基于AHP和模糊綜合評(píng)價(jià)的船艇裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷等級(jí)評(píng)估

郭聰，馮柯，董家輝，王偉，劉雁軒

（1.陸軍軍事交通學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.陸軍工程大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京 210001；3.71352部隊(duì)）

0 引言

陸軍船艇戰(zhàn)場(chǎng)損傷（Battlefield Damage of Army Ship）是指在戰(zhàn)時(shí)需要排除、處理的妨礙船艇裝備完成任務(wù)的事件，包括：戰(zhàn)斗損傷、偶然故障、耗損性故障、人為差錯(cuò)以及船艇裝備得不到供應(yīng)品（備件、油料、材料等）、裝備不適于作戰(zhàn)環(huán)境等。船艇裝備損傷評(píng)估是實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)搶修的關(guān)鍵步驟，一般由船艇的使用人員、維修人員和裝備管理人員采用外觀檢查、功能檢查和性能測(cè)試的方法進(jìn)行，確定是否進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)搶修及修理次序，或集中到靠前搶修點(diǎn)加以修復(fù)，或撤回后方。損傷等級(jí)評(píng)估涉及指標(biāo)眾多，內(nèi)部關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，數(shù)據(jù)難以量化。

層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）是美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授A.L.Saaty開(kāi)發(fā)的一種綜合定性與定量分析多因素復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具，是一種模擬人的決策思維過(guò)程，尤其是難以定量描述的社會(huì)系統(tǒng)分析方法。它具有思路清晰、方法簡(jiǎn)便，系統(tǒng)性強(qiáng)、適用面廣等特點(diǎn)，便于普及推廣，可幫助人們?cè)诠ぷ骱蜕钪兴伎己徒鉀Q難以完全用定量方法進(jìn)行分析的問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策。模糊綜合評(píng)價(jià)法（Fuzzy comprehensive evaluation method）是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法。對(duì)受到多因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體評(píng)價(jià)時(shí)，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)為定量評(píng)價(jià)[1]。該方法具有系統(tǒng)性強(qiáng)、結(jié)果清晰的特點(diǎn)，適于解決難以量化的非確定性問(wèn)題。

本研究應(yīng)用AHP確定裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷等級(jí)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，然后采用二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法獲得科學(xué)、準(zhǔn)確的確定損傷等級(jí)結(jié)果。

1 船艇裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷等級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 評(píng)估等級(jí)

按照慣例，我軍通常對(duì)裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷分為四個(gè)等級(jí)：輕度損傷、中度損傷、重度損傷、報(bào)廢[2]。各等級(jí)評(píng)定主要按照其損傷程度及其修復(fù)時(shí)的難易程度確定，具體標(biāo)準(zhǔn)和處置措施如表1所示。

表1 裝備損傷等級(jí)含義及措施

1.2 評(píng)估指標(biāo)體系

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，船艇裝備的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，涵蓋了動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)等多個(gè)部分，其評(píng)估指標(biāo)可以分為兩級(jí)。

1.2.1 子系統(tǒng)

按照陸軍船艇戰(zhàn)時(shí)典型故障模式和裝備的組成系統(tǒng)，其損傷評(píng)估一級(jí)子系統(tǒng)有以下6個(gè)。

（1）船體損傷。船（艇）體指不包括船艇內(nèi)外任何設(shè)備、裝備和系統(tǒng)在內(nèi)的船艇殼體及其支撐結(jié)構(gòu)，一般由主船體和上層建筑組成。由于船體是裝備的最外層，在戰(zhàn)場(chǎng)上受敵方武器打擊后損傷的概率較大。當(dāng)船體損傷嚴(yán)重時(shí)將破壞船艇的浮性，危及船艇安全及作戰(zhàn)任務(wù)的完成。

（2）動(dòng)力系統(tǒng)損傷。船艇動(dòng)力系統(tǒng)損傷包括柴油機(jī)及其附件損傷、各種泵類(lèi)損傷、氣體壓送機(jī)械損傷和各種泵類(lèi)損傷，將直接影響船艇航行、安全及作戰(zhàn)。

（3）電氣系統(tǒng)損傷。電氣系統(tǒng)是為了保障船艇各電器設(shè)備的正常運(yùn)行，是船艇的神經(jīng)和血液。電氣系統(tǒng)的故障和損傷直接影響船艇航行、安全及作戰(zhàn)，包括船用基本電路故障、船用電站損傷、啟動(dòng)系統(tǒng)損傷、電動(dòng)系統(tǒng)損傷。

