武器系统效能评估方法分类

2010-08兵工自动化29(8)OrdnanceIndustryAutomation·13·doi:10.3969/j.issn.1006-1576.2010.08.005武器系统效能评估方法研究谭乐祖1，杨明军2，向迎春2，司文健2（1.海军航空工程学院指挥系，山东烟台264001；2.海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台264001）摘要：武器系统效能评估是武器系统寿命周期管理的重要活动。在分析武器系统效能概念的基础上，结合对目前的效能评估方法的分类，对效能评估方法的选取进行了总结分析，得出效能评估方法选取的一些参考原则，为武器系统效能评估提供一定的指导依据。关键词：武器系统；效能评估方法；参考原则中图分类号：N945.16文献标识码：AResearchonEffectivenessEvaluationMethodforWeaponSystemsTanLezu1,YangMingjun2,XiangYingchun2,SiWenjian2(1.Dept.ofCommand,NavalAeronautical&AstronauticalUniversity,Yantai264001,China;2.AdministrantBrigadeofPostgraduate,NavalAeronautical&AstronauticalUniversity,Yantai264001,China)Abstract:Effectivenessevaluationisaveryimportantactivitythroughallthelifeofweaponsystems.Onthebasisofanalyzingtheconceptofeffectivenessevaluation,andclassifyingtheeffectivenessevaluationmethodsbydifferentstandards,itsummarizesonhowtochoosetheappropriatemethodandgainsomereferencedprinciples.Thiswillprepareinstructivefoundationforeffectivenessevaluationforweaponsystems.Keywords:weaponsystems;effectivenessevaluationmethod;referencedprinciples0引言武器系统效能评估是军事运筹学中最具军事特色而又十分困难的问题，是武器装备体系研究的一个重要环节。武器系统效能评估对武器系统的设计、研制、试验、采购、使用及维护都十分重要，对武器论证更是必不可少。只有准确评估武器系统效能，才能为武器系统的研制、采购提供客观依据。另一方面，在比较接近实战的战场环境和对抗条件下，评估武器系统的整体作战效能，为武器系统的作战使用研究提供定量决策依据[1]。故对武器系统效能评估方法进行研究。1武器系统效能概念分析按照武器系统理论研究的需要，一般可将作战效能分为3个层次，如图1。作战行动效能是指执行作战任务所能达到预期目标的可能程度，即执行作战任务的有效程度。它是由一定的军事力量在一定的环境条件下，按一定行动方案进行作战任务的作战效能。作战行动效能不属于武器系统效能范畴，但武器系统效能是作战行动效能的基础。因此，大部分的作战行动效能评估研究都针对武器系统效能。武器系统效能是指在特定条件下，武器系统被用来执行规定任务所能达到预期可能目标的程度，包括单项效能、系统效能（综合效能）、兵力效能（作战使用效能）和体系效能4个方面。