基于機動作戰(zhàn)保障能力評估的綜合保障車配置優(yōu)化

崔 蕾，張海瑞

（中國運載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引 言

武器裝備效能評估作為國內(nèi)外武器裝備論證與評價領(lǐng)域的熱點之一，是武器裝備開發(fā)、研制過程中的一項重要內(nèi)容和必要環(huán)節(jié)，可以為武器裝備的設(shè)計方案取舍優(yōu)選、體系規(guī)模結(jié)構(gòu)優(yōu)化、使用決策分析等工作提供量化分析的依據(jù)，支持武器裝備發(fā)展論證決策。文獻(xiàn)[1]系統(tǒng)介紹了一種武器裝備作戰(zhàn)效能評估的建模方法，文獻(xiàn)[2]分析了作戰(zhàn)保障領(lǐng)域效能評估研究的主要問題，文獻(xiàn)[3]提出了作戰(zhàn)保障裝備作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)框架，文獻(xiàn)[4]提出一種基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）和熵權(quán)法的導(dǎo)彈發(fā)射單元機動作戰(zhàn)伴隨保障能力綜合評估方法，文獻(xiàn)[5]建立了導(dǎo)彈部隊作戰(zhàn)單元保障能力指標(biāo)體系，文獻(xiàn)[6]以任務(wù)成功概率作為面向任務(wù)維修保障能力的評估參數(shù)，給出了復(fù)雜任務(wù)下的評估模型和方法，文獻(xiàn)[7]~[11]從裝備維修保障過程、系統(tǒng)資源和信息等角度，給出了評估模型和方法，文獻(xiàn)[12]、[13]研究了軍用車輛裝備保障能力的評估方法，文獻(xiàn)[14]研究了美軍裝備保障理論和技術(shù)的發(fā)展趨勢，結(jié)合當(dāng)前中國軍隊裝備保障水平，提出了建議，文獻(xiàn)[15]研究了裝備保障能力評估系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)問題。

機動作戰(zhàn)保障能力是陸基武器裝備作戰(zhàn)效能的一項重要指標(biāo)，是裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化以及裝備規(guī)模結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵影響因素之一，由于受到作戰(zhàn)模式的影響，機動作戰(zhàn)保障具有較強的不確定性和復(fù)雜性，難以對其能力進(jìn)行精確評估。為此，本文以某陸基武器裝備為典型研究對象，針對其作戰(zhàn)模式、任務(wù)流程和系統(tǒng)組成的特點，研究給出機動作戰(zhàn)保障能力分析評估方法，進(jìn)而實現(xiàn)綜合保障車配置優(yōu)化設(shè)計。

1 機動作戰(zhàn)保障需求分析

在作戰(zhàn)及保障人員配置完備、培訓(xùn)充分且技術(shù)能力滿足要求的條件下，機動作戰(zhàn)保障需求分析重點立足于武器裝備方面。一種典型陸基導(dǎo)彈武器裝備作戰(zhàn)配置由指揮車、發(fā)射車、運輸轉(zhuǎn)載車、綜合保障車等組成，機動至無依托陣地，完成野戰(zhàn)環(huán)境下多波次導(dǎo)彈發(fā)射任務(wù)。機動作戰(zhàn)任務(wù)中裝備各系統(tǒng)間主要功能流程關(guān)系見圖1。

圖1 裝備各系統(tǒng)間主要功能流程關(guān)系Fig.1 The Function Flow Chart of Equipment System

1.1 指揮車保障需求分析

指揮車機動至無依托陣地，依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境、各車輛反饋的裝備情況、綜合保障車等反饋的陣地態(tài)勢預(yù)警信息等，指揮各車輛進(jìn)行野戰(zhàn)環(huán)境作戰(zhàn)及保障任務(wù)。指揮車各系統(tǒng)基于裝備使用和戰(zhàn)斗損傷分析，確定需要基層級維修保障，保障工作定位為野戰(zhàn)環(huán)境下的現(xiàn)場可更換單元更換，可通過綜合保障車配備的保障人員、保障設(shè)備和備件完成。

