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3.3 效能评估指标体系构建方法

指标体系构建的方法有多种,既可以自顶向下由总目标细化到基础参数指标,也以自下而上由基础指标聚合为总目标,还可以同时从两个方向进行。可以借鉴构造系统的方式来构造一个综合评价指标体系。这个系统的构造一方面包括核心元素的选择方法,另一方面也包括整体框架的规划设计。因此,综合评价指标体系的构建离不开具体指标的选择和指标体系整体框架的设计。

3.3.1 效能评估指标体系构建模式

作战效能评估指标体系往往是以一定的效能结构为基点展开的,因而要构建抽象的效能评估指标体系,就有必要对作战效能的结构要素进行分析与归纳。

分析武器装备效能结构要素,一般从效能度量相关概念入手。由图2.1给出的各类指标因素之间的层级关系,以及效能度量与作战能力、作战适宜性等指标因素之间的关系,结合系统具有预期的使命,系统在预期的使用条件下执行任务,对系统完成任务的能力进行适当的度量,可以将效能进一步定义为:作战效能是武器装备在作战环境下所具备的作战能力、作战适宜性以及由此而获得的作战效果的统一表达。

基于此,结合树形层级评估结构,可得由这些指标因素组合而成的武器装备作战效能结构如图3.2 所示。

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图3.2 武器装备作战效能结构图

结合上述武器装备作战效能结构进行分析,可以发现其涵盖了目前武器装备作战效能评估指标的主要选取方向,即效能评估指标体系构建模式。由作战效能结构图可知,与作战效能关联的指标有作战效果、固有能力、作战能力、作战适宜性、作战态势与系统性能指标因素,由此可构建出以下六种独立的评估指标选取方向,如图3.3 所示。

下面分析这六类作战效能评估指标体系构建模式。

(P1)基于作战效果的构建模式

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图3.3 效能评估指标体系构建模式

该类构建模式是基于作战效果的作战效能评估,通过该类模式可得到作战效能的绝对值或根据效果数据得到的评估效用值。一般武器装备的作战仿真方法、演习试验方法采用的指标体系通常属于这一类模式。此类模式的优点在于评估指标容易理解,能让评估结论直接与作战效果对应; 评估数据容易采用武器装备攻防对抗仿真方法或演习试验手段获取。不足点是面向效果的指标体系构建不够全面,通常表现为主要获取特定想定下的较综合的作战效果指标。

(P2)基于固有能力的构建模式

该类构建模式通过固有能力分析作战效能,它主要得到作战效能的相对程度值或满意概率值。该类模式的效能评估指标常采用专家评定法、基于多方案对比的综合评估法及基于专家的模糊评判法等方法进行解算。该类模式的优点是指标综合性好、简单快捷。缺点是主观性稍多、客观性稍差,评估结果主要依赖于专家的经验判断和推测估计。

(P3)基于作战能力和作战适宜性的构建模式

该类构建模式包含了作战能力因素和作战适宜性因素,得到的是系统作战效能的综合值。该类模式的优点是全面性好,既可兼顾作战能力要素,又可兼顾非作战能力要素。事实上,采用此模式指标体系可适用于可用性、依赖性与能力模型(Availability,Dependability and Capability,ADC)及其相应的改进型,这时,可以把作战适宜性看成A、D、C 的作战能力。而ADC 法的优点是简单易懂、物理意义清楚; 缺点是作战适宜性的计算复杂程度会随着作战状态的节点增加急剧增大,ADC 矩阵的连乘结果使累计误差放大。

(P4)基于系统性能、作战效果和作战能力的构建模式

该类构建模式根据系统性能与作战效果指标分别分析作战能力及作战效能,重点研究作战效能与作战能力之间的影响关系,剖析影响武器装备作战效能的关键因素。单项作战能力是综合效能的支持因素。采用该类模式的效能评估指标体系不仅可用于计算作战效能,也可用于计算作战能力值。此外,也有助于研究作战效能— 作战能力— 系统性能之间影响因素的因果追溯关系。

