基于改进灰色关联度的装备保障效能指标体系优化.pdf

总第347期1引言随着科技的不断发展，高新技术被用到装备领域的程度越来越深，装备保障对于保持和恢复装备性能，保证装备战斗力的持续输出起着至关重要的作用，部队装备保障效能的高低已经成为影响和制约战争全局胜负的关键因素。由于导弹武器系统组成结构复杂、信息化程度高、仪器设备精密的特点，且由于战场激烈的对抗性，以及战场环境复杂性，其装备保障效能影响因数多，效能评估难度大。但是装备保障效能不仅是对导弹部队装备保障能力的检验，还是对部队装备保障建设的评估，更是部队装备保障建设的重要依据，因而进行导弹部队装备保障效能评估是非常有利于未来对抗中保障效能最大发挥。效能指标的构建是进行评估的基础和前提，构建科学合理贴近导弹部队装备实际的指标显得尤为重要，然而在进行效能指标构建过程中，由于影响效能因素多和保障系统的复杂性，对整个装备保障系统认识不够全面，导致在构建效能指标时会出现指标与整体效能关联度不大和指标与指标之间因存在关联性而出现冗余的现象，这些都不利于装备保障效能的评估，对构建的效能评估指标体系进行筛选优化对装备保障效能的有效评估有着非常重要的意义。收稿日期：2022年11月3日，修回日期：2022年12月17日作者简介：何能波，男，硕士研究生，研究方向：装备保障。吴红朴，男，博士，副教授，研究方向：装备保障。朱佳辰，男，硕士研究生，研究方向：装备保障。侯炜，男，硕士研究生，研究方向：装备试验。汪凯，男，硕士研究生，研究方向：装备保障。基于改进灰色关联度的装备保障效能指标体系优化何能波吴红朴朱佳辰侯炜汪凯（航天工程大学北京102206）摘要由于导弹部队装备种类多样且复杂，影响装备保障效能因素多的特点，导致在建立了基于效能的导弹部队装备保障指标体系时，存在有些效能指标对保障效能衡量不重要，有些指标重复冗余，不利于装备保障效能评估，基于此提出利用灰色关联度和德尔菲相结合的方法进行指标优化，运用相关数据进行验证，并咨询分析了剔除指标的原因，说明优化方法与实际就有较高的贴合度。关键词灰色关联度；装备保障效能；指标优化中图分类号TJ391；TJ761.1DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.033Optimization of Equipment Support Efficiency Index SystemBased on Improved Grey Correlation DegreeHE NengboWU HongpuZHU JiachenHOU WeiWANG Kai（Space Engineering University，Beijing102206）AbstractDue to the diversity and complexity of missile force equipment and the characteristics of many factors affectingequipment support efficiency，when establishing the missile force equipment support index system based on efficiency，some efficiency indexes are not important for the measurement of support efficiency，and some indexes are redundant，which is not conducive to the evaluation of equipment support efficiency.Based on this，the method of combining grey correlation degree and Delphi isproposed to optimize the indexes.Using relevant data to verify，and consulting and analyzing the reasons for eliminating indicators，it shows that the optimization method has a high degree of fit with the actual situation.Key Wordsgrey correlation degree，equipment support efficiency，index optimizationClass NumberTJ391，TJ761.1舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 347 期2023 年第 5 期Vol.43 No.5164舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期2指标体系优化方法综述当前关于指标体系优化研究较多，主要方法有解释结构模型法、灰色关联度法、粗糙集属性简约法、网络分析法、神经网络分析法等，文献 1 运用解释结构模型的方法，通过构建比较三角矩阵、可达矩阵、生成阶梯有向图、转化模型图的步骤将指标体系优化并确定了层级。文献 2 运用解释结构模型从定量和数据的可获取性对减灾能力评价指标优化。文献 3 阐述了使用解释结构模型对应急投送保障基地效能指标体系进行优化，克服了构成因素的复杂性和不确定性的问题。