基于網(wǎng)絡(luò)分析法的裝備作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估方法研究

李 靜，王星宇，張灝龍，鄭小鵬，劉 聞

基于網(wǎng)絡(luò)分析法的裝備作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估方法研究

李 靜1，王星宇1，張灝龍1，鄭小鵬2，劉 聞2

（1. 中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京，100037；2. 中國運載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展部，北京，100076）

為了適應(yīng)體系作戰(zhàn)的發(fā)展，需要不斷地優(yōu)化導彈武器裝備的作戰(zhàn)能力。本文采用網(wǎng)絡(luò)分析法對導彈作戰(zhàn)能力進行優(yōu)化評價，依據(jù)作戰(zhàn)能力之間相互耦合關(guān)系和系統(tǒng)功能組成，建立導彈“作戰(zhàn)能力-子能力-性能指標”的指標體系及層次化網(wǎng)絡(luò)模型，并通過各級指標的貢獻度評估、滿足度評估方法計算作戰(zhàn)能力差距。結(jié)果表明，基于裝備現(xiàn)狀和面向典型作戰(zhàn)任務(wù)的條件下，該方法能夠有效計算出作戰(zhàn)能力缺口，提出總體設(shè)計優(yōu)化方向。

網(wǎng)絡(luò)分析法；貢獻度評估；能力差距

0 引 言

未來戰(zhàn)爭是圍繞信息化、體系化和網(wǎng)絡(luò)化的博弈，打仗就是打的裝備能力，裝備作戰(zhàn)能力強弱直接關(guān)乎戰(zhàn)場的勝負，其中美國提出“基于能力”的裝備需求生成方法，旨在未來作戰(zhàn)任務(wù)牽引下面向能力差距快速形成裝備作戰(zhàn)能力。因此，本文將作戰(zhàn)能力優(yōu)化體現(xiàn)為對能力短板弱項的彌補，即當某一特定使命需求或作戰(zhàn)任務(wù)下，能力需求不能滿足現(xiàn)有裝備系統(tǒng)的性能和能力表現(xiàn)時，彌補該裝備系統(tǒng)在對應(yīng)的能力項上存在能力差距，為探索導彈武器設(shè)計優(yōu)化提供直接依據(jù)[1]。

目前中國對裝備作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估方法，陸飏等人采用任務(wù)-能力映射列表方法開展作戰(zhàn)能力需求生成分析，但對于能力的差距缺少具體評估方法[2]；楊帆等針對裝備體系構(gòu)建了體系能力差距矩陣，并采用專家打分法進行評估[3]，熊奇等采用層次分析法開展導彈作戰(zhàn)能力優(yōu)化量化分析方法[4]，樊延平在層次分析方法基礎(chǔ)上結(jié)合面向任務(wù)的客觀賦權(quán)提出能力需求優(yōu)化方法[5]，但三者都沒有考慮未來網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)下作戰(zhàn)能力之間的相互耦合關(guān)系對權(quán)重的影響。為此，本文利用ANP方法對作戰(zhàn)能力進行優(yōu)化，確保不同指標的多層次、多維度關(guān)聯(lián)耦合，更好地反映作戰(zhàn)能力的特性。

1 作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估總體思路

作戰(zhàn)能力是裝備的固有屬性，是某一方面能力的總稱；子能力指的是對于確定的作戰(zhàn)能力，需要哪些具體的子能力來共同實現(xiàn)該能力；性能指標是將各項子能力對應(yīng)分解落在導彈的具體參數(shù)指標。在未來網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)中，一種子能力的變化，可以引起其他相關(guān)的子能力發(fā)生變化，因此性能指標和作戰(zhàn)子能力之間是層次結(jié)構(gòu)，作戰(zhàn)子能力之間是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，與網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）的結(jié)構(gòu)模型一致[6]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)分析模型

—作戰(zhàn)能力；Si—一級子能力；SSi—二級子能力；Si—性能指標

基于此，本文作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估方法基本思路是：建立“作戰(zhàn)能力-子能力-性能參數(shù)”的武器裝備能力優(yōu)化指標體系。基于未來網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)任務(wù)分析作戰(zhàn)子能力之間相互影響關(guān)系，開展作戰(zhàn)能力貢獻度建模，采用ANP和作戰(zhàn)能力的滿足性函數(shù)進行作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估，篩選得到需要彌補的缺口，以此確定需要優(yōu)先發(fā)展的能力，如圖2所示。

