基于型号性能指标的武器装备体系作战能力评估方法*

张 迪 ，郭齐胜 ，李智国 ，白 桦

（1.装甲兵工程学院，北京 100072；2.空军驻京丰地区军事代表室，北京 100074）

基于型号性能指标的武器装备体系作战能力评估方法*

张 迪1，2，郭齐胜1，李智国1，白 桦1

（1.装甲兵工程学院，北京 100072；2.空军驻京丰地区军事代表室，北京 100074）

武器装备体系需求方案通常只能给出装备型号的性能指标，性能指标到能力指标的转化和型号能力到体系能力的聚合成为体系评估的关键。为此，提出了从装备型号性能指标出发的武器装备体系作战能力评估方法。首先通过使命任务到能力需求的分析，建立了能力需求指标体系。然后通过建立装备性能与底层能力指标的关联关系，以及各层级能力指标之间聚合关系，得到从武器装备型号的性能指标到武器装备体系作战能力的函数关系，从而完成装备单元能力评估和装备体系子能力评估，最终得到武器装备体系作战能力评估结果。最后，通过一个实例说明该评估方法的具体步骤和可行性。

武器装备体系，作战能力，体系评估，装备性能

0 引言

在体系的论证与建设中，通过体系作战能力的分析与评估，有助于比较不同体系需求方案的优劣，分析体系构成，支撑体系结构优化，因此，关于体系作战能力评估的研究一直是重要的研究内容［1］。关于武器装备体系作战能力评估的研究较多。文献［2］采用了灰色层次分析法对武器装备体系作战能力进行评价，解决了作战能力指标量化困难的问题；文献［3］对指标采用区间数的方法进行描述，解决了武器装备体系作战能力指标的不确定性问题；文献［4］提出了一种C4ISREW SOS能力评估框架和方法论，但文中没有给出定量的能力评估方法；文献［5］提出了一种基于“与门”和“或门”的作战能力指标聚合方法，并提出使用“折合系数”的方法处理武器装备数量对能力的影响，但不能处理权重信息不完全的不确定性能力指标评价问题；文献［6］用层次分析法（AHP）对几种作战飞机的作战能力进行量化评估研究，有效提高了空军作战指挥辅助决策的可靠性和生存性。本文通过建立装备性能与底层能力指标的关联关系，通过聚合得到武器装备型号的性能指标到武器装备体系作战能力的函数关系，即基于装备型号性能指标的体系作战能力评估方法，为武器装备体系需求方案的评估提供了完整的、可操作框架。

1 武器装备体系

武器装备体系（Weapon Equipment System-of-Systems，WESoS）是在一定的战略指导、作战指挥和保障条件下，为完成一定作战任务，由功能上相互联系，相互作用的各种武器装备系统组成的更高层次的系统［7-10］。

武器装备体系可划分为3个层次，即“体系级-系统级-装备单元”，其结构如图1所示。面向武器装备体系的作战能力评估的体系需求方案应包括典型使命任务，装备系统名称，装备系统所包括的装备种类、装备数量，装备的主要性能指标等要素。

2 武器装备体系作战能力

武器装备体系的作战能力是指武器装备体系为执行一定的作战任务所应有的潜力［11］。

根据武器装备体系的定义、描述及作战能力的概念，可将武器装备体系在某时刻t的能力抽象表示为［12］：

其中CWESi（t）为第i件武器装备的能力（i=1，2，3，…，n），Ra（t）为武器装备间的结构关系，f为聚合函数。

3 评估方法

将不同的使命任务分解得到不同的作战任务，不同的作战任务需要不同的体系能力来完成，根据完成作战任务的不同，建立任务和能力的映射关系，可归纳得到武器装备体系应具备的基本作战能力为：机动能力、信息感知能力、指挥控制能力、火力打击能力、防护能力和综合保障能力，建立武器装备体系评估指标体系如图1所示［13］。

图1 武器装备体系评估指标体系

图1给出了能力需求指标体系和武器装备体系需求方案两部分。能力需求指标体系给出了基本作战能力，在此基础上可将其再分为一层或多层子能力，如火力打击能力按打击的程度可分为：短距离火力打击能力、近程火力打击能力等。能力需求指标体系的最底层是指将能力指标分解到不可再分的粒度为止，即性能指标层。武器装备体系需求方案主要描述武器装备体系所包含的系统组成、组成各系统的装备单元等要素，其最底层指标是各装备单元的性能指标。通过能力需求指标体系和武器装备体系需求方案的逐层分解，将两者均分解到最底层的性能指标作为桥梁，建立能力需求指标体系和武器装备体系需求方案的网络关系，并以性能指标作为评估的输入进行武器装备体系作战能力评估。

借鉴英国国防部体系结构框架中的能力分类视图和能力依赖视图中对能力关系的研究，可将能力需求之间的关系细分为3类：抽象与具体、依赖和构成关系［14］。体系的顶层作战能力的完成依赖于下级能力的完成，因此，武器装备体系能力间的关系可看作依赖关系，由此可将武器装备体系作战能力模型描述为［10］：

