装甲装备在沙漠环境下的适用性评估技术*

刘 帅，王 瑞，张宏江，黎云兵

（1.航天工程大学研究生院，北京 101416；2.陆军装甲兵学院演训中心，北京 100072；3.陆军装备部驻武汉地区军事代表局，武汉 430000）

0 引言

装备性能试验是在规定的环境和条件下，检验装备是否达到装备立项和研制明确要求的主要战术技术指标，验证装备边界性能和使用维护底数的试验活动，其结论是装备状态鉴定审查的重要依据，为后续作战试验、在役考核奠定基础［1-3］。新形势下的装备性能试验要求突出高原高寒、高温高风沙、复杂水文气象等边界极限性能考核，探索开展多因素综合条件下的环境适用性考核。装备环境适用性是指装备在其预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其预定功能、性能和不被破坏的能力［4-5］。

沙漠环境具有太阳辐射强、地表温度高、风沙强度大等特点，是装甲装备使用过程中的一种典型环境，对于装甲装备防护涂层、光电设备、电子设备及正常技战术性能的发挥有着诸多不利影响。当前，在沙漠环境对武器装备性能影响［6-7］和沙漠环境模拟试验方法［8-9］两方面的研究成果较多，对装备在沙漠环境下的适用性评估方面研究成果较少。本文通过对装甲装备功能及性能受沙漠环境影响的深入分析，构建了装甲装备沙漠环境下的适用性试验考核指标体系，综合利用层次分析法（AHP）、结构分析法（ADC）和模糊综合评判相结合的方法，实现对装甲装备在沙漠环境下适用性的定量评估。

1 沙漠环境对装甲装备的影响分析

沙漠环境对装甲装备性能与作战能力的影响因素可归纳为高温干热、大风沙尘和太阳辐射3 个方面。

1.1 高温干热对装甲装备的影响

装备在高温干热环境下部件会加速热老化、氧化及结构软化、融化、升华，油液会发生物理膨胀、粘度下降、蒸发及物质的化学反应；装甲装备的炮管在太阳长时间照射和地表反射热的影响下会发生热分布不均衡，并产生微小变形，造成系统准确度严重降低；地面高温散发的热波会折射光线，加之光学设备对热波的放大效应，会导致观瞄设备对目标的观察及识别精度下降；空气密度下降会引起发动机充气系数降低，对装备的动力性、经济性造成不利影响；持续高温还会导致装备散热系统能力降低，引起发动机过热等多种形式的故障。

1.2 大风沙尘对装甲装备的影响

沙尘对装备造成的损伤类型主要包括磨损、阻塞及侵蚀等形式。沙尘可通过进气系统进入发动机舱，加速气缸、活塞等运动部件的磨损；强风扬沙会对装备外表有一定的冲击打磨作用，长时间暴露在此种环境下，会造成装备涂装的磨蚀、磨损，损害装备外观特性。装备空气滤清器易受沙尘影响发生阻塞，同时积沙还会阻塞油路，使发动机功率不足、熄火，甚至无法启动；沙尘也可造成信息化设备等通风或冷却受阻，严重时引起着火危害。电气触头周边的积沙会使接触电阻增大，导致电路发热增加，造成电路性能降低，发生短路或烧毁电气设备。

1.3 强太阳辐射对装甲装备的影响

光化学效应和加热效应是太阳辐射造成装备零部件损伤的主要因素。沙漠高温干热环境加之阳光中较高的紫外线强度，会造成装备中由橡胶、塑料为主要成分的密封部件加速老化、损坏，密封性能降低，造成气、油液系统密封件漏气、漏油，甚至引起液压系统管路爆裂。强太阳辐射造成的热效应会引起装备零部件短时高温、局部过热，给装备表面带来较大的附加温升，使有机绝缘材料的材质性能降低，造成材料变形及运动零件的卡死或松动。

2 沙漠环境适用性试验指标体系构建

地温高、温差大、降水少、沙尘多、日照强是沙漠环境的主要特点。因此，该环境下的适用性试验应重点针对上述环境要素进行试验指标体系构建。

2.1 典型环境适应性试验指标

包括高温、温度冲击、太阳辐射和砂尘适应性4个试验指标。目的是考核装甲装备在上述环境下底盘系统、侦察系统、通信系统、定位定向系统、机构动作等基本性能是否满足指标要求。

