基于模糊綜合評價法的某型布雷裝備系統效能評估

張 南，牛騰冉，徐建華，王 辛，曹 禹，孫劍男

(工程兵學院， 江蘇 徐州 221004)

【裝備理論與裝備技術】

基于模糊綜合評價法的某型布雷裝備系統效能評估

張 南，牛騰冉，徐建華，王 辛，曹 禹，孫劍男

(工程兵學院， 江蘇 徐州 221004)

通過分析布雷裝備系統作戰能力構成特點，建立了系統效能評價指標體系，利用層次分析法確定了各評價指標的權重；基于模糊綜合評價法構建了某型布雷裝備系統效能評估模型，結合裝備實際，實現了對裝備系統效能評估，并與現役同類布雷裝備系統效能進行了對比分析。分析結果表明，該方法解決了該裝備系統效能評估過程中部分信息不完全、模糊不確定等方面的技術難題，評估結果直觀明確，符合裝備性能實際，達到了預期目的。

布雷裝備；指標體系；模糊綜合評價；效能評估

發展布雷裝備對于大力提升布雷能力具有重要意義。開展布雷裝備作戰運用研究，能夠確保我軍布雷裝備發展的正確方向。布雷裝備系統效能評估作為作戰運用研究的重要內容，有利于促進我軍布雷裝備快速形成戰斗能力和保障能力。

近年來，諸多學者在武器裝備系統效能評估方面作了大量工作[1-3]。從效能評估方法上看，目前常用的有層次分析法、灰色層次分析法、ADC法、專家調查法、試驗統計法、數學分析法、模糊綜合評價法等，在實際運用過程中發現，每種評估方法由于研究對象、分析角度等的不同各有優劣。基于此，本研究結合某型布雷裝備作戰能力構成特點等實際情況，選擇運用層次分析法確定指標體系中的權重，然后運用模糊多級評判算法建立綜合評價模型，分別采用定性與定量方法確定指標體系中的隸屬度，進而開展某型布雷裝備系統效能評估研究。

1 建立系統效能評價指標體系

布雷裝備系統效能的綜合評價是一個復雜的多目標決策問題，建立恰當的評價指標體系、選擇合適的指標因素是進行客觀評價的關鍵。建立評價指標體系時，基于系統性、簡明性、客觀性、時效性、可測性、完備性、獨立性和一致性等原則，通過開展專家咨詢，認為該型布雷裝備的機動能力、生存能力、布雷能力、指控能力以及戰場恢復能力等5方面因素是評估系統效能的必選因素。

在分析某型布雷裝備作戰能力構成的基礎上，建立了該裝備的系統效能評價指標體系，如圖1所示。

圖1 某型布雷裝備系統效能評價指標體系

2 計算評價指標權重

采用層次分析法確定各評價指標的權重，關于其求解原理在很多研究中均有論述[4-6]，這里不再贅述。

2.1 層次結構的建立

根據該型布雷裝備系統效能評價指標體系的研究分析，本研究建立3層效能評估結構，即目標層、一級指標層和二層指標層，其中定義目標層為A，一級指標層即第二層為B，二級指標層即第三層為C，一級指標層中的相應指標為Bi，二級指標層中的相應指標為Cij。

2.2 確定各層指標因素的全重

在該型布雷裝備系統效能評價體系中，對目標層A而言，其制約因素層B構成判斷集B={B1,B2,B3,B4,B5}依據Delphi專家咨詢法[2]確定指標Bi相互間的重要性，采用T L saaty 提出的1～9標度法以及和積法[4]確定判斷矩陣的最大特征值，最后得到的判斷矩陣和權重如表1所示。

利用相同的方法，可以得出B1～C，B2～C，B3～C，B4～C和B5～C層中相關因素的權重。判斷矩陣由表2～表6構造，并得出相應的最大特征值。

表1 A～Bi層判斷矩陣及權重

表2 B1～C層判斷矩陣及權重

表3 B2～C層判斷矩陣及權重

表4 B3～C層判斷矩陣及權重

表5 B4～C層判斷矩陣及權重

表6 B5～C層判斷矩陣及權重

3 構建系統效能評估模型

3.1 多層次模糊綜合評價模型的構建方法

模糊綜合評價法是一種綜合考慮了與被評價對象相關的多個模糊因素之后進行評價并給出最終評價等級結果的方法[7-8]。模糊綜合評價模型有兩種，一種是單層次模糊綜合評價模型，一種是多層次模糊綜合評價模型，鑒于上述對該布雷裝備系統效能評價指標的分析，本研究要建立的評價模型屬于多層次評價模型。建立多層次模糊綜合評價模型除了建立評價指標體系并計算各評價指標權重外，還需做如下工作：