圖2 作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估總體思路

主要的評估步驟如下：

步驟1，建立導彈“作戰(zhàn)能力-作戰(zhàn)子能力-裝備性能”指標體系，明確指標之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

步驟2，通過層次分析方法（AHP）、網(wǎng)絡(luò)分析方法（ANP），建立能力到性能指標之間的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型，確定單項能力的貢獻度。

步驟3，構(gòu)建性能指標的滿足度函數(shù)模型：趨大型、趨小型、區(qū)間型；同時，基于作戰(zhàn)能力指標體系，構(gòu)建滿足度模型。

步驟4，依據(jù)專家經(jīng)驗、仿真推演和部隊調(diào)研獲取性能指標的需求值，并通過滿足度函數(shù)模型，將實際數(shù)據(jù)進行處理。

步驟5，對裝備的各項能力進行缺口分析得到結(jié)論。

2 導彈作戰(zhàn)能力優(yōu)化指標體系構(gòu)建

“能力-子能力-性能”的指標體系是以定性的形式描述導彈武器系統(tǒng)，將能力按照自頂向下分解映射規(guī)則，逐步具體化成的各項指標。依據(jù)“偵-察-抗-打”打擊鏈條，采用輸入-輸出控制分解方法開展作戰(zhàn)能力到裝備性能參數(shù)的分解，建立作戰(zhàn)能力優(yōu)化指標體系，如圖3所示。

因此導彈裝備作戰(zhàn)能力按照輸入-輸出分解方法，分成偵察監(jiān)視能力、指揮控制能力、火力打擊能力和戰(zhàn)場防抗能力等4項作戰(zhàn)能力。其中偵察監(jiān)視能力是通過各類偵察裝備實時獲取目標的參數(shù)、位置等信息，完成態(tài)勢感知的能力；指揮控制能力主要負責統(tǒng)籌戰(zhàn)時任務(wù)，把控戰(zhàn)場主動權(quán)，協(xié)調(diào)控制行動；火力打擊能力以火力籌劃、精確打擊為核心，負責行動中導彈的發(fā)射、機動、打擊等任務(wù)；戰(zhàn)場防抗能力主要是指圍繞火力打擊任務(wù)，實施全方位反偵察和綜合防護防抗的內(nèi)容。同時還分析裝備力量組成、運行機制、信息流轉(zhuǎn)等因素，關(guān)注武器裝備作戰(zhàn)使用中的性能屬性，進一步細化構(gòu)建性能指標的評估指標體系。以指揮控制能力為例，建立作戰(zhàn)能力指標體系，如圖4所示。

圖4 作戰(zhàn)能力指標體系（部分）

3 基于網(wǎng)絡(luò)分析法的能力優(yōu)化建模

3.1 性能指標對作戰(zhàn)能力貢獻度建模

本文以貢獻度作為分析裝備性能指標對作戰(zhàn)能力影響衡量標準，從能力、子能力、性能指標之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系出發(fā)，建立網(wǎng)絡(luò)分析模型，通過控制層表征計算各子能力對作戰(zhàn)能力的權(quán)重；性能指標對各子能力貢獻度的求解，則通過網(wǎng)絡(luò)層建立各二級子能力間的多重影響，綜合求得對能力貢獻度。

通過網(wǎng)絡(luò)層建立各二級子能力之間的多重影響，求解性能指標對各子能力的貢獻度，進而得到性能指標對能力的綜合貢獻度。

3.1.1 作戰(zhàn)能力相互影響關(guān)系建模

武器裝備所執(zhí)行的作戰(zhàn)任務(wù)，是按照相互交叉的作戰(zhàn)活動信息進程順序聯(lián)系起來的。依靠裝備有對應(yīng)的作戰(zhàn)活動和能力規(guī)則，通過多個作戰(zhàn)能力來映射每一種作戰(zhàn)活動，構(gòu)建作戰(zhàn)活動-能力關(guān)聯(lián)模型，進而形成作戰(zhàn)能力間的網(wǎng)絡(luò)化交叉影響關(guān)系。

