基于ADC方法的復雜武器系統(tǒng)效能評估方法

王　晅，陶　禹，樊丹瑛

（解放軍63961部隊，北京　100012）

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基于ADC方法的復雜武器系統(tǒng)效能評估方法

王晅，陶禹，樊丹瑛

（解放軍63961部隊，北京100012）

摘要：ADC方法是武器裝備效能評估的重要方法之一。傳統(tǒng)ADC方法一般將武器系統(tǒng)各個分系統(tǒng)簡化為串聯(lián)系統(tǒng)計算。針對復雜武器系統(tǒng)中各個分系統(tǒng)組成繁多、串并聯(lián)關系復雜、對作戰(zhàn)影響程度不一等特點，對ADC方法進行了優(yōu)化，使得ADC方法可以針對多并聯(lián)系統(tǒng)更客觀地評估。通過某型武器裝備的實際驗證，改進后的ADC方法合理可行，可以對復雜武器系統(tǒng)擁有更客觀和更全面地評價，可作為其他復雜武器系統(tǒng)效能評估方法的參考。

關鍵詞：復雜武器系統(tǒng)，效能評估，ADC方法

0　引言

武器系統(tǒng)效能是指在規(guī)定條件下使用武器系統(tǒng)時，系統(tǒng)在規(guī)定時間內完成規(guī)定任務的程度。效能描述的是武器系統(tǒng)完成特定作戰(zhàn)任務的能力，反映了武器系統(tǒng)在一定階段上總的特性和水平，說明了該武器裝備對軍事上的有用程度［1］。評估武器系統(tǒng)效能一般有兩類方式：一類是根據描述效能指標與給定條件之間關系的數(shù)學模型來計算系統(tǒng)效能的解析方法，主要包括ADC方法、蘭徹斯特方法、SEA方法等；另一類是根據武器系統(tǒng)復雜性的多屬性描述進行評估的綜合評價方法，主要包括廣義指標法、概率綜合法、層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評判法等［2］。第1類方法是通過建立系統(tǒng)效能的數(shù)學模型，屬于定量計算方法，但對于較復雜的武器系統(tǒng)涵蓋范圍不夠廣，第2類綜合評價方法是定性和定量結合的方法，考慮全面，覆蓋武器系統(tǒng)范圍廣，但不能將武器系統(tǒng)效能完全量化。

當考慮武器系統(tǒng)為許多分系統(tǒng)組成的整套系統(tǒng)時，各個分系統(tǒng)之間既有串聯(lián)關系，又有并聯(lián)關系。換言之，即有的分系統(tǒng)無法工作時，使得整套武器系統(tǒng)無法完成作戰(zhàn)任務，而有的分系統(tǒng)無法工作時，整套武器系統(tǒng)可以降級完成作戰(zhàn)任務。因此，在使用量化數(shù)學模型計算武器系統(tǒng)效能時，需要充分考慮到各個分系統(tǒng)與整套系統(tǒng)的關系。傳統(tǒng)的復雜武器系統(tǒng)ADC方法，一般只將系統(tǒng)按照底盤和上裝等進行簡單分類，計算時也分開進行計算，不考慮并聯(lián)分系統(tǒng)故障也可降級完成任務的情況［3］。本文以ADC方法為基本算法并對其加以深化，結合武器系統(tǒng)任務剖面，對武器系統(tǒng)及各個分系統(tǒng)建立數(shù)學模型，體現(xiàn)出武器系統(tǒng)中各個分系統(tǒng)串、并聯(lián)關系，使計算后得到的武器系統(tǒng)效能量化值更客觀、合理。

1　 ADC方法

根據美軍武器系統(tǒng)分析的定義：系統(tǒng)的效能是指系統(tǒng)在規(guī)定的環(huán)境下和規(guī)定的時間內完成任務的程度。當前使用較普遍的效能評估方法是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會WSELAC（Weapon System Efficiency Industry Advisory Committee）評價武器系統(tǒng)用的ADC模型，其目的在于根據有效性（Availability，即戰(zhàn)備狀態(tài)）、可依賴性（Dependability，即可靠性）和能力（Capacity）三大要素評價裝備系統(tǒng)，把這三大要素組合成一個表示裝備系統(tǒng)總性能的單一效能量度。相關方程和定義如下：

（1）系統(tǒng)效能。是預計系統(tǒng)滿足一組特定任務要求之程度的量度，是有效性、可依賴性和能力的函數(shù)。

E=ADC

（2）有效性。是在開始執(zhí)行任務時系統(tǒng)狀態(tài)的量度，是裝備、人員、程序三者之間的函數(shù)。與裝備系統(tǒng)可靠性、維修性、維修管理水平、維修人員數(shù)量及其水平、器材供應水平等因素有關。即

A=（a1，a2，…，ai，…，an）

式中ai為開始執(zhí)行任務時系統(tǒng)處于狀態(tài)i的概率，∑ai=1。

（3）可信性。是在已知開始執(zhí)行任務時系統(tǒng)狀態(tài)的情況下，在執(zhí)行任務過程中的某一個或某幾個時刻系統(tǒng)狀態(tài)的量度，可以表示為系統(tǒng)在完成某項特定任務時將進入和（或）處于它的任一有效狀態(tài)，且完成與這些狀態(tài)有關的各項任務的概率，也可以表示為其他適當?shù)娜蝿樟慷?。?/p>

