。

層次總排序一致性指標

RI表示層次總排序平均隨機一致性指標，判斷矩陣階數(shù)在1～9時，RI取值得到表4[5-6]。

表4 不同階數(shù)判斷矩陣對應的RI標準值

CI與同階平均隨機一致性指標RI之比稱為判斷矩陣的隨機一致性比例，記作CR。當CR＜0.1時，判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要調(diào)整判斷矩陣。

n=6時，RI=1.24。

故判斷矩陣具有滿意的一致性。

3 模糊綜合評價法確定損傷等級

3.1 構建模糊評價因素集U

評價因素集U是對評價內(nèi)容具有重要影響的指標集合，是綜合評價的基礎，所選指標是否適宜將直接影響綜合評價的準確性。根據(jù)1.2，在評估船艇裝備戰(zhàn)場損傷等級時，最底層的24項影響指標可以作為評價因素集U。

3.2 確定評語集V

評價結果的每一個等級對應一個模糊子集，即等級集合。根據(jù)1.1，船艇裝備戰(zhàn)場損傷劃分為4個等級，即V={輕度損傷，中度損傷，重度損傷，報廢}。

3.3 建立因素權重集W

各因素的權重可通過上文的層次分析法確定。對某型登陸艇采用AHP計算出評價指標體系各子系統(tǒng)及影響因素權重。各子系統(tǒng)的權重向量為：

各影響因素權重向量為：

生成評價指標體系權重，見表5。

表5 評估指標體系權重表

3.4 構建模糊關系矩陣

在構造了等級模糊子集后，要逐個對每個因素進行量化，即確定從單因素看對所在子系統(tǒng)的隸屬度。損傷等級評估體系中間層的6個子系統(tǒng)下分別有4個影響因素，各影響因素按影響程度由小到大趨勢進行排列，用V1、V2、V3、V4表示，如表6。

表6 因素等級表

船艇發(fā)生戰(zhàn)場損傷后，由6位評估人員根據(jù)損傷程度，結合戰(zhàn)場環(huán)境、攜帶的備件器材數(shù)量等影響因素按照V1、V2、V3、V4的等級進行評定，整理評定結果，計算出Rij（Rij為某子系統(tǒng)第i個影響因素被評價為Vj的次數(shù)占總評價人數(shù)的比值），得到關系矩陣R1、R2、R3、R4、R5、R6。

3.5 模糊綜合評判

采用模糊合成算子M（.，?）將各影響因素權重與模糊關系矩陣進行合成，得到最后的評判結果。

將模糊關系矩陣與各影響因素權重向量合成：

同理，可得

可得二級模糊評判矩陣

進行一級模糊評價：

歸一化處理后得：[0.109 0.452 0.376 0.063]

根據(jù)最大隸屬度原則，第二項0.452最大，該船艇被評定為中度損傷，需要修理和更換的零部件較多，應依靠伴隨搶修分隊進行應急搶修。

4 結語

裝備戰(zhàn)場損傷評估是進行戰(zhàn)場搶修的前提，迅速準確地確定損傷等級對制定搶修方案提供具有重要指導意義。所建立的損傷等級評估系統(tǒng)不一定適用于所有船型和作戰(zhàn)任務，在實際應用時需進一步完善。此外，采用AHP和模糊綜合評價方法計算過程繁瑣，在戰(zhàn)場上時間緊迫，可以借助軟件（如邁實AHP層次分析法軟件、SPSS分析軟件）進行計算，便于快速獲得評估結果。