信息通信裝備作戰(zhàn)適用性評估

翟樂育，羅 杰

（國防科技大學(xué)信息通信學(xué)院試驗(yàn)訓(xùn)練基地，陜西 西安 710106）

信息通信裝備是軍事信息系統(tǒng)的重要組成部分，是聯(lián)合作戰(zhàn)體系中聯(lián)結(jié)各類作戰(zhàn)力量的基本手段，在體系對抗中扮演著舉足輕重的角色，其效能發(fā)揮在一定程度上決定了整個體系效能的發(fā)揮水平。信息通信裝備試驗(yàn)鑒定主要包括性能試驗(yàn)、作戰(zhàn)試驗(yàn)和在役考核三個階段，作戰(zhàn)試驗(yàn)階段考核主要考慮裝備作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性、體系適用性等方面。其中，作戰(zhàn)適用性是裝備能夠滿足作戰(zhàn)使用要求的程度，是規(guī)劃、研制和部署裝備的基本依據(jù)，是評估裝備優(yōu)劣的重要綜合性指標(biāo)，也是判斷裝備作戰(zhàn)能力發(fā)揮的重要標(biāo)準(zhǔn)［1］。開展信息通信裝備作戰(zhàn)適用性評估，是裝備建設(shè)決策的重要支撐，是裝備全壽命管理的重要環(huán)節(jié)，是發(fā)現(xiàn)裝備問題缺陷、改進(jìn)提升作戰(zhàn)性能、確保實(shí)戰(zhàn)適用性和有效性的重要手段。本文首先對信息通信裝備作戰(zhàn)適用性指標(biāo)進(jìn)行分類梳理，然后采用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的評估算法，實(shí)現(xiàn)對信息通信裝備作戰(zhàn)適用性的評估。

1 指標(biāo)體系

指標(biāo)體系是對評價對象進(jìn)行評價的重要基礎(chǔ)和依據(jù)，是一系列具有集合性、關(guān)聯(lián)性、層次性和整體性指標(biāo)的集合［2］。信息通信裝備作戰(zhàn)適用性與可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、運(yùn)輸性、標(biāo)準(zhǔn)化、適配性等多個因素相關(guān)［3］，為便于考核評估，可以通過同類屬性合并的方式，將相關(guān)因素分別歸屬于作戰(zhàn)任務(wù)適用性、作戰(zhàn)資源適用性和作戰(zhàn)環(huán)境適用性這3類指標(biāo)。

作戰(zhàn)任務(wù)適用性以評估裝備適應(yīng)作戰(zhàn)任務(wù)能力為目標(biāo)，重在檢驗(yàn)裝備本身所具有的適應(yīng)能力，比如裝備在支撐作戰(zhàn)任務(wù)中的作戰(zhàn)可靠性、戰(zhàn)場抗毀性、使用便捷性、安全防護(hù)性和電磁兼容性等末端指標(biāo)；作戰(zhàn)資源適用性是評估裝備在發(fā)揮作戰(zhàn)效能時對人員、物資、能源等資源的要求或依賴程度，比如保障性、維修性、標(biāo)準(zhǔn)化、人機(jī)工程、運(yùn)輸攜行、電源適配等末端指標(biāo)；作戰(zhàn)環(huán)境適用性主要評估裝備對室內(nèi)機(jī)房、平原丘陵、高寒山地、濕熱叢林、島嶼海面等自然環(huán)境的適應(yīng)能力。

信息通信裝備類型繁多，應(yīng)用場景復(fù)雜，可以根據(jù)屬性歸類的方式進(jìn)行分類，如表1所示。根據(jù)裝備形態(tài)和應(yīng)用場景可以分為4類，分別是純軟件類、固定機(jī)房類、載具安裝類和搬移攜行類，這4類裝備根據(jù)自身特點(diǎn)和應(yīng)用場景采用不同的作戰(zhàn)適用性評估指標(biāo)。

表1 不同類型裝備作戰(zhàn)適用性評估指標(biāo)