(P5)基于系统性能、固有能力、作战能力和作战适宜性的构建模式

该类构建模式旨在研究系统性能、固有能力、作战能力、作战效能及敌我作战态势之间的影响链路。分析系统性能对固有能力的影响、固有能力对作战能力的影响、固有能力对作战效能的影响及单项作战能力对作战效能的影响。该类模式的指标体系强调从武器装备自身的物理特性入手,结合对武器装备潜在能力的预测,对比分析武器装备的作战效能。该模式具有专家评定、对抗仿真试验混合评估和多层次评估的特点。对系统性能指标可采用物理试验方法求取,对作战能力可以采用仿真方法与专家方法进行评估,最后利用多种数据源融合的方法评估综合作战效能。

(P6)基于系统性能、固有能力、作战适宜性、作战态势和作战能力的构建模式

该类构建模式旨在研究系统性能、固有能力、作战能力和作战效能之间的影响链路。在敌我态势同步变化的条件下,分析系统性能对固有能力的影响、固有能力对作战能力的影响、固有能力对作战效能的影响及单项作战能力对作战效能的影响。该模式充分结合作战效能逻辑结构、作战流程,从动态、静态两方面综合考虑,构建综合指标评价体系。

评估指标体系构建模式是具体指标体系的抽象类,是细化的指标体系所遵循的基本框架。在上述几种类型的构建模式中,选择合适的构建模式类型对于不同背景下的评估指标体系构建是十分重要的。

3.3.2 效能评估指标体系构建模式选择

作战效能评估指标体系的构建,除了面临合理性问题,还面临指标构建的时效性问题。为了快速合理地制定一套可靠的评估指标体系,首先要选准一套合理的评估指标体系构建模式,再以该模式为基本框架展开细化得到符合要求的评估指标体系。

效能评估指标体系构建模式的选择方法是,将相同或相近的武器装备效能评估条件与各类评估指标体系构建模式建立联系,在某条件下对某武器装备对象要采用何种评估指标体系指导模式的问题,正是评估指标体系构建模式选择的问题。因各军兵种用户面临的武器装备系统种类繁多、条件复杂,要对它们进行效能评估,需要根据其自身特点及评估目标,结合评估数据、评估模型预判各个作战效能评估指标体系构建模式的成熟度,以此进行作战效能评估指标体系构建模式的选择,进而指导指标体系的细化。

对任意武器装备的作战效能评估,先根据其自身特点,输入该类装备的特点与作战使命要求及需要的评估成熟度,便可以与相应的评估指标体系构建模式相匹配,一般地可以根据如下经验进行效能评估指标体系构建模式的选择,具体地描述如下:

首先,如果直接利用作战效果分析作战效能,可不必了解武器装备的具体性能与单项能力,直接按照最后的作战战果数据反映作战效能。

其次,如果评估者主要考查某武器的作战效果,可选择评估指标体系构建模式P1; 如果需要考查装备固有能力的结果,可以考虑采用评估指标体系构建模式P2; 如果需要考查武器装备的作战过程及作战适应性,可以考虑评估指标体系构建模式P3; 如果需要考查武器装备的作战效果、作战能力及作战适应性,可考虑评估指标体系构建模式P4; 如果要综合考虑武器装备的作战效果、作战适应性及作战能力的影响因素分析,可考虑评估指标体系构建模式P5; 如果要综合考虑作战态势、武器装备的作战效果、作战适应性及作战能力的影响因素分析,可考虑评估指标体系构建模式P6。

最后,如果存在其他考虑,其模式可以在上述基本构建模式上进行适当的调整。

按构建模式进行实例化分解的过程可以参考系统工程的层次结构展开形式,即从评估系统的需求或指标体系构建模式入手,层层推进引导分解出相应的效能评估指标。系统工程通常包含一组自顶向下和自底向上的方法来分解系统层次。

