水面艦艇流體性能關鍵技術評估方法研究

張　恒，馮偉強（海軍裝備研究院，北京 100161）

水面艦艇流體性能關鍵技術評估方法研究

張恒，馮偉強
（海軍裝備研究院，北京 100161）

為在水面艦艇研制主要設計階段全面掌握流體性能關鍵技術研究進展情況，根據流體性能關鍵技術評估的主要內容，建立流體性能關鍵技術評估指標體系。在分析常用評估方法適用性的基礎上，提出基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法開展流體性能關鍵技術評估。實例應用表明，該評估方法適用可行，較科學全面地評價出主要設計階段流體性能關鍵技術研究進展，為艦艇總體設計階段決策提供科學依據。

水面艦艇；流體性能；關鍵技術評估方法

0　引 言

艦船武器裝備具有研制周期長、投資數額大、技術風險高、影響因素多等特點，由此決定了對它進行管理與控制的復雜性，只要一個環節出現問題，就可能會出現技術狀態變化、研制周期延長、費用開支增加等問題，造成很大的軍事經濟損失和影響。流體性能作為水面艦艇平臺的主要性能之一，流體性能（快速性、耐波性、操縱性）綜合優化，螺旋槳、舵、輔助推進器、減搖裝置等關鍵技術的突破與否是艦船平臺成功研制的基礎。為在水面艦艇研制過程中主要設計階段及時掌握流體性能關鍵技術研究進展，支撐軍方對研制過程的監督與控制，促使流體性能關鍵技術研究工作科學有效開展，達到主要作戰使用要求，有必要在主要設計階段開展系統全面的流體性能關鍵技術評估工作。

目前，國內在水面艦艇主要設計階段對流體性能關鍵技術評價以定性分析為主，且主要分析指標符合性，評價不夠系統全面。本文主要建立一套適用于水面艦艇設計階段的流體性能關鍵技術評估指標體系和評估方法，為科學開展流體性能關鍵技術評估提供技術支撐。

1　流體性能關鍵技術評估的特點

科技項目評估包含項目前評估（事前評估，立項評估）、項目過程評估（事中評估，進展評估）和項目后評估（事后評估，績效評估）三類。水面艦艇流體性能關鍵技術評估主要在項目研制過程中進行評估，屬于項目過程評估，而水面艦艇研制一般分為立項論證階段、方案階段（方案設計、深化方案設計）、工程研制階段（技術設計、施工設計、建造，初樣機設計、正樣機設計、試制，試驗）、設計定型階段。流體性能關鍵技術在技術設計完成后基本固化，因此，流體性能關鍵技術評估主要在方案設計、深化方案設計、技術設計階段開展。作為艦船研制過程中項目評估的一部分，流體性能關鍵技術評估具有如下特點：

監測性。流體性能關鍵技術評估是在項目實施過程中進行的針對關鍵技術進展情況和由此產生的發展和變化的評估，根據水面艦艇型號研制計劃和各階段設計數據、項目實施的實際數據和項目后續發展的預測數據開展評估，監測在研制中具有持續性。

動態性。流體性能關鍵技術評估是在整個項目實施過程中不斷推進的一種跟蹤和評估工作，包括對于流體性能關鍵技術進展情況的動態檢測和跟蹤，對于關鍵技術進展及其所帶來影響的動態評估，對于關鍵技術實施方案和項目整體方案的動態調整等。

階段性。流體性能關鍵技術評估是在方案設計、深化方案設計、技術設計階段分別開展，所以它又具有階段性的特性，一般一個階段跟蹤評估一次。

控制性。流體性能關鍵技術評估的根本目的是確保關鍵技術成功突破和項目順利實施，所以評估主要為項目實施中的管理控制服務，因此它還具有控制性的特性。

集成性。是指綜合評估關鍵技術的實施過程滿意度、目標實現程度、實現的效益和對后續發展的影響等因素，而不能只是評估其中的某個單一要素。

適度性。關鍵技術評估應控制在一定范圍，不應影響項目的正常進行和繼續實施，所以過程評估應注意適度原則。

2　關鍵技術評估方法的選擇原則

可用于關鍵技術評估的常用分析方法很多，包括層次分析法、多屬性效用理論、模糊綜合評估方法、灰色關聯度評估方法、主成分綜合評價方法、技術成熟度法等，在評估實施過程中應結合評估目的與流體性能關鍵技術的特點，選擇適用的評估方法，評估方法的選擇應遵循以下原則：