1) 構建評價因素權重集

對于多層次評價指標體系，逐層構建評價因素權重集。根據計算得出的各層評價指標權重，構建各層的評價因素權重集。

例如，第一層評價指標中包含i個評價因子，其權數為wi，i=1，2，…，n；則第一層的評價因素權重集記作

以此類推，第i層中各評價因素若包含j個評價因子，其權數為wij，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；則該層中各評價因素的權重集可記作

2) 建立評語集

評語集可定義為：V=(v1，v2，…，vn)，其中n表示評語集V中元素的個數，即評語等級個數。評語集中的評語等級限定了評價結果的范圍，也包括各評價指標的評價等級范圍[9]。例如，建立4個等級為優、良、中、差的評語集，則n=4，V=(優，良，中，差)，對每個等級均有相應的條件作為限定范圍，也可以叫分值范圍，如90～100為優，80～89為良，60～79為中，小于60為差；當然，根據評價對象的不同，每個等級表示的含義也不同。

3) 確定評價指標隸屬度

隸屬度是用來表示各元素對應于其所屬集合隸屬程度大小的定量描述。采用適合的方法確定隸屬度是運用模糊評價方法解決實際問題的前提條件。一般來說，隸屬度的確定通常根據專家經驗法或者模糊統計法等來確定[10-11]。

指標分為定性指標和定量指標兩類。定性指標是指對一個事物無法用量化的方法進行描述的指標。若要描述，則需要用具有模糊性的評語進行表述。對定性指標隸屬度的確定方法主要采用百分比法，即先對評價結果進行統計，爾后換算成百分比作為各個指標的隸屬度。定量指標盡管用定量方法表示，實際上也具有一定的模糊性。定量指標的隸屬度確定方法主要有線性分析法、圖形法等。

4) 構建模糊矩陣[12-13]

對于指標ui，其單因素評價的計算結果對應于vj的模糊向量Ri可記作

式中，i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；rij表示因素ui隸屬于評價等級vj的程度，且0≤rij≤1。所以，對于m個評價因素分別進行單因素綜合評價就構成了模糊矩陣R。矩陣R中的每個行向量對應的都是某個評價指標的單因素評價結果，矩陣R可記作

5) 建立多層次模糊綜合評價模型

① 一級因素模糊評價

一級評價是對某類因素中全部因素的模糊評價。Wi是第i層中j個評價因素的權重集合，j=1，2，…，m；R是該層中j個評價因素分別進行單因素綜合評價構成的模糊矩陣，將該層中i個因素的模糊綜合評價集合記為Bi，i=1，2，…，n。

② 二級因素模糊綜合評價

上個步驟只是因素類中的因素進行的模糊評價，在多層次模糊綜合評價模型中，為得到最終的評價結果，還應該進行各個因素類之間的模糊綜合。即

式中B是評價指標體系中各因素的綜合評價結果，如果系統中包含大量的更復雜因素，可以進行多次劃分，從而構造出更多層次的模糊評價模型。

3.2 構建基于模糊綜合評價法的系統效能評估模型

根據上述介紹的模糊綜合評價模型的運作過程及評價結果處理方法，結合前面建立的布雷裝備系統效能指標體系以及計算求得的各指標權重，可建立基于模糊綜合評價法的裝備系統效能評估模型。具體過程如下：

1) 構建評價因素權重集

根據上述層次分析法的計算過程和結果，該裝備系統效能的評價因素集A由5個子集組成，即：

A=(B1,B2,B3,B4,B5)

B1=(C11,C12,C13,C14,C15,C16)

B2=(C21,C22,C23)

B3=(C31,C32,C33,C34,C35)

B4=(C41,C42,C43)

B5=(C51,C52,C53,C54)

計算得到的相應權重分別為：

2) 建立評語集

評語集V可根據實際需要由評判專家給出，此處可設置評語等集為V{強V1，較強V2，中等V3，弱V4}，共4個等級。這4個等級的含義如下：

強：標志著該布雷裝備整體系統效能為最好水平，其各方面能力尤其是布雷作業能力和機動能力很強，各戰技性能設計參數能夠很好滿足戰時裝備作戰使用要求。

較強：標志著該布雷裝備整體系統效能較好，其某些方面能力存在一定的不足，需要作相應的改進，但對裝備總體性能尤其是布雷作業能力影響不大。

中等：標志著該布雷裝備整體系統效能一般，其某些方面能力存在較嚴重的不足，需要改進的地方很多，對裝備總體性能影響較大。

弱：標志著該布雷裝備整體系統效能較弱，其某些方面存在很大缺陷，需要作較大改進，裝備總體不能滿足作戰使用要求。

該布雷裝備的系統效能對應于各評語等級的綜合評價分值范圍[14]及選擇的計算分值如表7所示。

表7 某型布雷裝備系統效能綜合評價分值劃分

在確定等級時，除了要考慮綜合評分值外，還要全面分析機動能力、生存能力、布雷能力、指控能力以及恢復能力等各組成部分的評價結果。在該布雷裝備系統效能指標體系中，布雷能力、機動能力和指控能力是主要構成部分，在評定效能等級時要重點突出。具體來說，可以參照以下標準確定評語等級的劃分。

