基于费用-效能的武器装备采购绩效静态分析

谢文秀，女，教授，博士生导师。

基于费用-效能的武器装备采购绩效静态分析

尹铁红1，谢文秀2

(1． 装备学院 研究生管理大队,北京 101416；2. 装备学院 装备采办系,北京 101416)

摘要建立规范的武器装备采购绩效评价体系是适应装备建设发展形势的必然要求，运用灰色理论建立了武器装备全寿命周期费用估算模型，围绕费用、可靠性和固有能力3个指标，基于ANP方法对武器装备采购绩效进行综合评估，以绩效最优为目标为武器装备采购提供决策支持。

关键词武器装备；采购；绩效；费用；效能

收稿日期2014-06-13

作者简介尹铁红(1977-)，男，博士研究生,主要研究方向为装备采办。

中图分类号E92

文章编号2095-3828(2015)05-0036-05

DOI文献标志码A 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.05.008

Static Analysis of Acquisition Performance of Weapon and

Equipments Based on Cost and Effectiveness

YIN Tiehong1,XIE Wenxiu2

(1. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China;

2. Department of Equipment Acquisition, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

AbstractTo adapt to the development of equipment, it is necessary to establish an evaluation system for acquisition performance of weapons and equipments. Therefore, this paper establishes a life cycle cost evaluation model with gray theory and evaluates synthetically the acquisition performance of weapons and equipments around cost, reliability and capability by using ANP (Analytical Net Process)method to provide acquisition decision support for optimized performance.

Keywordsweapons and equipments; acquisition; performance; cost; effectiveness

随着科学技术的迅猛发展，武器装备更新换代速度不断加快，质量性能日益提升，随之而来的是价格的急剧上升。为此，世界各国都在研究如何提高武器装备的采购效益，在保持武器装备技术先进性和性能优越性的同时，科学权衡费用与效能之间的关系，以实现武器装备采购的最佳费效比。

在我军深入推进武器装备采购改革的今天，如何在武器装备定型之前科学预测寿命周期费用，如何运用费用-效能综合评价方法比较同类武器装备采购绩效的优劣，并为最终的采购决策提供参考依据，已成为当前武器装备采购领域需要解决的现实问题。

1费用-效能研究现状

费用-效能分析这个术语最早出现在20世纪60年代美国国防部命令中，要求费用-效能分析必须列入与武器装备研制和生产合同有关的标书中。20世纪70年代至80年代底，美国国防部又陆续颁布了相关指令，要求把费用、效能、进度作为关键性参数纳入武器装备设计相关规定要求中。到了20世纪90年代，美国国防部《国防采办》指令进一步规范、完善这一体系，更加突出了对其武器装备采购的指导性。另外，费用-效能分析在民用领域也得到应用、推广和发展，在地方政府采购、电力系统等领域先后制定了相关标准规定，将费用和效能结合起来进行绩效管理。我国也积极引进国外的相关先进理念和管理经验，许多单位和行业领域开展了费用-效能研究和应用。在国防领域，《武器装备研制项目管理》《装备费用-效能分析》等文件中也明确，武器装备研制在满足技战术要求的前提下，要综合权衡费用、效能和进度，优化设计方案，并规定了运用此方法的相关要求和程序。当前，武器装备全寿命周期成本估算方法主要包括类比法、参数法、工程法等，这些方法的运用都需要大量的实际运行以及使用维护数据[1-2]。

本文针对当前费用-效能研究现状，主要研究如何在样机实验或模拟仿真阶段科学预测寿命周期费用，并在此基础上运用科学的方法对武器装备费用-效能进行综合评估。

2影响武器装备全寿命周期费用的关键因素

全寿命周期费用(Life Cycle Cost，LCC)理论是一种面向过程、面向成本的技术，它通过研究、分析、预测未来费用，用净现值法比较武器装备采购的各种可选方案，以此实现全寿命周期费用最小或全寿命周期利润最大化的目标。武器装备的寿命周期费用主要包括采购费用和使用保障费用，据权威机构统计，武器装备的使用维护费用占到全寿命周期费用的60%~70%。武器装备交付部队使用后，随着服役期的推进，单位时间内的采购费用在不断减少，使用保障费用在不断增加，两项费用交叉重叠，就会出现一个武器装备寿命周期费用最小点(如图1所示)。武器装备的采购费用和日常的维护保养费用在样机研制阶段就可以确定，但武器装备的故障产生规律及故障维修费用是武器装备交付使用之前难以确定的费用，此费用也是影响武器装备全寿命周期费用的关键因素。[3-6]

