武器装备作战试验评估指标体系构建及优化方法

吴 溪，王铁虎，高振辉

（1.解放军63963 部队，北京 100072；2.解放军第二○八医院，长春 130062）

0 引言

当前，我军正在大力开展武器装备作战试验理论研究与工程实践，作战试验评估指标体系作为作战试验设计、实施和综合评估的基点［1］，其构建过程是否科学，内容设置是否全面、合理，直接关系到武器装备作战试验的成败。为了将好用、管用的武器装备真实评估出来并高效服务于部队，确保武器装备作战试验沿着正确的试验目的和设计方向开展下去，指标体系构建需要综合考虑多方面因素。因此，作战试验评估指标体系构建问题已成为军事装备领域的研究热点，如薛益新等［2］从关键作战问题入手，提出了自顶向下逐层解析的评估指标体系构建方法；张晓峰等［4］提出了基于“复制-分配”的评估指标体系构建方法。上述评估指标体系构建方法虽然具有较强的可操作性，但对武器装备作战试验影响因素分析不够全面，构建过程不够清晰。本文研究了武器装备作战试验评估指标构建的总体思路和构建流程，并应用解释结构模型方法即ISM方法给出了评估指标体系优化的方法步骤，便于作战试验设计人员通过解析关键作战问题，并将其转化为具有良好结构关系的模型，从而科学合理地构建武器装备作战试验评估指标体系。

1 评估指标体系构建的基本方法

1.1 总体思路

构建武器装备作战试验评估指标体系首先应确定武器装备的作战试验目标，分析装备作战使命任务以及装备的特性，从武器装备用户需求和装备使命任务两个角度提出武器装备的关键作战问题；然后通过基于映射分解（能力指标映射）、QFD 指标功能部署、树状分析技术等多种结构性分析方法解析作战试验问题，并在此基础上初步确定评估指标；最后针对指标间层次不清楚，指标之间关系复杂，不便于综合评估等问题，采用基于解释结构模型方法优化建立层次结构良好、指标关系相对独立的作战试验评估指标体系，直接对武器装备的作战效能、作战适用性、体系适用性的作战试验评估指标体系进行研究［5-12］。构建武器作战试验装备评估指标体系总体思路如图1 所示。

1.2 构建流程

1.2.1 确定作战试验目标

确定作战试验目标是武器装备评估指标构建的基础和前提，明确被试武器装备试验的总任务及其子任务范围，了解武器装备的主要作战使命任务、主要战术技术指标和使用要求，理解武器装备的工作过程和训练、装备保障要求，准确抓住武器装备的关键作战问题。

确定武器装备作战试验目标要重点关注2 个方面内容：一是装备用户需求，装备能否满足用户需求，直接关系到部队战斗力的生成；二是装备使命任务，武器装备有其特定的使命任务，能否在特定的作战背景下有效地完成作战任务，是作战试验的最终目的。在构建武器装备作战试验评估指标体系时，要理解该武器装备发展的意图和目标，进而分析出装备发展需求决策所关注的问题，以及评估该装备效能等指标需要提供的数据支撑。

1.2.2 提出作战试验问题

图1 武器装备作战试验评估指标体系构建总体思路

作战试验问题的主要任务是在分析武器装备的作战使命任务及装备特性的基础上，将相对分散或模糊的要求转化为相对明确的问题，便于作战试验人员理解和指标转化。对于装备用户需求，一般用户提出的使用需求比较零散、不成系统，通常以关键性能参数、关键系统特性以及其他系统特性等形式体现。对于装备使命任务，都有对武器装备的作战方向、作战样式、主要作战对手的详细描述，多元的作战任务对应的作战任务剖面不同，不同的任务剖面对应的作战行动以及对武器装备作战能力的要求也不同。有时装备的使命任务特指某项特殊任务，例如某防空导弹阵地识别并击毁来犯敌机的概率要达到98%，这种装备的使命任务相对具体，但它并不针对单个装备特性的好坏，而只关注作战体系能否完成任务。决策者通常站在武器装备体系的角度，决策新型武器装备应该具备什么类型的能力要求，对装备需求通常转化为关键作战问题，例如某型武器装备是否具备超强的机动能力？某型武器装备在火力突击阶段是否具备绝对的火力优势等等。