強：該布雷裝備系統效能的綜合評語等級為“強”，布雷能力、機動能力和指控能力的評價值應皆屬于“強”范圍，生存能力和恢復能力的評價值應不低于“較強”范圍。

較強：該布雷裝備系統效能的綜合評語等級不低于“較強”，布雷能力、機動能力和指控能力的評價值應皆不低于“較強”范圍，生存能力和恢復能力的評價值應不低于“中等”范圍。

中等：該布雷裝備系統效能的綜合評語等級不低于“中等”，布雷能力、機動能力和指控能力的評價值應皆不低于“中等”范圍。

弱：該布雷裝備系統效能的綜合評語等級達不到“中等”的標準時，即定為“弱”。

3) 評價指標隸屬度的確定

在該型布雷裝備系統效能評價指標體系中，既有定量指標又有定性指標，可分別按不同的方法確定其隸屬度。

① 定量指標隸屬度的確定

該型布雷裝備系統效能評價的各指標中，絕大部分是定量指標。先對各定量指標進行評價標準劃分，進而可確定各定量指標的隸屬度。

② 定性指標隸屬度的確定

4) 構建模糊矩陣

多層次模糊綜合評價是從最底層開始，逐層向上作層次綜合評判，直到最高層次得到原問題的綜合評判結果。因此，該布雷裝備的系統效能共需構建兩級模糊矩陣，一級模糊矩陣是從最底層Cij～Bi，以Cij隸屬度構成的矩陣，記作Ri；二級模糊矩陣相當于Bi～A，記作R。

在計算二級模糊矩陣R時，為了充分考慮各因素的影響并全面反映各指標評判的信息，采用加權平均型算子(·,+)，將第二層指標Bi的評價結果記作向量Vi，則

Vi=Wi·Ri

5) 建立系統效能多層次綜合評估模型

運用多層次模糊綜合評價方法，取A中最大隸屬度對應的評判等級作為最終的評價結果，即可確定該布雷裝備系統效能的強弱等級。本文建立的綜合評價模型如圖2。

圖2 某型布雷裝備系統效能綜合評估模型

4 某型布雷裝備系統效能評估實例

在本文建立的某型布雷裝備系統效能各評價指標中，對于定量指標，主要依據該裝備戰技性能設計參數[15]和大量部隊試驗數據；對于4個定性指標，分別征求由10名專家組成的評判組意見，依據評判組對相應指標的評價結果得出相應的隸屬度。根據前面建立的系統效能綜合評估模型，對該布雷裝備系統效能進行綜合評估。

4.1 確定隸屬度

1) 定量指標隸屬度

表8 定量指標隸屬度

2) 定性指標隸屬度根據10位評判組專家對定性指標的評價結果，可確定相應定性指標的隸屬度，如表9所示。

表9 定性指標隸屬度

4.2 構建模糊矩陣

根據各指標的隸屬度，可構建一級模糊矩陣如下：

4.3 模糊綜合評價

1) 一級模糊綜合評價

采用加權平均型算子，可得第二層各指標的評價矩陣，即為Vi，Vi=Wi·Ri，則有：

2) 二級模糊綜合評價

結合上述得到的Vi，可構建二級模糊矩陣R為：

則二級模糊綜合評價矩陣V為：

3) 綜合評估值

設由評語等集計算分值構成的矩陣為E，則有：

進而可求得該布雷裝備系統效能的綜合評估值N，

N=V·ET=

4) 評估結果分析

對照表7中的評語等級劃分范圍，可知該布雷裝備的系統效能綜合評語等級為“強”，其整體性能處于最好水平，能夠很好滿足戰時作戰使用要求。

此外，對準則層即第二層指標Bi的評價矩陣Vi進行逐個計算，可分別得出機動能力、生存能力、布雷能力、指控能力和恢復能力的綜合評估值，能夠有效反映子系統的能力強弱。具體計算結果如下：