1.2 發(fā)射車保障需求分析

發(fā)射車載彈機動至無依托陣地，接受指揮車命令，進(jìn)行展車、發(fā)射導(dǎo)彈和撤收工作。基于發(fā)射車車載導(dǎo)彈可由運輸轉(zhuǎn)載車車載導(dǎo)彈備份，導(dǎo)彈不再考慮伴隨維修保障。發(fā)射車各系統(tǒng)基于裝備使用和戰(zhàn)斗損傷分析，確定需要基層級維修保障，保障工作定位為野戰(zhàn)環(huán)境下的現(xiàn)場可更換單元更換，可通過綜合保障車配備的保障人員、保障設(shè)備和備件完成。其中車控系統(tǒng)液壓泵等動力源為重要設(shè)備，無法實現(xiàn)野外基層級更換維修，雖然故障發(fā)生概率很低，但是發(fā)生即影響很大。可通過綜合保障車備份一套應(yīng)急泵系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)射車故障車控系統(tǒng)動力源的替換，完成對故障發(fā)射車恢復(fù)行軍狀態(tài)的應(yīng)急搶修工作。

1.3 運輸轉(zhuǎn)載車保障需求分析

運輸轉(zhuǎn)載車載彈機動至無依托陣地，接受指揮車命令，進(jìn)行隨車吊轉(zhuǎn)載導(dǎo)彈工作。運輸轉(zhuǎn)載車各系統(tǒng)基于裝備使用和戰(zhàn)斗損傷分析，確定需要基層級維修保障，保障工作定位為野戰(zhàn)環(huán)境下的現(xiàn)場可更換單元更換，可通過綜合保障車配備的保障人員、保障設(shè)備和備件完成。

1.4 綜合保障車保障需求分析

綜合保障車功能定位為作戰(zhàn)編隊中基于上述車輛的機動伴隨保障系統(tǒng)。一輛綜合保障車對應(yīng)多輛發(fā)射車、多輛運輸轉(zhuǎn)載車及一輛指揮車的機動作戰(zhàn)保障需求。綜合保障車機動至無依托陣地，報告自身的裝備情況和陣地態(tài)勢預(yù)警信息，接受指揮車命令，利用車載保障設(shè)備及備件，進(jìn)行各車輛基層級維修保障工作。

1.4.1 車輛自身基本需求

綜合保障車應(yīng)優(yōu)化整車質(zhì)量、結(jié)構(gòu)尺寸及底盤動力總成等配置，滿足高機動能力和通過能力的要求。上裝必須具備通信、導(dǎo)航定位、車載系統(tǒng)設(shè)備用電和保障工作用電、駕駛室和工作艙溫濕度調(diào)節(jié)、保障設(shè)備和備件快速取放和存儲固定等基本能力。綜合保障車各系統(tǒng)基于裝備使用和戰(zhàn)斗損傷分析，確定需要基層級維修保障，保障工作定位為野戰(zhàn)環(huán)境下的現(xiàn)場可更換單元更換，通過自身配備保障人員、保障設(shè)備和備件完成。

1.4.2 車載保障備件及設(shè)備需求

a）需要配備底盤系統(tǒng)、車載指揮通信系統(tǒng)的保障備件和保障設(shè)備，滿足野戰(zhàn)環(huán)境下作戰(zhàn)編隊中，多輛發(fā)射車、多輛運輸轉(zhuǎn)載車、一輛指揮車及一輛綜合保障車底盤、車載指揮通信系統(tǒng)的基層級維修保障工作需求；

b）需要配備車載測發(fā)控系統(tǒng)、車載車控系統(tǒng)的保障備件和保障設(shè)備，滿足野戰(zhàn)環(huán)境下作戰(zhàn)編隊中，多輛發(fā)射車車載測發(fā)控系統(tǒng)、車載車控系統(tǒng)的基層級維修保障工作需求；

c）需要配備車載應(yīng)急泵系統(tǒng)，滿足野戰(zhàn)環(huán)境下作戰(zhàn)編隊中，多輛發(fā)射車車控系統(tǒng)的故障動力源替換，完成對故障發(fā)射車恢復(fù)行軍狀態(tài)的應(yīng)急搶修工作。

