武器系统作战能力需求满足度评估方法

焦安龙¹,许俊飞²

(1.中国人民解放军91439部队,辽宁 大连 116041;2.海军工程大学,湖北 武汉 430033)

摘 要 :在武器系统作战能力需求生成中,首先通过分解的方法从微观层面对使命任务进行分析描述,形成元任务序列;构建武器系统作战能力指标体系,对能力指标与元任务进行映射关系匹配,通过建立解析数学模型,从定量角度生成武器系统在具体作战想定下的能力指标需求;最后利用灰色关联分析法和理想解法,从贴近度与关联度对作战能力满足度进行评估,结合实例验证了所提方法的有效性。

关键词 :武器系统;能力需求生成;能力指标;满足度

随着海军新型武器系统的快速发展,其作战能力能否满足当前海上作战需求,需对其进行科学的论证。作战能力是表征武器装备完成作战任务的重要指标,武器装备对敌目标进行打击时,对其作战能力有何要求,对这一过程的分析称之为武器系统作战能力需求分析。通过作战能力需求分析可对武器装备提出一系列的性能指标要求,其结果的合理性与科学性对武器装备的发展与建设具有指导性的意义。

目前,对能力需求分析的研究很多,用于能力需求生成的成熟方法却很少,主要针对能力需求生成的框架构建以及生成步骤等,理论比较完善,但缺少定量的分析过程^[1-4],本文在这些研究基础上,针对新型武器系统展开作战能力需求生成方法研究,从使命任务出发,研究在这一作战态势下,如何通过定量手段得到武器装备所需的作战能力指标值,重点分析从作战任务到能力指标之间的映射规则,建立符合作战想定的数学模型,从定量角度生成能力需求指标,在此基础上进行能力满足度分析。

综上所述，将健康教育应用于造血干细胞移植患者，能够使有效的改善患者的造血干细胞移植的恢复情况，使患者对护理工作的满意度有较大程度的提高，具有临床推广价值。

1 框架构建

1)对武器系统作战任务分析,需要明确海上武器装备所面临的使命任务,引入元任务,构建其作战任务剖面,进行作战任务分解,最终采用能够实现一定作战目标且相对独立的最小活动单元——元任务序列,描述复杂而宏观的作战任务。

2)武器系统作战能力分析,包括建立作战能力指标体系,对应分析作战任务与作战能力之间的映射匹配关系,根据毁伤目标下的作战任务建立相应的数学模型,明确任务-能力之间的映射关系,生成作战能力指标需求方案^[5]。

GTM法利用力学原理进行应力应变控制，可有效减少路面车辙，推移等剪切破坏，适用于重载交通路面。本文对比分析马歇尔法和GTM法优缺点，简要介绍GTM配合比设计方法，依托某实际工程，总结GTM沥青混合料施工工艺并对施工后路面进行性能检验。研究结果表明：采用GTM法设计的沥青混合料路面虽然压实程度略低于传统马歇尔方法，但其泌水性能、抗车辙及高温性能优越。

室内环境中VOCs的来源是多种多样的。木材在室内，无论是木梁和柱材的实木形式，或作为工程产品人造板、地板或家具，都会排放VOCs。

3)在生成武器系统作战能力需求方案的基础上进行能力需求满足度评估,度量作战能力完成作战任务的程度,以此检验武器系统作战能力需求生成方案的有效性。

怀远县的大多数农户还是一家几亩地的状况，以家庭为单位进行种植，并且主要依靠劳动力。但是，由于每家每户的生产技术和水平不一样，怀远的石榴品质上存在一些差别。而这样的种植方式也不利于统一规划管理。

图1 作战能力需求分析框架

2 使命任务分析

欧阳莹之提出的综合微观分析方法^[6](Synthetic Micro-analytic Approach, SMA)在对宏观事物进行研究时,可以把整体分解为部分,进行局部的分析,再将局部整合起来,获得宏观的系统认知。

对武器系统进行使命任务分析,目的是分析在未来战场环境下,武器装备所担负的主要作战任务,由于使命任务相对宏观,采用分解的思想,引入元任务概念,对所担负的使命任务进行分解,形成元任务序列来表征使命任务。元任务是作战行动过程中具有原子性事务处理性质的作战任务,这种作战任务是相对固定、相对独立、能够实现一定作战目标的最小任务单元;进行作战任务分解就是将宏观的使命按照特定的原则分解成较低层次、相对明确的元任务清单。