1.2.3 解析作战试验问题

武器装备的作战试验问题通常用评估指标体系来体现，而解析作战试验问题的目的就是为了建立科学合理的评估指标体系。武器装备不同的作战试验要求的出发点不同，对应的评估指标体系和分解方法不尽相同。本文针对不同类型的作战试验问题，采用3 种不同的构建方法将关键作战问题转化为作战试验评估指标体系。

1）基于映射分解

基于映射的评估指标体系构建方法主要用于武器装备特性转化为评估指标体系，主要分3 个步骤，如表1 所示。

a）依据武器装备研制总要求中给出的战术技术指标及类型、该装备具备的主要作战能力、作战适用性以及体系适用性要求等试验内容，给出映射表的行和列；

b）找出武器装备的行（指标项）与列（功能项）之间对应关系，通常为一一对应关系，并在交叉方格内打“√”，没有对应关系的则为空白；

c）根据映射表中的对应结果，构建能力与指标之间的映射关系，并自下而上推导出作战试验评估指标体系。

通过基于映射分解的方法解析评估指标体系，将装备用户关心的装备特性问题转化为装备能力和评估指标之间的映射关系，可以比较清晰明了地看出能力与指标的对应关系，分析出作战效能和作战适用性对应的评估指标。

2）基于质量功能展开

基于质量功能展开（QFD）的评估指标体系构建方法，主要用于装备的多元作战任务和特定作战任务要求转化为评估指标体系。QFD 是一种结构化方法，将武器装备的作战任务要求逐层展开，最大限度地满足武器装备作战任务要求的系统化，利用多层次演绎分析构建评估指标集。基于QFD 的方法可以把多元作战任务和特定作战任务要求转化为作战试验评估指标，主要分3 个步骤，如下页图2 所示。

a）对武器装备作战任务剖面进行分解，通常一项作战任务对应多项行动，完成作战任务作战行动的映射关系，同时给出作战任务和作战行动的重要度排序。

b）对武器装备的作战能力进行分解，武器装备的不同作战行动反映装备的不同作战能力，根据对装备能力的要求，完成作战行动作战能力的映射，一个作战行动可能对装备提出多种能力，可根据装备作战试验，对作战能力的重要度排序适当裁剪。

表1 武器装备特性映射表

c）对武器装备的基本功能进行分解，一直分解到底层指标（不可再分），完成作战能力评估指标的映射，同样一种作战能力通常会对应多个指标，可以根据作战试验评估指标的重要度排序适当取舍。

图2 基于QFD 构建评估指标体系

通过基于QFD 方法解析评估指标体系，将装备多元作战任务和特定作战任务问题逐层分解转化为装备作战任务、作战行动、作战能力评估指标之间的映射关系，根据具体武器装备担负的使命任务，对评估指标的重要程度判断排序并进行裁剪取舍，分析构建出与武器装备作战任务相对应的评估指标集。

3）基于树状分析

基于树状分析构建评估指标体系的方法，主要用于将武器装备发展需求关注的关键问题转化为评估指标体系。树状分析技术起源于还原论，是主张把整体分解研究的方法论。在研究复杂系统时，通常不能一次考虑到所有细节，而是利用分解、分析、还原的方法，把复杂系统从背景环境中分离出来，孤立起来研究主要问题。使用树状结构表达复杂对象的多种属性和状态，把系统进行逐级分解，高层次还原到低层次，用部分说明整体，用局部说明全局，用低层次说明高层次，从较抽象的层次逐渐过渡到具体的细节问题。

