面向多任务的武器装备体系贡献度评估方法

刘 鹏, 赵丹玲, 谭跃进, 杨克巍, 豆亚杰

(国防科技大学系统工程学院, 湖南 长沙 410073)

摘 要: 在国防预算有限的前提下,武器装备体系贡献率评估应该考虑成本因素的影响。基于作战环理论提出了考虑成本因素的面向多任务的体系贡献率评估方法。首先,构建了武器装备的能力指标体系,给出了考虑成本的武器装备贡献率评估框架;其次,基于作战环建立武器装备体系作战能力评估模型,结合成本因素,引入区间数的概念,提出了面向多任务的体系贡献率评估方法;然后,利用区间数比较的方法,根据装备面向多任务的贡献率,对装备进行优先发展排序;最后,以海上作战装备体系为示例,应用本文提出的评估方法,为武器装备的优先发展规划提供决策支持。

关键词: 武器装备体系; 作战环; 多任务; 体系贡献率; 区间数

0 引 言

信息技术和其他军事高科技技术的发展和应用,极大地改变了作战样式,在联合作战背景下,多种高科技武器装备的协同作战已经成为战争获胜的关键^[1-2]。随着体系作战的发展,装备建设的体系特征更加明显,在体系层面上研究和分析武器装备成为必然趋势^[3]。在武器装备体系论证中,体系贡献率评估是研究某型装备对体系发挥作战能力的影响程度,是衡量装备价值的重要指标^[4],可以为武器装备迭代、重点装备发展路线图设计及重大型号装备需求论证提供决策支持。

对图1观察后可知，花桥板栗淀粉凝胶呈现复杂的空间网络结构，凝胶结构完整性随着水分子相态转变处理次数的增加而逐渐被破坏、同时凝胶结构中空洞的均匀性逐渐减小。凝胶由转变0次增加到转变4次过程中，凝胶网络结构中孔洞数量逐渐增加，同时凝胶表面粗糙程度也随之增大，但孔洞的分布较为均匀，且孔径较小。但花桥板栗淀粉凝胶在经历5次转变处理后，凝胶结构中的孔径明显增大，且孔洞的均匀性大大下降，凝胶表面受破坏的变粗糙的程度明显加深。试验结果与Vernon-Carter E J等人[13]的研究结果一致。

目前武器装备体系贡献率评估主要通过对比有无某件装备对体系发挥作战效果的差异来衡量装备对体系的贡献。李怡勇等人^[5]较早阐述了贡献度、作战体系与体系对抗的概念,提出了武器装备体系贡献度评估的一般过程。李际超等人^[6-7]将复杂网络理论应用于武器装备体系建模中,基于作战环方法构建了体系能力评估指标,借助该能力指标对单装备在武器装备体系中的贡献率进行评估。王飞与司光亚^[8]研究了贡献率的复杂特性,分析了装备对体系能力影响的线性、非线性、比例模式,通过几个不同维度分析装备对体系的影响,构建指标对装备的使命任务效能贡献度进行评估。总结用于贡献率评估的方法,包括了解析法、证据推理法、网络分析法、仿真方法、层次分析法等,这些方法也都是用于武器装备体系能力/效能评估的常用方法。

从表2可知，营利性养老服务机构作为第三产业行业，其在广西产业结构调整中的突出位置也将不断显现。由于营利性养老服务机构的定位在于面向具有较高消费能力的老年群体提供中高端养老服务，除了向老年人提供养老的日常需求服务外，还提供精神、文化、休闲、娱乐、旅游、医疗、保健、金融、理财等全方位的需求服务，真正满足入住老年人个性化的养老需求，它在运营过程中始终与产业链的上中下游产业及企业密切相连，发挥着引领和龙头作用，影响和带动着一个庞大的养生养老产业链，必将得到政府及相关部门的重视和支持，因此具有广阔的发展前景。

