基于ADC方法的通信裝備保障效能評(píng)估

竇曉杰，王小平，廖善良

（1.解放軍76160部隊(duì)，廣州　510055；2.解放軍73825部隊(duì)，江蘇　徐州　221116）

基于ADC方法的通信裝備保障效能評(píng)估

竇曉杰1，王小平1，廖善良2

（1.解放軍76160部隊(duì)，廣州510055；2.解放軍73825部隊(duì)，江蘇徐州221116）

針對(duì)通信裝備保障系統(tǒng)能力的評(píng)估問題，基于對(duì)經(jīng)典評(píng)估算法的分析和對(duì)通信裝備保障能力組成要素的研究，采用效能評(píng)估中經(jīng)典并且目前常用的ADC方法，對(duì)通信裝備保障系統(tǒng)能力進(jìn)行效能評(píng)估建模與分析，確定了通信裝備保障系統(tǒng)主要的能力指標(biāo)以及影響因素，為通信裝備保障系統(tǒng)及其組成裝備的效能評(píng)估研究奠定基礎(chǔ)、提供參考。通過對(duì)通信裝備保障能力評(píng)估的研究，可以揭示構(gòu)成通信裝備保障能力諸要素間的本質(zhì)聯(lián)系，明確通信裝備保障水平，提高通信裝備保障能力。

結(jié)構(gòu)分析法，通信裝備保障，效能評(píng)估

0　引言

未來戰(zhàn)爭(zhēng)，我軍的通信與指揮控制系統(tǒng)能否在錯(cuò)綜復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下始終保持通信順暢，始終保證指揮的及時(shí)有效，是關(guān)系到戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要因素。要立足打贏未來信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，增強(qiáng)我軍通信和指揮控制能力，就必須擁有符合我軍作戰(zhàn)需求的通信裝備保障系統(tǒng)能力［1］，通信裝備保障系統(tǒng)能力的強(qiáng)弱直接影響著部隊(duì)整體作戰(zhàn)能力［2］。通過對(duì)通信裝備保障系統(tǒng)能力進(jìn)行評(píng)估，能夠及時(shí)、全面、準(zhǔn)確、客觀地了解通信裝備保障系統(tǒng)現(xiàn)狀，為通信裝備建設(shè)提供科學(xué)信息支持，對(duì)指導(dǎo)我軍通信裝備建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義［3］。

由于效能評(píng)估工作尚處于發(fā)展階段，所采用的評(píng)估方法大多數(shù)還是借用其他學(xué)科的分析方法。目前經(jīng)典的評(píng)估算法主要有［4］：層次分析法（AHP）、結(jié)構(gòu)分析法（ADC法）、系統(tǒng)效能分析法（SEA）、模糊綜合評(píng)估法、灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)評(píng)估法、指數(shù)和探索性評(píng)估法。已經(jīng)應(yīng)用到通信裝備保障能力評(píng)估的方法有灰色評(píng)估法、層次分析法和模糊綜合評(píng)判法等［5］。本文經(jīng)過深入研究分析各種評(píng)估方法之后進(jìn)行創(chuàng)新評(píng)估方法的嘗試，提出基于結(jié)構(gòu)分析法的通信裝備保障系統(tǒng)能力評(píng)估方法。

1　結(jié)構(gòu)分析法

結(jié)構(gòu)分析法認(rèn)為“系統(tǒng)效能是預(yù)期一個(gè)系統(tǒng)滿足一組特定任務(wù)要求程度的量度，是系統(tǒng)可用性、可信性與固有能力的函數(shù)。”該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①把系統(tǒng)效能表示為可用度、可信度和固有能力的相關(guān)函數(shù)，即E=ADC；從而該評(píng)估算法考慮了裝備結(jié)構(gòu)和戰(zhàn)技術(shù)特性之間的相關(guān)性，強(qiáng)調(diào)了裝備的整體性；②該方法概念清晰，易于理解與表達(dá)，應(yīng)用范圍廣，是在國(guó)內(nèi)外得到相當(dāng)廣泛應(yīng)用的效能評(píng)估方法之一；③該評(píng)估模型提供了一個(gè)評(píng)估系統(tǒng)效能的基本框架，可以很容易地對(duì)ADC模型加以擴(kuò)展使用，如添加環(huán)境、人為因素等影響因子向量。文獻(xiàn)［6］運(yùn)用ADC方法對(duì)高速輪式工程車系統(tǒng)進(jìn)行效能評(píng)估建模與分析，明確了影響工程車效能發(fā)揮的能力指標(biāo)因素。