图1　寿命周期费用

本文就是运用灰色理论，在武器装备定型生产之前，研究如何依靠样机实验或仿真实验得到的有限数据预测武器装备故障发生规律，并根据故障情况分析、计算武器装备后期使用保障费用的分布函数，从而确定出采购费用和使用保障费用曲线的交点，即武器装备经济寿命点，通过此点的位置计算出武器装备的最小寿命周期费用，为有效综合评估武器装备的费用-效能指标奠定基础、提供数据支持。

综上所述，武器装备全寿命周期费用影响因素包括采购费用、使用与保障费用和全寿命周期，在采购费用已经明确的基础上，如何通过样机的故障分布函数预测全寿命周期及使用与保障费用成为解决问题的关键。

3武器装备全寿命周期费用分析

3.1基于灰色系统理论的GM(1,1)预测模型

灰色理论GM(1,1)的核心思想为，将有限的、朦胧的、复杂的数据进行累加运算处理，变成有规律的数列，将生成的累加数列进行函数拟合之后再生成一组新的数列，最后通过累减运算对数列进行再处理就得到了最终的拟合数列和预测数列[7]。

为了提高预测数列的拟合精度，本文运用灰色关联度方法，将原始故障发生时间数列划分为若干数列，分别对各个数列进行灰色预测，并对每个数列进行灰色关联度计算，依据所得灰色关联度值对原始数列后续的若干预测值进行加权求和，即可得到新的预测值，这样就可大大提高数据预测的精度。具体计算步骤如下。

1) 设定原始数列为武器装备在定型生产之前通过模拟或样机试验得到的有限的故障时间间隔

2) 将原始数列分成m个含不同样本的子数列：

3) 分别对上述子数列求取拟合数列和和预测数列，计算公式为

4) 求取拟合数列与原数列的灰色关联度，计算公式为

分辨系统一般取0.4~0.6；

5) 求取原始故障时间序列的后续预测值，将原始数列与后续预测值相结合即得到最终的扩充数列，计算公式为

其中:

3.2武器装备使用保障费用分布函数确定

确定武器装备使用保障费用分布函数就是确定其费用变化规律，掌握其变化规律就可有效计算出寿命周期内任意区间的使用保障费具体数值，为最小寿命周期费用估算奠定基础。其求解思路为，利用求得数列的样本数值，运用MATLAB自带的参数估计函数，分别求出正态分布、指数分布和威布尔分布函数的特征参数值，再把数列的各样本值带入各分布函数求得累积函数值，并根据最大关联度准则，求得各分布函数累积函数值与经验函数值之间的关联系数，最终根据关联系数的大小确定最佳拟合分布函数[8-9]。具体计算步骤如下。

3) 求取Gj累积序列对于G0序列的关联度，计算公式为

式中:k表示第k次故障;m为使用保障费分布函数的个数;n为故障次数。

4) 确定使用保障费的分布函数类型。dj(G0,Gj)依据大小进行排序，并由最大关联度确定最优拟合分布。

3.3武器装备全寿命周期最小费用估算

目前，对LCC构成并没有统一的定义，但比较典型的定义指出，LCC主要包括研制费用、购置费用和使用与保障费用3项，其中前两项可合并为采办费用，由此，武器装备全寿命周期费用主要包括采办费用和使用保障费用，采办费用在订购之前就可以确定，而使用保障费用主要由瞬时使用保障费和分布函数乘积确定，即

式中:P为采办费用;M为单位时间运行维护费用;G(t)为使用保障费分布函数。经济寿命周期T*可运用MATLAB自带的有约束最优化函数inline(P·t-1+MG(t)P)求得。

4基于ANP的武器装备采购费用-效能评估

4.1ANP简介

ANP网络分析法是对AHP层次分析法的改进和拓展，它把评估系统分为控制层和网络层两部分，控制层主要由问题目标和决策准则构成，而网络层主要由受控制层支配的元素组成，并根据各元素之间的相互作用和反馈，构成了相互依存的网络结构，它改变了层次分析法层级元素间相互独立、层级间自下而上没有反馈的弊端，更容易解决现实中的复杂性评估问题[10]。