由此可見，在該布雷裝備系統效能的各構成要素中，機動能力、布雷能力、指控能力和恢復能力均處于“強”水平，而生存能力處于“弱”水平。分析構成生存能力的各指標因子，戰斗行軍轉換時間能力較強，需要大力提高和改進的是防護能力。由于該裝備在作戰使用時，常常需要擔負機動布雷任務，導致其距敵前沿較近，受敵火力威脅大，因此，增加其防護能力的方法途徑比較單一，最有效的應從硬性主動防護方面著手。例如，優化裝備側面防護結構、運用防護能力更強的新材料、對裝備重要部件(如油箱、電子新型設備、布雷箱等)重點防護等。

4.4 與現役同類布雷裝備的對比分析

采用上述相同的系統效能評估方法，分別對現役同類其他兩種布雷裝備的系統效能進行綜合評估，評估結果如表10所示。

表10 系統效能評估結果對比

由表10中的系統效能評估結果可知：

1) 現役的同類布雷裝備整體綜合系統效能均弱于該型布雷裝備，結合評語等級劃分，其中Ⅰ型布雷裝備的綜合系統效能處于“中等”水平，Ⅱ型布雷裝備的綜合系統效能處于“弱”水平。

2) 從準則層的各指標評價結果看，機動能力方面，該型布雷裝備明顯優于現役的其他兩種裝備，處于“強”水平，而現役裝備均處于“較強”水平，其中Ⅰ型裝備的機動能力略強于Ⅱ型；生存能力方面，3種裝備均較差，處于“弱”水平，主要是由于這3種裝備的硬性主動防護能力均較弱，作戰使用時要予以足夠重視；布雷能力方面，該型布雷裝備處于“強”水平，Ⅰ型裝備處于“較強”水平，而Ⅱ型裝備則處于“弱”水平，說明改進后的該型布雷裝備其布雷作業能力有了大幅提高；指控能力方面，由于現役同類布雷裝備沒有配備信息化指控設備，指控方式傳統落后，信息的采集、處理、傳輸等效率很低，因此，其能力水平處于“弱”，而信息化設備齊全的某型布雷裝備其指控能力有了質的飛越，處于“強”水平；戰場恢復能力方面，改進后的某型布雷裝備也有了明顯提高，處于“強”水平，而現役裝備均處于“較強”水平。

5 結論

依據某型布雷裝備系統效能評估的任務使命和作戰能力構成特點，選擇相應的評價指標，建立多層次結構的系統效能評價指標體系，并結合層次分析法和模糊綜合評價法對該裝備的系統效能進行了評估。在效能評估的過程中，充分考慮各評價指標相互間的不確定關系，對于可量化指標，結合裝備性能設計參數及大量試驗數據給出隸屬度，對于定性指標，采用Delphi法處理給出隸屬度，從而構建模糊矩陣，實現了裝備系統效能的評估。該方法克服了布雷裝備系統效能評估過程中部分信息不完全、模糊不確定等方面的技術困難，不僅得出了具體的量化評估值，還能有效反映各評價指標對裝備系統效能影響的具體情況，為該裝備的作戰運用提供了重要參考依據。

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(責任編輯 周江川)

System Effectiveness Evaluation of a Type Mining Equipment Based on the Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

ZHANG Nan, NIU Tengran, XU Jianhua, WANG Xin, CAO Yu, SUN Jiannan

(College of Engineer Corps, Xuzhou 221004, China)

The assessment indices system of the effectiveness evaluation is established by analyzing the combat capability composing characteristics of the mining equipment system, and the weights of various evaluation indices are determined by the analytic hierarchy process (AHP); Based on the fuzzy comprehensive evaluation(FCE) method, the structure of system effectiveness for the equipment is presented, achieving the system effectiveness evaluation in combination with the fact of equipment, and the contrastive analyses are made with the similar mining equipment. Overall, using this method, the problem of incomplete information and fuzzy uncertainty in the process of system effectiveness evaluation was solved, and the evaluation results is very visual and explicit and accords to actual condition of the equipment, which reaches the desired objective.

mining equipment; index system; fuzzy comprehensive evaluation method; effectiveness evaluation

2017-04-19；

2017-05-20

張南(1989—)，男，碩士，講師，主要從事地雷爆破研究。

10.11809/scbgxb2017.08.007

format:ZHANG Nan, NIU Tengran, XU Jianhua, et al.System Effectiveness Evaluation of a Type Mining Equipment Based on the Fuzzy Comprehensive Evaluation Method[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):25-31.

TJ51+6

A

2096-2304(2017)08-0025-07

本文引用格式：張南，牛騰冉，徐建華，等.基于模糊綜合評價法的某型布雷裝備系統效能評估[J].兵器裝備工程學報，2017(8):25-31.