ADC方法認(rèn)為效能E是有效性向量A（Availability）、可信性矩陣D（Dependability）和固有能力矩陣C（Capability）的乘積［7］。即E=A×D×C。

有效性是在規(guī)定條件下，系統(tǒng)任一隨機(jī)時(shí)刻處于正常工作，或可投入使用的概率。系統(tǒng)處于某種工作狀態(tài)的概率可用該種狀態(tài)持續(xù)時(shí)間與總時(shí)間的比值表示，因此，有效性可以用平均故障間隔時(shí)間（MTBF）和平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）來描述：

可信性是系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中能夠正常運(yùn)行的度量，它描述的是投入運(yùn)行的系統(tǒng)在工作過程中無故障的完成規(guī)定功能的概率，顯然，它直接取決于系統(tǒng)的可靠性和使用過程中的修復(fù)性，當(dāng)然也與人員素質(zhì)、組織管理等因素有關(guān)?？尚判酝ǔＳ每煽啃越疲?，其中t為執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間，為系統(tǒng)的故障率，。

固有能力是指系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中，達(dá)到任務(wù)目標(biāo)的能力。在WSEIAC的ADC模型中，能力矩陣C是系統(tǒng)效能的集中體現(xiàn)，也是求解系統(tǒng)效能的關(guān)鍵所在。計(jì)算固有能力向量C，很大程度上取決于所評(píng)價(jià)系統(tǒng)的任務(wù)需求，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際問題的特定條件來建立能力矩陣［8］。

2　通信裝備保障系統(tǒng)能力組成

從效能方面考慮，通信裝備保障能力主要包括使裝備保持在有工作能力狀態(tài)的能力和當(dāng)通信裝備出現(xiàn)故障時(shí)快速修復(fù)的能力。該裝備保障能力組成復(fù)雜，按照能力實(shí)現(xiàn)可分為：裝備系統(tǒng)偵查能力、裝備系統(tǒng)維護(hù)能力、裝備系統(tǒng)供應(yīng)能力、裝備系統(tǒng)機(jī)動(dòng)能力、裝備系統(tǒng)修復(fù)能力、裝備系統(tǒng)重組能力、裝備系統(tǒng)防御能力等7種能力，如圖1所示，裝備系統(tǒng)維護(hù)能力和裝備系統(tǒng)防御能力主要保證通信裝備具有工作能力狀態(tài)的能力，裝備系統(tǒng)修復(fù)能力和裝備系統(tǒng)重組能力主要保證通信裝備出現(xiàn)故障時(shí)快速修復(fù)的能力。

圖1　通信裝備保障能力組成示意圖

3　通信裝備保障系統(tǒng)能力評(píng)估計(jì)算

3.1有效性向量A的計(jì)算

有效性向量A=［a1，a2，…，an］，ai（i=1，2，…，n）為能力在開始時(shí)處于水平i的概率。可以看出，通信裝備保障系統(tǒng)各種能力之間聯(lián)系緊密，任一種能力達(dá)不到要求都會(huì)影響整個(gè)通信保障系統(tǒng)的能力。由此來界定通信裝備保障系統(tǒng)的4種能力狀態(tài)，如表1所示。

