舰炮武器系统的适装性评估模型研究

张俊, 谭波, 常博, 裴桂艳

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中国科技核心期刊      中国指挥与控制学会会刊     军事装备类重点期刊
指挥控制与仿真 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (3) : 46-49. DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2023.03.007
装备总体技术

舰炮武器系统的适装性评估模型研究

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Mounting adaptability evaluation model research of shipboard gun weapon system

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摘要

针对舰炮武器系统适装性评估问题,提出了一种基于层次分析法的适装性评估模型。该模型选取火炮、跟踪传感器、火控设备的适装性作为模糊变量来评估舰炮武器系统的适装性,结合三个变量的具体评估准则,基于层次分析法给出了适装性的具体计算方法。应用实例表明,该模型实现了舰炮武器系统适装性的量化评估,可操作性强,可为选型决策提供有力支撑。

Abstract

Aiming at the problem of mounting adaptability evaluation of shipboard gun weapon system, a mounting adaptability evaluation model based on analytic hierarchy process is put forward. The mounting adaptability of guns, tracking sensors and fire control equipment are chosen as fuzzy variables to evaluate the mounting adaptability of shipboard gun weapon system in the model. And the evaluation ruler of them is given. And the calculation method of mounting adaptability based on analytic hierarchy process is put forward. The example analysis shows the model can realize the quantitative evaluation for the adaptability of shipboard gun weapon system. The model has good operability and provides a powerful support for type selection decision-making.

关键词

舰炮武器系统 适装性 模糊变量 评估

Key words

shipboard gun weapon system; mounting adaptability; fuzzy variables; evaluation

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张俊, 谭波, 常博, 裴桂艳. 舰炮武器系统的适装性评估模型研究[J]. 指挥控制与仿真. 2023, 45(3): 46-49 https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2023.03.007
ZHANG Jun, TAN Bo, CHANG Bo, PEI Guiyan. Mounting adaptability evaluation model research of shipboard gun weapon system[J]. Command Control and Simulation. 2023, 45(3): 46-49 https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2023.03.007
舰炮武器系统的适装性是武器系统选型配置的一个重要因素,主要与系统组成中各设备的数量、体积、重量、占用舱面及舱室的空间位置、电磁兼容性及火炮后坐力等因素有关。在一定约束下,如何全面考虑这些因素和定量评估舰炮武器系统的适装性是舰炮武器系统论证部门的技术难题。国内针对适装性的研究较少,目前公开的文献一般从几个方面分别分析,或从单一方面进行定量分析,没有对各因素进行量化分析建模,难以准确评估装备的适装性[1-2]
本文从跟踪传感器、火控设备和火炮三个分系统出发,综合考虑各分系统重量、体积、环境适应性、雷达反射面积、火炮后坐力、跟踪传感器电磁兼容性、火控设备平台通用性等因素,基于层次分析法提出一套评价优选方法,针对不同舰炮武器系统的适装性进行综合评价,提出舰炮武器系统的最优适装性方案[3-4]

1 适装性评估模型

1.1 适装性指数

适装性指数主要用于舰炮武器系统适装性好坏的定量描述。为便于定量分析,将舰炮武器系统的组成分为三部分,即跟踪传感器部分(包括雷达和光电)、火控设备和火炮。该系统的适装性可以由跟踪传感器、火控设备和火炮的适装性决定。
适装性指数的定量分析采用模糊数学的方法,首先选择模糊变量,对模糊变量赋值,并分析影响因素的重要性,确定模糊变量的权值,用加权法计算出各方案的发展潜力指数[5-6],用数学公式表示为
LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3
(1)
其中:Z1为火炮适装性;Z2为跟踪传感器适装性;Z3为火控设备适装性;λ1、λ2、λ3为模糊变量权值,且λ123=1。
模糊变量重要性权值按各变量重要性程度由专家打分,然后进行归一化处理,各模糊变量的重要性经打分和归一化处理后即可求出相应的权值λ123,打分采用10分制[7-8],如表1所示。
表1 模糊变量重要性赋值准则