系统工程层次化结构分解通常从全局视图(World View,以下用 V 表示)开始细化所关注的特定兴趣领域。在特定的兴趣领域内,对目标系统元素(如数据)进行分析后再将功能分解下去。于是,对层次结构展开图做形式化描述为:

全局视图 V 包括一组领域 D i ,而 D i 本身也可为一个子系统,表达如下:

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而每个领域 D i 又由特定的元素{ E ij } 构成,每个元素承担完成领域目标的作用:

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每个元素 E ij 由可完成该元素的必要功能的技术构件( C ijk )来实现:

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借鉴系统工程层次化结构逐层分解思想,根据作战效能评估指标体系构建模式,结合系统工程方法进行效能评估指标体系的细化(也称为实例化),过程如图3.4 所示。通过逐层分解得到的指标体系,一般具有分层及树状的形式。

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图3.4 效能评估指标体系的细化过程

具体地,在实际评估过程中,依据评估对象和评估目的的不同,选择相应的指标体系构建模式,根据选择指标体系构建模式中关注的作战效能的因素指标中的一个或几个来表示装备效能。这里以指标体系构建模式P3为例,采用“作战能力” 和“作战适宜性” 来作为装备效能的综合指标。实际上,模式3 采用这两个综合指标来构建装备效能评估指标体系是借鉴了ADC 模型的思想,其中,作战能力就是ADC 模型中的C,作战适用性就是ADC 模型中的A 和D。

1.作战能力指标分解

武器装备的作战能力,是指武器装备在一定的作战使用环境条件下所表现出的“本领” 或“潜力”。一个武器系统通常具有“ 侦、打、指、生、抗” 五种能力,或者五种能力中的某几项。

“侦” 就是武器装备对目标的“侦察” 能力,通常包括发现、识别、跟踪、测量目标的能力。

“打” 就是武器装备对目标的“打击” 能力或“毁伤” 能力,通常以毁伤效能来作为度量指标,包括目标控制能力、命中精度、目标易损性、打击可靠度等。

“指” 就是武器装备的“指挥控制” 能力,通常包括信息获取能力、信息处理能力、信息监控能力、信息传输能力等。

“生” 就是武器装备在敌方威胁下的“ 生存” 能力,通常包括机动能力、反应能力、反侦察能力、抗毁能力等。

“抗” 就是武器装备的“电子对抗” 能力,通常包括电子干扰能力和抗电子干扰能力。

综上,可以得到如图3.5 所示的作战能力指标分解图。

2.作战适宜性指标分解

美国国防采办大学出版的《试验与评价管理指南》对作战适宜性的定义是:“在考虑可用性、兼容性、运输性、互用性、可靠性、战时使用率、维修性、安全性、人因、可居住性、人力、后勤保障性、自然环境效应与影响、文件及训练要求的情况下,系统令人满意地投入外场使用并维持的程度。” 国内学者对作战适宜性大多引用了该定义,或者在此基础上重新进行了定义。

概括来讲,作战适宜性是装备在实际使用环境下满足部队训练和作战使用要求的程度,包括环境适用性和使用适用性两方面:

1.环境适用性,就是作战环境的适用性,通常包括自然环境适用性、电磁环境适用性、运输环境适用性、人机环境适用性等。

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图3.5 作战能力指标分解图

2.使用适用性,就是装备在作战环境下是否“好用” 的程度,通常包括装备可靠性、装备维修性、装备测试性、装备保障性、装备标准性、装备安全性等。

综上,可以得到如图3.6 所示的作战适宜性指标分解图。

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图3.6 作战适宜性指标分解图

3.3.3 指标体系的优化与完善

指标的设计者往往片面追求指标体系的全面性,企图使指标体系包含所有的因素,其结果是由于评价指标过多,一方面引起评价者判断上的错觉和混乱,另一方面导致其他指标的权重减小,造成评价结果失真。对同一评价目标可以从不同的角度设计出不同的指标体系,究竟采用其中哪一种指标体系评价更加有效,研究者往往根据经验来进行选择,缺乏科学性和严密性。对同一评价指标体系由于评价专家对评价指标的理解不同,会导致采用同一指标体系评价同一目标,其评价结果相差较大,即指标体系缺乏稳定性和可靠性。以上问题解决与否,会影响最终评价结果。可以想象如果一个评价指标体系设置不合理,即使其评价方法再科学、先进,其评价结果也会失真。因此,指标体系设计完成后,有必要对指标体系进行优化与完善。本节将讨论指标体系的筛选问题及其有效性和可靠性的评估。

1.评价指标体系的筛选

在实际应用中,并非评价指标越多越好,关键在于评价指标在评价中能否反映评价问题的本质。一般原则应是以尽量少的“主要” 的评价指标运用于实际评价。但是在评价指标集中也存在着一些“次要” 的评价指标,这时就需要按合理性判断的原则进行筛选,分清主次,合理地组成评价指标集。具体可采用权数判断法。我们可以根据指标权数的大小决定指标的取舍,剔除一些权数较小的指标,一方面有利于决策问题简化,另一方面也避免由于指标体系因素过多,引起评价者在判断上的失误和混乱。其具体步骤如下:

设同层指标集{ I 1 I 2 ,··· , I n },综合考虑每一指标的重要性后,确定各指标的权重得到相应的权数集{ w 1 w 2 ,··· , w n },其中 w i ∈[0,1], i =1,2,··· , n ,设取舍权数 w k w k ∈[0,1]。当 w i w k 时,则筛选掉指标 I i ,当 w i w k 时,则保留该指标 I i

指标权数取舍的大小标准取决于评价者及评价目标的复杂程度。评价目标涉及因素多,其取舍权数取小一些; 如果涉及因素少,其取舍权数大一些。评价者也可以客观地利用评价权数来简化评价指标体系。

2.评价指标体系的有效性的判断

在实际评价过程中,对同一评价目标采用同一评价指标体系评价时,由于专家认识的差异性,会得出不同的数据。当专家组评价得出的评价数据差异较大时,我们就认为该评价指标体系不能真实地反映评价目标,应予以剔除。同样在评价指标体系的设计过程往往会涉及设计某一指标对评价结果真实性的效用如何,能否真实反映评价事实。对以上问题,我们采用效度系数来解决。

设评价指标体系为{ I 1 I 2 ,··· , I n },参加评价的专家人数为 S ,专家 j 对评价目标的评分集为 X j = { x 1 j x 2 j ,··· , x nj }, j = 1,2,··· , S ,定义指标 I i 的效度系数为

img

式中: M 为指标 I i 的评语集中评分最优值; img 是评价指标 I i 的评分的平均值,即

img

则定义评价指标体系的效度系数为

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效度系数指标的统计学含义在于它提供了衡量人们用某一评价指标评价评价目标时产生认识的偏离程度。该指标绝对数越小,表明各专家采用该评价指标评价目标时对该问题认识越趋向一致,该评价指标体系或指标的有效性就越高,反之亦然。

3.指标体系的稳定性和可靠性分析

假设存在一组评价数据可以完全、真实反映评价目标的本质,采用设计的指标体系得出的评价数据与该组数据越“相似”,可以认为该评价指标体系得出的评价数据越接近于反映评价目标的本质,该评价指标体系的稳定性和可靠性就越高。基于这种思想,本书采用数理统计学中相关系数作为评价指标体系的可靠性系数,反映评价指标体系的可靠性和稳定性。

设专家组评分的平均数据组为 img ,则评价指标体系可靠性系数为

img

其中,

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并且有 img

以评价指标 I i S 次评价结果的均值作为理想值,计算 S 次评价数据与其平均值的差异程度,可以反映出采用同一评价指标体系 S 次评价数据的差异性。 ρ 越大,表明采用该评价指标体系评价出的评价数据的差异性越小,该指标体系的可靠性越高。可靠性系数是对评价指标体系评价结果的可靠性和稳定性的分析。如果 ρ 较小,表明各专家采用该评价指标体系对于同一评价对象得出评价数据差异较大,即用该评价指标体系各专家对同一评价目标其评价分歧较大,其可靠性较差,不适宜采用该评价指标体系。