文献 4 采用粗糙集的方法对航材保障效能的指标进行优化。文献 5 论述了装备保障指挥系统效能评估指标体系相对于决策属性的必要性和独立性，运用粗糙集方法进行指标简约。文献 6 以专家对各指标权重进行赋值为基础，采用灰色关联度法计算赋值后的各指标的关联度进行指标优化。文献 7 通过灰色关联度方法对航天装备在役考核指标进行了优化。文献 8 通过灰色关联度和专家打分的方法，将关联度和重要性相结合筛选指标。文献 9 通过网络分析方法对装甲装备在役考核指标之间存在建立的指标相互关联、重要性不突出的问题进行优化。献 10 运用网络分析法优化了环境信息化水平评价指标。文献 11 和文献 12 针对非线性系统问题，提出了基于神经网络的指标优化方法。结合文献资料研究，各优化方法存在以下优缺点：1）解释结构模型法一般多用于将变量众多、关系复杂、结构不清晰的系统转化为具有良好结构关系的模型，但其构建过程复杂运算量大，要求对研究系统掌握程度高。2）灰色关联度分析法不要求对所研究系统信息完全掌握，对于数据量的要求不高，可以减少信息不全带来的损失，求解方法思路明确，计算量相对较小，但是存在只分析数据不结合实际的情况。3）粗糙集优化法能够较好地处理不精确、不确定问题，无需任何先验知识对不确定的描述，数据处理相对客观，通过知识的简约删除重复冗余指标，但是在处理大量数据时直接使用粗糙集进行属性简约会显得笨拙且效率低。4）网络分析法考虑了各指标之间的相互影响，它能够较好地描述复杂系统，确定的各指标的排序说服力强，但由于网络分析法需要构建超矩阵，运算过程复杂运算量大13。5）神经网络法方法模型的建立过程不复杂便于实现，不需先验假设，有效避免主观因素对变量选取的干扰，但其需要大量的样本数据进行训练，过程收敛速度慢等问题。3导弹部队装备保障效能评估指标体系建立3.1效能指标体系构建流程效能指标体系建立是导弹部队装备保障效能评估的关键环节，为了使装备保障效能评估达到真实反映导弹部队装备保障现状及存在的问题，促进其装备保障建设水平，提升装备保障效能，在建立指标体系时应确定对评估对象进行评估的目的，根据使命任务和战场环境确定装备保障需求和效能影响因素，并基于此初步建立指标体系，通过科学的方法进行指标筛选，最终确定效能评估指标体系，其构建流程如图1所示。图1效能评估指标体系构建流程1）评估目的分析通过对导弹部队调研，一是了解导弹部队装备保障的实际情况，通过与装备保障人员交流和调查问卷，了解装备保障效能主要指标，二是了解部队当前担负的使命任务和战场环境特点，使指标体系建立与实际需要一致。最终从静态和动态两个方面即建设效能和运行效能，确定装备保障效能评估的目的。165总第347期2）影响装备保障效能的因素分析影响装备保障效能的因素分析是指标体系建立的重要环节，结合对导弹部队调研的情况、环境特点和装备保障的相关理论，全面分析影响装备保障效能发挥的因素，并初步建立指标体系。3）指标筛选根据初步建立的指标体系，按照结构功能区分指标层次，通过组织装备保障领域的专家、装备保障力量骨干、查阅资料合理选取方法，对效能指标筛选优化，最终确定具有导弹部队装备保障特色的装备保障效能指标体系。3.2效能指标体系构建原则由于导弹部队自身特点即装备技术含量高、装备种类多样、作战运用灵活，对于部队装备保障效能评估的指标必须做到科学、准确、全面。建立指标体系时应遵循以下原则：1）完备性原则效能指标建立要立足保障导弹部队装备战斗力持续输出打赢未来战争的需要，以导弹部队履行的使命任务为基础，结合装备保障发展的军事需求，对导弹部队装备保障的各方面进行分析，充分刻画导弹部队装备保障的特征，以便全面反映装备保障效能，但又各装备保障效能指标不能重复，每一个对效能评估值有影响的指标都应在指标的属性集之中。2）客观性原则装备保障活动是一个复杂系统综合功能发挥的过程，为了能够客观地反映导弹部队装备保障系统内部状态的变化，正确反映装备保障系统有关的不确定性，建立的效能指标应从装备保障的客观实际出发，基于效能评估目标，逐层分解装备保障系统，客观地展现装备保障系统的内在结构。3）科学性原则影响导弹部队装备保障效能的因素有较多，应该分清主要因素和次要因素，抓住影响装备保障效能的主要因素，对于次要即不重要的因素可以忽略，使得指标体系相对简单，不影响对导弹部队装备保障效能的评估。另外，在建立装备保障效能指标时应使用科学的方法，分析导弹部队装备过程和组成各系统之间的特点、联系，使确立的指标名称及评价、计算的方式都是科学合理的。4）系统性原则指标体系的建立应以系统论的观点和方法，把指标体系看作是一个系统，从不同的层面和角度来反映导弹部队履行装备保障任务的特征，展现导弹部队装备保障结构的整体逻辑，体现装备保障变化趋势和发展动态。5）实用性原则在建立装备保障系统指标体系时既要考虑建立的指标是否利于量化，也要兼顾到数据获取的可行性和可操作性，使建立的指标贴近装备保障活动容易把握其本质，指标与指标之间相互独立，确保数据便于获取，保证效能评估的准确性。3.3装备保障效能指标体系构建通过对某任务的装备保障综合情况了解和装备保障效能影响因素分析，采用层次分析法的思路，将指标体系分为目标层、准则层和方案层的层次结构，分级建立装备保障效能评估指标体系，如图2所示。