2.2 火力打击性能试验指标

包括立靶密集度和命中概率共2 个试验指标。目的是考核装甲装备静止和运动过程中对静止或运动目标的打击性能。

2.3 火控系统性能试验指标

包括侦察系统作用距离、通信系统作用距离和定位定向系统性能共3 个试验指标。目的是考核装甲装备侦察系统（包括可见光、微光、红外、激光等各种波段侦察设备）、通信系统作用距离以及定位定向系统（包括北斗、GPS 和惯性导航系统）定位定向性能是否满足指标要求。

2.4 底盘系统性能试验指标

包括最大行驶速度和行驶里程共2 个试验指标。目的是考核装甲装备通过沙漠的速度性能和行驶里程是否满足指标要求。

2.5 使用适应性试验指标

包括可靠性、维修性和人机环交互共3 个试验指标。目的是考核装甲装备在沙漠特有的高温风沙环境下平均故障间隔时间、平均故障间隔发数、平均修复时间和人机环特性是否满足指标要求。

2.6 抗干扰性能试验指标

包括电磁兼容性和抗干扰性能共2 个试验指标。目的是考核装甲装备在沙漠特有的高温风沙自然环境下，装备自身电磁兼容性以及在人为干扰环境下的基本性能是否满足指标要求。

综上所述，装甲装备在沙漠环境下的适用性试验指标体系如下页图1 所示。

图1 装甲装备在沙漠环境下的适用性试验指标体系

3 沙漠环境下装甲装备适用性评估方法

根据所构建的沙漠环境适用性试验指标体系，本文通过指标量化评定模型将定性和定量指标进行归一化处理，再采取AHP、ADC 和模糊综合评判相结合的方式对装甲装备进行适用性评估［10-14］。

3.1 指标量化评定模型

指标量化的目的是为后续使用基于AHP、ADC和模糊综合评判相结合的方法，评价装甲装备适用性并给出评价结果奠定基础。因此，指标量化要综合考虑AHP、ADC 和模糊综合评判3 种方法，将采集获得的试验数据指标量化至0～1。

3.1.1 定量指标量化评定模型

有些适用性指标通过试验，可以得到确定的数值，如可靠性、作用距离、维修性等，这类指标可统称为定量指标。定量指标分为两类，一是测试数值越小则越好，如维修性中的平均修复时间等；二是测试数值越大越好，如可靠性、作用距离等。定量指标量化评定模型可按下面执行：

1）测试数值越小越好评定模型

式中，S 为评定成绩，x 为指标测试值，r 为指标规定值或标准值。

2）测试数值越大越好评定模型

3.1.2 定性指标量化评定标准

定性指标大多是对功能性指标或调查问卷等进行量化评分，一般是多指标因素，即只有对影响该因素的若干指标或条款评价后，才能综合评价该因素，如安全性、自然环境等，评价原则如表1 所示。

表1 适用性指标体系中定性指标的语言评价值

3.2 基于AHP、ADC 和模糊综合评判相结合的适用性评估方法

采取AHP、ADC 和模糊综合评判相结合的方式进行适用性评估，将定性和定量相结合，利用AHP方法给出权重系数，用ADC 方法对火控系统性能评分量化，用模糊综合评判方法进行最后综合评估。

3.2.1 基于AHP 的指标权重确定

1）构造判断矩阵

假设需要对n 个下层元素相对于上层准则的重要性进行判断，邀请相关领域的专家，采用两两比较判断法求出权重，按照1～9 比例标度对重要性程度进行赋值，当完成n 个元素中的任意两个元素之间重要度的比较判断后，便可以得到一个比较判断矩阵Ai，即：

一致性检验的标准是当CR≤0.1 时则认为判断矩阵是可以接受的；若CR＞0.1 则说明判断矩阵中aij的一致性太差，应当重新调整判断矩阵，使其达到一致性要求。

3.2.2 基于ADC 的火控系统性能评估

火控系统性能由侦察系统、通信系统和定位定向分系统性能来综合体现，只有这3 个分系统都正常工作，火控系统才能正常发挥作用，因此，这是一个典型的串联系统。火控系统性能评估ADC 模型如下所示。