Tab.1 Evaluation ruler of fuzzy variable importance

特别重要因素 9分
很重要因素 7分
重要因素 5分
比较重要因素 3分
需要考虑因素 1分

1.1.1 火炮适装性指数

舰炮适装性的定量分析同样采用模糊数学的方法。选取重量、体积、后坐力、环境适应性、雷达反射面积和易操作使用性作为模糊变量。
mu=λ1u1+λ2u2+λ3u3+λ4u4+λ5u5+λ6u6
(2)
其中:mu为舰炮适装性指数;u1为重量对船总体的影响;u2为体积对船总体的影响;u3为后坐力对船总体的影响;u4为环境适应性;u5为雷达反射面积;u6为易操作使用性;λ1λ2λ3λ4λ5λ6为权重系数,λ1+λ2+λ3+λ4+λ5+λ6=1,求取方法同前。
u1u2u3赋值准则如表2所示。
表2 对船总体影响赋值准则

Tab.2 Evaluation ruler of the effect on the overall ship

对船总体影响很小 9~10分
对船总体影响小 8~9分
对船总体影响较小 7~8分
对船总体影响一般 6~7分
对船总体影响较大 5~6分
对船总体影响大 3~5分
对船总体影响很大 1~3分
u4赋值准则如表3所示。
表3 环境适应性赋值准则

Tab.3 Evaluation ruler of environmental suitability

海洋及舰载环境适应性很好 9~10分
海洋及舰载环境适应性好 8~9分
海洋及舰载环境适应性较好 7~8分
海洋及舰载环境适应性一般 6~7分
海洋及舰载环境适应性较差 5~6分
海洋及舰载环境适应性差 3~5分
海洋及舰载环境适应性很差 1~3分
u5赋值准则如表4所示。
表4 雷达反射面积赋值准则

Tab.4 Evaluation ruler of radar reflection area

火炮雷达反射面积很小 9~10分
火炮雷达反射面积小 8~9分
火炮雷达反射面积较小 7~8分
火炮雷达反射面积尚可 6~7分
火炮雷达反射面积较大 5~6分
火炮雷达反射面积大 3~5分
火炮雷达反射面积很大 1~3分
u6赋值准则如表5所示。
表5 操作使用性赋值准则

Tab.5 Evaluation ruler of operation and utilization

操作使用性特别好 9~10分
操作使用性好 8~9分
操作使用性较好 7~8分
操作使用性尚可 6~7分
操作使用性一般 5~6分
操作使用性较差 3~5分
操作使用性差 1~3分

1.1.2 跟踪传感器适装性指数

对于跟踪传感器选取重量、体积、环境适应性、雷达反射面积、电磁兼容性和易操作使用性作为模糊变量,则适装性指数为
nv=λ1v1+λ2v2+λ3v3+λ4v4+λ5v5+λ6v6
(3)
其中:nv为跟踪传感器适装性指数;v1为重量对船总体影响;v2为体积对船总体影响;v3为环境适应性;v4为雷达反射面积对船总体影响;v5为电磁兼容性;v6为易操作使用性;λ1λ2λ3λ4λ5λ6为对应的权重系数,求取方法同前。
v1v2取值方法参见u1u2u3;v3v4v6取值方法分别参见u4u5u6;v5赋值准则如表6所示。
表6 电磁兼容性赋值准则

Tab.6 Evaluation ruler of electromagnetic compatibility

与舰面设备及弹药频段无冲突 9~10分
与舰面设备及弹药工作频段略有冲突,技术措施能解决 7~9分
与舰面设备及弹药工作频段有冲突,通过电磁兼容管理设备能解决 5~7分
与舰面设备及弹药工作频段有冲突,通过电磁兼容管理设备基本能解决 3~5分
与舰面设备及弹药工作频段有严重冲突,通过电磁兼容管理设备不能解决 1~3分

1.1.3 火控设备适装性指数

对于火控设备,选取重量、体积、通用性和易操作使用性作为模糊变量,则火控设备适装性指数可用下式计算:
gθ=λ1·θ1+λ2·θ2+λ3·θ3+λ4·θ4
(4)
其中:gθ为火控设备适装性指数;θ1为重量对船总体影响;θ2为体积对船总体影响;θ3为设备的通用性;θ4为易操作使用性;λ1、λ2、λ3、λ4为对应的权重系数,求取方法同前。
θ1、θ2取值方法参见u1、u2、u34取值方法参见u63赋值准则如表7所示。
表7 通用性赋值准则

Tab.7 Evaluation ruler of universality

能与其他武器系统火控设备通用,且切换时间短 9~10分
能与其他武器系统火控设备通用,且切换时间较长 8~9分
能与其他武器系统火控设备通用,且切换时间长 7~8分
能与舰炮武器系统其他火控设备通用,且切换时间短 6~7分
能与舰炮武器系统其他火控设备通用,且切换时间较长 5~6分
能与舰炮武器系统其他火控设备通用,且切换时间长 3~5分
不能与其他火控设备通用 1~3分