Ⅰ類裝備：純軟件類，主要包括各類網(wǎng)絡(luò)管理軟件、指揮信息系統(tǒng)軟件、安全防護(hù)軟件、數(shù)據(jù)管理軟件等，此類裝備主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)，安裝在通用服務(wù)器或計算機(jī)上。純軟件類裝備作戰(zhàn)任務(wù)適用性主要體現(xiàn)在軟件長期穩(wěn)定運(yùn)行能力（作戰(zhàn)可靠性）、無漏洞及安全防護(hù)能力（安全防護(hù)性）；作戰(zhàn)資源適用性體現(xiàn)在軟件出現(xiàn)漏洞或功能需要升級更新時的維護(hù)保障能力（保障性），軟件設(shè)計、編程是否遵循標(biāo)準(zhǔn)模式（標(biāo)準(zhǔn)化），作戰(zhàn)人員使用時人機(jī)界面是否友好，操作是否便利等（人機(jī)工程）。

Ⅱ類裝備：固定機(jī)房類，主要包括基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸、交換、網(wǎng)絡(luò)、電源等裝備，如光端機(jī)、程控交換機(jī)、路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通信電源等，此類裝備具有專門的硬件系統(tǒng)，主要在嵌入式軟件支持下完成特定的功能，一般安裝在固定機(jī)房內(nèi)。固定機(jī)房類裝備作戰(zhàn)任務(wù)適用性體現(xiàn)在長期穩(wěn)定工作能力（作戰(zhàn)可靠性），相關(guān)元器件或模塊對電磁干擾的敏感性（電磁兼容性），硬件用電安全、使用安全和嵌入式軟件安全能力（安全防護(hù)性）等；作戰(zhàn)資源適用性體現(xiàn)在對備品備件耗材等的保障性要求（保障性），裝備出現(xiàn)問題時是否具有故障修復(fù)的便捷性（維修性），元器件模塊是否是標(biāo)準(zhǔn)件和嵌入式軟件設(shè)計編程是否遵循標(biāo)準(zhǔn)流程（標(biāo)準(zhǔn)化），作戰(zhàn)人員使用時交互是否友好、操作是否便利等（人機(jī)工程）等指標(biāo)；作戰(zhàn)環(huán)境適用性主要體現(xiàn)在固定機(jī)房環(huán)境下的工作運(yùn)行能力。

Ⅲ類裝備：載具安裝類，主要依托于車輛、艦船、飛機(jī)等載具安裝使用，如各類車載／艦載／機(jī)載的微波接力機(jī)、衛(wèi)星信道設(shè)備、短波電臺、超短波電臺、移動通信設(shè)備等。與II類裝備相比，此類裝備作戰(zhàn)任務(wù)適用性增加了作戰(zhàn)環(huán)境下的戰(zhàn)場抗毀性，作戰(zhàn)資源適用性指標(biāo)與II類裝備相同，作戰(zhàn)環(huán)境適用性增加了平原丘陵、高寒山地、濕熱叢林、島嶼海面等指標(biāo)要求，當(dāng)然，特定型號裝備環(huán)境評估指標(biāo)還需根據(jù)具體應(yīng)用場景進(jìn)行取舍，如海軍類裝備需要重點(diǎn)評估島嶼海面環(huán)境下的適應(yīng)能力。

Ⅳ類裝備：搬移攜行類，主要包括非裝車或單兵攜行的各類通信裝備，如單兵背負(fù)短波電臺、超短波電臺、衛(wèi)星終端、移動通信終端、搬移式路由器、交換機(jī)等。此類裝備要求最全面，與III類裝備相比，作戰(zhàn)任務(wù)適用性增加了使用便捷性指標(biāo)，重在評估裝備組件安裝、拆卸是否便利，操作使用是否符合戰(zhàn)場環(huán)境要求等；作戰(zhàn)資源適用性增加了戰(zhàn)場環(huán)境下的運(yùn)輸攜行和電源適配指標(biāo)，運(yùn)輸攜行指標(biāo)評估裝備在運(yùn)輸攜行時重量是否合適，是否具有便利的搬移或攜行設(shè)計，如背具、把手等；電源適配指標(biāo)重在評估裝備是否具有多種電源接口、是否具有寬泛的電源工作范圍等；作戰(zhàn)環(huán)境適用性包含室內(nèi)機(jī)房、平原丘陵、高寒山地、濕熱叢林、島嶼海面等所有的戰(zhàn)場環(huán)境。