表1　通信裝備保障能力初始狀態(tài)表（Ⅰ為擁有能力狀態(tài)，Ⅱ?yàn)槟芰收蠣顟B(tài)）

經(jīng)分析可知，如裝備系統(tǒng)機(jī)動(dòng)能力、裝備系統(tǒng)偵查能力和裝備系統(tǒng)供應(yīng)能力任一能力出現(xiàn)故障，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通信裝備保障能力處于a4狀態(tài)；裝備系統(tǒng)防御能力和裝備系統(tǒng)維護(hù)能力出現(xiàn)故障會(huì)使整個(gè)通信裝備保障能力處于a3狀態(tài)；裝備系統(tǒng)修復(fù)能力和裝備系統(tǒng)重組能力出現(xiàn)故障會(huì)使整個(gè)通信裝備保障能力處于a2狀態(tài)；只有當(dāng)所有的能力都具備時(shí)才能保證整個(gè)通信裝備保障能力處于a1狀態(tài)。

設(shè)通信裝備保障系統(tǒng)處在具有工作能力狀態(tài)的概率為Rs，不處在這種能力狀態(tài)的概率（即故障概率）為Rs，則有：

設(shè)通信裝備保障系統(tǒng)處在具有故障時(shí)快速修復(fù)能力狀態(tài)的概率為RT，不處在這種能力狀態(tài)的概率（即故障概率）為RT，則同理有：

設(shè)通信裝備保障系統(tǒng)同時(shí)具有供應(yīng)能力、機(jī)動(dòng)能力和偵查能力的概率為RA，其中任一能力出現(xiàn)故障的概率為，則有：

因此，通信裝備保障系統(tǒng)效能有效性向量A= ［a1，a2，a3，a4］，其中：

3.2可信性矩陣D的計(jì)算

通信裝備保障系統(tǒng)可信性矩陣D是在運(yùn)行過程中，某個(gè)瞬間或多個(gè)瞬間的系統(tǒng)狀態(tài)的亮度。D= （dij）n×n，dij（i，j=1，2，…，n）是系統(tǒng)在開始運(yùn)行時(shí)處于第i種狀態(tài)，而在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)移到第j種狀態(tài)的概率［9］。

根據(jù)通信裝備保障系統(tǒng)所界定的4種狀態(tài)，可行性矩陣為4×4矩陣。設(shè)p11，p12，p21，p22；q11，q12，q21，q22分別表示通信裝備保障系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，處于具有工作能力和故障時(shí)快速修復(fù)能力：一直處于正常狀態(tài)、從正常到故障狀態(tài)、從故障到正常狀態(tài)、一直處于故障狀態(tài)的概率，那么可信性矩陣的形式就應(yīng)為：

3.3固有能力向量C的計(jì)算

固有能力是系統(tǒng)性能的集中體現(xiàn)，也是求解系統(tǒng)效能的關(guān)鍵。與有效性向量和可信性矩陣不同，系統(tǒng)能力向量C不能單一通過裝備實(shí)際使用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和解析法求解，能力向量C中的元素取決于所評(píng)價(jià)的裝備系統(tǒng)［10］。本文求取能力向量的方法是，根據(jù)通信裝備寶藏系統(tǒng)選取能力指標(biāo)，并確定指標(biāo)權(quán)重，統(tǒng)一指標(biāo)量綱，最終綜合分析得出能力項(xiàng)結(jié)果。

根據(jù)通信裝備保障系統(tǒng)所界定的4種工作狀態(tài)，得出能力向量形式為：C=［c1，c2，c3，c4］T，式中，c1，c2，c3，c4分別表示保障系統(tǒng)在4種不同工作狀態(tài)下的固有能力。對(duì)于通信裝備保障系統(tǒng)，其保持工作能力和故障時(shí)快速修復(fù)能力任一一項(xiàng)不具備時(shí)，都不具備正常運(yùn)行完成任務(wù)的能力，因此，c2=c3=c4=0。

3.3.1能力指標(biāo)選取

在對(duì)通信裝備保障系統(tǒng)組成以及工作任務(wù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，選取通信裝備保障系統(tǒng)能力指標(biāo)。并建立各項(xiàng)性能之間的隸屬關(guān)系，從而構(gòu)建系統(tǒng)性能體系（下頁(yè)圖2）。作為貫穿整個(gè)作戰(zhàn)過程的保障系統(tǒng)，通信裝備保障系統(tǒng)除應(yīng)具有保持工作能力和故障時(shí)快速修復(fù)能力外，其信息處理能力和通信進(jìn)攻能力也不容忽視，因此，將這兩項(xiàng)能力也列入通信裝備保障系統(tǒng)性能體系中。