由图1可知，要想建立能力需求和武器装备体系之间的关系，需要从装备的主要性能指标入手。首先，通过建立装备主要性能指标与装备能力之间函数关系，可以得到装备单元对于所有底层能力的能力向量；然后，在分析装备单元能力向量的基础上，根据装备能力类型和数量，运用不同的运算规则，计算得到武器装备体系对于底层能力的向量值；最后，根据武器装备体系底层能力的权重值及各层级能力之间的关系，对子能力的向量值进行聚合，最终得到武器装备体系的整体能力评估值。

4 评估步骤

基于能力需求的武器装备体系评估可分为装备单元的能力评估、武器装备体系子能力评估和武器装备体系能力评估3个步骤。评估流程［15］如图2所示：

图2 武器装备体系能力评估流程

4.1 装备单元的能力评估

以武器装备型号的性能指标为输入，根据装备型号性能指标量化的结果，通过建立装备型号性能指标与装备单元能力之间的关系，对装备单元进行能力评估。

4.1.1 装备型号性能指标值的量化

由于装备性能指标值的量纲和数量级均不相同，不便于聚合到能力指标进行运算，为了消除不同指标间的不可公度性的影响，需对性能指标值进行规范化处理。根据指标取值所表示的含义不同，可将指标量化处理的方法分为效益型指标，成本型指标和适中型指标［16］。

若xij是效益型指标，即指标数值越大，对于评估结果越有利的指标（如信息获取能力中的性能参数），则令：

式中，xij表示第i项能力的第j项性能指标量化后的值，kij表示第i项能力第j项性能的取值大小（如下公式中的指标含义相同）；

若xij是成本型指标，即指标数值越大，对于评估结果越有害的指标（如机动能力中的性能参数），则令：

若xij是适中型指标，评估者最满意的值为a#j，则令

4.1.2 装备单元能力向量的计算

由于底层能力指标与装备性能指标间是依赖的关系，若个别下层的性能指标无法满足上层能力指标的要求，则能力指标的值为零。因此，在装备性能指标到底层能力指标的聚合方法采用加权积法。

其中，yi为第i项能力指标的加权综合值；xij为第i项能力指标的性能参数归一化后的指标值；wj为表示第j个性能参数的权重；

以机动能力为例，其性能参数和能力间的关系可描述为：

其中，TMI为战斗车辆理论机动力指数，VTMI为车辆履带参数，VAMF为两栖参数，VEMF为越障参数，VNMF 为导航参数，a，b，c，d，e 是各参数相对于装备机动能力的权重值。在计算装备单元能力时，将性能指标量化后的值通过指标间的关系函数的计算，最后得到装备单元的能力向量。因此，在计算其他能力时也可用此方法。最后可得单个装备在六大能力的能力向量描述为：

4.2 武器装备体系子能力评估

在装备单元能力评估的基础上，考虑装备的种类和数量，根据能力需求，运用不同的运算规则，对武器装备体系（即所有单装）的各子能力进行评估。

根据武器装备能力类型的不同，能力运算规则主要分为5类：①取大运算规则Cmax（A，B）=max（A，B）。以信息获取能力为例，若武器装备获取的信息之间是包含的集合关系时，则可取最大值作为该武器装备体系信息获取能力的值；②取小运算规则Cmin（A，B）=min（A，B）。以机动能力为例，若武器装备系统共同执行同一作战行动时，则可取最小值作为武器装备体系的机动能力；③取和运算规则Cplus（A，B）=A+B。若武器装备的信息获取能力是永不相交的集合时，则可取相加值作为武器装备体系的信息获取能力；④重叠运算规则Coverlap（A，B）=A+B-A∩B。若武器装备获取的信息是不完全相交的集合时，则武器装备体系的信息获取能力为A+B-A∩B；⑤综合运算规则Csyn（A，B）≥A+B。以火力打击能力为例，若武器装备协同完成同一作战行动时，则火力打击能力将大于两者之和。

4.3 武器装备体系能力评估

通过前两步的分析，可分别得到装备单元的能力评估结果和武器装备体系的子能力评估结果。在此基础上，通过层次分析法和专家评分法等定性方法，确定装备体系各子能力的权重值，并采用式（2），将底层能力评估结果聚合到顶层，即可实现子能力到父能力的聚合，最终得到武器装备体系能力评估结果。

5 实例分析

以装甲装备体系评估为例。某装甲装备体系组成如下：A型主战坦克4辆，B型步战车3辆，C型输送车2辆，D型侦察车2辆，E型指挥车2辆，F型抢修车2辆，G型维修车2辆。该体系具备网络化结构，其作战能力评估过程如下：

①根据装备型号的性能参数量化标准的不同，对装备单元的能力进行分析，通过对装备单元的能力评估，得到装备单元的能力向量矩阵，矩阵的每行表示某类装备完成六大能力的程度大小。

以D型侦察车的信息感知能力为例，对其具备的六大能力进行评估。D型侦察车在完成平原进攻作战任务时，其信息感知能力的能力需求受侦察数量、侦察范围、定位精度、识别概率、传输速率等性能指标的影响［10］。装甲装备信息感知能力的能力需求指标体系如图3所示。