2 評估方法

作戰(zhàn)適用性評估按照逐層聚合的思路，主要包括指標(biāo)權(quán)重計算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理兩個階段，指標(biāo)權(quán)重計算主要有德爾菲法［4］、層次分析法［5-6］、熵權(quán)法［7］等，試驗(yàn)結(jié)果處理可以采用模糊綜合評價法［8-9］、灰色白化權(quán)函數(shù)聚類法［10］等。本文指標(biāo)權(quán)重計算采用層次分析法和德爾菲專家評判法，評估數(shù)據(jù)處理采用模糊綜合評價法。

2.1 指標(biāo)權(quán)重計算

指標(biāo)權(quán)重計算過程主要按照以下步驟具體實(shí)施。

1）利用表1的分類方式確定指標(biāo)體系，并對各指標(biāo)進(jìn)行編號，以便于后續(xù)分析處理。

2）構(gòu)造判斷矩陣，并邀請專家對判斷矩陣進(jìn)行賦值，賦值方法采用（10／10－18／2）標(biāo)度法，即兩兩比較矩陣內(nèi)對應(yīng)指標(biāo)，指標(biāo)重要性比較結(jié)果按照表2進(jìn)行賦值。

表2 （10／10－18／2）標(biāo)度表

3）計算各層次判斷矩陣最大特征根、特征向量和一致性比率，如果一致性比率不符合要求，由專家對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直到一致性比率滿足要求為止。

4）利用判斷矩陣特征向量計算結(jié)果確定指標(biāo)權(quán)重值。

2.2 指標(biāo)評分

作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中，部分指標(biāo)可以獲得大量的客觀定量數(shù)據(jù)，如平均故障間隔時間、維修時間等，部分指標(biāo)只能通過人為方式進(jìn)行主觀評價，如使用便捷性、人機(jī)工程等。作戰(zhàn)適用性是裝備作戰(zhàn)使用的滿意程度，主要反應(yīng)的是部隊作戰(zhàn)試驗(yàn)人員在近似實(shí)戰(zhàn)情況下對各項指標(biāo)的滿意程度，所以，客觀定量數(shù)據(jù)是作戰(zhàn)試驗(yàn)人員按照實(shí)戰(zhàn)化要求進(jìn)行評分賦值的依據(jù)，作戰(zhàn)試驗(yàn)人員需要根據(jù)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)或通過與類似裝備比較的方式對各指標(biāo)進(jìn)行客觀評價。評分賦值可以采用四級（優(yōu)、良、中、差）或三級（優(yōu)、中、差）等多種定性方式，也可以采用十分制、百分制等定量方式實(shí)施。本文采用十分制，由作戰(zhàn)試驗(yàn)人員按照表3的參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賦值。

表3 評分標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 評估算法

1）獲取指標(biāo)評價向量

由信息通信裝備使用或測試人員對末端指標(biāo)進(jìn)行評價打分，并對評分結(jié)果求取平均值，轉(zhuǎn)化為百分制，然后生成各評估層次所需的指標(biāo)評價向量：

D＝（d1，d2…dn）

其中，dn為第n個指標(biāo)的最終評估值。

2）生成隸屬度權(quán)重矩陣

首先，計算第j個指標(biāo)屬于第e類評價等級的隸屬度Xj，e，則有

其中，fe為第e類評價等級的隸屬函數(shù)，按照優(yōu)、良、中、差4個等級（k＝4），所對應(yīng)的隸屬函數(shù)f1～f4如圖1所示。

圖1 評價等級對應(yīng)的隸屬函數(shù)圖

其次，計算第j個指標(biāo)屬于第e類評價等級的隸屬度權(quán)重rj，e。

最后，計算由n個指標(biāo)的隸屬度權(quán)重構(gòu)成的隸屬度權(quán)重矩陣R，其中，行向量Rj表示第j個指標(biāo)的模糊評估向量。

3）結(jié)果計算

利用指標(biāo)權(quán)向量A和隸屬度權(quán)重矩陣R，采用圖2“單層次模型”可以計算各二級指標(biāo)的評估等級向量，然后，利用圖3所示的“多層次模型”計算作戰(zhàn)適用性總的評估等級向量B綜。圖2和圖3中A為指標(biāo)權(quán)重向量，由2.1節(jié)中所述方法獲得。