4基于改进灰色关联度的指标筛选优化4.1指标数据标准化方法从初步构建的效能指标中可以看出既有正向指标即指标值越大对装备保障效能的贡献就高，如指标“情况判断效能”，也有负向指标即指标值越小对装备保障效能的贡献度就越高，如指标“装备故障发生率”，为了不同属性指标能在相同层面进行度量，采用如下公式标准化：正向指标：dij=xmkmaxm(xmk)（1）负向指标：dij=minm(xmk)xmk（2）其中，xmk是第m组数据的第k个指标的实际采样值，maxm(xmk)、minm(xmk)分别是实际采集到的效能指标数据中相对最优的值。通过在部队调研期间对保障人员交流、调查问卷和最近三年演练与考核的数据，这些数据既有定性数据，又有定量数据，定性数据通过与装备保障方面的专家和骨干通过德尔菲法取得，定量数据是通过查阅相关考核、演练成绩取得，利用采用标准化的方法分别对正向指标和负向指标标准化，如表1所示。4.2指标筛选方法部队装备保障系统是一个复杂的系统，涉及的方面较多，对于装备保障系统的效能认识及相关效能指标的认识还存在不完全掌握的情况，符合“灰何能波等：基于改进灰色关联度的装备保障效能指标体系优化166舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期色系统”条件。灰色理论中的关于灰色关联度的相关内容，可以运用到指标体系筛选中，通过灰色关联度表示各效能指标之间的关联程度，灰色关联度越大对应的指标与整个装备保障系统关联性就越强，在整个效能体系中发挥作用就越重要，但是有时单独使用数据进行分析，由于数据的偏差，造成与实际不符的情况，为了指标筛选情况与实际情况更加贴近，将灰色关联度与德尔菲结合的方法进行筛选。图2效能评估指标体系表1效能指标数据标准化效能指标D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18D19D20D21D22D23D24D25D26D27D28D29D30D31D32D33D34数据10.75330.86410.78240.52340.85430.65180.58450.9240.75220.65210.85130.95220.74350.73320.62210.75340.45460.55260.68410.56330.75360.84830.75340.84350.65260.76210.74220.75260.85240.65360.75250.65260.83260.7534数据20.85450.88230.84420.61610.87780.69270.65160.95650.86130.7340.95120.95310.75240.84130.85340.86210.55470.72390.75360.62470.82470.85430.83450.86230.72340.85370.86230.86350.88140.75320.83340.83370.88340.8345数据30.88360.92520.95360.72350.88440.75360.65280.98640.94340.75450.96420.96420.88220.95230.9210.91360.64380.83360.85260.68390.88430.94240.91360.90450.90340.92420.93140.92460.90670.88380.93340.90230.92370.9134基于改进灰色关联度指标筛选步骤：步骤1确定效能指标参考序列D0和比较序列Dm，表达式为D0=d0(1)d0(2)d0(k)Dm=dm(1)dm(2)dm(k)其中d0(k)表示第k个指标的参考值或最优值，dm(k)表示第m组数据的第k个指标实际采样值。步骤 2计算序列差D0m(k)。对数据进行标准化处理后，求出参考序列与比较序列的差值167总第347期D0m(k)表达式分别为D0m(k)=|d0(k)-dm(k)|（3）其中D0m(k)为第m组数据中第k个指标的实际值与参考序列中第k个指标的参考值之差的绝对值。步骤3求出序列差的最大值Q和最小值q。Q=maxmmaxkD0m(k)（4）q=minmminkD0m(k)（5）步骤4计算灰色关联系数m(k)即m(k)=q+QDmk+Q（6）其中m(k)为第m组数据中第k个指标灰色关联系数，(01)为分辨系数，一般取0.5。步骤5计算灰色关联度k。k=1mk=1mm(k)（7）步骤6运用德尔菲方法，邀请装备保障方面的p位专家为效能指标的重要性打分，得到分值矩阵S，求出专家对每个指标打分的平均值S，再求出每个指标值相对于最大分值指标比值Ss。其中S、S、Ss表达式分别为S=s11s12 s1ns21s22 s2n sp1sp2 spn（8）S=s 1s 2 s n（9）Ss=s 1max(s i)s 2max(s i)s nmax(s i)（10）步骤 7通过灰色关联度和专家打分值综合筛选指标，即i=i*Ssi综合值大小排序筛选指标，剔除i值较小即相关性小的指标。4.3指标筛选1）确定指标筛选参考序列D0，由表1可知：D0=d0(1)d0(2)d0(k)=1112）求序列差，由公式（3）可算出序列差，见表2。3）求序列差中最大值Q和最小值q。由表2可求得最大值和最小值分别为Q=0.5454，q=0.01364）灰色关联度系数m(k)，由式（6）可得，见表3。5）计算灰色关联度k。由式（7）可算出，k值见表3。6）邀请装备保障领域专家对效能指标的重要性进行打分，按照非常重要、重要、一般重要、不重要、非常不重要，对应分值分别为5、4、3、2、1的分值进行打分，专家打分情况见表4所示，由式（79）分别求出S、S、Ss。