車載火炮火力與底盤匹配性薄弱環(huán)節(jié)捕獲方法

劉 川，薛德慶，賈長治

（軍械工程學(xué)院，石家莊 050003）

車載火炮火力與底盤匹配性薄弱環(huán)節(jié)捕獲方法

劉 川，薛德慶，賈長治

（軍械工程學(xué)院，石家莊 050003）

針對在車載火炮火力與底盤匹配性評估中只評估而未對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行捕獲的現(xiàn)狀，提出一種基于指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的薄弱環(huán)節(jié)捕獲方法，采用結(jié)構(gòu)熵權(quán)法求得指標(biāo)權(quán)重，利用模糊綜合評判法對車載火炮進(jìn)行定量化評估，應(yīng)用指標(biāo)關(guān)聯(lián)度法對車載火炮的匹配薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行捕獲，最后根據(jù)薄弱環(huán)節(jié)捕獲結(jié)果對車載火炮進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的再評估結(jié)果驗證了新方法的可行性。

車載火炮，匹配評估，薄弱環(huán)節(jié)，指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

0 引言

車載火炮火力與底盤的匹配性指的是車載火炮的火力、底盤以及火控等分系統(tǒng)在各參數(shù)、機(jī)械和電氣等方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使車載火炮系統(tǒng)的整體性能達(dá)到最優(yōu)［1］?；鹆εc底盤的匹配性是車載火炮整體性能的重要組成部分，對火力與底盤系統(tǒng)匹配性進(jìn)行改進(jìn)首先應(yīng)對匹配薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。

匹配薄弱環(huán)節(jié)指的是對車載火炮進(jìn)行匹配性評估后，采取一定方法確定出的應(yīng)優(yōu)先改進(jìn)的指標(biāo)，通過改進(jìn)這些指標(biāo)能夠達(dá)到優(yōu)化匹配性進(jìn)而提高整體性能的目的。目前關(guān)于火力與底盤匹配性薄弱環(huán)節(jié)捕獲方面的文獻(xiàn)還較少，大部分文獻(xiàn)都只是對其匹配性進(jìn)行評估，但并未確定出對匹配性影響較大的因素，即匹配薄弱環(huán)節(jié)并未被確定。毛保全［2］等給出了炮、車匹配技術(shù)的概念：通過使車載武器系統(tǒng)火力和底盤的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)性能。并提出炮、車比這一描述火力與底盤匹配性的指標(biāo)。費(fèi)麗博［3］等介紹了層次分析法（AHP）在車炮匹配性評價中的應(yīng)用，并進(jìn)行了實例分析，表明了AHP方法在對多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策的評價中具有很好地應(yīng)用性。吳東亞［4］等運(yùn)用專家綜合評分法建立了裝甲底盤與火力系統(tǒng)匹配性評價體系，并將評價體系分為評價因素、評價指標(biāo)和評價準(zhǔn)則3層，通過合理的選擇評價因素和評價指標(biāo)來達(dá)到最優(yōu)評價準(zhǔn)則。

開展車載火炮火力與底盤匹配性的研究，應(yīng)采取“評估—改進(jìn)—再評估”的思路，評估只是方法而非最終目的，對車載火炮火力與底盤匹配性進(jìn)行評估，經(jīng)確定并改進(jìn)匹配薄弱環(huán)節(jié)以提高車載炮整體性能才是最終目的。因此，在對車載炮火力與底盤匹配性的研究上，對匹配薄弱環(huán)節(jié)的確定是不可或缺的一個環(huán)節(jié)。

1 薄弱環(huán)節(jié)捕獲的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度法

1.1 相關(guān)概念的提出

裕度空間（S）：指的是某一指標(biāo)到達(dá)其最優(yōu)值的距離，假設(shè)其最優(yōu)值為1，Xi為第i個指標(biāo)歸一化值，則裕度空間：

指標(biāo)關(guān)聯(lián)度（M）：指標(biāo)關(guān)聯(lián)度即改變某一指標(biāo)所牽扯的系統(tǒng)中其他指標(biāo)的程度，其值在0-1之間，越接近1表明關(guān)聯(lián)度越大，越不宜改進(jìn)。M可采用“1-9標(biāo)度法”，對各指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比進(jìn)行求解，各標(biāo)度含義如表1所示。