树状分析技术是将关键问题逐步分解为层次清晰的树状结构，从高层到低层分别为武器装备的关键作战问题、作战试验目标、作战效能、作战适用性和体系适用性指标、性能指标和数据需求。每个关键作战问题与其相关的效能指标也与一个或多个性能指标相联系，而这些性能指标又与具体的数据元相互联系。数据元是在规定条件下进行作战试验所获得的评估指标的观察值或者测量值。作战效能或作战适用性指标作为关键作战问题的一个子集，旨在解决关键作战问题中具体且可处理的部分，每个作战效能或作战适用性指标作为某一作战试验目标的一个直接贡献因素都可以追溯，并可以被确定回答一个或多个关键作战问题的直接贡献因素；最底层可以描述整个被试武器装备的能力和特性。基于树状分析解析指标体系方法如图3 所示。

图3 基于树状分析构建评估指标体系

1.2.4 优化生成指标体系

优化并生成评估指标体系是将作战试验问题解析出来，将评估要素进行优化综合形成评估指标集，采用一定的形式转化为直观的、具有良好层次结构的模型，为作战试验评估奠定基础。本文应用基于解释结构模型法（Interpretative Structural Modeling，简称ISM），通过对作战试验评估指标的多步处理，将不同层次、相互作用的评估指标进行综合优化处理，最终建立科学合理的作战试验评估指标体系。

2 基于ISM 的评估指标体系优化方法

解释结构模型方法即ISM 方法是现代系统工程的一种分析方法，它是将复杂的系统分解，最终构成一个多级递阶的结构模型。一般多用于对结构复杂的系统问题进行优化分析研究，它可将变量众多、关系复杂、结构不清晰的系统转化为具有良好结构关系的模型，便于梳理分析。

ISM 方法的基本过程是：首先通过表示有向图的相邻矩阵的逻辑运算，得到可达矩阵，然后对可达矩阵分解，最终使复杂系统分解成层次清晰的多级递阶形式。基于ISM 方法优化评估指标体系的方法共分5 个步骤，具体步骤过程如下：

2.1 构建比较三角矩阵

比较三角矩阵是用来描述评估要素之间关系，目的是将作战试验问题解析出来的缺少层次感且不利于理解的评估要素进行比较，分析评估要素之间的关系。采用三角矩阵可以减少指标关系比较少的工作量。假如有n 个评估要素进行两两比较，利用比较三角矩阵可以将评估要素间两两比较，需要比较的次数从n2次减少至（n2-n）/2 次。评估指标要素之间的关系主要包括以下4 种：

1）Si×Sj，即Si和Sj之间互有关系；

2）SiØSj，即Si和Sj之间均无关系；

3）Si∪Sj，即Si与Sj有关，而Sj与Si无关；

4）Si∩Sj，即Si与Sj无关，而Sj与Si有关。

本文以某装备作战试验为例，通过解析作战试验关键问题，基于多种指标体系的构建方法，对该装备战场机动能力提出如下指标：战役机动能力、机动距离、平均机动速度、战术机动能力、通行能力和灵活机动能力。通过解析关键问题得到的评估指标，在战场机动能力方面某些指标的隶属层次不清、指标间关系不明确，需要建立比较三角矩阵。从下向上依次建立各指标要素之间的关系，下面评估要素为Si，上面的评估要素为Sj，依据评估要素的4种关系，比较结果如图4 所示。

图4 战场机动能力评估指标的比较三角矩阵

2.2 建立可达矩阵

建立可达矩阵的目的是判断评估指标间关系复杂的程度，可达矩阵通常由邻接矩阵运算后得出，即邻接矩阵加上单位阵，经过至多（n-1）次幂运算即可得到。但当可达矩阵特性比较明显时，可以通过推移直接得出。横向评估要素Si与纵向评估要素Sj相比较，当比较关系属于第1 和3 种时，对应数值为1；当比较关系属于第2 和4 种时，对应数值为0。示例中某装备机动能力指标建立的可达矩阵M 如下所示：

2.3 简化可达矩阵

当得到邻接矩阵以后，需要对可达矩阵进行优化。如当可达矩阵中某些要素所在的行与列元素完全相同，就说明这些要素之间存在强关联关系，可以用其中一个要素作为代表，并删除其他要素，最终得到优化的邻接矩阵。上述实例显然不存在这个问题，则可以不用对该可达矩阵进行化简。