表1 作戰(zhàn)能力相互影響關(guān)系模型

Tab.1 Combat Capability Interaction Relationship Model

作戰(zhàn)活動LA能力C1能力C2 C11C12C13C21C22C23 活動1P P 活動2 P 活動3 P P 活動4 PP 活動5PP P

3.1.2 作戰(zhàn)能力貢獻度建模

根據(jù)超級決策軟件（SD）建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型與能力之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并按圖5順序建立計算矩陣，可以計算得到各個層次的子能力相對系統(tǒng)能力的貢獻度、、以及各性能指標對體系能力的貢獻度[6]。

圖5 網(wǎng)絡(luò)分析法的計算過程（部分）

a）構(gòu)建ANP結(jié)構(gòu)模型。

通過對決策對象進行分析，確定系統(tǒng)的決策目標和準則，判斷系統(tǒng)內(nèi)部各元素之間的相互關(guān)系，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。

b）構(gòu)建判斷矩陣。

c）計算超矩陣。

d）極限加權(quán)超矩陣。

對加權(quán)超矩陣進行穩(wěn)定化處理，計算極限相對排序向量：

超矩陣的結(jié)果對應(yīng)著各級子能力相對于體系能力的權(quán)重，加權(quán)超矩陣對應(yīng)著各性能指標對體系能力的貢獻度，即每個元素的全局貢獻度。

3.2 作戰(zhàn)能力滿足度建模

滿足度通常用來描述實際與預期的差距和程度，而能力滿足度實質(zhì)是裝備保障和支撐作戰(zhàn)任務(wù)的能力要求的達到程度[7]。本文通過建立能力滿足度模型和性能指標滿足度評估模型來評價完成任務(wù)的程度，進而分析能力缺口。

3.2.1 能力滿足度模型

a）依賴關(guān)系模型。

依賴關(guān)系用來表示下層任一個能力滿足程度直接關(guān)系上一層能力滿足度。假設(shè)能力滿足度函數(shù)值：

則依賴關(guān)系模型為

b）組成關(guān)系模型。

組成關(guān)系用來表示上層的能力需求是由下層若干個能力需求組成和決定。假設(shè)能力需求滿足度函數(shù)值：

則組成關(guān)系模型為

3.2.2 性能指標滿足度模型

性能指標滿足度模型本質(zhì)上對量綱不同的指標進行標準化處理的過程。依據(jù)底層能力表征的各性能指標對裝備作戰(zhàn)能力發(fā)揮的影響，對定性指標開展定性評價，轉(zhuǎn)化為0～1之間的評分值；對定量指標進行趨大型、趨小型、區(qū)間型功能滿足度模型匹配，如下所示：

a）對于指標與屬性的值是越大越好的趨大型滿足度模型，需要確定參數(shù)0和。

b）對于指標與屬性的值是越小越好的趨小型滿足度模型，需要確定參數(shù)0和。

c）對于指標與屬性的值是在某一范圍內(nèi)最好的區(qū)間型滿足度模型，需要確定參數(shù)、1、2、0和。

本文依托作戰(zhàn)能力指標體系，以指揮控制能力為例對其關(guān)聯(lián)的滿足度模型進行說明，如表2所示。

表2 性能指標滿足度模型（部分）

Tab.2 Performance Index Satisfaction Model (Part)

一級子能力二級子能力性能指標滿足度模型決策能力計劃擬制能力方案擬制時間趨小型作業(yè)能力數(shù)據(jù)查詢時間趨小型標繪時間趨小型輔助計算趨小型圖表生成趨小型命令接受能力命令接受能力數(shù)據(jù)快速傳輸時間趨小型實時接收延時間趨小型指揮手段定性通信能力通信能力通信容量定性覆蓋范圍趨大型通信帶寬定性

3.3 能力缺口計算

最后，依據(jù)下面公式計算能力缺口：

比較未來每項能力與現(xiàn)有能力的差距，通過各項能力權(quán)重，得出裝備總體能力缺口：

4 評估實例

4.1 作戰(zhàn)能力貢獻度計算

針對某項任務(wù)中某項裝備，采用Super Decision軟件構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)層次模型，描述作戰(zhàn)能力間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

