基于ADC的艦船動力系統評估指標體系構建

曹蒙+劉東

摘 要：本文介紹了WSEIAC提出的ADC效能模型評估方法，結合艦船任務特點，構建評估指標體系。示例分析表明，該方法有效、實用，可用于艦船動力系統的綜合評估。

關鍵詞：動力系統；ADC模型；指標體系

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）10-0084-02

Abstract：ADC evaluation methods proposed by WSEIAC is introduced briefly.The index system is established with considering of the task characteristics of the mission of the warship. And the example analysis showed the proposed method is effective and feasible for the practical comprehensive evaluation of marine power system.

Key words：marine power system；ADC model；index system

艦船動力系統作為艦船的重要組成部分，對艦船技術性能的發揮有著重要影響。因此，全面掌握船舶動力系統的綜合效能就顯得十分重要。對于艦船動力系統的綜合評估來說，其本質是多屬性決策問題，構建一套合理的指標體系是進行科學評估的關鍵環節。目前，評估指標體系的構建，采用的方法主要有層次分析法、指標屬性分類法、ADC效能模型法等。本文以ADC效能模型為基礎，從作戰使用角度對艦船動力系統效能進行分解，構建評估指標體系，為動力系統綜合評估奠定基礎[1]。

1 艦船動力系統概述

1.1 基本概念

艦船動力系統是指艦船推進系統，其主要功能是為艦船提供動力，保證艦船的航行、機動和安全，其性能的優劣直接影響到艦船的快速性、航速適應性、生命力、機動性、續航力、隱蔽性等一系列戰技指標[2]。

1.2 系統組成

艦船動力系統包括為艦船提供推進動力所需要的設備、系統以及為其服務的有關系統，一般由下列分系統組成，如圖1所示。

（1）推進系統。產生推動艦船航行所需動力的有關設備，稱為主機。目前在艦船上采用的推進系統有柴油機、燃氣輪機、由這些不同類型發動機組成的聯合推進系統以及電力推進系統。（2）功率傳遞系統和推進器。功率傳遞系統的基本任務是將主機的功率傳遞給推進器，同時又將推進器產生的推力進過推力軸承傳給船體，以推動艦船運動。主要包括離合器、齒輪傳動裝置、聯軸器、軸、軸承和軸封等。（3）輔助管路系統。主要包括日用燃油系統、滑油系統、蒸汽關系、凝水和給水管系、循環水和冷卻水管系、壓縮空氣管系和進排氣管系等，以及在這些關系中包含的設備，如燃油泵、滑油泵、各種水泵、空氣壓縮機、起動空氣瓶和鼓風機等。（4）控制和監測系統。通常包括控制系統、監測報警系統和安全系統。具體又可分解為傳感、控制、比較、放大、執行和通信等系統和單元。

2 ADC效能模型

效能評估是檢驗武器裝備質量的重要方法，它表征了武器裝備在特定環境下完成任務的實際能力。其中，最常用的是ADC（Availability，Dependability，Capacity）效能模型評估方法，它是由美國工業界武器系統效能咨詢委員會（WSEIAC）提出的。該方法思路清晰、操作簡明，并能夠較為全面地反映武器系統不同層面的戰技指標在實際使用中的動態變化，因而有很好的實用性[3]。

具體定義為：系統效能是預期一個系統滿足一組特定任務要求的程度的度量，是系統可用性、可靠性與固有能力的函數。

數學解析式為：

其中：A為可用性向量，代表了系統開始執行任務時所處的狀態以及系統正常工作的概率；D為可靠性矩陣，代表了系統在任務開展期間，能夠使用且能完成任務的能力；C為固有能力向量，代表了系統在特定狀態下，完成規定任務的能力。

3 實例應用

根據ADC效能理論，艦船動力系統的效能可分解為可用性、可靠性和固有能力三部分，限于篇幅限制，本文從作戰使用角度，對固有能力進行分析，選取恰當指標，構建評估指標體系[4]。