现有的评估方法存在以下两个问题:①没有考虑资源投入,即成本的影响。在装备的发展论证中,除了评估和分析装备对于体系作战所发挥的效果,还应该考虑成本的因素,因为国防预算是有限的,这会影响待发展装备的选择问题。因此,在贡献率评估研究中应该考虑成本因素。②没有面向多个任务,缺乏普适性。在现有的研究成果中,评估贡献率时都是面向某个具体任务,但是,装备体系的贡献率评估研究大多是用于未来装备的论证的,那么生产的装备是要面向多任务的,而不是单独针对某次任务,使用后若将其荒废,成本太高。因此,贡献率评估研究可以研究单个装备对某个任务的贡献,但是最终落脚点还应该是面向多任务的贡献率评估。

将装备成本考虑在内,提出武器装备体系贡献率的定义如下。

党的十八届三中全会明确了我国市场化改革方向，提出“使市场在资源配置中起决定性作用和更好发挥政府作用”“必须积极稳妥从广度和深度上推进市场化改革，大幅度减少政府对资源的直接配置”等改革新要求。这对水资源配置提出了一系列新问题：市场在水资源配置中能否起决定性作用，市场在水资源配置的哪个环节能起决定性作用，如何减少政府对水资源的直接配置，如何建立水资源资产产权制度，等等。这些问题扑面而来，亟待回答。

武器装备体系贡献率:在国防预算有限的条件下,面向多种任务,单个装备在体系发挥作战能力中体现出的作用和价值。

需要注意的是,提出的贡献率定义体现了以下3点:

(1) 体系贡献率不是面向单一任务,故体系贡献率不是一个单值,而是一个区间值。

对比表5和表6,发现侦察装备6和打击装备7虽然对体系作战能力的影响很大,但是其成本十分昂贵,因此,这两个装备的体系贡献率并不突出。相反,决策装备1和打击装备2对体系作战能力的影响并不突出,但是其成本较低,在有限的国防预算下,发展决策装备1和打击装备2能够获得更好的效益值。

研究武器装备在体系作战能力上的贡献率,需要构建装备的能力指标体系。文献[10-11],本文的能力指标体系包含3个一级能力指标,分别是:信息支持能力、指挥决策能力和火力打击能力,能力指标体系的构成如图2所示。

(3) 贡献率的内涵是多方面的,但是仅考虑装备对体系作战能力的贡献。

1 武器装备体系贡献率评估模型

1.1 武器装备体系贡献率评估框架

借鉴作战环的思想,当侦察装备完成对敌方目标的侦察预警,接着将信息传递给决策装备,决策装备将信息进行处理并下达决策命令传送到打击装备,打击装备利用其打击功能对敌方目标进行摧毁,只有当整个作战环的过程都顺利完成,装备才能被认为发挥了其作战能力,因此,作战环的作战能力为

图1 武器装备体系贡献率评估方法的框架
Fig.1 Framework for the contribution rate evaluation method of weapon equipment system of system

根据分析,装备对体系的贡献率不是单一的值,而是跟随不同的任务发生变化的。为了合理地对装备体系贡献率进行排序,引入区间数^[23-25]的概念,将装备e _i 的体系贡献率表示为

步骤 1 明确作战任务,分解具体任务得到相应的能力需求;

功能性成分测定：氨基酸含量和核苷酸含量的测定分别参考文献[7]和[8]的方法；多糖含量和多酚含量的测定分别参考文献[9]和[10]以及[11]和[12]的方法。

主成分分析是一种降维的多源统计方法，利用多个具有相关性的线性组合解释多维变量，从中寻找最佳变量，简化数据量[10]。主成分分析基本思想是根据相关性大小把变量分组，使得同组内变量之间相关性较高，但不同组变量相关性较低，并试图用较少个数公共因子的线性函数和特定因子之和来表达原来观测的每个变量，以达到合理解释存在于原始变量间的相关性和简化变量维数的目的[11-12]。

步骤 2 构建武器装备体系作战网络,计算基于作战环的体系作战能力;

(3)通过前面的分析，综合指标的主观权重Wi主(层次总排序权重)和客观权重Wi客，就可以得到指标权重Wi。虽然是由不同方法得出的不同权重，但是它们所反映的却是同一个问题。因此，Wi主和Wi客应该尽可能的接近。根据最小相对信息熵原理有[18]