圖3 多層次模型

根據(jù)以上算法，可分別得到信息通信裝備的“作戰(zhàn)任務(wù)適用性”等級向量B1、“作戰(zhàn)資源適用性”等級向量B2和“作戰(zhàn)環(huán)境適用性”等級向量B3，以及信息通信裝備作戰(zhàn)適用性綜合評價向量B綜。其格式為（a，b，c，d），即優(yōu)秀概率為a，良好概率為b，中等概率為c，差概率為d。

3 應(yīng)用示例

本文以某型野戰(zhàn)程控交換機(jī)為例，按照設(shè)計指標(biāo)體系、確定指標(biāo)權(quán)重、數(shù)據(jù)采集與處理等環(huán)節(jié)對其作戰(zhàn)適用性進(jìn)行評估。

3.1 指標(biāo)體系設(shè)計及權(quán)重確定

按照上文不同類型裝備的區(qū)分方法，該型野戰(zhàn)程控交換機(jī)屬于第Ⅳ類裝備，可依據(jù)表1確定其作戰(zhàn)適用性評估指標(biāo)體系。

指標(biāo)權(quán)重采用層次分析法確定。以一級指標(biāo)為例，其中一位專家根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合該型野戰(zhàn)程控交換機(jī)作戰(zhàn)應(yīng)用需求對3個二級指標(biāo)進(jìn)行比較賦值，構(gòu)造的判斷矩陣如表4所示。

表4 一級指標(biāo)判斷矩陣

本文利用該專家賦值結(jié)果計算矩陣特征值為λ＝3.005 3，特征向量A＝（0.427 4，0.325 2，0.247 4），一致性比率C I＝0.002 6＜0.1，滿足一致性要求。同理，組織多位專家對比較矩陣進(jìn)行賦值，求取作戰(zhàn)任務(wù)適用性、作戰(zhàn)資源適用性、作戰(zhàn)環(huán)境適用性權(quán)重平均值為：0.42、0.30、0.28。采用同樣的方法，各層次指標(biāo)權(quán)重均可確定。具體指標(biāo)體系和權(quán)重見表5。

3.2 評估計算

為驗(yàn)證所采用的評估算法，本文采用仿真數(shù)據(jù)的方式模擬生成指標(biāo)評價結(jié)果，具體見表5。

表5 某型野戰(zhàn)程控交換機(jī)作戰(zhàn)適用性評估指標(biāo)體系及評分

以二級指標(biāo)作戰(zhàn)任務(wù)適用性（E1）下的5個三級指標(biāo)S1～S5為例，運(yùn)用2.3節(jié)的方法生成隸屬度權(quán)重矩陣

采用單層次模型，計算作戰(zhàn)任務(wù)適用性模糊評價向量B1＝A1·R1＝（0.505 2，0.403 7，0.091 1，0）。

同 理 可 得，B2＝（0.035 3，0.196 4，0.600 4，0.167 9）；B3＝（0.217 6，0.328 9，0.383 5，0.070 0）。

采用用多層次模型，得到作戰(zhàn)適用性的隸屬度權(quán)重矩陣

綜合計算該型野戰(zhàn)程控交換機(jī)作戰(zhàn)適用性結(jié)果為B綜＝A·R＝（0.283 7，0.320 5，0.325 8，0.070 0），即優(yōu)、良、中、差的概率分別為28.37%、32.05%、32.58%、7.00%。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)不同類型裝備特點(diǎn)選取作戰(zhàn)適用性指標(biāo)，構(gòu)建了純軟件類、固定機(jī)房類、載具安裝類、搬移攜行類4類信息通信裝備指標(biāo)體系，采用層次分析＋模糊綜合評價的作戰(zhàn)適用性評估算法，并進(jìn)行示例評估，驗(yàn)證了算法的可行性。文中的評估算法雖為信息通信裝備作戰(zhàn)適用性評估而建立，但對其他類型裝備作戰(zhàn)適用性評估也具有一定的借鑒意義。

信息通信裝備類型多、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、應(yīng)用場景復(fù)雜，本文主要采用了多種成熟算法和模型對信息通信裝備作戰(zhàn)適用性進(jìn)行了分析，對于數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性分析還不夠深入全面，后期還可以采用多種先進(jìn)理論或系統(tǒng)工具進(jìn)行綜合分析研究，如相依網(wǎng)絡(luò)理論［11］和試驗(yàn)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)［12］等，通過深入分析各指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，可以對信息通信裝備作戰(zhàn)適用性做出更加科學(xué)合理的評估。