基于AHP和幂指数法的装甲装备功能状态评估

2013-07-03潘洪平陈素文

兵器装备工程学报 2013年8期

潘洪平，陈素文，邢彪

(装甲兵工程学院技术保障工程系，北京 100072)

为了最大限度的发挥装备保障效能，迅速有效的展开装备抢修，必须实施快速、准确的损伤评估，确保装备保障指挥员及时掌握装备的损伤等级以及抢修资源需求。根据已有研究成果［1］，装备在损伤评估过程中具有初始状态、损伤状态、功能状态、任务状态四种基本状态。功能状态是指装备战损后的功能残余状况，功能状态评估对于判断装备是否满足任务需求以及评定装备战损等级具有重要作用。但是，受战场条件限制，同时为了避免造成二次损伤，一般不能直接通过功能测试评估装备功能状态。根据系统可靠性理论对功能关系的分类［2］，装甲装备各产品之间存在串联、并联和串并联复合这三种的功能关系，例如，车体及炮塔、三防装置、灭火装置和烟幕装置以合作、互补的并联关系构成装甲装备防护功能;动力装置、传动及其操纵装置和行动装置以相互依赖、缺一不可的串联关系构成装甲装备机动功能。鉴于此，本文根据装甲装备的系统构成［3］，自顶向下逐层分析装甲装备各产品之间的功能关系，借鉴文献［4-5］中体系作战能力的聚合思想，综合运用AHP 和幂指数法建立各级产品的功能状态聚合模型，最终达到根据底层系统装置的功能状态评估整装功能状态的目的。

1 装甲装备功能状态评估模型的构建步骤

1.1 建立评估指标体系

根据装甲装备的结构和功能，建立装甲装备功能状态评估指标体系，如图1 所示。考虑到战时环境恶劣，时间紧迫，状态数据获取困难，同时为了方便评估人员进行评估，选取的评估指标主要为定性指标。

1.2 确定指标权重

本文应用AHP 进行指标权重分配［6］。请m 位熟悉装甲装备结构和功能的专家分别结合实际作战任务采用1-9 标度法对评估指标体系中同一准则下各指标的重要度作两两比较。根据专家给出的比较结果建立判断矩阵，应用方根法进行权重计算，得出相对权重向量并进行一致性检验。将得到的各相对权重向量中的对应元素求算数平均值，作为指标的综合权重向量。现以一级指标层的权重分配为例对具体步骤进行说明(图1)。

图1 装甲装备功能状态评估指标体系

假设一共邀请了5 位专家，式(1)是第1 位专家对一级指标层各指标重要度进行两两比较后得到的判断矩阵P1。

分别计算P1各行中所有元素的几何平均值m1，m2，m3，m4，得到向量M1=［m1m2m3m4］T=［2. 21 1. 32 0. 76 0.45］T;对M1作归一化处理，得到相对权重向量W1=［0.47 0.28 0.16 0.09］T;对P1进行一致性检验，得C. R. =0.013＜0.1，故该判断矩阵具有满意的一致性。

采用上述方法计算其他4 位专家的一级指标层判断矩阵，得到相对权重向量W2- W5，设W2=［0. 5 0. 25 0.15 0.1］T，W3=［0. 45 0. 3 0. 15 0. 1］Τ，W4=［0. 4 0. 3 0. 15 0.15］Τ，W5=［0.4 0.3 0.2 0.1］Τ。

计算W1-W5中对应元素的算数平均值，则结果ω1=0.44、ω2=0.29、ω3=0.16、ω4=0.11 分别为一级指标层火力功能状态、机动功能状态、防护功能状态、通信功能状态的综合权重。

同理得到二级指标层指标综合权重，设各指标综合权重如表1 所示。

表1 指标综合权重

1.3 确定功能指数范围

一般性描述中，将产品功能状态分为功能正常、功能下降、功能严重下降和功能丧失四种，各功能状态的含义如表2所示。为了方便进行量化分析，用功能指数描述产品的功能状态。功能指数是以产品完好时功能状态为基准量度产品损伤后功能状态的无量纲相对量。功能指数的大小与产品功能完好程度正相关，功能完全正常则取1，功能彻底丧失则取0。参考杜派指数法中任务完成因子取值范围的划分方法［7］，本文划定一般情况下功能指数取值范围，如表2 所示。

表2 功能指数

1.4 建立各级功能状态评估模型

在分析装甲装备各产品功能关系的基础上，建立装甲装备各级功能状态评估模型。对于并联关系，运用AHP 建立“加权和”的功能状态评估模型;对于串联关系，运用幂指数法建立“加权积”的功能状态评估模型;对于串并联复合关系，则按层次综合运用2 种方法建立相应的功能状态评估模型。

1)装甲装备整装功能指数Fs:

“霜白了头”将本来运用于修饰霜降的形容词“白”运用到“头发”这另一事物之上，写她头发花白，形象地写出了妻子老去这一悲剧现实；

式中:Fs为装甲装备整装功能指数;F1-F4分别为火力功能指数、机动功能指数、防护功能指数、通信功能指数;ω1-ω4是与F1-F4分别对应的权重。

2)火力功能指数F1:

式中:F11、F12、F13分别为武器系统功能指数、火控系统功能指数和观瞄系统功能指数;ω11、ω12、ω13是与F11、F12、F13分别对应的权重。

3)机动功能指数F2:

式中:F21、F22、F23分别为动力装置功能指数、传动及其操纵装置功能指数、行动装置功能指数，ω21、ω22、ω23是与F21、F22、F23分别对应的幂指数。

4)防护功能指数F3:

式中:F31～F34分别为车体及炮塔功能指数、三防装置功能指数、灭火装置功能指数、烟幕装置功能指数;ω31-ω34是与F31～F34分别对应的权重。

5)通信功能指数F4:

式中:F41、F42、F43分别为电台功能指数、车内通话器功能指数和辅助工具功能指数;ω41、ω42、ω43是与F41、F42、F43分别对应的权重。

2 评估示例

假设，主战坦克在一次进攻战斗中战损，伴随保障分队前出，检查后发现装备共有8 处损伤:火炮复进不足;炮塔有一处弹伤;方向机被击碎;机油散热器散热片部分损坏;四五挡拨叉轴折断;右侧主动轮损坏;一处烟幕装置损坏;车通损坏。现对该坦克功能状态进行评估。

2.1 确定二级指标功能指数

确定二级指标功能指数是计算装甲装备整装功能指数的基础，由于无法通过定量方法直接获得二级指标功能指数，故采用定性方法来确定。评估员先参照某二级指标的评估准则评估其功能状态，再对照表2 功能状态与功能指数的对应关系给出适当的功能指数，最后对所有评估员给出的该二级指标功能指数求算数平均值，作为其综合功能指数。

以确定行动装置功能指数为例，根据已有研究成果［8］，建立行动装置功能状态评估准则，如表3 所示。

表3 行动装置功能状态评估准则

假设一共有5 名评估员，根据评估准则评估行动装置功能状态并分别给出功能指数D231=0.35，D232=0.4，D233=0.3，D234=0.4，D235=0.3，对D231～D235求算数平均值，得行动装置综合功能指数为:D23= (0. 35 +0. 4 +0. 3 +0. 4 +0.3)÷5 =0.35。

同理确定其他二级指标综合功能指数，假设评估结果如表4 所示。