3.3.4 案例分析

本节以航空母舰(简称航母)编队防空作战效能评估为例,说明提出的效能评估指标体系构建方法的应用合理性。

1.提出现有的效能评估准备条件

准备的评估条件有评估对象为航母编队装备体系,如航母、巡洋舰、驱护舰、潜艇等,评估目的为得到一个可比较的航母编队防空作战效能综合评估结果。航母编队防空作战任务有打击、威慑和拦截,但其根本任务是通过杀伤来袭空中目标以保卫本编队或防空区域内其他水面舰艇的安全。

2.基于评估条件选择对应评估指标体系构建模式

要研究的对象是航母编队防空作战效能,航母编队体系庞大、系统复杂,其防空效能评估指标体系的构建不能采用单一的作战效能逻辑,应使用综合指标体系的构建方法,要充分结合作战效能逻辑结构、航母编队防空作战流程,从动态、静态两方面综合考虑,构建航母编队防空综合指标评价体系,通过分析选择得到效能评估指标体系模式P6,即基于系统性能、固有能力、作战能力、作战适宜性和作战态势的指标体系模式来分析航母编队防空作战效能。

3.根据得到的效能评估指标体系模式,进行实例化操作

一般来说,航母编队的作战效能评估指标构建可以按照编队组成、功能、使命过程等多种方式来划分,这里按照作战使命过程的阶段进行指标细化。因为这样能够满足效能定义中“给定的作战使命” 的描述,同时还能剖析作战过程,分析航母编队防空作战在各个作战阶段的战况战果,还有利于仿真试验设计的开展及评估数据的采集。具体地描述如下:

根据航母编队对空防御作战使命任务和作战特点,其作战效能体现在与来袭空中目标的攻防对抗过程中,包括侦察预警能力、指挥控制能力、火力打击能力和电子战能力。航母编队防空作战能力能否正常发挥,是以作战流程是否稳定顺畅地运转为前提的。作战流程是包括信息流、控制流、能量流等综合形成的流程,如图3.7 所示。

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图3.7 航母编队作战流程

根据图3.7,航母编队防空作战过程描述分为三个阶段:作战任务、作战准备和行动实施。作战任务阶段是指当敌方目标入侵时,受领上级作战任务,正确领会上级的作战意图,研究提出航母编队的作战任务,分析判断情况,定下初步决心的一系列事件。作战准备阶段是指受领作战任务后,通过对作战态势分析,根据作战任务要求、首长作战意图,制订航母编队作战行动的计划及作战想定预案。作战计划下达后进行各项作战准备工作,包括行动方案与措施、装备技术准备、后勤保障准备等一系列活动。行动实施是指侦察预警、跟踪识别、编队机动、火力打击(如舰载机拦截、舰载武器拦截)、电子对抗战和作战效果评估等一系列行动。

4.拟定出细化的评估指标体系

根据评估指标体系构建模式P6,对图3.7 的作战流程进行补充并细化作战效能参数,其中,作战态势分析包括敌飞机攻击与敌舰艇攻击; 作战准备体现航母编队的固有能力,包括战备完好性、可靠性及编队生存能力; 预警探测和跟踪识别检验的是编队对空、对超低空、对特殊目标的探测识别能力; 指挥控制检验的是编队信息处理与决策能力; 我方应对措施包括了编队舰艇机动能力、火力打击能力、电子战能力,编队舰艇机动能力考验的是编队在进攻和防御时队形保持与变换的机动能力,它是评价航母编队防空效能的一个重要参数。考虑到机动能力考验的编队舰艇自身的机动能力与协调能力,所以可以将其认为是编队的固有能力。

