车载火炮火力与底盘匹配性薄弱环节捕获方法

刘 川，薛德庆，贾长治

（军械工程学院，石家庄 050003）

车载火炮火力与底盘匹配性薄弱环节捕获方法

刘 川，薛德庆，贾长治

（军械工程学院，石家庄 050003）

针对在车载火炮火力与底盘匹配性评估中只评估而未对薄弱环节进行捕获的现状，提出一种基于指标关联度的薄弱环节捕获方法，采用结构熵权法求得指标权重，利用模糊综合评判法对车载火炮进行定量化评估，应用指标关联度法对车载火炮的匹配薄弱环节进行捕获，最后根据薄弱环节捕获结果对车载火炮进行改进，改进后的再评估结果验证了新方法的可行性。

车载火炮，匹配评估，薄弱环节，指标关联度

0 引言

车载火炮火力与底盘的匹配性指的是车载火炮的火力、底盘以及火控等分系统在各参数、机械和电气等方面协调统一，使车载火炮系统的整体性能达到最优［1］。火力与底盘的匹配性是车载火炮整体性能的重要组成部分，对火力与底盘系统匹配性进行改进首先应对匹配薄弱环节进行改进。

匹配薄弱环节指的是对车载火炮进行匹配性评估后，采取一定方法确定出的应优先改进的指标，通过改进这些指标能够达到优化匹配性进而提高整体性能的目的。目前关于火力与底盘匹配性薄弱环节捕获方面的文献还较少，大部分文献都只是对其匹配性进行评估，但并未确定出对匹配性影响较大的因素，即匹配薄弱环节并未被确定。毛保全［2］等给出了炮、车匹配技术的概念：通过使车载武器系统火力和底盘的有机结合，达到系统最优性能。并提出炮、车比这一描述火力与底盘匹配性的指标。费丽博［3］等介绍了层次分析法（AHP）在车炮匹配性评价中的应用，并进行了实例分析，表明了AHP方法在对多目标、多准则的复杂决策的评价中具有很好地应用性。吴东亚［4］等运用专家综合评分法建立了装甲底盘与火力系统匹配性评价体系，并将评价体系分为评价因素、评价指标和评价准则3层，通过合理的选择评价因素和评价指标来达到最优评价准则。

开展车载火炮火力与底盘匹配性的研究，应采取“评估—改进—再评估”的思路，评估只是方法而非最终目的，对车载火炮火力与底盘匹配性进行评估，经确定并改进匹配薄弱环节以提高车载炮整体性能才是最终目的。因此，在对车载炮火力与底盘匹配性的研究上，对匹配薄弱环节的确定是不可或缺的一个环节。

1 薄弱环节捕获的指标关联度法

1.1 相关概念的提出

裕度空间（S）：指的是某一指标到达其最优值的距离，假设其最优值为1，Xi为第i个指标归一化值，则裕度空间：

指标关联度（M）：指标关联度即改变某一指标所牵扯的系统中其他指标的程度，其值在0-1之间，越接近1表明关联度越大，越不宜改进。M可采用“1-9标度法”，对各指标进行两两对比进行求解，各标度含义如表1所示。

薄弱度（Q）：指的是某一指标的薄弱程度，即需要改善的程度，薄弱度越大则表明该项指标越需改进。

1.2 基于指标关联度的薄弱环节捕获方法

目前在薄弱环节的确定上，主要有权重法和将指标权重与裕度空间相结合的方法。

权重法确定薄弱环节的基本思想是：通过一定的方法确定系统中各因素的权重系数，通过权重系数的排序来确定各因素的薄弱度，权重系数越大则薄弱度越高，优先改进权重系数大的因素。该方法能够使系统的主要因素得到优先改进，但评价较为片面。若权重大的某一因素已经达到接近饱和的程度，再进一步改进较为困难，若还将其定为优先改进目标显然不妥。