4.1.1 能力影響矩陣

表3 能力影響矩陣（部分）

Tab.3 Capability Impact Matrix (Part)

被影響因素影響因素 C1C2C3C4C5C6C7C8 C1 C2P P C3 C4 C5P P C6P P PP C7 P P C8

4.1.2 能力比較矩陣

4.1.2.1 一級能力比較矩陣

判斷各一級子能力對體系能力的權(quán)重。可以發(fā)現(xiàn)，一級子能力中最重要的是火力打擊能力，其次是指揮控制能力，然后是偵察監(jiān)視能力、戰(zhàn)場防抗能力。

表4 一級子能力對作戰(zhàn)能力的影響程度

Tab.4 The Degree of Influence of Frst-level Sub-capabilities on Combat Capability

作戰(zhàn)能力偵察監(jiān)視能力指揮控制能力火力打擊能力戰(zhàn)場防抗能力 貢獻度0.14360.23780.55110.0675

4.1.2.2 二級子能力比較矩陣

判斷各二級子能力相對于所屬的一級子能力的權(quán)重，可以得到各二級子能力相對于所屬的一級子能力的權(quán)重。

表5 二級子能力對一級子能力的影響程度

Tab.5 The Degree of Influence of the Second-level Sub-ability on the First-level Sub-ability

作戰(zhàn)能力決策能力命令接受能力通信能力信息安全保密能力 貢獻度0.14360.23780.55110.0675

4.1.2.3 能力影響兩兩比較矩陣

能力影響兩兩比較矩陣用來刻畫各二級子能力之間的相互影響關(guān)系。以影響命令接受能力的4項能力為例，在考慮了導彈預警能力、戰(zhàn)場監(jiān)測能力、通信能力、通信安全等四項能力兩兩影響關(guān)系之后，計算結(jié)果如表6所示。

表6 二級子能力對命令接受能力的影響程度

Tab.6 Degree of Influence of Secondary Sub-ability on

Command Acceptance Ability

作戰(zhàn)能力導彈預警能力戰(zhàn)場監(jiān)測能力通信能力通信安全 影響程度0.0976320.0976320.4723760.332361

4.1.3 貢獻度計算結(jié)果

利用ANP方法計算，得到了裝備作戰(zhàn)能力中的一級子能力、二級子能力和性能指標的綜合貢獻度，如表7所示。

表7 貢獻度計算結(jié)果（部分）

Tab.7 Contribution Calculation Results (Part)

一級偵查監(jiān)視能力指揮控制能力火力打擊能力戰(zhàn)場防抗能力 0.143570.237790.551110.06753 二級決策能力命令接受通信能力信息安全 0.086140.043320.035680.0386 性能貢獻度計劃擬制能力作業(yè)能力命令接受能力通信容量 0.032870.030010.033060.00817 覆蓋范圍通信帶寬信息安全保密— 0.010890.008170.05891—

經(jīng)過上述的分析計算，可以得到部分子能力對作戰(zhàn)能力的貢獻程度，如圖6所示。

圖6 子能力的貢獻程度（部分）

4.2 作戰(zhàn)能力滿足度計算

4.2.1 性能指標滿足度計算

根據(jù)裝備作戰(zhàn)任務(wù)需求，確定各性能指標實際值，并按照表8性能指標滿足度模型，按照表9模型參數(shù)進行計算，得到性能指標的滿足度數(shù)值，如表10所示。

表8 某裝備性能指標值（部分）

Tab.8 A Certain Equipment Performance Index Value (Part)

性能指標指標實際值 方案擬制時間/ min10 數(shù)據(jù)查詢時間/ min1 標繪時間/ min1 輔助計算/ min2 圖表生成/ min1

表9 某裝備性能指標滿足度評估模型（部分）

Tab.9 Evaluation Model for the Satisfaction Degree of a Certain Equipment Performance Index (Part)

功能滿足度類型需求參數(shù)X0需求參數(shù)b 數(shù)據(jù)查詢時間趨小型0.81.5 標繪時間趨小型0.81.5 輔助計算趨小型13 圖表生成趨小型0.81.5

表10 性能指標滿足度（部分）

Tab.10 Performance Index Satisfaction (Part)