1.4.3 伴隨保障支持管理系統(tǒng)需求

基于武器系統(tǒng)不斷提升機動作戰(zhàn)保障能力的需求，通過伴隨保障支持管理系統(tǒng)，深入研究戰(zhàn)備完好性和功能性能設(shè)計間最佳匹配關(guān)系，改進(jìn)完善保障資源配置，在作戰(zhàn)使用階段以較低的費用實施較高效保障，不斷提升機動作戰(zhàn)保障工作性價比。

a）需要配置保障備件和設(shè)備支持管理系統(tǒng)，滿足備件和設(shè)備的快速錄入存儲、使用情況快速統(tǒng)計分析、信息數(shù)據(jù)快速通信及任務(wù)所需預(yù)測規(guī)劃的需求；

b）需要配置保障工作支持管理系統(tǒng)，滿足技術(shù)資料完善、快速技術(shù)指導(dǎo)、快速統(tǒng)計分析、信息數(shù)據(jù)快速通信、遠(yuǎn)程故障診斷專家支持及所需保障工作預(yù)測規(guī)劃的需求。

1.4.4 預(yù)警防護需求

為提高武器裝備生存能力，除提高快速機動能力外，偽裝隱蔽與防護也是重要手段。借鑒國內(nèi)外的經(jīng)驗和成果，綜合研究應(yīng)用各種外形、材料、電子對抗、隱身技術(shù)等，開發(fā)具有武器裝備自身特色的基于無人移動平臺的預(yù)警防護裝備，可以進(jìn)一步提高綜合保障車的保障能力。

2 指標(biāo)體系及評估模型構(gòu)建

機動作戰(zhàn)保障能力分析評估目的是優(yōu)化綜合保障車的功能及配置，以提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的機動作戰(zhàn)保障能力。基于評估目的選取評估參數(shù)，一般包括反映頂層特性能力的參數(shù)和反映系統(tǒng)內(nèi)部各種資源特性的參數(shù)，通過裝備系統(tǒng)頂層能力參數(shù)的逐層分解，構(gòu)建評估參數(shù)指標(biāo)體系。通過機動作戰(zhàn)保障需求和武器系統(tǒng)特性分析，構(gòu)建導(dǎo)彈武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障能力分析評估指標(biāo)體系，見圖2。

分析評估指標(biāo)體系分為3層。第1層由6個一級指標(biāo)構(gòu)成，第2層由21個二級指標(biāo)構(gòu)成，第3層由74個三級指標(biāo)構(gòu)成，主要依據(jù)技術(shù)發(fā)展情況和裝備系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過相關(guān)統(tǒng)計分析、公式計算、專家咨詢及主觀判斷等獲得信息。采用多層次模糊綜合評價法，先對最低層次各評價因素按分支進(jìn)行模糊綜合評價，然后以本層次的模糊綜合評價集作為上一層次模糊綜合評價的單因素評價，一層層向上依次進(jìn)行綜合評價，直至得到總的模糊綜合評價結(jié)果。

圖2 武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障能力分析評估指標(biāo)體系Fig.2 The Analysis and Evaluation Index System of Weapon System Mobile Warfare Support Capability