表2效能指标数据序列差值效能指标D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18D19D20D21D22D23D24D25D26D27D28D29D30D31D32D33D34数据10.24670.13590.21760.47660.14570.34820.41550.0760.24780.34790.14870.04780.25650.26680.37790.24660.54540.44740.31590.43670.24640.15170.24660.15650.34740.23790.25780.24740.14760.34640.24750.34740.16740.2466数据20.14550.11770.15580.38390.12220.30730.34840.04350.13870.2660.04880.04690.24760.15870.14660.13790.44530.27610.24640.37530.17530.14570.16550.13770.27660.14630.13770.13650.11860.24680.16660.16630.11660.1655数据30.11640.07480.04640.27650.11560.24640.34720.01360.05660.24550.03580.03580.11780.04770.0790.08640.35620.16640.14740.31610.11570.05760.08640.09550.09660.07580.06860.07540.09330.11620.06660.09770.07630.08667）根据指标综合值i大小排序筛选指标。由表4可知指标最后指标D7、D32的i值均为0.3，值最小，可以将其删除。通过咨询专家，指标D7即维修技术水平与维修工具指标在进行效能评估时存在重复评价的情况，指标D32即核生化防护效能指标由于局部对抗使用核生化武器的概率不高，因此何能波等：基于改进灰色关联度的装备保障效能指标体系优化168舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期对可以将其优化删减。表3数据灰色关联度系数及关联度效能指标D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18D19D20D21D22D23D24D25D26D27D28D29D30D31D32D33D34数据10.52500.66740.55620.36390.65180.43920.39630.78200.52390.43940.64710.85090.51530.50550.41920.52510.33330.37870.46330.38440.52530.64260.52510.63540.43980.53410.51400.52430.64880.44050.52420.43980.61960.5251数据20.65210.69850.63640.41530.69060.47020.43910.86240.66290.50620.84820.85330.52410.63210.65040.66420.37980.49690.52530.42080.60870.65180.62230.66450.49650.65080.66450.66640.69690.52490.62080.62120.70050.6223数据30.70080.78470.85460.49650.70230.52530.43990.95250.82810.52620.88400.88400.69830.85110.77540.75940.43360.62100.64910.46310.70210.82560.75940.74060.73840.78250.79900.78340.74510.70120.80370.73620.78140.7590i0.62600.71690.68240.42530.68150.47820.42510.86570.67160.49060.79310.86270.57930.66290.61500.64960.38230.49890.54590.42280.61200.70660.63560.68020.55820.65580.65920.65800.69690.55550.64960.59910.70050.63555结语本文采用灰色关联度和德尔菲法相结合的思路对导弹部队装备保障效能评估指标体系进行筛选优化，将收集的部队装备保障效能相关数据进行了验证计算，将筛选结果通过咨询专家解释分析，验证了采用灰色关联度与德尔菲方法相结合的思路是正确的，为下一步进行保障效能评估奠定了基础，有利于检验部队装备保障效能实际情况。