艦船風浪環境適應性綜合評價分析?

張煒靈 蔡 烽 楊 波 劉 瓊

（海軍大連艦艇學院 大連 116018）

1 引言

艦船在風浪中的環境適應性是指艦船在所遭遇風浪等一切外界條件的作用下，不僅能保證其原有的性能［1］，甚至可以利用環境提高其各方面的性能。近年來，隨著海軍戰略的轉型，越來越多的艦船需要在大風浪環境下航行，必要時需要在惡劣的環境條件下完成各項任務。這對艦船在風浪環境下的適應性提出了更高的要求。艦船在風浪環境下的適應性已經成為了海上力量的倍增器，甚至已經成為了海上作戰的第三種重要力量［2］。

國內對艦船環境適應性的研究還處于起步階段，很多工作還不夠完善。應榮镕［3～4］等基于FSA（Formal Safty Assessment）的模糊綜合評價方法評估了艦船航行的風險等級。焦甲龍［5］采用主觀綜合方法結合模糊評價模型評價了艦船的風浪環境適應性。楊虎［6］基于多目標綜合評判了水面艦船風浪環境適應性。劉猛［7］等計算艦船傾覆力矩以及風傾力矩對風浪中的轉向進行離開定量的評估。武月琴等［8］選擇合適的合成算子采用模糊綜合評估的方法分別提出了裝備與下層產品的綜合環境適應性評估方法。韓智國［9］結合艦船的特點，研究了艦船評估指標體系以及部分指標的評估方法。

2 風浪環境適應性評估模型

一個完整的評估體系需要包括以下三個方面:合適的評價指標、合理的指標權重、科學的度量評價。本文結合現有的經驗，從耐波性、快速性、穩性、操縱性以及人員工作舒適性五個方面出發建立了一套完善的評價指標；將層次分析法和變異系數法結合，綜合主觀評判和客觀數據評判確定權重；運用功效系數法結合加權幾何平均評價法進行綜合評估打分；最后對主觀權重和客觀數據權重的偏好因子進行分析，突出說明某些船型對風浪環境有較強的適應性。

3 評價指標體系

對艦船在風浪中的適應性評價，首先需要建立一個科學合理的指標體系。本文綜合多方面因素建立了一套完善的評價指標，如表1所示。

3.1 權重集

對于指標權重設置，本文首先采用主觀的層次分析法，利用專家打分原則分析出各個指標的權重，同時結合數據本身，利用變異系數法客觀的給出各個指標的權重，最后引入客觀和主觀的偏好因子進行綜合確定指標的權重分布。

3.1.1 層次分析法

層次分析法作為最常用最有效的評價方法，在各種評價體系中都被廣泛應用。具體描述如下。

由專家對每一層的指標分別兩兩比較打分，用1、3、5、7、9 以及中間數值來代表指標間的相互重要程度，并構建判斷矩陣。

求解判斷矩陣的最大特征值對應的特征向量，歸一化處理后將其作為各因素對上一級指標的影響權重W1i 。一致性檢驗。計算一致性指標，其中，當CR ≤0.1 時，認為判斷矩陣符合一致性要求。

3.1.2 變異系數法

變異系數法［10］（Coefficient of variation method）是直接利用各項指標所包含的信息，通過計算得到指標的權重，是一種客觀賦權的方法。指標差異性越大，也就是越難以實現的指標，越能衡量出評價單位的差距；如果指標差異性不明顯，那么這個指標用來衡量評價單位就失去了意義。為了消除各項指標量綱不同的影響，本文采用如下變異系數法:

其中，Vi是各指標的變異系數；σi是第i 項指標的標準差；xˉi是第項指標的平均數。

各項指標的權重為

3.1.3 綜合權重計算

引入偏好因子β，綜合權重為層析分析權重和變異系數權重的加權。

3.2 功效系數法度量指標

功效系數法是用來度量指標實際值與允許變動范圍內的相對位置［11］。由于艦船在風浪中作業時，對某些指標往往有上下限的限制，該度量方法應用在這里十分合適。度量過程如下。

計算各指標的功效系數:

3.3 加權幾何平均綜合評分

加權幾何評價法特別適用于指標間關系比較強的事物，而且對指標的變動，尤其是較小的變動反應更為敏感。由于艦船在風浪中的運動往往都有較強的耦合性，該評價方法尤其適用于對艦船風浪適應性的評價。評分公式如下:

其中，M為打分幅值，單個指標的評分范圍為[100-M,100]。

4 算例分析

參照文獻［13］給出的船型數據，對以下5 種船型在七級海況下以航速30kn 迎浪狀態下的環境適應性進行綜合評價。

由于條件有限，文中只列出了部分典型數據，如表2 所示。由層次分析法得到第一層指標的權重{0.3,0.6,0.1}［13］。

表2 指標數據

為了綜合考慮客觀和主觀因素，本文取偏好因子β=0.5，權重分布如表3所示。為了能明顯區分出這些船型的風浪環境適應性的差異，打分幅值M=80，單指標得評分范圍為[20,100]，各船型得分如表4所示。

表3 指標權重表

為了進一步分析評價過程中主觀權重和客觀權重帶來的不同影響，本文計算了這些船型在不同偏好因子下的得分情況，如表5所示。

表4 得分情況表

表5 不同偏好因子的得分情況

5 結語

本文綜合考慮多方面因素，建立了一套綜合的艦船風浪環境適應性的評價指標體系。利用功效系數度量指標，最后以綜合得分的形式直觀呈現，將不同船型的環境適應性進行了有效的區分。

通過算例計算，對不同的偏好因子進行了分析，說明了無論是客觀上還是主觀上，船型V2的環境適應性都是最好的，R1的環境適應性都是最差的。該結果與實際相符，說明了本文的評價方法的準確性。