图3 信息感知能力评估指标体系

通过实际战斗中给出的各性能指标值，并根据性能指标的类型不同，对性能指标进行无量纲化处理，可量化得到归一化值。把各性能指标看作是影响D型侦察车的信息感知能力的因素，各因素间是依赖关系，由此根据式（6）计算得到1辆D型装备在完成平原进攻作战任务时的能力量值是0.8。同理，可计算得到各类装备在完成此任务时的能力量值，其能力向量矩阵如表1所示。

表1 装甲装备体系各装备的能力向量矩阵

②根据装备能力类型和数量，运用不同的运算规则，对装甲装备体系的子能力进行评估，得到体系的子能力向量。（以下分析装备体系作战能力量值时用到的 A、B、C、D、E、F、G 均表示各装备的能力量值。）

①机动能力。装甲装备体系的机动能力由最小向量部分决定，采用取小运算准则由此可得，装甲装备体系的机动能力量值为0.85。

②指挥控制能力。指挥控制能力的聚合需根据不同的装备体系来定，可分别采用相加运算和重叠运算等准则。

由于装甲装备体系中两个指挥控制系统无法满足体系的指挥控制需求，因此，采用相加运算准则，CWNSOSC2=2E。由此可得，装甲装备体系的指挥控制能力量值为1.6。

③信息感知能力。装甲装备体系的信息感知能力主要包括信息获取能力、信息传输能力和信息处理能力。这3种能力主要由D型装备提供，因此，采用的准则既要考虑装备数量上的相加，又要考虑装备之间信息融合带来的重叠关系。

侦察车的信息感知能力是通过雷达侦察的方式实现的。雷达在进行组网时侯，要增强对目标的定位精度，就必须提升信息能力，因此，计算两辆侦察的信息感知能力需要采用以下综合运算准则，即D+D＞2D。故装甲装备体系的信息感知能力为：

其中，α为目标定位精度提高时对信息感知能力的影响，在平原进攻作战时α取值为0.4。由此可得，装甲装备体系的信息感知能力量值为2。

④火力打击能力。装甲装备体系的火力打击能力采用相加的运算准则，

由此可得，装甲装备体系的火力打击能力量值为7.4。

⑤防护能力。评估装甲装备体系的防护能力应该从主要体系作战能力的鲁棒性角度进行，即如果任意一个装备的作战链失效的话，那么该体系其他的装备组成就会发挥出相应的替补功能［17］。因此，装甲装备的防护能力需满足装备组成中最小防护能力的量值，否则装备作战链的失效将会导致体系的作战能力失效。按装备的作战功能分类，将装甲装备体系防护能力按火力打击功能、信息感知功能、指挥控制功能和综合保障功能分类：

由此可得，装甲装备体系防护能力量值为1.2。

⑥综合保障能力。装甲装备体系的综合保障能

⑦通过层次分析法和专家评分法等定性方法，确定装备体系各子能力的权重值W=（0.2，0.21，0.3，0.3，0.15，0.18）T，并采用式（2），最终得到装甲装备体系在某时刻的作战能力评估结果为：

6 结论

本文通过建立装备型号的性能指标到装备体系能力指标的函数关系，得出武器装备体系的作战能力评估方法。该方法与其他方法的区别在于，它以武器装备体系需求方案中给出的装备型号性能指标作为体系作战能力评估的输入，建立了对武器装备需求方案的完整评估框架，可操作性强。通过该方法得出的评估结果虽然反映了装备体系整体能力的大小，但还不能得出该装备体系对于使命任务的能力满足度，尚需进一步地研究。

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Evaluation Method for Weapon Equipment System of Operation Capability Based on Performance Index of Type

ZHANGDi1，2，GUOQi-sheng1，LIZhi-guo1，BAIHua1
（1.Academy of Armored Force Engineering，Beijing 100072，China；2.Air Force Deputy Department of Jingfeng，Beijing 100074，China）

The requirement scheme of weapon equipment system gives the performance index of equipment type.The key of the system evaluation is the transform with performance index to capability index and the aggregation with type capability to system capability.So the evaluation method for weapon equipment system of operation capability is put forward based on performance index of type.Firstly，through the analysis of mission to capability requirement，the index system of capability requirement is established.Secondly，the function of the performance index of equipment type to the whole operation capability of weapon equipment is established through establishing the relation of the equipment performance and capability index and the aggregation relation of capability index with each class.On the basis of it，the capability evaluation of equipment unit and system is finished.Fourthly，the result with the weapon equipment system of operation capability is given.Finally，an example is given to illustrate the steps and availability of themethodology.

weaponequipmentsystem，operation capability，system evaluation，equipmentperformance

E252

A

1002-0640（2015）05-0012-05

2014-02-28

2014-05-21

军队“十二五”预研基金资助项目（40401010102）

张 迪（1985- ），女，天津人，博士研究生。研究方向：装备需求论证。