表4效能指标专家打分及数据处理效能指标D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15D16D17D18D19D20D21D22D23D24D25D26D27D28D29D30D31D32D33D34专家5454433353554445445444543343444245专家4444344554543443424443443432334244专家5444343444453544434453343342443354S4.674.004.334.003.333.673.334.004.673.674.674.673.334.334.004.004.003.004.334.004.333.334.004.003.003.333.672.333.673.673.672.334.334.33Ss1.000.860.930.860.710.790.710.861.000.791.001.000.710.930.860.860.860.640.930.860.930.710.860.860.640.710.790.500.790.790.790.500.930.93i0.630.610.630.360.490.380.300.740.670.390.790.860.410.620.530.560.330.320.510.360.570.500.540.580.360.470.520.330.550.440.510.300.650.59参 考 文 献1吴溪，王铁虎，高振辉.武器装备作战试验评估指标体系构建及优化方法 J.火力与指挥控制，2020，45（03）：75-80，85.2胡俊锋，杨佩国，吕爱锋，等.基于ISM的区域综合减灾能力评价指标体系研究 J.灾害学，2014，29（01）：75-80.3魏国敏，陈兆仁，李玥，等.基于ISM的应急投送保障基地综合效能指标体系研究 J.军事交通学院学报，169总第347期2014，16（08）：60-64.4任佳成，徐常凯，张昱.基于粗糙集的航材保障效能评估指标体系优化 J.舰船电子对抗，2018，41（03）：28-31.5杜峰，宿云波，刘罕杰.基于粗糙集理论的装备保障指挥系统效能评估指标体系约简 J.装甲兵工程学院学报，2010，24（06）：13-16.6张磐，汪宇倩，姜宁，等.基于改进灰色关联度的配电网调控水平评价指标筛选方法 J.电力系统及其自动化学报，2018，30（11）：64-69.7齐分岭，韦国军，侯炜，等.典型航天装备在役考核指标体系构建 J.指挥控制与仿真，2022，44（03）：53-60.8朱纪忠，王萍，杨晓斌.基于改进灰色关联度的指标体系构建方法 J.价值工程，2013，32（07）：4-7.9李赫才，韦国军.基于ANP的装甲装备在役考核指标构建 J.指挥控制与仿真，2021，43（05）：92-97.10王立群.网络分析法在环境信息化水平评价指标体系中的应用 J.中国环境管理，2011（02）：18-21.11陈海英，郭巧，徐力.基于神经网络的指标体系优化方法 J.计算机仿真，2004（07）：107-109，118.12杜海舰，徐新喜，徐卸古，等.基于混沌遗传算法优化神经网络方法的救护直升机效能评估与指标优化研究J.直升机技术，2012（03）：15-21.13谭跃进，陈英武，罗鹏程，等.系统工程原理 M.北京：科学出版社，2017.应考虑多云团规避区的边界融合问题，此后需要对此综合考虑，进行优化改进，并将云团运动发展趋势与规避区的划设作为容量预测的影响因子和优化权值因素加入动态容量评估模型中。参 考 文 献12021年民航行业发展统计公报 R.北京：中国民用航空局，2022.2郭庚常.我国中尺度对流云团特征及对航路影响的研究 D.广汉：中国民用航空飞行学院，2016.3Madddox R A.Mesoscale convective complexes J.Bulletin of the American Meteorological Society，1980，61（11）：1374-1387.4王微，潘益农，束宇.中国东部夏季中尺度对流系统以及中尺度对流涡旋的特征 J.南京大学学报（自然科学版），2011，47（6）：692-702.5许霖，姚蓉，王晓雷，等.湖南省雷暴大风的时空分布和变化特征 J.高原气象，2017，36（4）：993-1000.6唐佳，叶成志，唐明晖，等.弱天气尺度背景下湖南两次暖区暴雨对比分析 J.高原气象，2021，40（4）：815-828.7王起唤，姚蓉，周长青，等.湖南春夏季混合强对流天气过程对比分析 J.湖北农业科学，2021，60（19）：65-74.8张昆，彭艳青，王起唤，等.2020年1月初怀化一次罕见强对流天气过程分析 J.中低纬山地气象，2021，45（1）：63-69.9叶志坚，王红勇，高伟，等.对流天气下空域通行能力短缺预警及响应综述 J.航空计算技术，2014，44（5）：9-14.10毛永庆，丁一波，程先锋.基于组合反射率信息的雷暴服务和辅助决策技术 J.指挥信息系统与技术，2019，10（6）：14-19.11魏凡，李超.利用气象雷达信息划设雷暴飞行限制区的方法研究 J.成都信息工程大学学报，2018，33（2）：205-211.12W.ME.日本新型气象卫星“向日葵8号”正式投用 J.军民两用技术与产品，2015（15）：17.13束宇，潘益农.红外云图上中尺度对流系统的自动识别 J.南京大学学报（自然科学版），2010，46（3）：337-348.14费增坪，王洪庆，张焱，等.基于静止卫星红外云图的MCS 自动识别与追踪 J.应用气象学报，2011，22（1）：115-122.15吴一全，王志来.基于目标提取与引导滤波增强的红外与可见光图像融合 J.光学学报，2017，37（8）：98-108.16段炼，郭鹏宇.利用静止气象卫星识别和追踪MCS方法概述 J.民航学报，2021，5（6）：76-80.17李五生，王洪庆，吴琼，等.静止卫星云图的云位置偏差及其几何校正 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