1.2 适装性指数的计算

计算出各模糊变量量值并确定各变量权重系数后,应用公式LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3即可计算出该方案的适装性指数,如表8所示。
表8 适装性指数计算

Tab.8 Value calculation of mounting adaptability

方案 方案1 方案2 …… 方案n 权值
火炮适装性y1 y11 y12 y1n λ1
跟踪传感器
适装性y2
y21 y22 y2n λ2
火控设备适
装性y3
y31 y32 y3n λ3
适装性指数
Kyj= i=14λiyij
j=1,…,n
Ky1 Ky2 Kyn
注:Kyj表示方案j的适装性指数,j=1,2,…,n

2 模型应用

现以本文提出的模型对舰炮武器系统方案的适装性进行计算。以A、B、C、D四种舰炮武器系统为待选方案。首先对A、B、C、D四种方案的火炮适装性指数按照一定的量化准则对重量对船总体的影响、体积对船总体的影响、后坐力对船总体的影响、火炮环境适应性、雷达反射面积和易操作使用性进行赋值。
通过设置a1a2a3a4a5a6的值,将重量分为7个档次,根据重量所在范围确定重量对船总体影响的得分。
a<a1时,u1= 9~10
a1<a<a2时,u1= 8~9
a2<a<a3时,u1= 7~8
a3<a<a4时,u1= 6~7
a4<a<a5时,u1= 5~6
a5<a<a6时,u1= 3~5
a>a6,u1= 1~3。
方案A:火炮重量a1<ax<a2时,u1= 8,同理可得u2= 8,u3= 8,u4= 9,u5= 8,u6= 7;
方案B:火炮u1=7,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 8;
方案C:火炮u1=6,u2= 7,u3= 8,u4= 7,u5= 8,u6= 9;
方案D:火炮u1=5,u2= 5,u3=7,u4= 7,u5= 7,u6= 9;
模糊变量的重要性经打分和归一化处理后即可求出相应的权值λ1λ2λ3λ4λ5λ6。具体计算方法可参考文献[3],通过计算可得重量对船总体的影响、体积对船总体的影响、后坐力对船总体的影响、火炮环境适应性、雷达反射面积对船总体影响分别对应的权重值为[0.25,0.25,0.15,0.15,0.1,0.1]。
A方案muA=8×0.25+8×0.25+8×0.15+9×0.15+8×0.15+7×0.1=8.05;
同理,可计算出B方案muB=7.35,C方案muC=7.2,D方案muD=6.2。
方案A跟踪传感器v1= 8,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 7,v6= 9;
方案B跟踪传感器v1= 7,v2= 6,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6= 7;
方案C跟踪传感器v1= 9,v2= 8,v3= 8,v4= 8,v5= 9,v6=8;
方案D跟踪传感器v1= 7,v2= 7,v3= 8,v4= 7,v5= 8,v6=9。
同理,可得跟踪器权重值为[0.2,0.2,0.1,0.1,0.3,0.1]。计算可得A方案nvA=7.5,B方案nvB=7.6,C方案nvC=8.5,D方案nvD=7.6。
方案A火控设备θ1= 8,θ2= 7,θ3= 8,θ4= 7;
方案B火控设备θ1= 7,θ2= 6,θ3= 7,θ4= 8;
方案C火控设备θ1= 8,θ2= 8,θ3= 7,θ4= 8;
方案D火控设备θ1= 6,θ2= 7,θ3= 6,θ4= 7。
同理可得火控设备权重值[0.25,0.25,0.3,0.2]。
计算出A方案gθA=7.55,B方案gθB=6.95,C方案gθC=7.5,D方案gθD=6.45。
因此,适装性权重值λ1=0.35,λ2=0.4,λ3=0.25。
LZ=λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3计算方案的适装性指数为
LZA=8.05×0.35+7.5×0.4+7.55×0.25=7.705。
同理计算出LZB=7.35,LZC=7.795,LZD=6.822 5。
由此可得,适装性指数向量为K=[7.705 7.35 7.795 6.822 5]。可见C方案的适装性最好,D方案的适装性最差。

