基于網絡分析法的裝備作戰能力優化評估方法研究

李 靜，王星宇，張灝龍，鄭小鵬，劉 聞

基于網絡分析法的裝備作戰能力優化評估方法研究

李 靜1，王星宇1，張灝龍1，鄭小鵬2，劉 聞2

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

為了適應體系作戰的發展，需要不斷地優化導彈武器裝備的作戰能力。本文采用網絡分析法對導彈作戰能力進行優化評價，依據作戰能力之間相互耦合關系和系統功能組成，建立導彈“作戰能力-子能力-性能指標”的指標體系及層次化網絡模型，并通過各級指標的貢獻度評估、滿足度評估方法計算作戰能力差距。結果表明，基于裝備現狀和面向典型作戰任務的條件下，該方法能夠有效計算出作戰能力缺口，提出總體設計優化方向。

網絡分析法；貢獻度評估；能力差距

0 引 言

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

目前中國對裝備作戰能力優化評估方法，陸飏等人采用任務-能力映射列表方法開展作戰能力需求生成分析，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能力優化量化分析方法[4]，樊延平在層次分析方法基礎上結合面向任務的客觀賦權提出能力需求優化方法[5]，但三者都沒有考慮未來網絡化作戰下作戰能力之間的相互耦合關系對權重的影響。為此，本文利用ANP方法對作戰能力進行優化，確保不同指標的多層次、多維度關聯耦合，更好地反映作戰能力的特性。

1 作戰能力優化評估總體思路

作戰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能力，需要哪些具體的子能力來共同實現該能力；性能指標是將各項子能力對應分解落在導彈的具體參數指標。在未來網絡化作戰中，一種子能力的變化，可以引起其他相關的子能力發生變化，因此性能指標和作戰子能力之間是層次結構，作戰子能力之間是網絡結構，如圖1所示，與網絡分析法（ANP）的結構模型一致[6]。

圖1 網絡分析模型

—作戰能力；Si—一級子能力；SSi—二級子能力；Si—性能指標

基于此，本文作戰能力優化評估方法基本思路是：建立“作戰能力-子能力-性能參數”的武器裝備能力優化指標體系?；谖磥砭W絡化作戰任務分析作戰子能力之間相互影響關系，開展作戰能力貢獻度建模，采用ANP和作戰能力的滿足性函數進行作戰能力優化評估，篩選得到需要彌補的缺口，以此確定需要優先發展的能力，如圖2所示。

圖2 作戰能力優化評估總體思路

主要的評估步驟如下：

步驟1，建立導彈“作戰能力-作戰子能力-裝備性能”指標體系，明確指標之間的關聯關系。

步驟2，通過層次分析方法（AHP）、網絡分析方法（ANP），建立能力到性能指標之間的網絡層次結構模型，確定單項能力的貢獻度。

步驟3，構建性能指標的滿足度函數模型：趨大型、趨小型、區間型；同時，基于作戰能力指標體系，構建滿足度模型。

步驟4，依據專家經驗、仿真推演和部隊調研獲取性能指標的需求值，并通過滿足度函數模型，將實際數據進行處理。

步驟5，對裝備的各項能力進行缺口分析得到結論。

2 導彈作戰能力優化指標體系構建

“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，將能力按照自頂向下分解映射規則，逐步具體化成的各項指標。依據“偵-察-抗-打”打擊鏈條，采用輸入-輸出控制分解方法開展作戰能力到裝備性能參數的分解，建立作戰能力優化指標體系，如圖3所示。

因此導彈裝備作戰能力按照輸入-輸出分解方法，分成偵察監視能力、指揮控制能力、火力打擊能力和戰場防抗能力等4項作戰能力。其中偵察監視能力是通過各類偵察裝備實時獲取目標的參數、位置等信息，完成態勢感知的能力；指揮控制能力主要負責統籌戰時任務，把控戰場主動權，協調控制行動；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射、機動、打擊等任務；戰場防抗能力主要是指圍繞火力打擊任務，實施全方位反偵察和綜合防護防抗的內容。同時還分析裝備力量組成、運行機制、信息流轉等因素，關注武器裝備作戰使用中的性能屬性，進一步細化構建性能指標的評估指標體系。以指揮控制能力為例，建立作戰能力指標體系，如圖4所示。

圖4 作戰能力指標體系（部分）

3 基于網絡分析法的能力優化建模

3.1 性能指標對作戰能力貢獻度建模

本文以貢獻度作為分析裝備性能指標對作戰能力影響衡量標準，從能力、子能力、性能指標之間的關聯關系出發，建立網絡分析模型，通過控制層表征計算各子能力對作戰能力的權重；性能指標對各子能力貢獻度的求解，則通過網絡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。

通過網絡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 作戰能力相互影響關系建模

武器裝備所執行的作戰任務，是按照相互交叉的作戰活動信息進程順序聯系起來的。依靠裝備有對應的作戰活動和能力規則，通過多個作戰能力來映射每一種作戰活動，構建作戰活動-能力關聯模型，進而形成作戰能力間的網絡化交叉影響關系。

表1 作戰能力相互影響關系模型

Tab.1 Combat Capability Interaction Relationship Model

作戰活動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 作戰能力貢獻度建模

根據超級決策軟件（SD）建立網絡結構模型與能力之間的關聯關系，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 網絡分析法的計算過程（部分）

a）構建ANP結構模型。

通過對決策對象進行分析，確定系統的決策目標和準則，判斷系統內部各元素之間的相互關系，構建網絡結構模型。

b）構建判斷矩陣。

c）計算超矩陣。

d）極限加權超矩陣。

對加權超矩陣進行穩定化處理，計算極限相對排序向量：

超矩陣的結果對應著各級子能力相對于體系能力的權重，加權超矩陣對應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，而能力滿足度實質是裝備保障和支撐作戰任務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）依賴關系模型。