在作战中要尽可能早地发现并捕获目标,因此最大发现距离与武器系统的有效射程、反应时间、弹丸飞行时间等因素有关,最大发现距离S _d 为^[10]

随着武器装备的不断发展,其优越的战技性能,使之在未来战场具有良好的应用前景,可承担防空反导、对海、对陆等多种使命任务,对目标进行打击时,由舰载传感器提供目标信息,本舰作战系统向武器系统发送目标指示,由跟踪传感器自动跟踪目标,跟踪好后将数据传给火控设备,火控设备解算后控制武器进行射击,武器系统控制跟踪传感器获取目标观测信息,进行校射和毁伤评估。经分解后得到的元任务序列如图2所示。

图2 元任务序列图

3 作战能力分析

3.1 能力指标体系的构建

火控系统误差σ _c 的计算则与毁伤目标的命中面积,目标的易损性以及武器系统发射的弹丸数有关,因此武器全系统随机误差的均方差σ 、系统误差M 以及当对目标进行连续射击时,连发散布误差均方差σ _fs 和随动系统误差的均方差σ _ss 可按下式进行估算:

采用电抗子模块分段投切的模块化多电平换流器降电容方法//李钰,李帅,赵成勇,许建中,曹均正//(19):90

完成对作战任务与作战能力的逐层分解后,得到武器系统的元任务序列与能力指标体系,这种分解能够帮助作战指挥人员了解使命任务是通过哪些元任务来实现,元任务与能力指标之间具有对应关系,这种对应关系可以明确元任务的执行需要哪些能力作为支撑。武器系统作战能力指标体系及元任务与能力指标间的对应关系如图3所示。

图3 能力指标体系及对应关系

3.2 映射关系分析

得到元任务与能力指标之间的对应关系,对武器系统实现作战能力需求生成便落脚为元任务执行水平到能力指标取值的转换,这种转换即是一种映射^[8]。通过作战模拟建立符合作战任务的数学模型,对能力指标的生成过程进行分析,利用军事运筹理论,系统工程理论,作战数模原理等建立数学关系式,生成能力指标的定量需求。采用解析规则描述元任务与能力指标之间的映射规则具有明显的优势,通过建立数学模型模拟作战过程,公式简单明了,便于理清能力指标之间的关系,通过影响因素的变化可分析能力指标的变化趋势,因此通过解析映射关系可实现元任务到能力指标取值的定量映射分析。

综上所述，国内外学者对水牛乳的理化特性都进行了大量研究，但要充分了解我国水牛乳理化和生物学特性还需要大量研究。此外，在研究时，还需要特别注意乳水牛品种、生活地域环境、产乳胎次等因素，才能得出较为客观的结论。

式中，S 为目标的命中面积;ω 为毁伤目标所需平均命中弹数;n 为发射的弹数。σ _fs 为武器系统射击时,弹丸高低散布均方差和方向散布均方差;σ _ss 为随动系统高低均方差和方位均方差;K _p 为武器系统精度分配因子,0≤K _p ≤1。

对于公路企业而言，在实践过程中还需要合理配置专业的操作人员和维护人员，要求相关的人员能够了解设备的构造性能，操作规程以及养护知识内容，同时要根据规则以及流程使用设备，及时对设备的运行状态进行检修，发现问题时需要及时排除，保证每个环节都处于正常状态[4]。

(1)

式中:v ₀为武器初速;m 为弹丸质量。

选取我院收治的62例重症脓毒症患者为研究对象,收治时间为2016年10月至2017年10月,将其分为两组,分组方式为随机分组,每组各31例患者。其中,对照组中,男16例,女15例,年龄分布为38至75岁,平均年龄为(54.89±10.02)岁,患者的原发病分布为:严重多发性创伤继发感染5例,多脏器功能衰竭5例,肺部感染17例,其他感染4例;观察组中,男17例,女14例,年龄分布为37至74岁,平均年龄为(54.71±10.18)岁,患者的原发病分布为:严重多发性创伤继发感染6例,多脏器功能衰竭4例,肺部感染16例,其他感染5例。两组患者的临床资料相比,无显著差异(P>0.05)。