3 结束语

武器系统的适装性是确定系统方案的重要依据。舰炮武器系统的适装性分析是舰炮武器系统论证部门的一项重要工作。舰炮武器系统选型论证过程中, 需要对系统的适装性进行充分分析和论证,释放研制风险,确保舰炮武器系统有良好的适装性。
本文针对舰炮武器系统,提出了一种基于层次分析法的适装性计算模型,针对火炮选取重量、体积、后坐力、环境适应性、雷达反射面积和易操作使用性作为模糊变量;针对跟踪传感器选取重量、体积、环境适应性、雷达反射面积、电磁兼容性和易操作使用性作为模糊变量;针对火控设备选取重量、体积、通用性和易操作使用性作为模糊变量,分别给出了各模糊变量的赋值准则及火炮、跟踪传感器和火控设备适装性的计算方法,以火炮、跟踪传感器和火控设备的适装性作为模糊变量计算评估舰炮武器系统的适装性。该模型实现了舰炮武器系统适装性的量化评估,考虑因素全面,可操作性强,在舰炮武器系统适装性评估方面具有应用价值。

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姚恺, 黄少罗, 王晋生, 等. 基于优化AHP的远火模拟训练成绩自主评定方法[J]. 现代防御技术, 2021, 49(4): 99-106.
摘要
针对现有模拟训练系统成绩评定指标不完善、计算机评定困难的问题,提出了基于改进层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)的模拟训练成绩评定模型。从远火武器装备的操作实际着手,构建了以准确度、熟练度、影响度以及精神面貌为评定指标的模拟训练成绩评定体系,采用改进层次分析法的方法,引入类间系数和类内系数优化专家配比,建立了模拟系统训练成绩评定的数学模型。通过模拟训练系统进行实例对比分析,验证了模型的有效性,得到了受训人员的最终成绩。结果表明,该方法能够量化评定指标实现对最终成绩的分解,对提高装备模拟系统成绩评定效率具有一定的借鉴价值。
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Aiming at the problems of imperfect performance evaluation indexes and difficulties in computer evaluation of existing simulation training system,a simulation training performance evaluation model based on improved analytic hierarchy process (AHP) is proposed.Starting from the actual operation of long-range rocket weapons and equipment,a simulation training performance evaluation system is constructed,which takes accuracy,proficiency,influence and mental outlook as evaluation indexes.By adopting the improved analytic hierarchy process,the inter-class coefficient and intra-class coefficient are introduced to optimize the ratio of experts,and the mathematical model of simulation system training performance evaluation is established.The effectiveness of the model is verified by the comparative analysis of the simulation training system,and the final results of the trainees are obtained.The results show that this method can quantify the evaluation index and decompose the final score,which has certain reference value for improving the efficiency of performance evaluation of equipment simulation system.
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沈丙振, 缪建明, 李晓菲, 等. 基于改进结构方程模型的陆军武器装备体系作战能力评估模型[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2503-2512.
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作战能力评估对陆军武器装备体系发展论证和作战运用具有重要意义,其评估模型的构建又是其中最为关键的一项内容。分析基于改进结构方程模型(SEM)的陆军武器装备体系作战能力评估步骤,构建陆军武器装备体系作战能力评估指标体系,并对现有SEM进行改进。通过线性加权和法对多维度体系作战能力评估指标体系进行降维处理,提高SEM的计算效率,实现陆军武器装备体系作战能力的快速计算与综合评估。改进SEM中的聚合指标权重求解分别采用熵权法和层次分析法,将2种权重聚合指标值参与到改进SEM中计算的体系作战能力评估结果,与直接用SEM的体系作战能力评估结果进行对比。仿真实验结果表明,体系作战能力评估结果的变化趋势基本一致,实现了对改进SEM可信度和时效性的验证分析。
SHEN B Z, MIAO J M, LI X F, et al. Evaluation model of land force weapon equipment system combat capability based on improved SEM[J]. Acta Armamentarii, 2021, 42(11): 2503-2512.
The combat capability evaluation of weapon equipment system is significant for its development and operational applications,and the construction of evaluation model is the most critical aspect of combat capability evaluation. The evaluation steps of land force weapon equipment system combat capability were analyzed based on improved structural equation modeling (SEM),an evaluation index system of weapon equipment system combat capability was constructed,and the SEM was improved by reducing the dimension of multidimensional capability index system of land force weapon equipment system combat capability based on linear weighted sum method. The computational efficiency of SEM is increased,and the fast calculation and comprehensive evaluation of combat capability is realized by using the improved SEM. The entropy weight method and the analytic hierarchy process method are used to calculate the weight of aggregation index in the improved SEM,and the capability evaluation results of two kinds of weight aggregation indexes participating in the improved SEM are compared with those of SEM. The simulated results show that the change trends of the evaluated results are basically the same,thus validating and analyzing the accuracy and timeliness of the improved SEM.
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