综合以上分析,航母编队防空作战效能评估指标体系层次结构如图3.8所示。

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图3.8 航母编队防空作战效能评估指标体系层次结构

基于航母编队防空作战效能评估指标体系层次结构图,再按照系统工程的层次分解法依次细化上层指标,并通过优化完善,得到航母编队防空作战效能评估指标体系,具体如下:

1)作战态势

作战态势主要包括敌机攻击态势、敌舰艇攻击态势和综合态势更新能力三个方面,影响作战态势的指标因素主要包括敌机/舰的来袭方向、攻击批次、攻击间隔、发射导弹距离和一次攻击发射导弹数等。综合态势更新能力的影响因素包括综合态势生成时间和更新时间两个方面。作战态势指标构成具体如图3.9 所示。

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图3.9 作战态势指标构成

2)作战适宜性

根据航母编队对空作战的特点,作战适宜性主要考虑装备的可靠性、战备完好性和生存能力三个方面,其中装备可靠性重点考虑装备的平均故障间隔时间、平均故障修复时间和无故障连续工作时间; 战备完好性则考虑技术准备完好率和待机准备完好率; 生存能力主要考虑编队自身的防护能力、反侦察能力和抗毁能力等。作战适宜性指标构成具体如图3.10 所示。

3)编队机动能力

编队机动能力主要受航母机动性和编队机动性两方面因素影响,航母机动性的影响因素为航母的最大航速、船体重量、重心高度与最大转向角等; 编队机动性的影响因素为编队保持队形的容易度、适应作战环境变化的效果、限制敌机机动能力的效果等。编队机动能力指标构成具体如图3.11所示。

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图3.10 作战适宜性指标构成

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图3.11 编队机动能力指标构成

4)侦察预警能力

侦察预警能力包括预警探测能力和跟踪识别能力两个方面。其中,预警探测能力的影响因素为预警机阵位、探测距离、抗干扰能力,以及防空警戒舰的阵位、雷达探测距离、雷达抗干扰能力等; 跟踪识别能力的影响因素为预警机的目标处理能力、指挥引导能力和抗干扰能力,以及防空警戒舰的雷达跟踪距离、雷达目标处理能力和雷达抗干扰能力等。侦察预警能力指标构成具体如图3.12 所示。

5)指挥控制能力

指挥控制能力重点考查编队的控制决策能力、指控响应能力和辅助决策能力三个方面。其中,控制决策能力的影响因素有作战计划生成时间、决策响应时间和决策者能力水平; 指控响应能力的影响因素包括越级指控命令下达时间、合成指控命令下达时间和紧急指控下达时间等; 辅助决策能力的主要影响因素有情报处理能力、网络通信能力和辅助决策正确性等。指挥控制能力的子指标构成具体如图3.13 所示。

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图3.12 侦察预警能力指标构成

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图3.13 指挥控制能力指标构成

6)电子对抗能力

电子对抗能力主要从三个角度来分析,包括电子侦察能力、电子干扰能力和电子防御能力。其中,电子侦察能力的主要影响因素有信息侦获能力、信息传输能力和信息识别能力; 电子干扰能力的影响因素有信息压制能力、信息欺骗能力、雷达有源/无源干扰效果等; 电子防御能力则包含威胁告警能力、自卫干扰能力和信息系统抗毁能力等。电子对抗能力指标构成具体如图3.14 所示。

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图3.14 电子对抗能力指标构成

7)对抗打击能力

对抗打击能力主要包含舰载机拦截能力和舰载武器拦截能力两个方面,影响作战效能的指标因素主要包括舰载机、空空导弹、飞航导弹和防空火炮等武器的对抗打击能力。对抗打击能力指标构成具体如图3.15 所示。

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图3.15 对抗打击能力指标构成 HznKc07TR00CHRwlHHvxo4UIJbskppNG9aRFp+BwIyWN5bqcW/j5VsHoKJ9eWKpS

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