4.2运用ANP的评估思路

运用ANP方法进行基于费用-效能的武器装备采购绩效评估，其目的主要是通过武器装备的样机实验或仿真实验，综合衡量武器装备的全寿命周期费用、固有能力和可靠性3个关键因素，为最终的采购决策提供依据。其目标控制层以选择最佳费效比的武器装备为采购对象，其网络层主要由两部分组成，一部分是决定武器装备费效比的费用、固有能力和可靠性3个因素，另一部分是构成待选方案的同类不同型号武器装备(具体见图2)。通过网络层各构成要素的两两比较及超矩阵的反复迭代运算得出最优选择方案，从而实现武器装备采购绩效的最优化。

图2　武器装备采购绩效评估结构图

4.3ANP的评估流程

运用ANP对武器装备采购绩效进行评估，主要包括以下几个步骤。

1) 确定武器装备寿命周期费用、可靠性和固有能力的初值。其中，武器装备寿命周期费用通过基于灰色理论的GM(1，1)模型求得，可靠性通过武器装备的经济寿命周期直接反映，固有能力通过武器装备的技战术指标综合确定。然后对不同型号武器装备3个参数的初值进行同一化处理，便于进行后续矩阵计算。

2) 根据各网络模型中各要素之间的相互作用建立两两比较矩阵，并求得矩阵的特征向量。

3) 由两两矩阵的特征向量组成初始超矩阵，初始超矩阵经过加权运算后求得加权超矩阵。

4) 计算极限超矩阵。由加权超矩阵进行n次自乘，直到矩阵各列向量保持不变。

5) 根据极限超矩阵最终列向量值确定武器装备采购绩效最优方案。

5实例应用

以某种武器装备采购为例，军方订购部门按照预先提出的技战术指标，组织2家军工科研单位同时进行样机研制，根据样机实验所得数据进行全寿命周期费用、可靠性和固有能力估算，并运用基于ANP的武器装备采购绩效费用-效能评估方法，根据最终所得绩效综合评定数值选择所订购型号。

5.1全寿命周期费用估算

型号I样机实验得到的故障时间分布序列为z0={2 617,3 246,3 875,5 774,6 023,6 462,7 311}，购置费为120万元，年度维护费用为9万元，运用GM(1,1)模型得到扩充序列为z1={2 617,3 246,3 875,5 774,6 023,6 462,7 311,8 332,9 382,10 572,11 920}，根据扩充序列数据带入MATLAB相关函数分别得到正态分布、指数分布和威布尔分布函数的特征参数值，进而求得与z1所对应的累积函数值序列Gi，最后得到Gi与G0的相对关联度分别为

根据最大关联度准则可确定威布尔函数分布为最优分布。根据

得到经济寿命周期T*=11 936h，通过公式

估算型号Ⅰ全寿命周期费用为1 138.4万元。同上法，估算型号Ⅱ经济寿命周期为8 927 h，全寿命周期费用为986.8万元。

5.2费用-效能综合评估

依据寿命周期费用、经济寿命周期，以及通过样机实验测得的技战术指标数据，得到两种型号武器装备费用、可靠性和固有能力初始值数据表(如表1所示)。

表1 费用-效能初始数据表

将初始数据进行标准化处理后，考虑方案和属性的相互作用，区分方案和属性分别构造两两比较矩阵，并求得相应特征矩阵。同时考虑3个属性之间的相互影响，构造出加权超矩阵。

此例中的加权超矩阵具备2个基本功能：一是运用矩阵运算的方法将两种型号中的费用、可靠性和固有能力3个属性对照进行比较，并将比较结果数字化。二是将同一型号中的费用、可靠性和固有能力等3个属性之间的内在关联性通过数学方法具体化。通过构建加权矩阵，将武器装备采购绩效问题的定性分析转化为定量结果，为有效进行费用-效能综合评估奠定数据基础。

由加权超矩阵经过12次自乘运算，得到稳定的极限超矩阵。

ANP决策结果表明，采购型号Ⅱ武器装备绩效较高(0.178 7>0.154 7)，并且费用因素(0.232 1)在采购决策影响中所占比例较大。

6结 束 语

武器装备采购绩效是军事装备学领域较新的研究课题，它是表征武器装备采购效益的具体指标。基于费用-效能的武器装备采购绩效分析可以在武器装备样机研制或仿真实验阶段运用有限的数据综合权衡武器装备全寿命周期费效比，不仅为武器装备采购提供决策依据，还可以为规范武器装备采购绩效评价体系提供方法支撑，有利于促进武器装备采购工作标准化、科学化、效益化运行。

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(编辑：田丽韫)