S _d =S _r +(t _pf +t _fr +t _sr )×v _a

(2)

式中，S _d 为最大发现距离;S _r 为武器射程;t _pf 为弹丸飞行时间,为火控设备反应时间;t _sr 为传感器反应时间;v _a 为目标速度。

根据战场态势进行作战能力需求生成,若已知目标在一定距离外,可将这段距离近似为最大发现距离,进而反推出武器系统的有效射程。

在武器系统作战能力需求生成中,首先需要判断武器装备对敌方目标的发现距离,假定在距武器装备150 km外有敌方导弹目标以高度为3 km、超声速Ma=2袭来,对于武器装备已知的作战参数如表1所示,根据战场态势分析拦截并毁伤敌方导弹目标所需的作战能力。对于服从正态分布的参数,每一次仿真计算中的取值用符合正态分布的随机数来产生,已知的作战参数如表1、表2所示。

S _t =S _r +(t _pf +t _fr )×v _a

(3)

武器系统的精度指标与射击效能密切相关,根据系统的射击效能指标要求,当系统的两组误差呈最佳匹配关系时,系统精度、目标特性等因素有关的参数可按照下式计算求得^[11]

(4)

式中,P ₀为系统的射击效能指标;λ 为综合影响参数,与系统精度、目标特性等因素有关的参数。

作战能力是武器装备的自身属性,表现为完成具体作战任务所具有的“潜力”。结合传统武器系统,建立新型武器系统的作战能力指标体系,武器系统的作战能力表现在威力、射击精度、反应时间以及射击效能上,采用自上而下的分解方式对每一级的能力指标进行分解,最终形成一个具有递阶结构的能力体系,体系的最底层即是武器装备具体的能力指标^[7]。

(5)

(6)

(7)

武器的速度越高,对目标的毁伤能力越强,随着装备的不断发展,在速度方面得到了很大的提升,如电磁轨道炮、新型火箭弹、鱼水雷等武器装备,设初速为v ₀,武器装备出口动能E 为^[9]

当每次发射的单发命中概率相同均为p 时,对目标的毁伤概率达到P ₀时所需发射的弹药数为n 为

n _p ≥

读名著需要兴趣，更需要毅力；复习名著需要引导，更需要方法。从“纵读”、“横读”、“反读”、“细读”四个方面入手，可以引导学生读得更深，在名著阅读的路上走得更远。

(8)

式中，n _p 为射速,发/min;r 为目标域半径;K 为目标航路修正系数。

既可提取现有设置，也可通过手动确定线路，在对光标进行移动时，如果回车键则表示确定一个点位，而按下ESC键则表示结束此次选择。进行鼠标定位时，按下鼠标的左键表示逐点定位，按下鼠标中键表示连续选点，这一过程中，鼠标移动轨迹及时选定的公路线路。当线路选择完成后，按下右键即可停止。针对选定的线路，能对其纵断面进行显示和打印，之后通过分析可以确定坡度范围及转角半径，并在图形上作出相应的标记。

当弹着点对目标圆心的偏差量服从瑞利分布时的单发命中概率p 为

(9)

根据作战任务和所要达到的毁伤效果,武器系统的射速指标n _p 应满足:

(10)

4 能力需求满足度分析

通过武器系统作战任务与作战能力的映射分析,可以生成能力指标的需求列表。武器系统作战能力的提升离不开其关键技术的支撑,能力建设的目的就是满足作战需要,对武器系统进行能力需求满足度分析,可以确定相关技术是否满足任务能力需求。在灰色关联分析法和理想解法的评估方法的基础上,从贴近度和关联度的角度分析需求满足度,贴近度表示能力指标值与理想值之间的差距,反映了作战能力指标值与理想值之间的关系;关联度表示能力指标无论在理想与现实中都存在一种潜在的关联,即相似性,反映的是能力指标值作为一个整体与理想值之间的关系^[12]。

开展自然拼读教学法，首先应当提升教师的思想觉悟，要求教师能够结合自身实际情况，端正心态，并从思想认知方面形成正确认识。学校则应当提供相应技术条件与硬件设备。对教师提供专业培训以及相关环境。教师则能够在阅读查阅具体教材与实践当中加强自身利用自然拼读方法的能力。真正意义上实现小学生的快乐学习目的。

