謝文秀，女，教授，博士生導(dǎo)師。

基于費(fèi)用-效能的武器裝備采購(gòu)績(jī)效靜態(tài)分析

尹鐵紅1，謝文秀2

(1． 裝備學(xué)院 研究生管理大隊(duì),北京 101416；2. 裝備學(xué)院 裝備采辦系,北京 101416)

摘要建立規(guī)范的武器裝備采購(gòu)績(jī)效評(píng)價(jià)體系是適應(yīng)裝備建設(shè)發(fā)展形勢(shì)的必然要求，運(yùn)用灰色理論建立了武器裝備全壽命周期費(fèi)用估算模型，圍繞費(fèi)用、可靠性和固有能力3個(gè)指標(biāo)，基于ANP方法對(duì)武器裝備采購(gòu)績(jī)效進(jìn)行綜合評(píng)估，以績(jī)效最優(yōu)為目標(biāo)為武器裝備采購(gòu)提供決策支持。

關(guān)鍵詞武器裝備；采購(gòu)；績(jī)效；費(fèi)用；效能

收稿日期2014-06-13

作者簡(jiǎn)介尹鐵紅(1977-)，男，博士研究生,主要研究方向?yàn)檠b備采辦。

中圖分類(lèi)號(hào)E92

文章編號(hào)2095-3828(2015)05-0036-05

DOI文獻(xiàn)標(biāo)志碼A 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.05.008

Static Analysis of Acquisition Performance of Weapon and

Equipments Based on Cost and Effectiveness

YIN Tiehong1,XIE Wenxiu2

(1. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China;

2. Department of Equipment Acquisition, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

AbstractTo adapt to the development of equipment, it is necessary to establish an evaluation system for acquisition performance of weapons and equipments. Therefore, this paper establishes a life cycle cost evaluation model with gray theory and evaluates synthetically the acquisition performance of weapons and equipments around cost, reliability and capability by using ANP (Analytical Net Process)method to provide acquisition decision support for optimized performance.

Keywordsweapons and equipments; acquisition; performance; cost; effectiveness

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，武器裝備更新?lián)Q代速度不斷加快，質(zhì)量性能日益提升，隨之而來(lái)的是價(jià)格的急劇上升。為此，世界各國(guó)都在研究如何提高武器裝備的采購(gòu)效益，在保持武器裝備技術(shù)先進(jìn)性和性能優(yōu)越性的同時(shí)，科學(xué)權(quán)衡費(fèi)用與效能之間的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)武器裝備采購(gòu)的最佳費(fèi)效比。

在我軍深入推進(jìn)武器裝備采購(gòu)改革的今天，如何在武器裝備定型之前科學(xué)預(yù)測(cè)壽命周期費(fèi)用，如何運(yùn)用費(fèi)用-效能綜合評(píng)價(jià)方法比較同類(lèi)武器裝備采購(gòu)績(jī)效的優(yōu)劣，并為最終的采購(gòu)決策提供參考依據(jù)，已成為當(dāng)前武器裝備采購(gòu)領(lǐng)域需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

1費(fèi)用-效能研究現(xiàn)狀

費(fèi)用-效能分析這個(gè)術(shù)語(yǔ)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代美國(guó)國(guó)防部命令中，要求費(fèi)用-效能分析必須列入與武器裝備研制和生產(chǎn)合同有關(guān)的標(biāo)書(shū)中。20世紀(jì)70年代至80年代底，美國(guó)國(guó)防部又陸續(xù)頒布了相關(guān)指令，要求把費(fèi)用、效能、進(jìn)度作為關(guān)鍵性參數(shù)納入武器裝備設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定要求中。到了20世紀(jì)90年代，美國(guó)國(guó)防部《國(guó)防采辦》指令進(jìn)一步規(guī)范、完善這一體系，更加突出了對(duì)其武器裝備采購(gòu)的指導(dǎo)性。另外，費(fèi)用-效能分析在民用領(lǐng)域也得到應(yīng)用、推廣和發(fā)展，在地方政府采購(gòu)、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域先后制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將費(fèi)用和效能結(jié)合起來(lái)進(jìn)行績(jī)效管理。我國(guó)也積極引進(jìn)國(guó)外的相關(guān)先進(jìn)理念和管理經(jīng)驗(yàn)，許多單位和行業(yè)領(lǐng)域開(kāi)展了費(fèi)用-效能研究和應(yīng)用。在國(guó)防領(lǐng)域，《武器裝備研制項(xiàng)目管理》《裝備費(fèi)用-效能分析》等文件中也明確，武器裝備研制在滿足技戰(zhàn)術(shù)要求的前提下，要綜合權(quán)衡費(fèi)用、效能和進(jìn)度，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并規(guī)定了運(yùn)用此方法的相關(guān)要求和程序。當(dāng)前，武器裝備全壽命周期成本估算方法主要包括類(lèi)比法、參數(shù)法、工程法等，這些方法的運(yùn)用都需要大量的實(shí)際運(yùn)行以及使用維護(hù)數(shù)據(jù)[1-2]。