依賴關系用來表示下層任一個能力滿足程度直接關系上一層能力滿足度。假設能力滿足度函數值：

則依賴關系模型為

b）組成關系模型。

組成關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。假設能力需求滿足度函數值：

則組成關系模型為

3.2.2 性能指標滿足度模型

性能指標滿足度模型本質上對量綱不同的指標進行標準化處理的過程。依據底層能力表征的各性能指標對裝備作戰能力發揮的影響，對定性指標開展定性評價，轉化為0～1之間的評分值；對定量指標進行趨大型、趨小型、區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0和。

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

本文依托作戰能力指標體系，以指揮控制能力為例對其關聯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能力數據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據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，依據下面公式計算能力缺口：

比較未來每項能力與現有能力的差距，通過各項能力權重，得出裝備總體能力缺口：

4 評估實例

4.1 作戰能力貢獻度計算

針對某項任務中某項裝備，采用Super Decision軟件構建網絡層次模型，描述作戰能力間的相互關聯關系。

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重。可以發現，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，然后是偵察監視能力、戰場防抗能力。

表4 一級子能力對作戰能力的影響程度

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

作戰能力偵察監視能力指揮控制能力火力打擊能力戰場防抗能力 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重，可以得到各二級子能力相對于所屬的一級子能力的權重。

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、戰場監測能力、通信能力、通信安全等四項能力兩兩影響關系之后，計算結果如表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

作戰能力導彈預警能力戰場監測能力通信能力通信安全 影響程度0.0976320.0976320.4723760.332361

4.1.3 貢獻度計算結果

利用ANP方法計算，得到了裝備作戰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 貢獻度計算結果（部分）

Tab.7 Contribution Calculation Results (Part)

一級偵查監視能力指揮控制能力火力打擊能力戰場防抗能力 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—

經過上述的分析計算，可以得到部分子能力對作戰能力的貢獻程度，如圖6所示。

圖6 子能力的貢獻程度（部分）

4.2 作戰能力滿足度計算

4.2.1 性能指標滿足度計算

根據裝備作戰任務需求，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模型參數進行計算，得到性能指標的滿足度數值，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 數據查詢時間/ 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X0需求參數b 數據查詢時間趨小型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 數據查詢時間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進行表征，有些能力指標需要有多個性能參數進行綜合表征，因此在計算能力需求滿足度時要綜合考慮表征關系。滿足度計算如下所示（部分）。

4.2.2.1 單項性能參數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 多項性能參數表征的功能滿足度評估模型

4.3 能力缺口計算

依據3.3節能力缺口計算公式，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

若設置作戰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，需要進行技術優化，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能力值為0.681，不符合執行任務的條件，通過優化技術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，使得武器裝備發揮更大效能。

5 結束語

本文通過某型裝備特點提出自頂向下的作戰能力指標體系，在此基礎上，遵循裝備性能、作戰過程和作戰規律，提出了基于網絡分析法的裝備作戰能力優化評估方法，包括方法的流程、模型和規則。該方法可以有效應用于裝備的能力差距評估，從底層指標入手，依托領域知識和實際數據動態變化調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，為裝備研制開發與優化升級提供定量依據。

[1] 楊春輝. 基于能力差距的能力發展方案組合規劃方法研究[D]. 國防科技大學, 2019.

Yang chunhui.Research on capability development planning combination planning method based on capability gap [D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2019.

[2] 陸飏，許俊飛.新型艦炮武器作戰能力需求生成方法研究[J]. 兵器裝備工程學報, 2021, 42(8): 58-63.

Lu Yang,Xu Junfei. Research on combat capability requirement generation of new naval gun[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2021, 42(8): 58-63．

[3] 楊帆.面向能力差距的陸軍戰場搜救體系論證研究[J]. 醫療衛生裝備, 2021, 42(4): 6-9.

Yang Fan. Capability gap-oriented demonstration for army combat search and rescue system[J]. Chinese Medical Equipment Journal, 2021, 42(4): 6-9.

[4] 熊奇. 基于性能需求視角的導彈武器作戰能力評估[J]. 兵工自動化, 2018, 37(7): 74-78.

Xiong Qi. Operational capability evaluation of missile weapon based on performance requirements[J]. Ordnance Industry Automation, 2018, 37(7): 74-78.

[5] 樊延平. 面向任務的裝備體系作戰能力需求滿足度分析方法[J]. 系統工程與電子技術, 2016, 38(8): 1826-1832.

Fan Yanping. Task-oriented requirement satisfactory degree analysis method for combat capability of equipment system of systems[J]. Systems Engineering and Electronics, 2016, 38(8): 1826-1832.

[6] 舒宇. 基于能力需求的武器裝備體系結構建模方法與應用研究[D]. 長沙: 國防科技大學, 2009.

Shu Yu. Research on the method and appiication of the architecture modeling of weapon system of systems based on capabiiity requirement[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2009.

[7] 衛鑫. 基于GCA-TOPSIS的測發控能力需求滿足度評估方法研究[J]. 中國設備工程, 2021(4): 172-174.

Liu Guotai. Research on evaluation method of demand satisfaction of test, launch and control capability based on GCA-TOPSIS[J]. China Plant Engineering, 2021(4): 172-174.

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計。

劉 聞（1994-），男，工程師，主要研究方向為系統仿真。