根据能力需求生成过程中建立的能力指标体系,对能力指标进行规范化处理,将能力指标分为效益型与成本型,对其的规范化处理如下。效益型指标的规范化处理函数为

科学的课程设置是提高教学质量的前提条件。现有的大学英语课程设置单一，有综合英语、听力和口语。综合英语每周一次，听力和口语隔周一次，全由一个老师负责。学生的学习受老师影响很大。学生逃课或上课不认真听讲情况时有发生，严重影响教学质量。本文以宁波诺丁汉大学英语课程成功的教学案例为例，对建立动态的大学从英语课程设置进行探索。

(11)

成本型指标的规范化处理函数为

(12)

1)采用层次分析法确定武器系统各能力指标对完成目标任务的不同权重w =(w ₁,w ₂,…,w _n )。

2)采用改进的TOPSIS求解贴近度,经映射分析后定量得到武器装备完成作战任务的能力指标值,即决策矩阵A =(a _i )_1×n ,结合权重集w 生成加权规范矩阵B =(b _i )_1×n ,其中b _i =a _i ×w _i ;确定加权后的正理想解为B ⁺=(w ₁,w ₂,…,w _n ),负理想解为B ^-=(0,0,…,0);根据能力指标值到正负理想解的距离d ⁺和d ^-确定到理想解的相对贴近度C 。

(13)

3)采用灰色关联分析法(GCA)求解关联度,计算正负理想解关于第i 个能力指标的灰色关联系数和继而求解这组能力指标对正负理想解的灰色关联度R ⁺和R ^-,即可确定关联度R 。

(14)

4)定义能力需求满足程度是贴近度和关联度的结合,S =C ^α ·R ^β ,其中S 为能力需求满足程度,α ,β ∈(0,1),且α +β =1。

5 仿真分析

武器系统对目标的最大跟踪距离S _t 即为

表1 作战参数值

表2 影响参数值

根据武器系统作战过程中的映射关系建模分析,进行作战能指标的需求生成,理想值为对敌目标毁伤效果达到90%,实际值为对敌目标毁伤效果达到60%时对武器系统能力指标的要求,作战能力指标需求值如表3、4所示。

表3 效益型指标值

表4 成本型指标值

经映射分析得到在具体作战态势下的武器系统作战能力需求指标值,对指标进行规范化可得决策矩阵A :

A =[0.7999, 0.6402, 0.9291, 0.9997, 0.4178, 0.9667, 0.3478, 0.5808, 0.5942, 0.5843, 0.584, 0.4043, 0.25]。

根据层次分析法得到指标的权重w :

w =[0.2244, 0.1942, 0.0591, 0.0543, 0.0869, 0.0147, 0.0377, 0.0251, 0.0238, 0.0175, 0.0183, 0.1029, 0.1413]。

则加权决策矩阵为:

B =[0.1795, 0.1243, 0.0548, 0.0543, 0.0363, 0.0142, 0.0131, 0.0145, 0.0142, 0.0102, 0.0107, 0.0416, 0.0353]，

（3）盲目维修。维护方案设计制定的不合理性，或不根据既定方案，只依靠经验对电器设备进行维修，往往会造成不良后果。

B ⁺=[0.2244, 0.1942, 0.0591, 0.0543, 0.0869, 0.0147, 0.0377, 0.0251, 0.0238, 0.0175, 0.0183, 0.1029, 0.1413]，

B ^-=[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]。

所以由式(14)可得d ⁺=0.0449,d ^-=0.1795,C _j =0.7999;由式(15)可得这组能力指标对正理想解的灰色关联度为R ⁺=0.7168,对负理想解的灰色关联度为R ^-=0.8023,所以R =0.4719。因此武器系统完成该作战态势下的能力需求满足度S =C ^α ·R ^β =C ^0.5·R ^0.5=0.5337。

