坦克火力系統(tǒng)通用技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建

張金忠，岳宇辰，趙富全

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

坦克火力系統(tǒng)通用技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建

張金忠，岳宇辰，趙富全

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

我軍對某型坦克火力系統(tǒng)實施狀態(tài)維修，準(zhǔn)確的技術(shù)狀態(tài)評估是狀態(tài)維修的前提，技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系是進行火力系統(tǒng)狀態(tài)評估的依據(jù)。構(gòu)建指標(biāo)體系的過程中，首先應(yīng)用層次分析法構(gòu)建技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系的層次結(jié)構(gòu)，然后采用云模型的方法獲取參數(shù)體系中各定性、定量參數(shù)的相對重要度等級，依此使參數(shù)體系最優(yōu)化。實例證明，上述方法有效解決了構(gòu)建坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系的構(gòu)建中分類不明確、篩選困難等問題。

坦克，火力系統(tǒng)，技術(shù)狀態(tài)，云模型

0 引言

坦克火力系統(tǒng)（以下簡稱火力系統(tǒng)）是坦克武器系統(tǒng)的重要組成部分，其技術(shù)狀況的優(yōu)劣直接關(guān)系到坦克作戰(zhàn)效能的強弱，為使坦克保持良好的戰(zhàn)斗力，需要對火力系統(tǒng)實施有效的維修保障?，F(xiàn)階段除少數(shù)進行維修改革的裝備外，占主體的一代坦克火力系統(tǒng)實施預(yù)防性維修，二代、三代坦克實施視情維修。然而我軍目前行之有效的功能檢測和故障診斷設(shè)備數(shù)量少，質(zhì)量差，開展視情檢查和狀態(tài)監(jiān)控工作缺乏物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)手段，修理單位開展火力系統(tǒng)的狀態(tài)維修的基礎(chǔ)條件建設(shè)明顯不足。加之坦克上裝部分分解結(jié)合較為費時費力，且裝配技術(shù)條件要求較高，修理單位一般對火力系統(tǒng)實施“視情維修”，修理規(guī)范不能落實，無法保證維修質(zhì)量，直接導(dǎo)致火力系統(tǒng)在使用時存在較大安全隱患。同時，現(xiàn)行的修理規(guī)范已經(jīng)嚴重過時，存在很多實施狀態(tài)維修的空白需要填補。因此，當(dāng)務(wù)之急需要建立一個能完整覆蓋坦克火力系統(tǒng)維修內(nèi)容且合理有效，能準(zhǔn)確描述其技術(shù)狀態(tài)的指標(biāo)體系，為明確維修要素及維修標(biāo)準(zhǔn)，真正實現(xiàn)為狀態(tài)維修提供依據(jù)，從“能修則修”過渡到“應(yīng)修必修，修必修好”。

1 參數(shù)體系的構(gòu)建

1.1 坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的有關(guān)概念

首先對坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)做出定義［1］。坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)是火力系統(tǒng)總體或各組成部分（部件）在使用中功能具備的程度和水平，是火力系統(tǒng)本身固有性能的表現(xiàn)，決定著武器系統(tǒng)的可用性和戰(zhàn)術(shù)性能的實現(xiàn)及效能的發(fā)揮?；鹆ο到y(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的變化，反映的是火力系統(tǒng)工作能力的損耗情況，技術(shù)狀態(tài)的好與差，不僅與裝備本身的質(zhì)量、列裝時間、存放和使用時間、使用強度、使用條件和環(huán)境等客觀因素緊密相關(guān)之外，還與使用火力系統(tǒng)人員的使用方法、維護保養(yǎng)、戰(zhàn)場損傷及修理質(zhì)量等主觀因素密切相關(guān)。