2.1 構(gòu)造判斷矩陣得到指標(biāo)權(quán)值

層次分析法采用層次化的分析方法，這使得決策者可以使用指標(biāo)之間的相對重要性來計算得到指標(biāo)對目標(biāo)的絕對重要性，從而將一種定量的過程轉(zhuǎn)化成一種定性的過程，在大大降低決策難度的同時很好地提高了決策結(jié)果的可信度。分析評判評估指標(biāo)的相對重要性，采用九分位比例標(biāo)度（見表1），根據(jù)專家意見形成判斷值，得到第1~3層的判斷矩陣。

表1 九分位比例標(biāo)度Tab.1 The Nine Percentile Ratio

根據(jù)判斷矩陣，采用方根法計算各指標(biāo)的權(quán)值，且通過層次單排序一致性檢驗，公式如下：

式中xij為判斷矩陣第i行第j列元素；Mi為判斷矩陣第i行元素乘積；ωi為判斷矩陣第i行Mi的n次方根；Wi為指標(biāo)權(quán)值；A為判斷矩陣；λmax為判斷矩陣最大特征向量；CI為判斷矩陣一致性指標(biāo)；CR為隨機一致性比率；RI為隨機一致性標(biāo)準(zhǔn)值。

按照層次分析相關(guān)步驟和上述公式，求得武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障能力分析評估指標(biāo)體系各層指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)見表2。

表2 武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障能力分析評估指標(biāo)權(quán)重Tab.2 The Analysis and Evaluation Index Weights of Weapon System Mobile Warfare Support Capability

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

2.2 構(gòu)造單因素評價

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。為此采用模糊綜合評價法，來對車輛的保障能力進(jìn)行評價。基于車輛裝備保障工作經(jīng)驗和專家意見[13]，確定模糊評判集和指標(biāo)隸屬函數(shù)如下：

式中ui為第i項指標(biāo)的取值；v1~v5為第1~5等評語值；Rui為每層指標(biāo)單因素評價值。

按照層次分析步驟和公式，求得武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障能力分析評估指標(biāo)體系的各層指標(biāo)評判矩陣R。

2.3 構(gòu)造多級綜合評價模型

由下而上進(jìn)行多層次綜合評判，以下層的評判結(jié)果作為上層的評價矩陣，按評判模型逐層運算，得到評價結(jié)果，按照最大隸屬度原則評判結(jié)果。每層級評判模型如下：

式中A為上層指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣；R為上層指標(biāo)隸屬評價值矩陣；A1~An為下層指標(biāo)權(quán)重系數(shù)矩陣；R1~Rn為下層指標(biāo)隸屬評價值矩陣。

3 方案比較分析

3.1 方案概述

方案1：基于基型車的綜合保障車升級改制方案。繼承基型車成熟技術(shù)，基于基型車研制經(jīng)驗和武器系統(tǒng)作戰(zhàn)保障需求完善，改進(jìn)綜合保障車性能，提升其保障性、可靠性和實戰(zhàn)性。

方案2：方案1基礎(chǔ)上綜合保障車增加4項功能配置方案：1臺車載便攜式綜合保障車電子維修手冊；1套車載綜合保障車底盤健康管理系統(tǒng)；1套車載無人機感知預(yù)警系統(tǒng)；1套車載低小慢空中目標(biāo)預(yù)警打擊系統(tǒng)。

方案3：升級成為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障監(jiān)控及管理移動終端平臺方案。綜合保障車增加1套通用車載機動作戰(zhàn)保障一體化監(jiān)控及管理系統(tǒng)、1套通用車載快速自動出入存儲單元統(tǒng)計識別系統(tǒng)，改善增強通用車載信息通信系統(tǒng)，統(tǒng)籌綜合保障車運輸存儲能力，隨著技術(shù)儲備能力增強，各功能子系統(tǒng)和設(shè)備的不斷完善，開發(fā)系列化綜合保障車。方案3示意見圖3，機動作戰(zhàn)保障一體化監(jiān)控及管理功能模塊見圖4。