與評估目的匹配原則。評估方法是實現評估目的的技術手段，評估目的與評估方法的匹配是體現評估科學性的重要方面。

評估方法可信原則。所選評估方法應有科學的理論基礎，易于理解或被接受，盡量排除各種信息中的個人偏好，確保評估結果的客觀性與可信度。

評估方法簡明性原則。所選評估方法應簡單明了，盡量降低評估的復雜性，便于評估的實施。

3　基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法

3.1評估流程

模糊評估作為模糊數學的一種具體應用方法，主要應用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評估事物相關的各個因素，對評估對象進行綜合評估。模糊評估主要思想是首先定義一組評語（評價等級）集合，如（優、良、中、一般、差）等，然后獲取評估指標的評估矩陣，再將所有指標的評估值利用一組設定的隸屬度函數將這些評估值轉化為隸屬度，形成模糊評判矩陣，最后通過引入指標權重向量，經過模糊變換運算最終得到一個具體的評估結果，該方法適用于較大系統的多屬性決策分析，對定性指標較多的評估問題較適用。考慮到流體性能關鍵技術評估中，評估指標以定性指標為主，且指標層次較多，因此，采用基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法開展水面艦艇流體性能關鍵技術評估。建立過程如圖1所示。

3.2建立評估指標體系

針對快速性、操縱性、耐波性三大方面指標，從性能評估和技術成熟度 2個一級指標入手，逐層分解建立流體性能關鍵技術評估指標體系，性能評估指標包括性能指標符合性、性能技術水平、與設計深度要求符合性、成果可信度與可靠度等；技術成熟主要包括船體、附體、螺旋槳、舵減搖鰭等技術成熟度。

評估指標體系確定后，就可確定評判對象的影響因素集合，也稱為指標集，用 U 表示，即 U=｛u1，u2，…，un｝，ui為影響因素，共有 n個影響因素。

3.3確定各層指標權重

按層次分析法采用兩兩比較法確定各層指標的權重，比較 n個元素 x1，x2，…，xn對準則的影響，以確定它們在準則中所占的比重。每次取 2個元素 xi和 xj，用 aij表示 xi與 xj關于準則的相對重要程度之比，其全部比較結果可用如下矩陣表示：

該矩陣即為判斷矩陣。判斷矩陣中的賦值 aij表示元素 xi關于元素 xj的重要程度的賦值。對判斷矩陣求出其各特征值，其中最大的實特征值對應的特征向量即為相對的權重，一般將其歸一化得到最終的權重 W=（w1，w2，…，wn）。

3.4確定評語集合

設定模糊綜合評價的評語集為：

式中 vj代表不同的評價等級，每個等級對應 1個模糊子集。一般地，m 取［3，7］中的整數。m 通常取奇數，這樣可以有一個中間等級，便于判斷被評價事物的等級歸屬，如 V=｛優，良，中，一般，差｝。

3.5進行單指標評估

從流體性能關鍵技術評估指標體系中的指標集出發進行評估，確定各指標的隸屬度，設評估對象按因素集中第i個因素 ui進行評估時，對評語集中第j個元素 vj的隸屬度為 rij，則按第i個因素 ui評估的結果可用模糊集合表示為：