本文針對(duì)當(dāng)前費(fèi)用-效能研究現(xiàn)狀，主要研究如何在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)或模擬仿真階段科學(xué)預(yù)測(cè)壽命周期費(fèi)用，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)武器裝備費(fèi)用-效能進(jìn)行綜合評(píng)估。

2影響武器裝備全壽命周期費(fèi)用的關(guān)鍵因素

全壽命周期費(fèi)用(Life Cycle Cost，LCC)理論是一種面向過(guò)程、面向成本的技術(shù)，它通過(guò)研究、分析、預(yù)測(cè)未來(lái)費(fèi)用，用凈現(xiàn)值法比較武器裝備采購(gòu)的各種可選方案，以此實(shí)現(xiàn)全壽命周期費(fèi)用最小或全壽命周期利潤(rùn)最大化的目標(biāo)。武器裝備的壽命周期費(fèi)用主要包括采購(gòu)費(fèi)用和使用保障費(fèi)用，據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，武器裝備的使用維護(hù)費(fèi)用占到全壽命周期費(fèi)用的60%~70%。武器裝備交付部隊(duì)使用后，隨著服役期的推進(jìn)，單位時(shí)間內(nèi)的采購(gòu)費(fèi)用在不斷減少，使用保障費(fèi)用在不斷增加，兩項(xiàng)費(fèi)用交叉重疊，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)武器裝備壽命周期費(fèi)用最小點(diǎn)(如圖1所示)。武器裝備的采購(gòu)費(fèi)用和日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用在樣機(jī)研制階段就可以確定，但武器裝備的故障產(chǎn)生規(guī)律及故障維修費(fèi)用是武器裝備交付使用之前難以確定的費(fèi)用，此費(fèi)用也是影響武器裝備全壽命周期費(fèi)用的關(guān)鍵因素。[3-6]

圖1　壽命周期費(fèi)用

本文就是運(yùn)用灰色理論，在武器裝備定型生產(chǎn)之前，研究如何依靠樣機(jī)實(shí)驗(yàn)或仿真實(shí)驗(yàn)得到的有限數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)武器裝備故障發(fā)生規(guī)律，并根據(jù)故障情況分析、計(jì)算武器裝備后期使用保障費(fèi)用的分布函數(shù)，從而確定出采購(gòu)費(fèi)用和使用保障費(fèi)用曲線的交點(diǎn)，即武器裝備經(jīng)濟(jì)壽命點(diǎn)，通過(guò)此點(diǎn)的位置計(jì)算出武器裝備的最小壽命周期費(fèi)用，為有效綜合評(píng)估武器裝備的費(fèi)用-效能指標(biāo)奠定基礎(chǔ)、提供數(shù)據(jù)支持。

綜上所述，武器裝備全壽命周期費(fèi)用影響因素包括采購(gòu)費(fèi)用、使用與保障費(fèi)用和全壽命周期，在采購(gòu)費(fèi)用已經(jīng)明確的基礎(chǔ)上，如何通過(guò)樣機(jī)的故障分布函數(shù)預(yù)測(cè)全壽命周期及使用與保障費(fèi)用成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