将权重法和裕度空间相结合的方法的基本思想是：综合考虑了指标权重和指标可改进量的影响，将两者的乘积作为指标薄弱度排序的依据。即：

其中：i表示第i个指标，Wi表示第i个指标的权重，Si表示第i个指标的裕度空间。

这种方法的优点是能够优先改进那些既重要且可改进量又大的指标，是目前应用较为广泛的一种方法。

虽然以上两种方法都有自己的优越性和可操作性，但两者都没有从系统工程的角度来考虑问题。车载火炮系统是一个整体，任意指标的改变都会牵扯到其他指标，若对某一指标进行改进将牵扯车载火炮系统中较多其他指标，那么即使其按权重和裕度空间所得薄弱度较高，若要综合考虑指标关联度的影响，该指标也未必会是优先选择优化的对象。因此，在对车载火炮薄弱环节的捕获和改进时也应考虑指标关联度的影响。基于此并结合原有方法，对原有方法进行改进，提出一种考虑指标关联度的新的薄弱环节的查找方法：

其中，Mi表示第i个指标的关联度。

2 评估模型的建立

2.1 评价体系的建立

火力与底盘匹配性评价体系是对车载火炮整体性能的评价，它应能较全面的反映出车载火炮系统的主要性能和主要特性，本文从射击稳定性、机动性和结构匹配性上进行考虑，对评价因素进行选取。结合评价因素，利用AHP方法，将评价体系分为目标层、准则层和方案层。其中，目标层为火力与底盘匹配性能，以射击稳定性、机动性、结构匹配性为准则层，方案层为各准则层下分别对应的各评价因素，共20个评价因素，建立评价体系如下页图1所示。

2.2 指标权重求解

本文指标权重的求解采用主观赋值法和客观赋值法相结合的“结构熵权法”［5］。结构熵权法的基本思想是：通过将采集到的专家意见与模糊分析法相结合，对指标的重要性形成“典型排序”，用熵理论对“典型排序”的不确定性定量分析，计算熵值和“盲度”分析，得到同一层次各指标的重要性排序，确定出每一层次同类指标重要程度数值，即指标的权重。

图1 评价体系图

2.3 裕度求解

由裕度求解式（1）可知，若要求取指标裕度值，需对指标进行归一化处理。由于车载火炮火力与底盘匹配性的各指标具有不同的量纲，因此，必须对其进行标准化处理，即对各指标进行归一化处理，亦即将多个性能指标映射到［0，1］的区间内［6］。

对于指标的归一化方法有较多，本文将各指标划分为效益型（指标值越大越好）、成本型（指标值越小越好）和中间型（中间好两头差）3种类型，对于某一指标的实际值x，其归一化值u（x）的求取方法如下：

①对于效益型指标

②对于成本型指标

③对于中间型指标

2.4 指标关联度

本文对指标关联度的求解采用表1所示“1-9标度法”，通过对两两评价因素对比形成判断矩阵，进而求得各指标关联度。

2.5 模糊综合评判

模糊综合评判，亦称模糊综合决策，一种模糊决策方法。指对各种因素及它们与各种决策方案之间的关系进行综合考虑后作出优化判决的一种数学方法。一个模糊综合评判模型，包含因素集X={xi；1≤i≤n}，决策集 Y={yj；1≤j≤m}，以及 X 到 Y 的模糊关系 R={rij；1≤i≤n，1≤j≤m}。如果 a=（a1，a2，…，an）为X上的模糊向量，通过a与R的复合运算得到Y 上的模糊向量 b=（b1，b2，…，bm）。

2.5.1 评语集的建立

评语集是评判者对评判对象的各种评判结果的集合，是对单因素和多因素性能的评价［7-8］。本文将车载火炮火力与底盘匹配性评估结果分为4个级别：

［优秀，良好，一般，较差］

4个等级对应的分数区间为：优秀0.85-1，良好0.75-0.85，一般 0.5-0.75，较差 0-0.5。取优秀得分0.95，良好得分0.8，一般得分0.65，较差得分0.4来进行最后的定量化评分。

2.5.2 指标隶属度的确定

指标隶属度在模糊综合评判中具有非常重要的作用，对于归一化后的指标隶属度的确定，利用如下隶属度函数来确定：

3 实例分析

本文针对某车载火炮进行实例分析，利用模糊综合评判实现对车载火炮的定量化评估，分别用原有的权重与裕度空间结合的方法和本文提出的指标关联度法对匹配薄弱环节进行捕获，并分别针对薄弱环节进行改进，通过对改进结果进行对比验证新方法的可行性和合理性。