圖3 方案3示意Fig.3 The Schematic Diagram of Scheme 3

圖4 機動作戰(zhàn)保障一體化監(jiān)控及管理功能模塊Fig.4 The Integrated Monitoring and Management Function Module Diagram of Mobile Warfare Support

3.2 分析評價前提條件

分析評價基于條件如下：

a）武器系統(tǒng)裝備使用維護工作正常，處于故障率浴盆曲線的偶發(fā)故障期；

b）針對一個營編制車輛的機動作戰(zhàn)保障任務(wù)，其車載機動保障備件和設(shè)備首先以滿足種類為主，保障每種有1件配備；研制階段分析設(shè)計了68種保障備件和設(shè)備，隨著機動作戰(zhàn)保障工作的深入和完善，可以動態(tài)調(diào)整保障備件和設(shè)備的種類及數(shù)量；

c）綜合保障車基于機動性能和通過性能要求其結(jié)構(gòu)和尺寸在一定限定內(nèi)，但其車載存儲單元存儲空間設(shè)計的可調(diào)整余度，適應(yīng)方案1車載保障備件及設(shè)備的種類和數(shù)量增減完善設(shè)計；

d）方案2新增4項功能配置的相關(guān)技術(shù)儲備能力處于初級階段，其技術(shù)成熟度第1~4項依次降低；

e）基于綜合保障車車載存儲單元存儲空間設(shè)計的可調(diào)整余度，以及新增4項功能配置技術(shù)成熟度，方案2分3種情況進(jìn)行分析評價：第1種情況UⅡ1：增加功能配置第1~3項配置組合；第2種情況UⅡ2：增加功能配置第1項、第2項和第4項組合；第3種情況UⅡ3：增加功能配置第1~4項組合。

f）方案3新增功能配置相關(guān)技術(shù)儲備能力處于初級階段，其技術(shù)成熟度隨著相關(guān)數(shù)據(jù)的積累和認(rèn)識的深入不斷提高。

3.3 分析評價情況

不同方案的機動作戰(zhàn)保障能力對比分析評價模型隸屬度情況見圖5，其中評價等級1為一等“好”、2為二等“較好”、3為三等“一般”、4為四等“較差”、5為五等“差”。

圖5 不同方案的機動作戰(zhàn)保障能力對比分析評價情況Fig.5 The Comparative Analysis and Evaluation of Mobile Warfare Support Capability

可按最大隸屬度法則和基于隸屬度打分原則進(jìn)行分析評價，基于隸屬度打分原則一般設(shè)定按照一等“好”為90分、二等“較好”為75分、三等“一般”為60分、四等“較差”為45分、五等“差”為30分。分析評價如下：

a）方案1的機動作戰(zhàn)保障能力UⅠ綜合評價為71.88分、屬于一等“好”的類別，其中綜合評價由高到低順序排列為：綜車機動能力（綜合評價為80.26分、最大隸屬度一等“好”）；車載保障設(shè)備保障能力（綜合評價為79.64分、最大隸屬度一等“好”）；車載保障備件保障能力（綜合評價為75.89分、最大隸屬度一等“好”）；綜車上裝基本能力（綜合評價為73.36分、最大隸屬度二等“較好”）；伴隨保障支持管理能力（綜合評價為32.89分、最大隸屬度五等“差”）；預(yù)警防護能力（綜合評價為30分、最大隸屬度五等“差”）。基于上述分析，綜合保障車功能配置優(yōu)化，可以在方案1基礎(chǔ)上首先從提高伴隨保障支持管理能力和預(yù)警防護能力方面考慮，進(jìn)一步提升機動作戰(zhàn)保障能力；