3武器裝備全壽命周期費(fèi)用分析

3.1基于灰色系統(tǒng)理論的GM(1,1)預(yù)測(cè)模型

灰色理論GM(1,1)的核心思想為，將有限的、朦朧的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加運(yùn)算處理，變成有規(guī)律的數(shù)列，將生成的累加數(shù)列進(jìn)行函數(shù)擬合之后再生成一組新的數(shù)列，最后通過(guò)累減運(yùn)算對(duì)數(shù)列進(jìn)行再處理就得到了最終的擬合數(shù)列和預(yù)測(cè)數(shù)列[7]。

為了提高預(yù)測(cè)數(shù)列的擬合精度，本文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度方法，將原始故障發(fā)生時(shí)間數(shù)列劃分為若干數(shù)列，分別對(duì)各個(gè)數(shù)列進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)，并對(duì)每個(gè)數(shù)列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算，依據(jù)所得灰色關(guān)聯(lián)度值對(duì)原始數(shù)列后續(xù)的若干預(yù)測(cè)值進(jìn)行加權(quán)求和，即可得到新的預(yù)測(cè)值，這樣就可大大提高數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的精度。具體計(jì)算步驟如下。

1) 設(shè)定原始數(shù)列為武器裝備在定型生產(chǎn)之前通過(guò)模擬或樣機(jī)試驗(yàn)得到的有限的故障時(shí)間間隔

2) 將原始數(shù)列分成m個(gè)含不同樣本的子數(shù)列：

3) 分別對(duì)上述子數(shù)列求取擬合數(shù)列和和預(yù)測(cè)數(shù)列，計(jì)算公式為

4) 求取擬合數(shù)列與原數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度，計(jì)算公式為

分辨系統(tǒng)一般取0.4~0.6；

5) 求取原始故障時(shí)間序列的后續(xù)預(yù)測(cè)值，將原始數(shù)列與后續(xù)預(yù)測(cè)值相結(jié)合即得到最終的擴(kuò)充數(shù)列，計(jì)算公式為

其中:

3.2武器裝備使用保障費(fèi)用分布函數(shù)確定

確定武器裝備使用保障費(fèi)用分布函數(shù)就是確定其費(fèi)用變化規(guī)律，掌握其變化規(guī)律就可有效計(jì)算出壽命周期內(nèi)任意區(qū)間的使用保障費(fèi)具體數(shù)值，為最小壽命周期費(fèi)用估算奠定基礎(chǔ)。其求解思路為，利用求得數(shù)列的樣本數(shù)值，運(yùn)用MATLAB自帶的參數(shù)估計(jì)函數(shù)，分別求出正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布函數(shù)的特征參數(shù)值，再把數(shù)列的各樣本值帶入各分布函數(shù)求得累積函數(shù)值，并根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度準(zhǔn)則，求得各分布函數(shù)累積函數(shù)值與經(jīng)驗(yàn)函數(shù)值之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，最終根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小確定最佳擬合分布函數(shù)[8-9]。具體計(jì)算步驟如下。

3) 求取Gj累積序列對(duì)于G0序列的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算公式為

式中:k表示第k次故障;m為使用保障費(fèi)分布函數(shù)的個(gè)數(shù);n為故障次數(shù)。

4) 確定使用保障費(fèi)的分布函數(shù)類(lèi)型。dj(G0,Gj)依據(jù)大小進(jìn)行排序，并由最大關(guān)聯(lián)度確定最優(yōu)擬合分布。

3.3武器裝備全壽命周期最小費(fèi)用估算

目前，對(duì)LCC構(gòu)成并沒(méi)有統(tǒng)一的定義，但比較典型的定義指出，LCC主要包括研制費(fèi)用、購(gòu)置費(fèi)用和使用與保障費(fèi)用3項(xiàng)，其中前兩項(xiàng)可合并為采辦費(fèi)用，由此，武器裝備全壽命周期費(fèi)用主要包括采辦費(fèi)用和使用保障費(fèi)用，采辦費(fèi)用在訂購(gòu)之前就可以確定，而使用保障費(fèi)用主要由瞬時(shí)使用保障費(fèi)和分布函數(shù)乘積確定，即