性能指標性能滿足度 數(shù)據(jù)查詢時間0.714285714 標繪時間0.714285714 輔助計算0.5 圖表生成0.714285714

4.2.2 能力指標滿足度計算

針對某裝備的能力需求滿足度分為兩項，其中有些能力指標只需要一項性能參數(shù)進行表征，有些能力指標需要有多個性能參數(shù)進行綜合表征，因此在計算能力需求滿足度時要綜合考慮表征關(guān)系。滿足度計算如下所示（部分）。

4.2.2.1 單項性能參數(shù)表征功能的滿足度評估模型

a）計劃擬制能力，用方案擬制時間進行表示，直接計算計劃擬制能力的滿足度；

b）信息安全保密能力，用信息安全保密功能進行表示，直接計算信息安全保密能力的滿足度。

4.2.2.2 多項性能參數(shù)表征的功能滿足度評估模型

4.3 能力缺口計算

依據(jù)3.3節(jié)能力缺口計算公式，對決策能力、命令接受能力、通信能力和信息安全保密能力進行計算：

設(shè)能力需求值為1，則能力缺口：

部分二級子能力缺口值如表11所示。

表11 二級子能力缺口值（部分）

Tab.11 Secondary Subcapacity Gap Value (Part)

二級子能力能力值能力缺口 決策能力0.688722760.3113 命令接受能力0.665714290.3343 通信能力0.739992660.26 信息安全保密能力0.90.1

若設(shè)置作戰(zhàn)能力滿足度及格線為0.7，決策能力和命令接受能力存在的缺口較大，需要進行技術(shù)優(yōu)化，從而支撐裝備體系整體能力的提升。最終通過綜合計算求得某裝備作戰(zhàn)能力值為0.681，不符合執(zhí)行任務(wù)的條件，通過優(yōu)化技術(shù)和重點突破縮小武器裝備的能力差距值，進一步提高能力滿足度，使得武器裝備發(fā)揮更大效能。

5 結(jié)束語

本文通過某型裝備特點提出自頂向下的作戰(zhàn)能力指標體系，在此基礎(chǔ)上，遵循裝備性能、作戰(zhàn)過程和作戰(zhàn)規(guī)律，提出了基于網(wǎng)絡(luò)分析法的裝備作戰(zhàn)能力優(yōu)化評估方法，包括方法的流程、模型和規(guī)則。該方法可以有效應(yīng)用于裝備的能力差距評估，從底層指標入手，依托領(lǐng)域知識和實際數(shù)據(jù)動態(tài)變化調(diào)整滿足度和貢獻度模型，得出決策能力和命令接受能力存在能力差距，為裝備研制開發(fā)與優(yōu)化升級提供定量依據(jù)。

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Research on Optimization Evaluation Method of Equipment Combat Capability Based on Analytic Network Process

Li Jing1, Wang Xing-yu1, Zhang Hao-long1, Zheng Xiao-peng2, Liu Wen2

(1. China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering, Beijing, 100037; 2. Research and Development Department of China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

In order to adapt to the development of system operations, it is necessary to continuously optimize the combat capabilities of missile weapons and equipment. The analytic network process is used to optimize the evaluation of missile combat capabilities. According to the mutual coupling relationship between combat capabilities and the composition of system functions, the index system and hierarchical network model of missile "combat capabilities-sub-capabilities-performance indicators" are established. Contribution evaluation and satisfaction evaluation methods of level indicators are used to calculate the combat capability gap. The results show that the method can calculate the combat capability gap based on the current situation of equipment and the typical combat mission, and propose the overall design optimization direction.

analytic network process; contribution assessment; capacity gap

1004-7182(2023)01-0146-07

10.7654/j.issn.1004-7182.20230129

V57

A

2022-08-26；

2022-08-29

李 靜（1987-），女，高級工程師，主要研究方向為裝備性能鑒定。

王星宇（1995-），男，工程師，主要研究方向為仿真推演評估。

張灝龍（1977-），男，博士，研究員，主要研究方向為裝備試驗鑒定。

鄭小鵬（1984-），男，高級工程師，主要研究方向為飛行器總體設(shè)計。

劉 聞（1994-），男，工程師，主要研究方向為系統(tǒng)仿真。