薄弱度（Q）：指的是某一指標(biāo)的薄弱程度，即需要改善的程度，薄弱度越大則表明該項指標(biāo)越需改進(jìn)。

1.2 基于指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的薄弱環(huán)節(jié)捕獲方法

目前在薄弱環(huán)節(jié)的確定上，主要有權(quán)重法和將指標(biāo)權(quán)重與裕度空間相結(jié)合的方法。

權(quán)重法確定薄弱環(huán)節(jié)的基本思想是：通過一定的方法確定系統(tǒng)中各因素的權(quán)重系數(shù)，通過權(quán)重系數(shù)的排序來確定各因素的薄弱度，權(quán)重系數(shù)越大則薄弱度越高，優(yōu)先改進(jìn)權(quán)重系數(shù)大的因素。該方法能夠使系統(tǒng)的主要因素得到優(yōu)先改進(jìn)，但評價較為片面。若權(quán)重大的某一因素已經(jīng)達(dá)到接近飽和的程度，再進(jìn)一步改進(jìn)較為困難，若還將其定為優(yōu)先改進(jìn)目標(biāo)顯然不妥。

將權(quán)重法和裕度空間相結(jié)合的方法的基本思想是：綜合考慮了指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)可改進(jìn)量的影響，將兩者的乘積作為指標(biāo)薄弱度排序的依據(jù)。即：

其中：i表示第i個指標(biāo)，Wi表示第i個指標(biāo)的權(quán)重，Si表示第i個指標(biāo)的裕度空間。

這種方法的優(yōu)點是能夠優(yōu)先改進(jìn)那些既重要且可改進(jìn)量又大的指標(biāo)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法。

雖然以上兩種方法都有自己的優(yōu)越性和可操作性，但兩者都沒有從系統(tǒng)工程的角度來考慮問題。車載火炮系統(tǒng)是一個整體，任意指標(biāo)的改變都會牽扯到其他指標(biāo)，若對某一指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)將牽扯車載火炮系統(tǒng)中較多其他指標(biāo)，那么即使其按權(quán)重和裕度空間所得薄弱度較高，若要綜合考慮指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的影響，該指標(biāo)也未必會是優(yōu)先選擇優(yōu)化的對象。因此，在對車載火炮薄弱環(huán)節(jié)的捕獲和改進(jìn)時也應(yīng)考慮指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的影響?；诖瞬⒔Y(jié)合原有方法，對原有方法進(jìn)行改進(jìn)，提出一種考慮指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的新的薄弱環(huán)節(jié)的查找方法：

其中，Mi表示第i個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。

2 評估模型的建立

2.1 評價體系的建立

火力與底盤匹配性評價體系是對車載火炮整體性能的評價，它應(yīng)能較全面的反映出車載火炮系統(tǒng)的主要性能和主要特性，本文從射擊穩(wěn)定性、機(jī)動性和結(jié)構(gòu)匹配性上進(jìn)行考慮，對評價因素進(jìn)行選取。結(jié)合評價因素，利用AHP方法，將評價體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。其中，目標(biāo)層為火力與底盤匹配性能，以射擊穩(wěn)定性、機(jī)動性、結(jié)構(gòu)匹配性為準(zhǔn)則層，方案層為各準(zhǔn)則層下分別對應(yīng)的各評價因素，共20個評價因素，建立評價體系如下頁圖1所示。

2.2 指標(biāo)權(quán)重求解

本文指標(biāo)權(quán)重的求解采用主觀賦值法和客觀賦值法相結(jié)合的“結(jié)構(gòu)熵權(quán)法”［5］。結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的基本思想是：通過將采集到的專家意見與模糊分析法相結(jié)合，對指標(biāo)的重要性形成“典型排序”，用熵理論對“典型排序”的不確定性定量分析，計算熵值和“盲度”分析，得到同一層次各指標(biāo)的重要性排序，確定出每一層次同類指標(biāo)重要程度數(shù)值，即指標(biāo)的權(quán)重。

圖1 評價體系圖

2.3 裕度求解

由裕度求解式（1）可知，若要求取指標(biāo)裕度值，需對指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。由于車載火炮火力與底盤匹配性的各指標(biāo)具有不同的量綱，因此，必須對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即對各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，亦即將多個性能指標(biāo)映射到［0，1］的區(qū)間內(nèi)［6］。

對于指標(biāo)的歸一化方法有較多，本文將各指標(biāo)劃分為效益型（指標(biāo)值越大越好）、成本型（指標(biāo)值越小越好）和中間型（中間好兩頭差）3種類型，對于某一指標(biāo)的實際值x，其歸一化值u（x）的求取方法如下：

①對于效益型指標(biāo)

②對于成本型指標(biāo)

③對于中間型指標(biāo)