从满足度结果来看,能够较好地满足武器系统对来袭敌导弹目标的拦截需求,表明武器系统完成整个射击任务的作战能力在整个作战能力指标中的重要程度,约占53.37%。按照此方法同理可得：新型武器系统在情报侦察、指挥控制等其他方面作战能力的满足程度,在能力需求的牵引下,充分挖掘武器系统所供与真实作战所需的矛盾程度,依次进行相关能力的建设与发展。由于分析数据源基本来自主观赋值,因此对相关数据采用数学方法进行修正处理,能够较好地控制主观判断带来的差错,使评估结果更加科学可信。

6 结束语

作战能力指标是武器系统需求论证的重要内容,本文提出的基于解析规则下的武器系统作战能力需求生成方法,通过建立武器装备在作战过程中的数学仿真模型,定量生成作战能力指标值,克服了传统定性分析的不足,分析过程清晰直观,生成结果科学可靠,同时采用基于GCA-TOPSIS方法评估了武器系统在毁伤目标条件下的任务满足度,验证了作战能力需求生成指标的可靠性。从总体上讲,该方法通过模型建立、简单可靠,为新型武器装备提升作战能力提供一定的参考。

参考文献 :

[1] 何国良, 樊延平, 郭杰. 装备作战能力需求分析方法[J]. 装甲兵工程学院学报， 2016, 30(2): 1-6.

[2] 陈英武,豆亚杰,程责,等. 基于作战活动分解的武器装备体系能力需求生成研究[J]. 系统工程理论与实践， 2011, 31(1): 154-163.

[3] 张居凤, 汪玉, 方志刚. 基于QFD/SPA的武器装备需求分析方法[J]. 系统工程理论与实践， 2012, 32(9): 2016-2021.

[4] Fan Y P, Guo Q S, Zhao K. Capabilities-based Requirement Demonstration Method for Weapon System-of-systems[C]. Los Angeles: IEEE Press, 2014.

[5] 许俊飞,邢昌风,吴玲. 基于解析规则的舰艇区域防空作战能力需求生成[J]. 北京航空航天大学学报， 2016, 42(1): 193-200.

[6] 李巧丽. 基于能力的装备需求论证结构化方法研究[D]. 石家庄: 装甲兵工程学院, 2008.

[7] 陈建荣. 面向装备论证的能力需求生成理论与方法研究[D]. 石家庄: 装甲兵工程学院, 2010.

[8] Levis A, Hastings D, Glasgow E, et al. System-of-Systems Engineering for Air Force Capability Development Executive Summary and Annotated Brief[R]. Washington DC: Scientific Advisory Board, 2005.

[9] 陆欣. 新概念武器发射原理[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2014.

[10]舒长胜,孟庆德. 舰炮武器系统应用工程基础[M]. 北京: 国防工业出版社, 2014.

[11]邱志明,郭勇. 舰炮武器系统分析[M]. 北京: 兵器工业出版社, 2010.

[12]王琴琴,宋太亮,汤伟达. 基于GCA-TOPSIS的保障能力需求满足度评估方法[J]. 火力与指挥控制， 2014, 39(6): 100-103.

Approach for Combat Capability Requirement Satisfactory Degree Evaluation of Weapon System

JIAO An-long¹, XU Jun-fei²

(1.91439 PLA Force, Dalian 116041;2.Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

Abstract :First of all, The paper analyzes combat task from the micro level and the meta-task sequence is formed through the decomposition method in the combat capability requirement generation of weapon system. Secondly, the combat capability index system of weapon system is constructed, and the paper analyzes the mapping relationship between capability indexes and meta-tasks. Combat capability requirement of weapon system is generated under the specific operational from the quantitative perspective through the establishment of analytical mathematical models. Finally, the paper evaluates the combat capability satisfaction from the degree of closeness and correlation by means of grey correlation analysis and ideal solution. The effectiveness of the proposed method is verified by an example.

Key words :weapon system; capability requirement generation; capability index; satisfaction degree

中图分类号 :E92

文献标志码: A

DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2019.01.014

文章编号 ：1673-3819(2019)01-0068-05

收稿日期 ：2018-05-30

修回日期： 2018-06-04

作者简介 ：

焦安龙(1974-),男,山东日照人,高级工程师,研究方向为舰船系统试验总体。

许俊飞(1990-),男,博士研究生。

标签：武器系统论文;  能力需求生成论文;  能力指标论文;  满足度论文;  中国人民解放军91439部队论文;  海军工程大学论文;