（4）管路系統(tǒng)損傷。船艇管路系統(tǒng)是船艇輸送油、水、空氣、排煙的管路及閥門(mén)統(tǒng)稱(chēng)，是船艇動(dòng)力裝置正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。管路系統(tǒng)損傷將直接影響船艇航行、安全及作戰(zhàn)任務(wù)的完成，包括管系漏氣漏液、拆卸困難、閥門(mén)（箱）拆卸困難。

（5）通信導(dǎo)航系統(tǒng)損傷。船艇通信導(dǎo)航系統(tǒng)是陸軍船艇在海上執(zhí)勤、訓(xùn)練和作戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)首長(zhǎng)意圖、確保船艇導(dǎo)航的重要裝備，一旦發(fā)生故障或損傷，將直接影響船艇指揮和航行安全。通信導(dǎo)航系統(tǒng)損傷包括導(dǎo)航雷達(dá)損傷、衛(wèi)星導(dǎo)航儀損傷、甚高頻無(wú)線(xiàn)電話(huà)損傷、短波電臺(tái)損傷。

（6）武器系統(tǒng)損傷。陸軍船艇的固定武器裝備主要是以雙管14.5 mm艦用機(jī)槍為主。船艇武器裝備損壞將直接影響船艇發(fā)揮火力，削弱船艇防衛(wèi)能力，主要包括機(jī)槍瞄準(zhǔn)具損壞、機(jī)槍槍管損壞、機(jī)槍撞針損壞。

1.2.2 影響指標(biāo)[3]

（1）危害度。危害度（Criticality）是對(duì)某種故障模式的后果及其出現(xiàn)頻率的綜合度量。當(dāng)以上6個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生損傷時(shí)都有可能影響船艇裝備基本功能的發(fā)揮，對(duì)船艇裝備安全、航行和完成作戰(zhàn)任務(wù)產(chǎn)生惡劣后果。

（2）備件器材供應(yīng)度。戰(zhàn)場(chǎng)搶修需要消耗大量備品備件，包括油、液、工具、備件、材料等，而戰(zhàn)場(chǎng)上的供應(yīng)線(xiàn)經(jīng)常遭到破壞，船艇航行在大海上遠(yuǎn)離后方，能否得到及時(shí)、充足的備件器材供應(yīng)對(duì)船艇裝備的戰(zhàn)場(chǎng)搶修至關(guān)重要。

（3）搶修難度。搶修難度是指在現(xiàn)有條件下完成子系統(tǒng)搶修任務(wù)的難易程度，由該子系統(tǒng)損傷程度和戰(zhàn)場(chǎng)搶修力量決定。

（4）搶修時(shí)間。搶修時(shí)間是在現(xiàn)有條件下修復(fù)某子系統(tǒng)使其恢復(fù)或部分恢復(fù)工作能力的時(shí)間。戰(zhàn)場(chǎng)搶修具有時(shí)效性強(qiáng)的鮮明特點(diǎn)，搶修時(shí)間是影響完成子系統(tǒng)修復(fù)任務(wù)的重要指標(biāo)。

2 AHP方法確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)，首先要將所包含的因素分組，再根據(jù)各組邏輯關(guān)系，把各組分為最高層、中間層和最低層。例如，對(duì)于船艇裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷等級(jí)評(píng)估，可以將其劃分成如圖1所示的層次結(jié)構(gòu)模型。其中：

圖1 裝備損傷等級(jí)評(píng)估體系

最高層（A層）：損傷等級(jí)評(píng)估，即AHP所要達(dá)到的目標(biāo)。

中間層（B層）：6個(gè)子系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)所涉及的中間環(huán)節(jié)。

最低層（U層）：24個(gè)影響指標(biāo)，是決定子系統(tǒng)修復(fù)的基本因素。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣是人們對(duì)每一層次各因素的相對(duì)重要性給出判斷的數(shù)值表示形式。判斷矩陣的數(shù)值表示針對(duì)上一層次某因素而言，本層次與之有關(guān)的各因素之間的相對(duì)重要性。在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，Saaty等[4]建議采用1～9及其倒數(shù)作為標(biāo)度。以B層為例，用bij表示子系統(tǒng)bi與子系統(tǒng)bj對(duì)A層的影響程度比值，bij的取值詳見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)度的含義

針對(duì)某型登陸艇裝備的戰(zhàn)技術(shù)狀態(tài)，采取專(zhuān)家打分評(píng)價(jià)可以得到A-B判斷矩陣，見(jiàn)表3。

表3 A-B判斷矩陣

2.3 矩陣計(jì)算

AHP計(jì)算主要是求出判斷矩陣的最大特征根λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量W，通常使用冪法、和積法、方根法。為簡(jiǎn)化計(jì)算，采用第三種近似方法——方根法。