1.2 火力系統(tǒng)指標(biāo)體系的構(gòu)建流程

表征火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)變化的特征量繁多，在工程應(yīng)用中不可能全部考慮，因此，本文參照文獻［2］提出的構(gòu)建原則，根據(jù)我國GJB 3807-99《125毫米坦克炮規(guī)范》、GJB 1159-91《火炮通用規(guī)范》和GJB 2011-94《坦克炮通用規(guī)范》，并在廣泛征求專家意見、統(tǒng)計收集部隊使用信息、兵工廠調(diào)研的基礎(chǔ)上，對坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的影響因素進行全面的分析，形成初始的火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系層次結(jié)構(gòu)。采用云模型的方法進行初始技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系的各參數(shù)相對重要性計算，剔除重要程度低的參數(shù)，對參數(shù)體系進一步優(yōu)選。最后，經(jīng)過試驗與評價，進一步優(yōu)化參數(shù)體系，最終得到的最簡、重要度最高的參數(shù)體系即為坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系。參數(shù)體系的構(gòu)建流程如圖1所示。坦克火力系統(tǒng)初始技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系如圖2所示，由于參數(shù)體系層次較多，這里先列出三級參數(shù)體系。

圖1 坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系構(gòu)建流程

2 基于云模型的指標(biāo)體系建立

圖2 坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的初始參數(shù)體系

指標(biāo)體系由指標(biāo)構(gòu)成，同一級的指標(biāo)并不是越多越好，而是越能反映上一級的為了得到最能描述坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)且最合理、有效的體系，需要通過比較各參數(shù)的相對重要度的方式初始進行參數(shù)體系的優(yōu)化。圖2所示的初始參數(shù)體系同時包含了定性與定量參數(shù)，評價火力系統(tǒng)各級技術(shù)狀態(tài)參數(shù)的重要度是一個帶有模糊色彩的問題，若分別進行定性和定量參數(shù)的優(yōu)化將極大增加參數(shù)體系優(yōu)化的工作量和難度。李德毅教授提出的云模型是一種定性信息與定量信息可以不確定轉(zhuǎn)換的模型，可以有效解決此類定性、定量概念雜糅的問題［3］，通過構(gòu)建定性、定量參數(shù)重要度的云概念模型，計算各參數(shù)的相對重要度等級，淘汰相對重要度低的參數(shù)，達到參數(shù)體系優(yōu)化的目的。

2.1 云模型基本理論

云的數(shù)字特征包括期望（Ex）、熵（En）和超熵（He）。通過這3個值共同表征一個概念，即概念的“云化”［4］。其中：Ex反映了模糊概念在論域中的中心值；En是模糊概念不確定性度量；He是“熵的熵”，反映了隸屬云的離散程度。定性、定量概念的轉(zhuǎn)化通過云產(chǎn)生算法即云發(fā)生器（Cloud Generator，CG）完成，如圖3所示，正向正態(tài)云發(fā)生器根據(jù)Ex、En和He產(chǎn)生云滴坐標(biāo)drop（xi，μi）和相應(yīng)隸屬度，輸出每一個云滴的和隸屬度，最后實現(xiàn)定性、定量概念的評價。

圖3 云發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 基于云模型的參數(shù)體系優(yōu)化流程

坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系需要全面、系統(tǒng)地反映出坦克火力系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)，然而參數(shù)體系中的參數(shù)并非越細越多越好，更重要的在于能否以盡量少的“主要”參數(shù)有效地反映技術(shù)狀態(tài)變化［5］。因此，必須對參數(shù)依據(jù)其相對重要性進一步優(yōu)化，形成合理、有效的指標(biāo)體系。利用云模型對參數(shù)體系進行篩選優(yōu)化的具體步驟如下。

2.2.1 等級評語的云化

云模型中評語云化的關(guān)鍵在于合理度量專家對該評語的定性認識。專家雖然很難直接給出評語的云數(shù)字特征，但評語對應(yīng)的區(qū)間數(shù)相對容易得出。因此，通過云模型與區(qū)間數(shù)之間的映射關(guān)系，對評語區(qū)間數(shù)進行集結(jié)，最后轉(zhuǎn)換為云模型。由m名專家組成的專家群提出坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)初始參數(shù)體系中各定性、定量參數(shù)的相對重要度等級評語集。專家Ei在論域［0，1］上給出rj的區(qū)間數(shù)為，專家整體評判矩陣為。對各專家給出的與各個評語對應(yīng)的區(qū)間數(shù)進行集結(jié)并平均，獲得云化區(qū)間數(shù)cj為：