b）方案2的3種情況機動作戰(zhàn)保障能力綜合評價按最大隸屬度法則，屬于一等“好”的類別，其中綜合評價由高到低順序排列為：UⅡ1（綜合評價為72.51分、最大隸屬度一等“好”）；UⅡ3（綜合評價為72.43分、最大隸屬度一等“好”）；UⅡ2（綜合評價為72.23分、最大隸屬度一等“好”）。基于上述分析，方案2的3種情況共同建立在增加1臺車載便攜式綜合保障車電子維修手冊和1套車載綜合保障車底盤健康管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，第1種情況稍優(yōu)于第2種和第3種情況，主要因為綜合保障車車載存儲單元存儲空間設(shè)計的可調(diào)整余度和現(xiàn)階段技術(shù)成熟度的限制，方案2評價均較方案1有一定程度提高，應(yīng)考慮適度增加相應(yīng)功能配置；

c）方案3的機動作戰(zhàn)保障能力UⅢ綜合評價為79.7分、屬于一等“好”的類別，較方案1（71.88分）、方案2（最高72.51分）都有較大程度提高。方案3將一輛綜合保障車升級為一輛導(dǎo)彈武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障監(jiān)控及管理移動終端平臺，針對武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障工作和所需保障備件、設(shè)備不斷動態(tài)調(diào)整及優(yōu)化更新要求，有一定適應(yīng)能力；能夠針對武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障工作相關(guān)信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)收集、統(tǒng)計分析、監(jiān)控管理和健康預(yù)測，為武器系統(tǒng)全壽命周期優(yōu)化完善提供支持；根據(jù)作戰(zhàn)需求，可在通用功能配置基礎(chǔ)上，增加不同拓展功能配置，實現(xiàn)多輛綜合保障車協(xié)同完成任務(wù)。經(jīng)過分析，相較于方案1和方案2，方案3具有一定優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

本文通過分析武器系統(tǒng)機動作戰(zhàn)保障需求，建立了機動作戰(zhàn)保障能力評估指標(biāo)體系，采用多層次模糊綜合評價法構(gòu)建了機動作戰(zhàn)保障能力評估模型，運用層次分析法確定了各層評估指標(biāo)的權(quán)重。以某陸基武器裝備為應(yīng)用對象，結(jié)合作戰(zhàn)模式和任務(wù)流程特點，基于模型輸入相關(guān)分析數(shù)據(jù)，對綜合保障車設(shè)計方案進(jìn)行了分析評價。

a）結(jié)合武器系統(tǒng)裝備情況，建立了較為客觀準(zhǔn)確的機動作戰(zhàn)保障能力評估指標(biāo)體系，構(gòu)建了三級評估指標(biāo)，利用評價點作為打分依據(jù)，實現(xiàn)了原則性、指導(dǎo)性和可操作性的有機結(jié)合，減少了主觀因素的干擾。

b）運用多層次模糊綜合評價法，建立了較為科學(xué)合理的機動作戰(zhàn)保障能力評估模型，評估方法趨于合理、客觀，提高了評估結(jié)果客觀性及準(zhǔn)確性，增強了評估結(jié)果的可比性和參考價值。

c）武器系統(tǒng)裝備全壽命周期中，上述模型和方法可以為設(shè)計方案及指標(biāo)的優(yōu)化改進(jìn)、體系規(guī)模結(jié)構(gòu)的優(yōu)化取舍、裝備使用保障的優(yōu)化決策等工作提供重要分析依據(jù)，進(jìn)而支持綜合保障車的研制、升級和完善。

d）武器系統(tǒng)是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)成因素多、各因素之間關(guān)系復(fù)雜，任務(wù)流程復(fù)雜，需要基于不同研究目的和要求，進(jìn)行更深入的分析和研究，評估指標(biāo)體系和評估方法需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

評估指標(biāo)體系、評估方法和底層指標(biāo)評價值來源于相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和目前設(shè)計使用數(shù)據(jù)，理論性較強，基于物質(zhì)、時間等條件的限制，需進(jìn)一步不斷積累樣本量和數(shù)據(jù)，不斷完善調(diào)整指標(biāo)體系、評估方法和底層指標(biāo)評價值，使評估結(jié)果能夠更好地反映武器系統(tǒng)實際能力水平。