式中:P為采辦費(fèi)用;M為單位時(shí)間運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用;G(t)為使用保障費(fèi)分布函數(shù)。經(jīng)濟(jì)壽命周期T*可運(yùn)用MATLAB自帶的有約束最優(yōu)化函數(shù)inline(P·t-1+MG(t)P)求得。

4基于ANP的武器裝備采購(gòu)費(fèi)用-效能評(píng)估

4.1ANP簡(jiǎn)介

ANP網(wǎng)絡(luò)分析法是對(duì)AHP層次分析法的改進(jìn)和拓展，它把評(píng)估系統(tǒng)分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分，控制層主要由問(wèn)題目標(biāo)和決策準(zhǔn)則構(gòu)成，而網(wǎng)絡(luò)層主要由受控制層支配的元素組成，并根據(jù)各元素之間的相互作用和反饋，構(gòu)成了相互依存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它改變了層次分析法層級(jí)元素間相互獨(dú)立、層級(jí)間自下而上沒(méi)有反饋的弊端，更容易解決現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜性評(píng)估問(wèn)題[10]。

4.2運(yùn)用ANP的評(píng)估思路

運(yùn)用ANP方法進(jìn)行基于費(fèi)用-效能的武器裝備采購(gòu)績(jī)效評(píng)估，其目的主要是通過(guò)武器裝備的樣機(jī)實(shí)驗(yàn)或仿真實(shí)驗(yàn)，綜合衡量武器裝備的全壽命周期費(fèi)用、固有能力和可靠性3個(gè)關(guān)鍵因素，為最終的采購(gòu)決策提供依據(jù)。其目標(biāo)控制層以選擇最佳費(fèi)效比的武器裝備為采購(gòu)對(duì)象，其網(wǎng)絡(luò)層主要由兩部分組成，一部分是決定武器裝備費(fèi)效比的費(fèi)用、固有能力和可靠性3個(gè)因素，另一部分是構(gòu)成待選方案的同類(lèi)不同型號(hào)武器裝備(具體見(jiàn)圖2)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層各構(gòu)成要素的兩兩比較及超矩陣的反復(fù)迭代運(yùn)算得出最優(yōu)選擇方案，從而實(shí)現(xiàn)武器裝備采購(gòu)績(jī)效的最優(yōu)化。

圖2　武器裝備采購(gòu)績(jī)效評(píng)估結(jié)構(gòu)圖

4.3ANP的評(píng)估流程

運(yùn)用ANP對(duì)武器裝備采購(gòu)績(jī)效進(jìn)行評(píng)估，主要包括以下幾個(gè)步驟。

1) 確定武器裝備壽命周期費(fèi)用、可靠性和固有能力的初值。其中，武器裝備壽命周期費(fèi)用通過(guò)基于灰色理論的GM(1，1)模型求得，可靠性通過(guò)武器裝備的經(jīng)濟(jì)壽命周期直接反映，固有能力通過(guò)武器裝備的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)綜合確定。然后對(duì)不同型號(hào)武器裝備3個(gè)參數(shù)的初值進(jìn)行同一化處理，便于進(jìn)行后續(xù)矩陣計(jì)算。

2) 根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)模型中各要素之間的相互作用建立兩兩比較矩陣，并求得矩陣的特征向量。

3) 由兩兩矩陣的特征向量組成初始超矩陣，初始超矩陣經(jīng)過(guò)加權(quán)運(yùn)算后求得加權(quán)超矩陣。

4) 計(jì)算極限超矩陣。由加權(quán)超矩陣進(jìn)行n次自乘，直到矩陣各列向量保持不變。

5) 根據(jù)極限超矩陣最終列向量值確定武器裝備采購(gòu)績(jī)效最優(yōu)方案。

5實(shí)例應(yīng)用

以某種武器裝備采購(gòu)為例，軍方訂購(gòu)部門(mén)按照預(yù)先提出的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，組織2家軍工科研單位同時(shí)進(jìn)行樣機(jī)研制，根據(jù)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行全壽命周期費(fèi)用、可靠性和固有能力估算，并運(yùn)用基于ANP的武器裝備采購(gòu)績(jī)效費(fèi)用-效能評(píng)估方法，根據(jù)最終所得績(jī)效綜合評(píng)定數(shù)值選擇所訂購(gòu)型號(hào)。