步骤 3 依次移除作战网络中的红方装备,计算各个装备移除后装备体系作战网络的作战能力;

步骤 4 考虑装备成本因素,计算装备的体系贡献率。

1.2 武器装备体系能力评估指标

(2) 贡献率是一个相对值,是无量纲的。

图2 能力指标体系的构成
Fig.2 Composition of the capability index system of systems

红方的国防经费预算有限,希望能够针对某项使命,选择出需要优先发展的装备,从而使得装备体系能够发挥最大的效果。假设这次使命共有4个任务,分别是摧毁蓝方的建筑1、建筑2、舰船1和舰船2,而红方装备体系包括6个侦察装备、3个决策装备和7个打击装备,共16个装备。

指挥决策能力是在作战过程中帮助决策装备完成态势感知、进行作战部署、实施效果评估等活动的能力,具体包括辅助决策能力、综合指控协同能力和火力协调支持能力。

选择2016年1月至12月在南京鼓楼医院心内科住院治疗的患者130例。入组标准：①经冠脉造影确诊为冠心病，已行PCI术，同时给予氯吡格雷抗血小板聚集治疗；②进行了CYP2C19基因多态性检测的冠心病患者。

火力打击能力是指运用多种作战手段对设定的敌方进行打击,使敌方丧失作战能力的能力,具体包括火力毁伤能力、电子干扰能力和精确打击能力。

将递归定义和语形的构造相结合，用语义算子表示联结词和量词。在1974年Montague将这种模式应用到了自然语言中，用于刻画在何种条件下一个语句是真的。在将语形结构中的组合解释运用于逻辑和自然语言之前，就已经有了基于程序的设计原理以及在代数和范畴论中可以用数学表达的一些范例。

体系作战能力是指现代化军队在网络信息体系架构基础上,融合各种作战要素、作战单元、作战力量和作战系统,以联合作战为主要形式,在敌我双方体系对抗为中表现出来的态势感知、信息攻防、快速机动、精确打击等整体作战能力^[12-13]。武器装备体系能力评估是体系贡献率评估的基础,评估的对象是武器装备体系,是指该体系所能发挥本领的理论值^[14],是对武器装备体系静态的、非对抗场景下的评估。目前,基于作战环的武器装备体系作战能力评估方法比较成熟,该方法也被认为是武器装备体系评估方法中较为合理的,基于作战环理论计算武器装备体系的作战能力。

作战环^[15]是谭跃进教授基于观察-判断-决策-行动(observation-orientation-decesion-action,OODA)循环理论^[16-17]提出来的,是指为了完成特定作战任务,侦察装备、决策装备、打击装备等与敌方目标构成的闭合回路^[18-19]。在实际作战过程中,最终的目的是摧毁敌方目标,因此,作战环将作战过程中必要的装备及装备之间的交互活动进行了抽象,为武器装备体系定量化评估提供了模型基础。一般来说,作战环中装备之间的交互关系包括:侦察、决策、指挥、打击4种关系,随着信息化战争复杂程度的提升,装备之间的交互关系还包括:侦察装备之间存在信息共享关系以及决策装备之间存在协同指挥关系,作战环的示意图如图3所示。

图3 作战环图
Fig.3 Diagram of operational loop

针对具体的任务M _i ,经过专家经验评估或任务分解与活动映射等方式,得到完成该任务的具体能力需求。信息支持能力的4个子能力需求分别为:和指挥决策能力的3个子能力需求为:和火力打击能力的3个子能力需求为:和

对于体系中的每个装备,根据其所具备的系统模块或者功能模块,具备相应的能力。以侦察装备为例,假设侦察装备E ₁的能力为和那么侦察装备E ₁面向任务M _i 体现出的作战能力为

(1)

式中,f 为满足度函数^[20-21],表示为

(2)

将该能力满足度函数画出来,可以得到曲线形式如图4所示。

图4 能力满足度函数曲线图
Fig.4 Curve figure of capability satisfaction function

直观来看,随着装备能力指标值递增,该装备面向具体任务的作战能力也加强,但是递增的趋势会变得缓慢,这与实际情况是相符的。当装备的能力指标达到较高水平时,即使再加强某项指标,对具体的作战任务也不能再发挥更大的作用了。

