基于层次分析法的对接联调综合保障系统评估方法研究

(1.中国人民解放军92941部队41分队，辽宁 葫芦岛 125000； 2.中国人民解放军92493部队13分队，辽宁 葫芦岛 125000)

0 引言

定量评估武器系统综合状态是当前全军及学术界面临的难以解决的问题之一，在实践和理论上挑战性极强。层次分析法可实现定性分析向定量分析的转换，灵活性极强，是评估武器系统状态行之有效的方法。

系统结构的主要形式是层次性，它是建立层次分析法的基础。层次分析法是把庞大的有限方案多目标决策问题拆分为多个因子，依据隶属关系将这些因子分层组合，构建层次结构模型，以此进行全面的定性及定量分析。层次分析法将决策思维过程完整地体现了出来，即拆分—判决—合成。拆分就是深入分析问题实质、干扰要素及潜在联系，采用条理化理念，形成层次结构模型；判决就是综合考虑领域专家的相关知识和经验，相互对比某一规则下的各个因子，建造判决矩阵，以便于得到各个因子的相对重要程度，完成了从定性分析到定量分析的转变；合成就是计算出准则层的各个因子相对于目标层的权重向量、方案层的各个因子相对于准则层的权重向量，最终推算出方案层的各个因子相对于对目标层的权重向量，以实现最优方案的决策目标[1]。

1 基本思路

综合保障系统评估基本思路：基于武器系统状态的特点、对接联调方法和综合评估基本特征，从构建原则、维度与遴选分析和对照对接联调项目及方法总结归纳指标说明等方面，为层次分析法构建指标体系；构造判断矩阵，计算指标权重，制定指标分值，确定状态等级，建立对接联调综合保障评估模型；给出层次总排序权重和一致性检验结果；逐级给出评估状态结论；对评估状态依据对接联调综合评估等级划分原则进行划分；实现对典型案例进行分析[2]。综合保障系统评估模型如图1所示。

2 评估指标体系

综合保障系统评估指标体系模型可依次分为目标层、准则层和方案层。从模型可以看出，评估模型有一个总目标层：武器系统对接联调综合保障评估；准则层共有四个分目标：单机功能与性能检查、接口性能检查、系统功能与性能检查、发控对接试验及作战使用性能检查；方案层共有四十五个底层指标，这些底层指标又有不同的表征指标，如图2所示。

图2 综合保障系统评估指标体系

3 层次分析法的使用

3.1 构造判断矩阵

在建立层次结构模型的基础上，明确各指标的隶属关系，假若A1、A2、…、An，均隶属于准则A，于是就对A1、A2、…、An进行两两对比，以构造判断矩阵，以A为准则所构造的n阶判断矩阵如下：

关于目标A的准则层判断矩阵如表1所示。

专家咨询是构造判断矩阵的基础，其本质是将吸收来的专家知识和经验以矩阵的形式表示出来，通过相互对比的形式建立各个层次指标的判断矩阵，其中，aij就是在准则A下Ai与Aj相比较的重要程度，若Ai与Aj相比较，Ai与Aj重要，那么标度值就取大于1的数值，重要程度越大数值越大；若Ai与Aj相比较，Ai与Aj次重要，那么标度值就取大于1的数值的倒数[3-5]。

本文主要选择以下几类专家：一是武器系统设计人员(专家1)；二是部队装备操作人员(专家2)；三是靶场武器装备试验鉴定人员(专家3)；四是武器系统军代表人员(专家4)。以上四类人员各选取1名，共4名咨询专家。

以武器系统设计人员(专家1)咨询结果为例，构造准则层相对于目标层的重要性判断矩阵如下：

3.2 计算权重向量

得到判断矩阵后，计算各指标的权重值，如果精度要求不高，可近似计算λmax，本文采用常用的求和法，具体计算步骤如下。

归一化判断矩阵A的每一列，获得矩阵B=(bij)n×n，然后求和B的行，即：

其中：

计算最大特征值：

式中，(AW)i为AW的第i个分项[6-7]。

判断矩阵A的最大特征值相应的特征向量W用求和法计算过程如下。

即W=(0.278857,0.154921,0.284548,0.281674)T，判断矩阵A的最大特征值:

3.3 检验一致性

判断矩阵如果满足以下三个条件，可被称为“完全一致性条件”：

aij=1i=j=1,2,…,n

(1)

(2)

(3)

由于问题的不确定性和人为的偏差，使得判断矩阵可能不完全满足“完全一致性条件”，即偏离一致性。如果偏离较大，分析结果就没有了可靠性，因此要检验判断矩阵的一致性，检验步骤如下：

(1)偏离一致性指标CI是评定判断矩阵A偏离一致性矩阵的程度，其计算公式为：

(4)

式中，λmax为判断矩阵A的最大特征根，n为判断矩阵的阶数。

(2)相对一致性指标CR的计算公式为：

(5)