图1作战效能的3个层次1)单项效能是指运用武器系统就单一使用目标所能达到的程度，例如反舰导弹的射击效能、突防效能、生存效能等；2)目前，对系统效能的定义尚无统一的标准，最为广泛认可的是美国工业界武器效能咨询委员会（WSEIAC）的定义：“系统效能是预期一个系统能满足一组特定任务要求的程度的度量，是系统的有效性、可信赖性和能力的函数”；3)兵力效能是在规定的作战环境条件下，运用武器系统执行规定的作战任务时，所能达到预期目标的程度。它是武器系统在特定条件下由特定的人使用时所表现出来的，是装备、人和环境综合作用的结果。因而，也称作战使用效能[2]。特别指出的是，很多文献都将其成为作战效能，这是不严密的，从图1可看出它们的范畴是不一样的；4)体系效能是收稿日期：2010-01-25；修回日期：2010-04-23作者简介：谭乐祖（1965-），男，山东人，从事作战模型与软件、防空作战运筹、指挥自动化研究。兵工自动化·14·第29卷随着近年来武器系统体系的发展而提出的新概念，一般是建立体系效能的指标体系，然后评估指标值，最后综合所有指标值得到体系效能。这种效能评估的方法受主观因素影响较大，如何对对抗环境下的体系效能进行评估，目前仍处于摸索阶段[3-4]。2武器系统效能评估方法分类针对目前众多的评估方法，主要分类如下：1)按照评判的主客观程度分类主观评估法：对于难以定量描述的武器系统，只能通过经验、专家等途径进行评估，如专家调查法、层次分析法；客观评估法：适合用于定量准确描述的系统[2]，方法有主成分分析法、理想点法；定性与定量相结合评估法：结合主观与客观的优点，取长补短，是目前主要的效能评估方法，如模糊综合评判法、灰色关联分析法、试探性建模与分析方法等。2)按照是否考虑实际作战条件或对抗因素分类静态评估法：静态评估描述的是系统自身的效能，是理想效能。它不考虑武器装备的实际作战条件和作战环境，也不考虑对抗情况，是理想条件下的武器系统的潜在最大效能。方法有排队论、Petri网、层次分析法等。动态评估法：动态评估是在特定作战环境下，通过对抗计算到的系统效能[5]。动态评估法有Lanchester法、影响图、SEA法以及作战模拟等。3)按照获取评估结果的途径分类试验统计法：是指运用数理统计的相关方法，如抽样调查、参数估计、假设检验、回归分析和相关分析等，根据实战、演习、试验获取的大量统计资料来评估效能指标，应用的前提是所获取的数据资料的随机特性可以清晰地用模型来表示并加以利用[2,6]。该方法评估结果比较准确，但是时间和经济代价比较大，无法适应未来战争的需要。解析法：是目前效能评估研究运用最主要的方法，它根据效能指标与给定条件的函数关系建立数学模型来计算效能指标。该方法的优点是计算简单、易于理解、便于应用，但是考虑因素较少，结果很难得到认可。目前的主要方法有专家咨询法、逻辑分析方法、指数法、ADC法、系统分析（SEA）法、层次分析法、灰色理论方法、模糊数学方法、效用函数分析法、多目标决策法、网络分析方法、不确定性规划、排队论、存储论、数据包络分析（DEA）、信息熵评估法等。作战模拟法：是指通过计算机手段，建立模拟模型进行仿真实验，对作战进程的数据进行分析和处理得到指标估计值。该方法可以全面地描述系统之间复杂的交互作用，有效、准确地表达战场的协同与对抗行为。作战模拟法可分为数学模拟方法、半实物模拟法和实物模拟法3类。文献[7]认为MonteCarlo法、Lanchester法、系统动力学（SD）法、影响图、Petri网以及人工神经网络（ANN）都属于数学模拟方法。文献[8]中借助地面飞行模拟器，运用半实物仿真法对双机空战进行了效能评估研究，结果比较理想。多指标综合评估法：在效能评估中，可能会遇到多指标度量效能的情况[3,9]。多指标综合评估主要工作就在于对于多个指标的综合过程。采用的方法有概率综合法、模糊综合评估法、多属性功效函数法以及物元分析方法等。3武器系统效能评估方法分析从武器系统效能评估的概念出发，根据上述对目前的效能评估方法分类，可以总结出在效能评估方法的选取中应该遵循以下几个方面：1)尽量避免单纯的主观评估方法由于评估者所掌握的经验、信息与实际所需信息存在差距，部分甚至是错误的信息，这对于评估效果的影响将是致命性的。