式dij為已知在開始執(zhí)行任務時系統(tǒng)處于狀態(tài)i，則在執(zhí)行任務過程中系統(tǒng)轉移到狀態(tài)j的概率。

（4）能力。是在已知執(zhí)行任務期間的系統(tǒng)狀態(tài)的情況下，系統(tǒng)完成任務能力的量度。更確切地說，能力是系統(tǒng)各種性能的集中表現(xiàn)。能力向量為：

C=（dij）nm

式中cij為在系統(tǒng)有效狀態(tài)i條件下，第j個品質因數(shù)之值。

2　復雜武器系統(tǒng)效能評估

2.1分系統(tǒng)的串、并聯(lián)關系

武器系統(tǒng)在設計過程中經過多方充分地論證和審查，其分系統(tǒng)在整個作戰(zhàn)流程中都具備一定的任務、起到一定的作用。當分系統(tǒng)無法工作時，肯定會影響到整套武器系統(tǒng)的效能［4］。將各個分系統(tǒng)與整套武器系統(tǒng)的關系基本概括為兩種：一種為串聯(lián)關系，即某個分系統(tǒng)無法工作時，整套武器系統(tǒng)無法完成作戰(zhàn)任務；另一種為并聯(lián)關系，即某個分系統(tǒng)無法工作時，整套武器系統(tǒng)可以完成作戰(zhàn)任務，但在能力上有所降低，屬于降級使用［5］。例如某型輪式裝備，當?shù)妆P分系統(tǒng)故障時，整套武器系統(tǒng)無法完成作戰(zhàn)任務，底盤和整套系統(tǒng)屬于串聯(lián)關系。而偵察車定位定向采用慣性導航和衛(wèi)星定位組合方式，慣導和衛(wèi)星定位即可組合工作，也可分開獨立工作。當慣導或衛(wèi)星定位故障時，整套系統(tǒng)仍能完成定位定向任務，慣導和衛(wèi)星定位對整套系統(tǒng)屬于并聯(lián)關系。由于現(xiàn)代武器系統(tǒng)可靠性設計較高，同時有兩個分系統(tǒng)故障的概率很小，因此，本文不考慮在執(zhí)行任務過程中有多個分系統(tǒng)故障的情況。

2.2復雜武器系統(tǒng)有效性

若某武器系統(tǒng)有m+n個分系統(tǒng)，其中有m個分系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，有n個分系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)，假設在整個任務過程中最多只有一個分系統(tǒng)故障。采用ADC方法分析系統(tǒng)效能，則其A、D、C效能矩陣為n +2階矩陣，其中各個分系統(tǒng)的有效性為：

式中：MTBFi為第i個子系統(tǒng)的平均故障間隔時間；MTTRi為第i個子系統(tǒng)的平均維修時間。

以工作次數(shù)或工作里程等為單位的分系統(tǒng)計算有效性時可根據任務剖面以其相應的平均故障間隔和每次任務平均使用次數(shù)計算。

系統(tǒng)完成任務時，各個分系統(tǒng)共有n +1種故障情況可保證順利完成任務，即全系統(tǒng)無故障，某一并聯(lián)分系統(tǒng)故障（共n個分系統(tǒng)，不考慮多系統(tǒng)故障），第n+2階為無法完成任務，即串聯(lián)系統(tǒng)故障。因此：

a1為全系統(tǒng)完好時的有效性，a2為第1個并聯(lián)分系統(tǒng)故障時的有效性，an+1為最后一個并聯(lián)分系統(tǒng)故障時的有效性，an+2為系統(tǒng)無法完成任務的有效性。

綜上，通過計算可得有效性矩陣為：

2.3復雜武器系統(tǒng)可信性

根據武器系統(tǒng)任務剖面，結合系統(tǒng)故障率和平均故障時間等參數(shù)，計算各分系統(tǒng)可信性為：

式中：MTBFi為第i個子系統(tǒng)的平均故障間隔時間。

假設武器系統(tǒng)在執(zhí)行任務時，故障狀態(tài)無法向無故障狀態(tài)轉移［6］，且最多只有一個分系統(tǒng)故障，因此，可信性矩陣各項為：

矩陣中1狀態(tài)表示全系統(tǒng)無故障，2至n+1狀態(tài)分別表示n個并聯(lián)系統(tǒng)故障的故障率，n+2表示串聯(lián)系統(tǒng)故障率。由于已假定系統(tǒng)最多只有一個分系統(tǒng)故障，且故障狀態(tài)無法向良好狀態(tài)轉移，此時可信性為0。因此，通過計算可得可信性矩陣為：