3.1 评价指标数据统计及归一化

车载火炮火力与底盘匹配性评价因素可分为静态因素和动态因素两种，静态因素值可通过查阅资料和实际测量的方法得到；对于动态因素值，往往采用实验测取或经虚拟样机仿真得到，由于实验测取成本较高且实施困难，本文对于动态因素的测取采用虚拟样机仿真的方法。经收集数据并通过式（4）～式（6）将指标归一化如表2所示。

表2 归一化表

3.2 车载火炮的模糊综合评判

将表2求得的指标归一化值带入式（7）～式（10），求得各指标的隶属度向量，进而求得模糊判断矩阵，其中射击稳定性下各指标模糊判断矩阵为R1：

由结构熵权法求得射击稳定性下各指标权重如A1所示。

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

结合模糊判断矩阵与指标权重，求得射击稳定性模糊综合评判结果为：

B1=A1×R1=［0.229 0.533 0.304 0］

同理可求得机动性和结构匹配性模糊综合评判结果为：

B2=A2×R2=［0.076 8 0.153 0.236 0.184］

B3=A3×R3=［0.009 8 0.101 0.094 0.029］

进而可求得对车载火炮的模糊综合评判结果：

P=A×B=［0.158 0.359 0.232 0.037］

根据评语集给出的量化分数，利用加权平均法，最终评估得分为：

由于0.767在0.75-0.85之间，处于良好水平。

3.3 薄弱环节捕获与改进

将表2中归一化值带入式（1）求得指标裕度，利用结构熵权法求出各指标权重，由表1通过专家打分得到各指标的指标关联度，最后分别由式（2）和式（3）求出指标薄弱度和，相关数据如表3所示。

表3 火力与底盘匹配评价指标薄弱度

将两种方法所得的薄弱度结果排序如下页表4所示。

从排序结果可以看出，考虑指标关联度后指标薄弱度排序跟未考虑指标薄弱度时有着较大差别，为验证新方法的优越性，现分别对两种方法所得薄弱度前5的指标进行改进，对于效益型指标增大5%，对于成本型指标缩小5%，对于中间型指标视其距中间最优值位置来增大或者缩小。计算优化后的火力与底盘系统匹配结果，哪一种优化效果好则说明薄弱环节捕获方法更合理。两种方法改进对比效果如下页表5所示。

其中A为由两种不同方法所确定的薄弱指标排序的前5项；a为各指标原始值；b为各指标改进后的值；P为评估结果向量；F为最终评估得分。

根据3.2节计算出的车载炮的模糊综合评判结果，对比表5中改进结果可知，两种方法都在一定程度上对车载火炮进行了改进，明显可以看出，指标薄弱度法的改进效果更明显，说明了该方法的优越性与合理性。

4 结论

本文以某车载火炮为研究对象，对车载火炮火力与底盘匹配性进行评估，并进行了薄弱环节的捕获：

表4 薄弱度排序

表5 改进效果对比

①提出了指标关联度的概念，并提出一种基于指标关联度的新的薄弱环节捕获方法。

②建立了车载火炮火力与底盘匹配评估模型，并完成了对车载火炮的匹配评估和薄弱环节的捕获。

③通过对薄弱环节改进后进行再评估，对比验证了新方法的可行性和优越性。

［1］穆歌.装甲车辆与武器系统匹配技术研究［D］.北京：装甲兵工程学院，2003.

［2］毛保全，穆歌.浅析炮、车匹配技术［J］.火炮发射与控制学报，2000，21（3）：58-60.

［3］费丽博，毛保全.基于层次分析法的车炮匹配性评价［J］.兵工自动化，2006，25（2）：16-18.

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［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］邓辉咏，马吉胜，王炎，等.基于模糊综合评判的火炮质量评估［J］.火炮发射与控制学报，2008，29（1）：20-23.

［8］李田科，李伟，沙卫晓，等.战车车速规划与底盘安全监测系统［J］.兵器装备工程学报，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

刘 川（1992- ），男，河北石家庄人，硕士研究生。研究方向：武器系统仿真与信息化。