它是評語集 V 上的一個模糊集合。將 n個因素的評估集組成一個總的單因素評估矩陣：

最后，（U，V，R）就構成了一個單因素模糊綜合評估模型。

3.6綜合評估

對于權重 W=（w1，w2，…，wn），取 max-min 合成運算，即用模型 M（∧，∨）計算可得：

乘積求和算子不僅考慮了所有因素的影響，而且保留了單因素評價的全部信息，因此比較適合于多級模糊綜合評價的情形，因此采用乘積求和算子進行綜合評價。

經過上述計算，每個被評價對象的模糊綜合評估結果都表現為 1個模糊向量，向量中的元素為評語集上的1個模糊子集 bj，表示對于評語 vj的隸屬度。最后，將評語集用 1 分制數量化，則將評價結果進行加權平均，將評語集 V=｛優，良，中，一般，差｝數量化為 V=｛1（優），0.9（良），0.8（中），0.7｛一般｝，0.6（差）｝，則得總評價結果。

4　實例應用

按照以上流程和方法，對某型艦方案設計階段流體性能關鍵技術進行以下評估：

1）確定指標體系和指標集

采用圖2～圖4所示評估指標體系，確定評估指標集，其中快速性包括 10個指標，操縱性包括7個指標，耐波性包括 12個指標。應用層次分析法兩輛比較得出各指標權重，例如對于快速性指標如表1所示。

2）確定評語集合和單指標評估

設定模糊綜合評價的評語集為：

按照優、良、中、一般、差 5個等級制定各指標評估標準，如表2所示。

通過專家評價打分確定單指標的評價矩陣。

3）綜合評估

圖2　快速性關鍵技術評估指標體系Fig.2　The index system of the ship resistance and performance

圖3　操縱性關鍵技術評估指標體系Fig.3　The index system of the maneuvering

圖4　耐波性關鍵技術評估指標體系Fig.4　The index system of the seakeeping

表1　快速性關鍵技術評估指標權重Tab.1 The index weight of the ship resistance and performance

表2　單指標評估標準Tab.2 The evaluation criterion of the index

乘積求和算子分別進行快速性、操縱性、耐波性關鍵技術評估，得出評估結果如下：

將評語集用 1 分制數量化，則將評價結果進行加權平均，可得到總分。將評語集 V=｛優，良，中，一般，差｝數量化為 V=｛1（優），0.9（良），0.8（中），0.7｛一般｝，0.6（差）｝，則得總評分為如圖5和表3所示。

以上評估結果綜合考慮了設計階段性能指標的符合性、性能技術水平、與設計深度要求符合性、成果可信度與可靠度等方面因素，較全面地反映了該階段流體性能關鍵技術進展情況。

表3　綜合評估結果Tab.3 The integrated evaluation result

圖5　綜合評估結果Fig.5　The integrated evaluation result

5　結 語

本文在分析水面艦艇主要設計階段流體性能關鍵技術評估的特點的基礎上，提出了流體性能關鍵技術方法選擇的原則。根據常用評估方法的適用性，確定采用基于層次分析與模糊評估的綜合評估方法進行流體性能關鍵技術評估，提出了評估流程。實例應用表明，該評估方法適用可行，較科學全面的評價出主要設計階段流體性能關鍵技術研究進展，為艦艇總體設計轉階段決策提供科學依據。

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Research on integrated evaluation method for fluid performance technology of surface warship

ZHANG Heng，FENG Wei-qiang
（Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China）

In order to control the research progress of fluid performance technology for surface warship in the design stage，the evaluation index for fluid performance technology of surface warship were determined ，and the index hierarchy was constructed.The application of the evaluation method was analysed，and the integrated evaluation method was established based on analytic hierarchy process and fuzzy evaluation.It present computation and analysis for the application process of ship example.The integrated evaluation method can evaluate the research progress of fluid performance technology for surface warship in the design stage，which can give technique support in the decision of ship development stage.

surface warship；fluid perform；evaluation method

U 661.32

A

1672-7619（2016）07-0021-05

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.07.005

2015-11-09

張恒（1981-），男，工程師，主要從事艦船總體論證與總體技術研究。