2.4 指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

本文對指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的求解采用表1所示“1-9標(biāo)度法”，通過對兩兩評價因素對比形成判斷矩陣，進(jìn)而求得各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度。

2.5 模糊綜合評判

模糊綜合評判，亦稱模糊綜合決策，一種模糊決策方法。指對各種因素及它們與各種決策方案之間的關(guān)系進(jìn)行綜合考慮后作出優(yōu)化判決的一種數(shù)學(xué)方法。一個模糊綜合評判模型，包含因素集X={xi；1≤i≤n}，決策集 Y={yj；1≤j≤m}，以及 X 到 Y 的模糊關(guān)系 R={rij；1≤i≤n，1≤j≤m}。如果 a=（a1，a2，…，an）為X上的模糊向量，通過a與R的復(fù)合運(yùn)算得到Y(jié) 上的模糊向量 b=（b1，b2，…，bm）。

2.5.1 評語集的建立

評語集是評判者對評判對象的各種評判結(jié)果的集合，是對單因素和多因素性能的評價［7-8］。本文將車載火炮火力與底盤匹配性評估結(jié)果分為4個級別：

［優(yōu)秀，良好，一般，較差］

4個等級對應(yīng)的分?jǐn)?shù)區(qū)間為：優(yōu)秀0.85-1，良好0.75-0.85，一般 0.5-0.75，較差 0-0.5。取優(yōu)秀得分0.95，良好得分0.8，一般得分0.65，較差得分0.4來進(jìn)行最后的定量化評分。

2.5.2 指標(biāo)隸屬度的確定

指標(biāo)隸屬度在模糊綜合評判中具有非常重要的作用，對于歸一化后的指標(biāo)隸屬度的確定，利用如下隸屬度函數(shù)來確定：

3 實例分析

本文針對某車載火炮進(jìn)行實例分析，利用模糊綜合評判實現(xiàn)對車載火炮的定量化評估，分別用原有的權(quán)重與裕度空間結(jié)合的方法和本文提出的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度法對匹配薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行捕獲，并分別針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，通過對改進(jìn)結(jié)果進(jìn)行對比驗證新方法的可行性和合理性。

3.1 評價指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及歸一化

車載火炮火力與底盤匹配性評價因素可分為靜態(tài)因素和動態(tài)因素兩種，靜態(tài)因素值可通過查閱資料和實際測量的方法得到；對于動態(tài)因素值，往往采用實驗測取或經(jīng)虛擬樣機(jī)仿真得到，由于實驗測取成本較高且實施困難，本文對于動態(tài)因素的測取采用虛擬樣機(jī)仿真的方法。經(jīng)收集數(shù)據(jù)并通過式（4）～式（6）將指標(biāo)歸一化如表2所示。

表2 歸一化表

3.2 車載火炮的模糊綜合評判

將表2求得的指標(biāo)歸一化值帶入式（7）～式（10），求得各指標(biāo)的隸屬度向量，進(jìn)而求得模糊判斷矩陣，其中射擊穩(wěn)定性下各指標(biāo)模糊判斷矩陣為R1：

由結(jié)構(gòu)熵權(quán)法求得射擊穩(wěn)定性下各指標(biāo)權(quán)重如A1所示。

A1=［0.048 0.065 0.066 0.027 0.04 0.053 0.08 0.078 0.076］

結(jié)合模糊判斷矩陣與指標(biāo)權(quán)重，求得射擊穩(wěn)定性模糊綜合評判結(jié)果為：

B1=A1×R1=［0.229 0.533 0.304 0］

同理可求得機(jī)動性和結(jié)構(gòu)匹配性模糊綜合評判結(jié)果為：

B2=A2×R2=［0.076 8 0.153 0.236 0.184］

B3=A3×R3=［0.009 8 0.101 0.094 0.029］

進(jìn)而可求得對車載火炮的模糊綜合評判結(jié)果：

P=A×B=［0.158 0.359 0.232 0.037］

根據(jù)評語集給出的量化分?jǐn)?shù)，利用加權(quán)平均法，最終評估得分為：

由于0.767在0.75-0.85之間，處于良好水平。

3.3 薄弱環(huán)節(jié)捕獲與改進(jìn)

將表2中歸一化值帶入式（1）求得指標(biāo)裕度，利用結(jié)構(gòu)熵權(quán)法求出各指標(biāo)權(quán)重，由表1通過專家打分得到各指標(biāo)的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，最后分別由式（2）和式（3）求出指標(biāo)薄弱度和，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 火力與底盤匹配評價指標(biāo)薄弱度