每一行元素進(jìn)行乘積，

同理，可得

（2）計(jì)算M1、M2…M6的6次方根

同理，可得

同理，可得

所求的特征向量為WB=[0.297 0.265 0.219 0.050 0.101 0.067]T，即各子系統(tǒng)在損傷評(píng)估模型中的權(quán)重。

2.4 一致性檢驗(yàn)

計(jì)算判斷矩陣的最大特征根。

同理，可得

其中，n表示判斷矩陣的階數(shù)。

層次總排序一致性指標(biāo)

RI表示層次總排序平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，判斷矩陣階數(shù)在1～9時(shí)，RI取值得到表4[5-6]。

表4 不同階數(shù)判斷矩陣對(duì)應(yīng)的RI標(biāo)準(zhǔn)值

CI與同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI之比稱(chēng)為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比例，記作CR。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，判斷矩陣具有滿(mǎn)意的一致性，否則就需要調(diào)整判斷矩陣。

n=6時(shí)，RI=1.24。

故判斷矩陣具有滿(mǎn)意的一致性。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)法確定損傷等級(jí)

3.1 構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)因素集U

評(píng)價(jià)因素集U是對(duì)評(píng)價(jià)內(nèi)容具有重要影響的指標(biāo)集合，是綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，所選指標(biāo)是否適宜將直接影響綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。根據(jù)1.2，在評(píng)估船艇裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷等級(jí)時(shí)，最底層的24項(xiàng)影響指標(biāo)可以作為評(píng)價(jià)因素集U。

3.2 確定評(píng)語(yǔ)集V

評(píng)價(jià)結(jié)果的每一個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集，即等級(jí)集合。根據(jù)1.1，船艇裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷劃分為4個(gè)等級(jí)，即V={輕度損傷，中度損傷，重度損傷，報(bào)廢}。

3.3 建立因素權(quán)重集W

各因素的權(quán)重可通過(guò)上文的層次分析法確定。對(duì)某型登陸艇采用AHP計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各子系統(tǒng)及影響因素權(quán)重。各子系統(tǒng)的權(quán)重向量為：

各影響因素權(quán)重向量為：

生成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重，見(jiàn)表5。

表5 評(píng)估指標(biāo)體系權(quán)重表

3.4 構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣

在構(gòu)造了等級(jí)模糊子集后，要逐個(gè)對(duì)每個(gè)因素進(jìn)行量化，即確定從單因素看對(duì)所在子系統(tǒng)的隸屬度。損傷等級(jí)評(píng)估體系中間層的6個(gè)子系統(tǒng)下分別有4個(gè)影響因素，各影響因素按影響程度由小到大趨勢(shì)進(jìn)行排列，用V1、V2、V3、V4表示，如表6。

表6 因素等級(jí)表

船艇發(fā)生戰(zhàn)場(chǎng)損傷后，由6位評(píng)估人員根據(jù)損傷程度，結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、攜帶的備件器材數(shù)量等影響因素按照V1、V2、V3、V4的等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，整理評(píng)定結(jié)果，計(jì)算出Rij（Rij為某子系統(tǒng)第i個(gè)影響因素被評(píng)價(jià)為Vj的次數(shù)占總評(píng)價(jià)人數(shù)的比值），得到關(guān)系矩陣R1、R2、R3、R4、R5、R6。

3.5 模糊綜合評(píng)判

采用模糊合成算子M（.，?）將各影響因素權(quán)重與模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行合成，得到最后的評(píng)判結(jié)果。

將模糊關(guān)系矩陣與各影響因素權(quán)重向量合成：

同理，可得

可得二級(jí)模糊評(píng)判矩陣

進(jìn)行一級(jí)模糊評(píng)價(jià)：

歸一化處理后得：[0.109 0.452 0.376 0.063]

根據(jù)最大隸屬度原則，第二項(xiàng)0.452最大，該船艇被評(píng)定為中度損傷，需要修理和更換的零部件較多，應(yīng)依靠伴隨搶修分隊(duì)進(jìn)行應(yīng)急搶修。

4 結(jié)語(yǔ)

裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估是進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)搶修的前提，迅速準(zhǔn)確地確定損傷等級(jí)對(duì)制定搶修方案提供具有重要指導(dǎo)意義。所建立的損傷等級(jí)評(píng)估系統(tǒng)不一定適用于所有船型和作戰(zhàn)任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需進(jìn)一步完善。此外，采用AHP和模糊綜合評(píng)價(jià)方法計(jì)算過(guò)程繁瑣，在戰(zhàn)場(chǎng)上時(shí)間緊迫，可以借助軟件（如邁實(shí)AHP層次分析法軟件、SPSS分析軟件）進(jìn)行計(jì)算，便于快速獲得評(píng)估結(jié)果。