而且，武器系统的复杂性使得消除这种差距的代价十分巨大。系统分析方法在对系统与使命的建模过程中存在一定的主观性，对评估结果有很大的影响，使命描述的合理性与模型建立的准确性对评估效果产生直接的影响。2)注重武器系统各因素之间的非线性关系随着武器系统变得越来越复杂，只考虑到系统各因素之间单纯的线性关系，是无法对系统效能做出准确评估的。例如，指数法是由武器指数线性相加得到的，兵力指数不能准确地反映武器系统的整体作战效能；AHP法在涉及到武器系统、作战环境以及作战想定等因素错综复杂的非线性关系时，根本无法准确地描述。武器系统各因素之间的非线性关系是确实存在的，而这种非线性的关系很难描述。在SEA方法中，系统能力、环境、使命要求是其主要的3个基本要素，其难点在于如何建立系统能力和使命要求到公共属性空间的系统映射关系，因为这种映射是错综复杂的非线性关系。由于模糊数学谭乐祖，等：武器系统效能评估方法研究·15·第8期理论具有非线性的特性，将其引入到效能评估当中，对于解决上述问题有很大的帮助，文献[10-13]对模糊理论的应用取得了一定的效果。文献[14-16]结合模糊数学理论方法，也取得了一定的成果。3)采用定性和定量相互结合的方法复杂的武器系统效能评估存在着各种不确定性因素，效能评估中的条件、时间、需求和任务具有开放性、动态性以及不确定性等特性。因此，武器系统效能结果是一个预测值、相对值，具有一定的柔性。单纯依靠定量的效能评估方法得到定量的效能评估结果是不正确的。因此，灵活地采用定性与定量相结合的方法对有效解决复杂武器系统评估问题具有重要意义。4)以采用动态评估方法为主动态评估考虑了实际的作战条件以及武器系统之间的对抗因素。目前，很多关于效能评估的方法都只考虑在理想状态下的武器系统的潜在效能，没有考虑对抗因素，并不符合实际。例如，在文献[17]中，采用基于ADC模型对舰舰导弹武器系统进行效能评估，能力向量的求解无法反映动态的对抗因素对结果的影响；文献[18]基于AHP法的效能评估模型也是同样的问题。文献[19]在运用排队理论建立舰空导弹反导射击效能评估模型时，认为服务台数是确定不变的，而实际的对抗过程是会使舰空导弹服务器减少的。因此，它是一个“变服务台数”的随机服务系统，按这种思路建模就可建立动态评估模型。5)与效能指标、系统建模分析相适应在武器系统效能评估过程中，关键把握以下方面的内容：系统效能指标的选取、系统建模分析、系统效能评估方法的选取。这三者之间关系是相互联系，相互制约的，如图2。图2武器系统效能评估的3个方面为保证效能评估的结果可信，不同层次的效能评估应选取不同的效能指标，其建模方法与评估方法也各不相同。对武器系统的体系效能建模时，传统的评估方法无法满足评估的要求，可采用试探性建模与仿真法、探索性分析方法来尝试解决。随着系统越来越复杂，定量地描述系统的各种关系相当困难，结果也不准确。在系统建模分析领域，定性建模技术已有广阔的发展前景，通过经验、专家知识与定性的理论相结合，才能对系统进行准确分析，这就在效能评估方法的选取上提出更高的要求。6)解析法与作战模拟法相结合解析法的特点就是对于系统自身的关系给出严谨的数学模型，具有确定性，但对于作战环境及对抗条件的描述还有待提高。作战模拟法能较详细地考虑影响实际作战过程的诸因素，特别适合于武器系统或作战方案作战效能指标的预测评估。该方法需解决模拟精度不易控制、实现过程复杂等问题。作战模拟法虽然存在一定的缺陷，但是通过与解析法相结合，可以在一定程度上得到弥补。因此，解析法与作战模拟法相结合的方法在评估武器系统的作战使用效能是一种理想的方法。4结束语在武器系统能效能评估中，不可能存在一种完美的效能评估方法。只能根据武器系统的具体情况以及评估者所掌握的信息，再结合评估方法选取中的参考原则，选取相对合理有效的方法。参考文献:[1]董尤心,张杰,唐宏,等.效能评估方法研究[M].北京:国防工业出版社,2009.[2]郭齐胜,袁益民,郅志刚.军事装备效能及其评估方法研究[J].装