武器装备体系贡献率评估研究必须考虑装备体系面向的任务,根据任务分解等工作得到相应的能力需求,综合考虑装备实际能力指标、任务的能力需求以及成本等因素,对装备的体系贡献率进行评估。提出的贡献率评估方法的框架如图1所示^[9]。

(3)

针对任务M _i ,在武器装备体系网络中存在多个作战环。作战环的数量越多,对目标装备的攻击手段越多,体系作战能力越强,因此,武器装备体系面向任务M _i 时作战能力为

(4)

1.3 武器装备体系贡献率评估模型

由于装备发展论证的预算是有限的^[22],在装备发展规划中必须考虑到时间和成本的约束,那么,分析装备在体系中的贡献率时同样不能忽略装备的成本因素。也就是说,体系贡献率是研究在同等成本的投入下,分析装备对体系的贡献效果。根据定义,体系贡献率表示为

(5)

式中,表示没有装备e _i 的体系在面向任务M _i 时表现出来的作战能力;cost (e _i )表示装备e _i 的成本价格。由于成本与体系能力指标的量纲不同,直接用单位成本的作战能力变化率来表示装备的贡献率会带来极大的误差,得到的结果也不合理。因此,引入单件装备成本在总成本中所占的比例为成本衡量指标,与体系能力变化率相对应,若单件装备的成本在体系总成本中所占比例为50%且其对体系能力贡献为50%,那么其实际贡献可能低于单件装备的成本在体系总成本中所占比例为10%但其对体系能力贡献为20%的装备。在式(5)中,分子表示体系中有无装备e _i 对体系能力的影响水平,而分母是评价装备e _i 的成本占体系总成本的比例,通过装备体系能力变化水平与成本所占比例的比值来综合表示装备的体系贡献率。

武器装备体系是面向多任务的,因此装备的体系贡献率并不是单一的数值,而是多对多的矩阵,即任何一个装备在面向任何一个任务时都具有其贡献率。假设待评价的装备体系有n 个装备,目前想定该体系面向m 个具体的任务,那么该想定下的装备体系贡献率表示为

(6)

式中,表示装备e _i 在面向任务M _j 时对体系发挥作战能力的贡献率。

1.4 武器装备体系贡献率排序模型

对武器装备体系贡献率进行评估的目的是辅助装备发展论证的决策过程,而矩阵形式的贡献率评估结果并不能给予决策者直接的建议。在装备发展规划中,决策者希望知道哪个装备比较重要,是需要优先发展的,因此,需要对装备的体系贡献率进行排序。

武器装备体系贡献率评估步骤如下。

(7)

(8)

(9)

式中,M 表示所有的任务集合;表示装备e _i 面向所有任务时体系贡献率最小的值;表示装备e _i 面向所有任务时体系贡献率最大的值;表示装备e _i 的体系贡献率,是一个区间数。

设两个区间数和则它们的位置关系存在的可能性如图5所示^[26-27]。

图5 区间数的6种位置关系
Fig.5 Six positional relationships of interval numbers

目前,对区间数进行比较有多种方法,采用均匀分布法^[28-29]对区间数进行比较。两个区间数的可能度^[30-31]指标为

(10)

显然,该方法没有考虑区间数退化成实数的情形。当退化为实数时,采用实数的比较方式进行比较。通过区间数的两两比较,可以得到装备体系贡献率的排序,从而为决策者提供直接的决策支持。

每年高温季节都是鱼病的多发季节，特别是精养鱼池的病害发生率更高，轻则影响池鱼的健康生长，重则造成池鱼大批死亡，甚至发生翻塘死鱼事故。因此在高温季节，应有针对性地进行鱼病预防，采取生态防控措施，坚持以防为主、防治结合的原则，确保养殖生产安全。那么，在高温季节精养鱼池应如何进行生态防病呢？