3.1 確定總體目標

對艦船動力系統來說，其評價的總體目標就是動力系統的總體性能最優，能發揮最好的狀態。

3.2 分析影響要素

（1）航速適應性。航速適應性是指提供艦船在執行各種任務時所需動力和航速的性能，代表了艦船在一定主機功率下取得某個速度（是指在靜水中直線航行時）的能力，最高航速、全速、巡航航速、低速和倒車航速。其中，最高航速是指主動力裝置以最大功率運轉時達到的速度；全速是指主動力裝置以額定總功率運轉時達到的速度；巡航航速是指艦船巡航時的速度；低速是指船舵能發揮操縱作用的最低速度。經分析可知，全速與最高航速的相關性較大，全速越大，最高航速也就越大。由此，通過最高航速進行評估即可。（2）機動性。艦船機動性是指動力系統功率及工況在時間上改變的特性。它是一個綜合性指標，通常包括：①主機啟動性能，即艦船備戰備航所需的時間；②加減速性能，即由最低航速到全速、各工況之間切換的變速時間和距離；③制動性能，即由全速到停航的滑行時間和距離；④轉彎性能，可通過艦船回轉1周的時間和回轉半徑來評判。在上述指標中，指標四轉彎性能不僅與動力系統相關，還與船體設計、操縱系統有關。因此，指標四不作為機動性的評估指標。（3）生命力。艦船動力系統的生命力是指艦船在戰斗破損的情況下，繼續維持主機工作，保證艦船航行的能力。根據影響動力系統生命力的主要因素，將動力系統生命力分解為以下幾個指標：①動力裝置的獨立性設計，主要體現在主機及控制部位的獨立布置及劃分；②機械設備的抗暴性和減震措施，主要反映了動力系統所屬設備的防爆抗沖擊能力；③動力裝置的備用設計，主要體現在推進裝置工作的獨立性（即柴油聯合推進裝置中，柴油機、燃氣輪機分別單獨運行的能力）、單軸運行能力（即左、右軸在鎖軸、拖軸狀態下的運行能力）及推進模式的獨立性（如柴然聯合推進裝置中，“左柴右燃”，“左燃右柴”推進模式的運行能力）。（4）隱身性。艦船動力系統的隱身性是指該系統運行過程中產生的噪聲、紅外輻射等物理場不被敵方過早發現、跟蹤和識別的性能。其中，由機械設備振動引起的水下輻射噪聲，主要采用減震結構及采用噪聲小的機械以及隔音設備來降低；由排氣系統的高溫引起的紅外輻射，主要采用紅外抑制設計、煙囪和排煙冷卻等措施來降低，進而縮小艦船不同區域的溫度差，由此降低來襲武器的識別能力。

3.3 建立層次結構

通過分析，可以看到，動力系統影響因素之間存在隸屬和平行關系，可以進行合并、聚類、成組，進而形成遞階性質的層次結構。在該遞階層次結構中，最高層是總目標層，給出艦船動力系統方案評估的總體目標；中間層是準則層，給出對艦船動力系統方案進行綜合評估的準則；底層是指標層，即進行艦船動力系統方案評估的具體指標。其中，下層指標比上層指標更加明確具體，它是進行上層目標評估的手段，而最底層目標就形成了可直接進行評估的指標[5]。由此，形成艦船動力系統評估指標體系，如圖2所示。

4 結語

本文基于ADC效能模型分析法，結合艦船作戰使命特點，分析了影響艦船動力系統效能的因素，并對影響因子進行了分類、合并、分層等處理，形成了評估指標體系，為全面掌握艦船動力系統效能奠定了基礎。可以看到，ADC效能模型分析法思路清晰、考慮全面，有很好的適用性，可直接用于各類評估對象的指標體系構建。

參考文獻

[1]邵開文，馬運義.艦船技術與設計概論[M].北京：國防工業出版社，2014.

[2]張杰.效能評估方法[M].北京：國防工業出版社，2009.

[3]敖晨陽.水面艦艇主動力系統論證評估體系研究[D].武漢：海軍工程大學，2001.

[4]李斌.艦船動力系統的綜合體系評價研究[J].艦船科學技術，2015（1）：127-130.

[5]李平.艦船研制指標體系與評估方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2003.