2.4復雜武器系統(tǒng)能力

對于ADC方法中能力C建模的方法有很多種，本文采用武器系統(tǒng)性能指標綜合評價和專家打分法結合的方式，即武器系統(tǒng)的評判值主要通過性能指標確定，但性能指標對于作戰(zhàn)任務完成作用權重不同，因此，通過專家咨詢打分的方式，給予性能指標一定得加權和分配，最終確定武器系統(tǒng)的能力［7］。具體來講就是將武器系統(tǒng)分為各個分系統(tǒng)模塊，按照各個分系統(tǒng)的性能指標能力繼續(xù)分類，并通過指標和專家經驗確定評判值和權重，最后確定能力矩陣。

依據相關方法，各個分系統(tǒng)能力為：

式中：QZci為第ci指標的權重；S（ci）為第ci指標的評判值。

綜上，可得能力矩陣為：

其中，c1為全系統(tǒng)完好時的能力，c2為第一個并聯(lián)分系統(tǒng)故障時系統(tǒng)的能力，cn+2為串聯(lián)系統(tǒng)故障時系統(tǒng)的能力，cn+2=0。

通過ADC方法定義，可得武器系統(tǒng)最終效能為：

3　算例分析

以某型復雜武器裝備為例對改進后的ADC方法進行驗證，其分系統(tǒng)由底盤、定位定向設備、偵察設備、信息處理及控制設備、通信設備、電源設備等組成，按照作戰(zhàn)任務剖面分析，其中底盤、電源設備、信息處理及控制設備屬于串聯(lián)系統(tǒng)，定位定向采用組合導航、偵察采用可見光和紅外偵察，屬于并聯(lián)系統(tǒng)。因此，采用改進后的ADC方法形成6階矩陣，其有效性矩陣、可信性矩陣分別為：

能力矩陣按其分系統(tǒng)列出相應能力，通過性能指標和專家打分列表如表1所示?？傻媚芰仃嚍椋?/p>

C=［0.828，0.738，0.744，0.7，0.708，0］

表1權重打分表

因此，某型復雜武器裝備基于ADC方法的效能為E=ADC=0.805 8。出于保密考慮，系統(tǒng)已經過修改和簡化，且數(shù)據已經過修改和調整，不能作為實際參考［8］。

4　結論

本文通過對復雜武器系統(tǒng)的分析，將武器系統(tǒng)的各個分系統(tǒng)分為串聯(lián)分系統(tǒng)和并聯(lián)分系統(tǒng)，并對ADC方法進行了拓展，使得ADC方法可以更全面、有效地對復雜武器系統(tǒng)進行客觀評價。本方法適用于分系統(tǒng)繁多、系統(tǒng)指標全面、串并聯(lián)關系復雜的武器系統(tǒng)，擁有定量、客觀、全面等特點。通過武器系統(tǒng)對該方法的實際驗證，拓展后的ADC方法可以更全面考慮到武器系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)之間的關系，更客觀反映武器系統(tǒng)作戰(zhàn)時各個環(huán)節(jié)對完成任務的影響，可應用于其他復雜武器系統(tǒng)效能評估和對比。

參考文獻：

［1］李志猛，徐培德.武器系統(tǒng)效能評估理論及應用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013.

［2］郭齊勝，致志剛.裝備效能評估概論［M］.北京：國防工業(yè)出版社2005.

［3］方輝，宋忠平.ADC法在飲食裝備效能評估中的應用［J］.軍事經濟研究，2011（8）：50-52.

［4］王愛亮.復雜武器系統(tǒng)PHM模型研究［J］.四川兵工學報，2013，32（6）：52-55.

［5］劉健，辛永平.基于ADC的彈道導彈防御系統(tǒng)效能模型［J］.火力與指揮控制，2012，37（1）：47-51.

［6］鄒力，宋朝河.基于ADC方法的牽引火炮系統(tǒng)效能評估［J］.陜西理工學院學報，2012（4）：28-31.

［7］亞非，李文生.灰色層次聚類法在通信對抗裝備效能評估中的應用［J］.火力與指揮控制，2011，36（1）：103-113.

［8］楊曉峰，李旭東.基于ADC模型的野戰(zhàn)油料裝備效能評估［J］，后勤工程學院學報，2008，24（4）：89-92.

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Research on Effect Valuation to the Complicated Weapon System Based on ADC

WANG Xuan，TAO Yu，F(xiàn)AN Dan-ying
（Unit 63961 of PLA，Beijing 100012，China）

Abstract：ADC method is one of the important methods to assess the effectiveness of weapon equipment. Traditional ADC methods also simplify individual subsystems of weapon system to the series system. In this paper，the ADC methods is optimizes aimed at the various subsystems composed of numerous，complex series-parallel relationship，varying degree of impact on the operational of complex weapon systems. On this method，ADC approach allows a more objective assessment of multiple parallel systems. The actual verification by a certain type of weaponry ADC improved method reasonably practicable，can have a more objective and comprehensive evaluation of complex weapons systems，can be used as reference to other complex weapon system effectiveness assessment methods.

Key words：complicated weapon system，effect valuation，ADC method

作者簡介：王晅（1987-），男，北京人，碩士研究生。研究方向：光電子學。

收稿日期：2014-12-26

文章編號：1002-0640（2016）02-0113-04

中圖分類號：E917

文獻標識碼：A

修回日期：2015-02-23