2 应用分析

为了更直观地展示所提出的装备体系贡献率评估方法,首先给出基本想定以及输入数据,然后借助构建的模型计算装备的体系贡献率,最后按照体系贡献率对装备进行排序,为装备优先发展提供直接决策支持。

2.1 想定和数据输入

信息支持能力是通过多种途径获取、传输、处理各类信息并进行有效利用的能力,具体包括情报侦察能力、信息传输能力、信息处理能力和信息共享能力。

目前，ITER计划已经成为继国际空间站项目之后.全球规模最大、影响最深远的科技合作项目，参与成员也在不断扩大。我国也于2003年1月正式参加了ITER项目。

面向4个具体任务,完成作战任务的能力需求如表1所示(将能力需求的取值范围规范到[1,9]的整数值)。

表1 面向4个任务的能力需求值
Table 1 Capability demand value for four tasks

红方装备体系中侦察装备的能力指标以及侦察装备的成本如表2所示。

表2 侦察装备的能力指标及成本
Table 2 Capability index and cost of reconnaissance equipment

红方装备体系中决策装备的能力指标以及决策装备的成本表3所示。

表3 决策装备的能力指标以及成本
Table 3 Capability index and cost of decision equipment

红方装备体系中打击装备的能力指标以及打击装备的成本如表4所示。

表4 打击装备的能力指标及成本
Table 4 Capability index and cost of attack equipment

2.2 体系贡献率计算与排序

基于红方武器装备的能力指标及完成任务的能力需求数据,可以计算装备体系针对各个任务的作战能力,从而计算红方装备体系面向具体任务的作战能力。

面向4个具体任务,计算得到体系的作战能力,具体结果如图6所示。

图6 面向不同任务的体系作战能力
Fig.6 Operational capability of system of system for different tacks

根据式计算,可以得到红方各装备在面向4个具体任务时对体系发挥作战能力的影响,即在有无该装备情况下体系作战能力的变化程度,具体如表5所示。

总之，五四时期，马克思主义传播的政治生态较为复杂，在多元化的意识形态格局中，马克思主义以其革命性科学性的内容阐明了建立未来公平社会的方法和路径，被中国共产党和中国人民所选择、信仰、传播，指导着中国革命的实践历程。

通过分析及贡献率的定义,在计算装备对体系贡献率时需要考虑成本因素,那么装备面向4个任务的体系贡献率如表6所示。

表5 某装备对体系作战能力的影响
Table 5 Influence of a certain equipment on the combat capability of the system

表6 装备面向不同任务的体系贡献率
Table 6 Contribution rate of weapon equipment system of system for different tasks

最佳工艺条件为: 硫酸浓度30%，反应时间3 h，硫酸用量1.05，pH=3。硫酸铝质量完全达到HG2225-91一级标准，收率达到93%以上。[4-5]

由于发展的装备一般是面向多任务的,所以装备的贡献率是一个区间值,根据表6的指标,各装备的体系贡献率如图7所示。

在国防预算有限的情况下,需要对待发展的装备进行排序。由于侦察装备、决策装备和打击装备在作战中发挥的功能不同,将3类装备分别进行排序。

图7 装备体系贡献率的区间值
Fig.7 Interval value of equipment system of system contribution rate

首先,对侦察装备体系贡献率进行排序,得到横轴装备贡献率大于等于纵轴的可能性结果如图8所示。

图8 侦察装备贡献率比较值
Fig.8 Comparison value of contribution rate for reconnaissance equipment

根据图8,侦察装备发展的优先顺序为:S ₂,S ₁,S ₃,S ₄,S ₅,S ₆。

同样,对决策装备体系贡献率进行排序,得到横轴装备贡献率大于等于纵轴的可能性结果如图9所示。在国防预算有限的前提下,决策装备发展的优先顺序为:D ₁,D ₂,D ₃。

图9 决策装备贡献率比较值
Fig.9 Comparison value of contribution rate for decision equipment

最后,对打击装备体系贡献率进行排序,得到横轴装备贡献率大于等于纵轴的可能性结果如图10所示。在国防预算有限的前提下,打击装备发展的优先顺序为:I ₂,I ₁,I ₃,I ₄,I ₅,I ₆,I ₇。