文獻［5］基于2En原則改進了指標(biāo)近似法來確定評價云模型的3個數(shù)字特征，當(dāng)j=2，3，…，t-1時，對應(yīng)的定性評語用對稱云模型來描述：

當(dāng)j=1或j=t時，對應(yīng)的定性評語用半云模型來描述：

為了保證評價云模型的準(zhǔn)確性，采用一種通過專家Ei提出的評語j的評語區(qū)間差異度ηj（j=1，2，…，t）計算確定k值的方法［6］。ηj的計算公式如下：

將單邊約束 j=（1，t）和雙邊約束 j=（2，3，…，t-1）的區(qū)間數(shù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的云模型時超熵的計算方法如下：

2.2.2 參數(shù)值的云集結(jié)

專家群對參數(shù)p進行評判后將產(chǎn)生m個評價意見，可以將其集結(jié)為一個意見，用一個云模型表示，其期望為Exp，熵為Enp，具體計算公式如下：

由文獻［7］可知 He值一般為 0.05En～0.15En。那么本文確定Hep的取值為：

2.2.3 評語確定度計算

依據(jù)等級描述云，專家群對參數(shù)p的等級評價云為 Cp=（Exp，Enp，Hep）。若專家 i給出的參數(shù) p 的評價為sij，那么可遵循下式［7］來實現(xiàn)從定性評價Sij轉(zhuǎn)換為定量值Exp：

通過正向云發(fā)生器計算參數(shù)p等級評語確定度Y來確定其在等級描述云中的位置：

式中：En'為正向云發(fā)生器以Enp為期望；Hep為方差生成的正態(tài)隨機數(shù)；xp為以Exp為期望；Enp為方差生成的正態(tài)隨機數(shù)。若Y對應(yīng)的云模型Cp落在Cej范圍內(nèi)，那么參數(shù)p的最終等級描述為Rj。

2.2.4 參數(shù)確定度比較

對參數(shù)p的最終等級描述Rj與設(shè)定的描述等級選取標(biāo)準(zhǔn)Rs進行比較，當(dāng)Rj大于或等于Rs時，保留參數(shù)p，否則舍棄。

最后重復(fù)步驟2.2.2至2.2.4，對初始參數(shù)標(biāo)體系的各層參數(shù)進行篩選，最終得到指標(biāo)體系。

3 指標(biāo)體系建立實例

根據(jù)圖2所示的坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)初始參數(shù)體系，以第2層的“瞄準(zhǔn)機狀態(tài)評估參數(shù)”為例，對其下層的三級參數(shù)進行篩選，見圖4所示。

圖4 坦克瞄準(zhǔn)機狀態(tài)評估參數(shù)

請10位相關(guān)專家給出這8個參數(shù)對于上級參數(shù)的相對重要性評語，規(guī)定等級描述評語集為R={I極不重要），II（不重要），III（一般），IV（重要），V（（極重要）}={rj|1，2，…，5}；10 名專家給出各評語對應(yīng)的區(qū)間數(shù)之后，按式（1）計算出各評語對應(yīng)的云化區(qū)間數(shù)，如表1所示。

表1 等級描述的取值區(qū)間

由式（4）計算專家意見與云化區(qū)間數(shù)的差異度，如表2所示。

表2 差異度值表

再由式（2）、式（3）和式（5）計算各評語的云化模型參數(shù)，如表3所示。

通過使用LabVIEW軟件編寫的云發(fā)生器軟件，畫出相應(yīng)的等級描述云圖如圖5所示。

表3 各評語對應(yīng)云模型參數(shù)

圖5 云發(fā)生器產(chǎn)生的等級描述云圖

專家群的評語矩陣S如下所示：

依據(jù)式（8）對S進行定量轉(zhuǎn)換，并根據(jù)式（6）、式（7）將專家群對單項參數(shù)的評語進行云集結(jié)，得到如下頁表4所示的參數(shù)云集結(jié)模型。依據(jù)式（9），將各技術(shù)參數(shù)的云模型參數(shù)送入正向云發(fā)生器后將產(chǎn)生的云圖放到圖4中進行比較，根據(jù)其位置確定其最終的評語值。如指標(biāo)G31在云圖中的位置屬于IV區(qū)域，其最終等級描述為“重要”。同理，可得到指標(biāo)集對應(yīng)的最終等級描述如下頁表5所示。