2.4 生成递阶有向图

通过构建对比三角矩阵生成的可达矩阵M 并不规律，无法明确评估要素的层次，就需要对可达矩阵进行一步处理，生成右上角元素全为0 的矩阵，该矩阵可为评估指标体系构建奠定基础。其生成递阶矩阵的步骤是按照每行元素中1 的个数由少到多的顺序，把各行、各列元素重新排列，形成右上角元素全为0 的矩阵M'如下所示：

由矩阵M'可以看出，其右上部分均为零，其对应的评估要素分别为机动距离S2、平均机动速度S3、通行能力S5和灵活机动能力S6，说明这4 个评估指标处于指标体系底层，战场机动能力处于最顶层，其他评估要素暂放中间层，从而得到递阶、有向的战场机动能力评估指标体系结构图，如图5 所示。

图5 网状评估指标体系结构图

2.5 转化模型图

模型图转化是在传统ISM 的基础上，通过复制-分配的方式，将网状的作战试验评估指标体系转化为树形结构形式。其核心思想是消除下一级元素同时对多个上一级元素有关系的问题，从而使指标体系结构简单化。其方法是：将对多个上级元素同时起作用的所有下级元素进行复制，将复制结果归入不同的上一级元素之下，直到底层一个元素只对一个上级指标起作用为止，即完成了模型图转化过程。转化后的树状评估指标体系结构如图6 所示。

图6 树状评估指标体系结构图

2.6 完善指标体系

经过模型图转化后，图6 的树状评估指标体系中出现了2 个相同名称的底层评估指标——灵活机动能力，不同二级指标下的名称相同的指标表示着不同的含义，结合武器装备实际的作战试验环境分析，需要对部分相同指标进行细化、完善和区分。

1）对于战役机动能力下的子指标而言，通行能力指新型装备适应铁运、空运、海运、陆运等方式的程度，用尺寸适用性、重量适用性、固定适用性等来体现；灵活机动能力指装备装载的方便性，用有端台装卸载时间、应急卸载时间来体现。

2）对于战术机动能力下的子指标而言，通行能力指在作战地域内，通过特定的地形环境能力，用大坡度爬坡能力、大角度转弯通过率等体现；机动距离指试验装备在特定作战地形、满油条件下机动能力，用持续机动距离体现；平均机动速度指在作战地域不同天候条件下的机动能力，用特定作战地域昼间行军平均机动速度、夜间行军平均机动速度、雨天昼间行军平均机动速度等体现；灵活机动能力指以试验装备为主体的作战单元行军疏散隐蔽、战斗队形展开和变换能力，用疏散隐蔽时间、不同侦察手段下的侦察效果、战斗队形展开时间、战斗队形变换时间等体现。

本文以某装备在山岳丛林地进攻作战的作战任务为例，经过ISM 方法优化后，得到战场机动能力评估指标体系如图7 所示。

图7 山岳丛林地进攻战斗战场机动能力评估指标体系

通过图7 可以看出，采用ISM 方法优化作战试验评估指标体系可将数量较多、关系复杂、含义相近、结构不清的底层评估指标，转化为结构层次合理、含义清晰的结构关系模型，为下一步作战试验评估奠定基础。

3 结论

武器装备作战试验评估指标体系构建是一项复杂的系统工程，涉及到多个学科领域，需要考虑的因素较多。指标体系构建科学与否，直接影响到武器装备作战试验的结论。本文从作战试验评估指标体系构建的总体思路出发，给出了构建作战试验评估指标体系的基本步骤和3 种不同指标体系构建方法，应用ISM 方法对评估指标体系进行了优化，从而将复杂系统问题分解成为层次清晰的多级递阶的指标形式，并以某装备战场机动能力评估指标构建为例，说明了优化评估指标体系的步骤方法，为下一步开展作战试验设计和评估工作奠定了坚实的基础。