图10 打击装备贡献率比较值
Fig.10 Comparison value of contribution rate for attack equipment

3 结 论

从体系角度出发,在考虑成本影响的情况下提出了体系贡献率的评估模型,对于推动在国防预算有限的条件下的装备优先发展规划有重要的意义。首先,借鉴作战环的理论,提出了评估武器装备体系作战能力的指标;接着,考虑了成本因素,对装备的体系贡献率进行了定义,并引入区间数的概念对贡献率进行描述;然后,利用区间数排序的方式,对装备的区间贡献率进行合理排序,为装备优先发展提供决策支持;最后,通过示例分析,详细展示了装备体系贡献率评估与排序的计算过程。提出的贡献率评估模型可以有效地针对装备在多任务、多场景下的评估,用区间数的方式更全面地展示了装备体系贡献率的定义,同时很好地考虑了成本的因素,很好地将体系贡献率从“绝对”向“相对”角度转变。

综合以上计算分析，可推断现场实际执行110kV那曲站主变中性点接地方式与区调下达要求不一致所致，再次通知那曲地调认真核实110kV那曲变两台主变现场中性点接地方式后，在3月29日11时30分经再次详细检查发现那曲变#1主变接地刀闸上软裸铜线发生锈蚀出现虚接现象，即事故当时现场那曲变两台主变中性点均处在未接地状态。

将重点放在面向不同任务的贡献率评估和排序,而简化了武器装备体系评估指标。在下一步的工作中,将会把详细的装备指标以及作战任务、作战环境考虑在内,细化评估模型,使得贡献率的评估更加贴近实际作战,为实际装备发展提供决策支持。

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Multi -task oriented contribution evaluation method of weapon equipment system of systems

LIU Peng, ZHAO Danling, TAN Yuejin, YANG Kewei, DOU Yajie

(College of System Engineering ,National University of Defense Technology ,Changsha 410073 ,China )

Abstract : Under the premise of limited defense budget, a system contribution rate evaluation method based on the operational loop theory for multi-task considering the influence of cost factors on contribution rate is proposed. Firstly, the capability index system is established and the equipment contribution rate evaluation framework is put forward. Secondly, the weaponry system of system combat capability evaluation model based on the operational loop is established. It is noteworthy that cost factor has been taken into account. Introducing the concept of interval number, a multi-task oriented contribution rate evaluation method for weapon equipment system of system is proposed. Then, the ranking result of development equipment is obtained according to the contribution rate. Finally, taking the maritime warfare as an example, the evaluation method proposed is applied to providing decision support for equipment development.

Keywords : weapon equipment system of system; operation loop; multi-tasks; contribution evaluation; interval number

中图分类号: N 936

文献标志码: A

DOI: 10.3969/j.issn.1001-506X.2019.08.13

收稿日期: 2018-10-18; 修回日期:2019-01-09;网络优先出版日期: 2019-04-17 。

网络优先出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20190417.1647.020.html

基金项目: 国家自然科学基金(71571185,71690233)资助课题

作者简介：

刘 鹏 (1981-),男,博士研究生,主要研究方向为武器装备体系建模、武器装备发展规划。E-mail:liu7985927@163.com

赵丹玲 (1991-),女,博士研究生,主要研究方向为国防采办与体系项目管理、网络建模。E-mail:zhaodanling11@163.com

谭跃进 (1958-),男,教授,博士研究生导师,主要研究方向为复杂系统理论、武器装备体系论证。E-mail:yjtan@nudt.edu.cn

杨克巍 (1977-),男,教授,博士研究生导师,博士,主要研究方向为装备体系评估、体系贡献率。E-mail:kayyang27@nudt.edu.cn

豆亚杰 (1987-),通信作者,男,讲师,博士,主要研究方向为组合决策、效能评估。E-mail:yajiedou_nudt@163.com

标签：武器装备体系论文;  作战环论文;  多任务论文;  体系贡献率论文;  区间数论文;  国防科技大学系统工程学院论文;