1）可用性向量A

从作战使用角度看，最有意义、最直接的两个状态就是正常状态和故障状态，因此，可用性向量表达式为：

3）能力向量C

火控系统的能力与在执行任务时所处的状态紧密相关，同一系统，所处的状态不同，其完成任务的能力也不同。对于火控系统来讲，其完成任务的能力与转移的最终状态有关，在此情况下，C 为能力向量，即：

假设通过试验，得到侦察系统作用距离、通信系统作用距离和定位定向系统精度分别为Lz、Lt和Ld，由于侦察系统作用距离、通信系统作用距离是越大越好，定位定向系统精度是越小越好，因此，利用3.1.1 中定量指标量化评定模型，可以得到侦察系统作用距离、通信系统作用距离和定位定向系统精度的量化评分分别为Rz、Rt、Rd，那么，火控系统作战能力可表示为：

3.2.3 基于模糊综合评判法的适用性综合评估

模糊综合评判法以模糊数学为基础，能够做到将定性和定量因素相结合，从而扩大信息量，提高评价数、增加评价结论的可信性，为解决不确定性问题和判断的模糊性提供了很好的方法［16］。因此，本文采用模糊综合评判的方法，对装甲装备在沙漠环境下的适用性进行综合评估，其基本步骤如下：

1）建立评判因素集和评语集

评语集的目的就是要弄清装备在使用者及专家心中是否好用的评价，可根据常用的评价标准，将评价等级分成4 类，建立评语集V：即：Vk={优，良，合格，差}。对于定量指标和火控系统性能ADC评估结果，将试验数据按照3.1 节量化后，若满足［0.85，1］则评价为优，若满足［0.7，0.85］则评价为良，若满足［0.6，0.7］则评价为合格，若小于0.6 则评价为差，定量指标评判向量中只有1 个位置为数值，其余位置为0。对于定性指标，将试验数据按照3.1 节量化后，可根据量化结果建立评判矩阵。

2）建立单因素评判矩阵

建立从U 到F（V）的模糊映射：f：U→F（V），∀ui∈U，由f 诱导出模糊关系，得到单因素评判矩阵R 为：

3）多级模型模糊综合评判

①一级模糊综合评判

4 应用举例

某型装甲装备按照图1 的指标体系开展了沙漠环境下的适用性试验，由于试验数据较多，本文仅列出部分必要数据如下页表2 所示。

表2 某型装甲装备沙漠环境下的适用性试验结果

4.1 指标权重系数确定

以一级指标为例，聘请8 位分别从事装备论证、试验鉴定、科研教学、指挥训练等专业工作的专家，对典型环境适应性、火力打击性能、火控系统性能、底盘系统性能、使用适应性和抗干扰性能共6个一级指标进行两两比较，按照1～9 标度进行重要性打分得到判断矩阵，根据式（3）～式（6）计算得出权值并进行一致性检验，表3 给出了根据专家1 打分得出的一级指标权向量示例。

表3 一级指标权重判断表及权值（专家1）

4.2 火控系统性能评估

根据试验过程中火控系统平均故障间隔时间MTBF 和平均修复时间MTTR，利用式（9）计算出相应可用度向量为：

4.3 结果综合评判

可以根据上面采用ADC 法求得Ek的值，对照评价区间给出S3的一级评判结果为：

最后根据式（17）得到：

根据最大隶属度原则，该型装甲装备在沙漠环境下的适用性评估结果属于“优”等级的隶属度0.546 5，其值最大，可以认为该型装甲装备在沙漠环境下的适用性主要处于“优”范畴。

5 结论

最终的评估实例证明，采用AHP、ADC 和模糊综合评判相结合对装甲装备在沙漠环境下适用性进行评估是科学、可信的。本方法通过不同领域专家的评判打分、ADC 计算火控系统性能，经模糊综合评判后，实现了对装甲装备在沙漠环境下适用性的量化评估，可为提高装甲装备环境适用性试验评估能力，从而改进提升装甲装备技战术性能提供理论指导和参考依据。