根據(jù)專家意見，相對重要性評價等級在“一般”以下的指標(biāo)均舍棄。依據(jù)上述的結(jié)果，“高低機空回量”參數(shù)與“高低水準(zhǔn)器功能”參數(shù)的等級描述均為“不重要”。因此，坦克瞄準(zhǔn)機狀態(tài)評估參數(shù)體系中舍棄上述兩參數(shù)。按照上述計算過程，可對其他部件的狀態(tài)評估參數(shù)進行篩選，可得到參數(shù)最簡、重要程度最高的坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系。

4 結(jié)論

參數(shù)體系的優(yōu)化篩選是坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系構(gòu)建過程中極其關(guān)鍵的步驟。本文借鑒層次分析法的思想，將復(fù)雜的坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)參數(shù)體系轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)清晰的層次結(jié)構(gòu)，結(jié)合反映參數(shù)測試的隨機性與評語模糊性，及實現(xiàn)定性概念與定量數(shù)值間的轉(zhuǎn)換的云模型方法，依據(jù)底層參數(shù)相對上級參數(shù)的相對重要性逐層進行參數(shù)篩選，有效提高指標(biāo)體系構(gòu)建與優(yōu)化工作的效率。建立合理、有效的坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)體系，不僅可以準(zhǔn)確描述坦克火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)，還有助于修訂現(xiàn)行的維修規(guī)范和維修流程，對未來開展火力系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)變化規(guī)律的研究有較好指導(dǎo)意義。

表4 各技術(shù)參數(shù)對應(yīng)云模型

表5 參數(shù)重要度等級描述表

［1］林海.坦克武器運用［M］.北京：裝甲兵工程學(xué)院，2014.

［2］王愛亮，鄭玉航，王愛麗.復(fù)雜武器系統(tǒng)健康管理指標(biāo)體系構(gòu)建方法研究［J］.計算機測量與控制，2013，21（10）：48-52.

［3］何成銘，張楊，韓朝帥，等.基于云模型和有偏好熵權(quán)的裝甲裝備維修保障能力評估［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報，2014，28（2）：12-16.

［4］SHI Y B，ZHANG A，GAO X J，et al.Cloud model and its application in effectiveness evaluation ［C］//The 15th International Conference on ManagementScience &Engineering，September，LongBeach，USA，2008：250-255.

［5］劉勇，徐廷學(xué)，孫海燕.基于改進云重心方法的裝備維修性定性評價［J］.火力與指揮控制，2014，39（3）：64-69.

［6］劉勇，徐廷學(xué)，孫臣良.云重心方法在艦炮維修性評價中的 應(yīng) 用 ［J］. 哈 爾 濱 工 程 大 學(xué) 學(xué) 報 ，2014，39（5）：1087-1093.

［7］米巧麗，徐廷學(xué)，姜晨，等.基于C-AHP的艦炮裝備保障性指標(biāo)體系［J］.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報，2013，28（2）：200-204.

Research on Establishing General Technical Condition Index System of Tank Firepower System

ZHANG Jin-zhong，YUE Yu-chen，ZHAO Fu-quan
（Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Nowadays our army offering the condition based maintenance to certain type of tank firepower system.The premise of condition based maintenance is accurate technical condition assessment，and the technical condition index system is the basis for the assessment of the tank firepower system.In the process of constructing the technical condition index system，first of all，using the application of hierarchy analysis method to construct the hierarchical structure of the technical parameters system.Then using the method of cloud model to acquit the relative important degree of the qualitative and non-quantitative parameters in the parameters system，and then optimizing the parameters system.The example shows that the above methods can effectively solve the problems of building the system of the technical condition index of tank firepower system，and the classification is not clear and difficult to screen.

tank，firepower system，technical condition，cloud model

TJ811

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.07.032

1002-0640（2017）07-0148-05

2016-05-16

2016-06-28

張金忠（1967- ），男，山東寧津人，教授。研究方向：車載武器系統(tǒng)測試與維修。