3.3.2指標(biāo)的量化

圖2　通信裝備保障系統(tǒng)能力結(jié)構(gòu)層次圖

為進(jìn)行下一步系統(tǒng)性能指標(biāo)綜合，必須將能力指標(biāo)歸一化為無量綱的指標(biāo)。從圖2中可以看出，通信裝備保障系統(tǒng)能力指標(biāo)中信息處理能力和通信進(jìn)攻能力中的5項(xiàng)指標(biāo)為定性指標(biāo)，對(duì)于這5項(xiàng)指標(biāo)可以先將其分為優(yōu)、良、中、一般、差5個(gè)等級(jí)，用層次分析法建立等級(jí)比較矩陣，再由專家決定每個(gè)級(jí)別的權(quán)重，從而達(dá)到指標(biāo)的歸一化。其它定量指標(biāo)又分為2種：一種是數(shù)值越大越好（例如系統(tǒng)通信容量和傳輸速率），一種是數(shù)值越小越好（例如決策生成時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間），對(duì)于這兩種指標(biāo)分別采取=x/x（0當(dāng)x≥x0時(shí)，=1）和=x0/x（當(dāng)x≤x0時(shí)，x=1）進(jìn)行歸一化。式中，為歸一化指標(biāo)；x為未歸一化指標(biāo)值，即實(shí)際指標(biāo)值；x0為指標(biāo)歸一化特征值，即指標(biāo)的理想期望值。

3.3.3指標(biāo)的綜合

指標(biāo)綜合是在確定通信裝備保障系統(tǒng)能力指標(biāo)體系隸屬關(guān)系的基礎(chǔ)上，確定每項(xiàng)指標(biāo)在該層的權(quán)重，在采用下式進(jìn)行加和計(jì)算：

結(jié)合以上結(jié)論，通信裝備保障系統(tǒng)的效能可以計(jì)算為：

4　結(jié)論

信息化條件下現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的改變引起了世界軍事領(lǐng)域的變革。軍用指揮與控制系統(tǒng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用和地位已經(jīng)被各軍事強(qiáng)國(guó)所重視，在努力發(fā)展我國(guó)軍用指揮與控制系統(tǒng)的同時(shí)，增強(qiáng)通信裝備保障能力、建立完善通信裝備保障能力評(píng)估體系作為指揮與控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)同樣重要。本文在系統(tǒng)分析通信裝備保障體系，深入研究影響通信裝備保障能力諸要素的基礎(chǔ)上，采用了一種基于結(jié)構(gòu)分析法的通信裝備保障能力評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信裝備保障能力客觀、準(zhǔn)確的評(píng)估。

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Research on Effectiveness Evaluation Model of Communication Equipment Support System Based on ADC Method

DOU Xiao-jie1，WANG Xiao-ping1，LIAO Shan-liang2
（1.Unit 76160 of PLA，Guangzhou 510055，China；2.Unit 73825 of PLA，Xuzhou 221116，China）

For the assessment questions communication equipment safeguard system capability，based on the analysis and evaluation of classic algorithm and the research on elements of communication equipment support capability，by introducing ADC method which is classical and generally used，the effectiveness evaluation model of the communication equipment support system is built up and analyzed.The main capability index and influencing factors of the communication equipment support system is specified to provide

for effectiveness evaluation research of the system and its component equipment as the foundation.According to study on thecommunication equipmentsupportabilityevaluation，thenaturerelationshipbetweenvariousfactorsofthe communication equipment support ability can be revealed，expliciting communication equipment safeguard level，improving communication equipment support ability.

ADC method，communication equipment support，effectiveness evaluation

E96

A

1002-0640（2016）07-0110-04

2015-06-10

2015-07-17

竇曉杰（1988-），女，山東濟(jì)南人，助理工程師，碩士，研究方向：通信裝備保障。