將兩種方法所得的薄弱度結(jié)果排序如下頁表4所示。

從排序結(jié)果可以看出，考慮指標(biāo)關(guān)聯(lián)度后指標(biāo)薄弱度排序跟未考慮指標(biāo)薄弱度時有著較大差別，為驗證新方法的優(yōu)越性，現(xiàn)分別對兩種方法所得薄弱度前5的指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)，對于效益型指標(biāo)增大5%，對于成本型指標(biāo)縮小5%，對于中間型指標(biāo)視其距中間最優(yōu)值位置來增大或者縮小。計算優(yōu)化后的火力與底盤系統(tǒng)匹配結(jié)果，哪一種優(yōu)化效果好則說明薄弱環(huán)節(jié)捕獲方法更合理。兩種方法改進(jìn)對比效果如下頁表5所示。

其中A為由兩種不同方法所確定的薄弱指標(biāo)排序的前5項；a為各指標(biāo)原始值；b為各指標(biāo)改進(jìn)后的值；P為評估結(jié)果向量；F為最終評估得分。

根據(jù)3.2節(jié)計算出的車載炮的模糊綜合評判結(jié)果，對比表5中改進(jìn)結(jié)果可知，兩種方法都在一定程度上對車載火炮進(jìn)行了改進(jìn)，明顯可以看出，指標(biāo)薄弱度法的改進(jìn)效果更明顯，說明了該方法的優(yōu)越性與合理性。

4 結(jié)論

本文以某車載火炮為研究對象，對車載火炮火力與底盤匹配性進(jìn)行評估，并進(jìn)行了薄弱環(huán)節(jié)的捕獲：

表4 薄弱度排序

表5 改進(jìn)效果對比

①提出了指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的概念，并提出一種基于指標(biāo)關(guān)聯(lián)度的新的薄弱環(huán)節(jié)捕獲方法。

②建立了車載火炮火力與底盤匹配評估模型，并完成了對車載火炮的匹配評估和薄弱環(huán)節(jié)的捕獲。

③通過對薄弱環(huán)節(jié)改進(jìn)后進(jìn)行再評估，對比驗證了新方法的可行性和優(yōu)越性。

［1］穆歌.裝甲車輛與武器系統(tǒng)匹配技術(shù)研究［D］.北京：裝甲兵工程學(xué)院，2003.

［2］毛保全，穆歌.淺析炮、車匹配技術(shù)［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2000，21（3）：58-60.

［3］費(fèi)麗博，毛保全.基于層次分析法的車炮匹配性評價［J］.兵工自動化，2006，25（2）：16-18.

［4］吳亞東，毛保全，穆歌，等.裝甲底盤與火炮匹配性評價方法研究［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2004，25（4）：11-14.

［5］程啟月.評測指標(biāo)權(quán)重確定的結(jié)構(gòu)熵權(quán)法［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2010，30（7）：1225-1228.

［6］OZAN C，MUSTAFA S C.A web-based decision support system for multi-criteria inventory classification using fuzzy AHP methodology ［J］.Expert Systems with Applications，2008，35（3）：1367-1378.

［7］鄧輝詠，馬吉勝，王炎，等.基于模糊綜合評判的火炮質(zhì)量評估［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2008，29（1）：20-23.

［8］李田科，李偉，沙衛(wèi)曉，等.戰(zhàn)車車速規(guī)劃與底盤安全監(jiān)測系統(tǒng)［J］.兵器裝備工程學(xué)報，2016，37（8）：20-22.

Method on Capturing Weak Link of Matching of Fire and the Chassis System of Wheeled Vehicle Gun

LIU Chuan，XUE De-qing，JIA Chang-zhi
（Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

Aiming at the actuality that there is no method to capture weak link of the matching of the fire and chassis system of the wheeled vehicle gun during assessing，a method which combines the index relativity to capture the weak link is proposed，weights of indexes are got by structure entropy weight method firstly，and then the quality evaluation of matching performance of the wheeled vehicle gun is achieved through the fuzzy comprehensive evaluation method，after that matching weak link of the vehicle gun is captured by using index relativity method，at last the vehicle gun is improved on the basis of the weak link captured result，the reevaluate result proving the feasibility of the new method.

the wheeled vehicle gun，matching evaluation，weak link，index relativity

TJ303

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.08.035

1002-0640（2017）08-0155-06

2016-06-28

2016-08-03

劉 川（1992- ），男，河北石家莊人，碩士研究生。研究方向：武器系統(tǒng)仿真與信息化。