式中，CI偏离一致性指标，RI为平均随机一致性指标。

如果CR数值越大，则判断矩阵的一致性越差，当CR.>0.1时，判断矩阵A是不能令人信服的，需要对其进行修正；如果CR数值越小，代表一致性越好，极限是0。因此，要保证判断矩阵的相对一致性指标CR.≤0.1。平均随机一致性指标RI是同阶判断矩阵偏离一致性指标的平均值，它随阶数的变动而变动，1～30阶随机判断矩阵随机试验1000次的平均随机一致性指标，如表2[8-10]。

表2 1～30阶平均随机一致性指标

其它专家打分结果均按照上述方法构造判断矩阵，得出各自的权重值，然后采用算术平均法，求得各分目标的综合权重值为：{单机功能与性能检查，接口性能检查，系统功能与性能检查，发控对接试验及作战使用性能检查}={A1,A2,A3,A4}= {0.28444455, 0.150864225, 0.289685877, 0.275005349}。平均法求得的权重值见表3所示。

表3 平均法求权重值

4 状态等级划分

以是否具备作战能力为中心，将对接联调综合评估等级划分为3级，即当重要程度1、2、3的各指标均合格时，对接联调综合评估为I级即具备完备的作战、训练和维护的能力；当重要程度3的各指标均合格，重要程度1、2指标不合格时，对接联调综合评估为II级即具备基本的作战能力；当重要程度3指标中有一个以上的指标不合格时，对接联调综合评估为III级即不具备作战能力。

通过评估得出的武器系统舰面设备对接联调综合状态的评估分值，其分值处于0～1之间。为了便于指导武器系统舰面设备的管理和使用，针对对接联调综合评估分值，给出一下建议：

P=1：评估等级为“I级”，武器系统舰面设备具备完备的作战、训练和维护的能力，各项指标均处于合格水平，能够完成作战任务，只需坚持例行的维护保养制度；

0.963044≤P<1：评估等级为“II级”，武器系统舰面设备具备基本的作战能力，重要指标处于合格水平，可以参与作战，需根据检测结果及时进行检测，排除故障隐患；

0≤P<0.963044：评估等级为“III级”，武器系统舰面设备不具备作战能力，重要指标中至少有一项以上处于不合格水平，不能够完成作战任务，需根据检测结果及时进行故障诊断和定位，排除故障。

5 综合保障评估系统软件设计

综合保障评估系统具有针对定量指标通过网络自动获取数据或针对定性指标依据领域专家经验判断指标状态的功能，具有逐级评估给出一级、二级指标权重值的功能，具有根据等级划分原则对导弹武器系统综合状态进行评定并为作战使用提供建议的功能。综合保障评估系统显示界面见图3～4所示。

图3 显示界面1

图4 显示界面2

5.1 软件流程图

软件工作流程如下：首先，按层次结构模型划分评估指标体系，然后从对接联调中采集数据或通过专家经验判断，运用层次分析法，把武器系统综合状态评估这个复杂问题拆分为若干相互联系的有序层次，使得层次清晰、明了，可以更加高效地剖析问题，解决问题，最终得出评估结果，并对结果进行分析，划分等级，从而判定武器系统的状态，为武器系统作战使用提供依据。其软件计算流程如图5所示。

图5 武器系统综合保障评估系统软件工作流程

5.2 软件实现方法

5.2.1 系统连接

在综合保障评估系统使用之前，必须先将其各个接口与外部连接好。检查各供电系统是否完好，有无异常。确定数据录取分析设备工作正常，以太网传输数据正确后启动该系统。

5.2.2 开机

在确认综合保障评估系统与外部系统连接好以后，合上开关POWER按键，等待其进入操作系统。

5.2.3 启动综合保障评估系统程序

双击桌面上的“执行文件”文件夹的“综合保障评估系统”软件，显示程序主界面1，如图3所示。界面中显示了指标体系，评估模型，评估步骤等相关内容，在了解掌握相关内容后，开始评估。进入主界面2，如图4所示。

5.2.4 进入二级评估

点击“进入二级评估”按钮，根据检查项目顺序进入单机功能与性能检查、接口性能检查、系统功能与性能检查、发控对接试验及作战使用性能检查界面。定量指标通过网络自动获取数据判断指标状态，定性指标依据领域专家经验判断指标状态，完成对指标状态的打分，计算并显示本机指标的权重值，给出本级评估结果。返回上一级。

5.2.5 进入一级评估

此时，界面2将自动显示单机功能与性能检查、接口性能检查、系统功能与性能检查、发控对接试验及作战使用性能检查二级评估权重值。点击“生成一级评估结果”，显示计算出一级评估权重值，根据等级划分规则给出评价等级。

6 结论

武器系统的状态等级直接关系到其作战效能，目前无法定量、直观的显示对接联调武器系统状态，通过对综合保障评估系统方法的研究，实现了对武器系统状态等级的划分，并给出合理化的作战使用建议。同时，武器系统对接联调综合评估结果可以有效指导装备装备操管人员的使用和维修，并及时采取有效的处理措施，确保武器系统实装始终处于良好的状态水平。