5.1全壽命周期費(fèi)用估算

型號(hào)I樣機(jī)實(shí)驗(yàn)得到的故障時(shí)間分布序列為z0={2 617,3 246,3 875,5 774,6 023,6 462,7 311}，購(gòu)置費(fèi)為120萬(wàn)元，年度維護(hù)費(fèi)用為9萬(wàn)元，運(yùn)用GM(1,1)模型得到擴(kuò)充序列為z1={2 617,3 246,3 875,5 774,6 023,6 462,7 311,8 332,9 382,10 572,11 920}，根據(jù)擴(kuò)充序列數(shù)據(jù)帶入MATLAB相關(guān)函數(shù)分別得到正態(tài)分布、指數(shù)分布和威布爾分布函數(shù)的特征參數(shù)值，進(jìn)而求得與z1所對(duì)應(yīng)的累積函數(shù)值序列Gi，最后得到Gi與G0的相對(duì)關(guān)聯(lián)度分別為

根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度準(zhǔn)則可確定威布爾函數(shù)分布為最優(yōu)分布。根據(jù)

得到經(jīng)濟(jì)壽命周期T*=11 936h，通過(guò)公式

估算型號(hào)Ⅰ全壽命周期費(fèi)用為1 138.4萬(wàn)元。同上法，估算型號(hào)Ⅱ經(jīng)濟(jì)壽命周期為8 927 h，全壽命周期費(fèi)用為986.8萬(wàn)元。

5.2費(fèi)用-效能綜合評(píng)估

依據(jù)壽命周期費(fèi)用、經(jīng)濟(jì)壽命周期，以及通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到兩種型號(hào)武器裝備費(fèi)用、可靠性和固有能力初始值數(shù)據(jù)表(如表1所示)。

表1 費(fèi)用-效能初始數(shù)據(jù)表

將初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，考慮方案和屬性的相互作用，區(qū)分方案和屬性分別構(gòu)造兩兩比較矩陣，并求得相應(yīng)特征矩陣。同時(shí)考慮3個(gè)屬性之間的相互影響，構(gòu)造出加權(quán)超矩陣。

此例中的加權(quán)超矩陣具備2個(gè)基本功能：一是運(yùn)用矩陣運(yùn)算的方法將兩種型號(hào)中的費(fèi)用、可靠性和固有能力3個(gè)屬性對(duì)照進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果數(shù)字化。二是將同一型號(hào)中的費(fèi)用、可靠性和固有能力等3個(gè)屬性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性通過(guò)數(shù)學(xué)方法具體化。通過(guò)構(gòu)建加權(quán)矩陣，將武器裝備采購(gòu)績(jī)效問(wèn)題的定性分析轉(zhuǎn)化為定量結(jié)果，為有效進(jìn)行費(fèi)用-效能綜合評(píng)估奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

由加權(quán)超矩陣經(jīng)過(guò)12次自乘運(yùn)算，得到穩(wěn)定的極限超矩陣。

ANP決策結(jié)果表明，采購(gòu)型號(hào)Ⅱ武器裝備績(jī)效較高(0.178 7>0.154 7)，并且費(fèi)用因素(0.232 1)在采購(gòu)決策影響中所占比例較大。

6結(jié) 束 語(yǔ)

武器裝備采購(gòu)績(jī)效是軍事裝備學(xué)領(lǐng)域較新的研究課題，它是表征武器裝備采購(gòu)效益的具體指標(biāo)?；谫M(fèi)用-效能的武器裝備采購(gòu)績(jī)效分析可以在武器裝備樣機(jī)研制或仿真實(shí)驗(yàn)階段運(yùn)用有限的數(shù)據(jù)綜合權(quán)衡武器裝備全壽命周期費(fèi)效比，不僅為武器裝備采購(gòu)提供決策依據(jù)，還可以為規(guī)范武器裝備采購(gòu)績(jī)效評(píng)價(jià)體系提供方法支撐，有利于促進(jìn)武器裝備采購(gòu)工作標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、效益化運(yùn)行。

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(編輯：田麗韞)