（1.海軍工程大學 武漢 430033）（2.海軍兵種指揮學院 廣州 510430）

1 引言

艦艇的作戰(zhàn)能力（combat capability）定義為“考慮艦艇武器裝備、操作人員以及艦艇戰(zhàn)斗實踐諸多因素，計算艦艇防空、對海和反潛等能力所得到的量化標準”。作戰(zhàn)能力包含兩部分內容：靜態(tài)作戰(zhàn)能力和動態(tài)作戰(zhàn)能力。靜態(tài)作戰(zhàn)能力是艦艇裝備在設計制造過程中確定的工作能力，具有固定性和靜止性，是在設定“典型戰(zhàn)術態(tài)勢”和“人員和裝備因素”條件的前提下得到的。而動態(tài)作戰(zhàn)能力是在艦艇服役期間，尤其是在戰(zhàn)斗過程中所能發(fā)揮的實際作戰(zhàn)能力，它是靜態(tài)作戰(zhàn)能力在實際戰(zhàn)術態(tài)勢、裝備維護、人員訓練等一系列因素作用下加權處理的結果［1～2］。靜態(tài)作戰(zhàn)能力是武器裝備的理想作戰(zhàn)能力，而在實際使用中，研究海戰(zhàn)場環(huán)境下艦艇的動態(tài)作戰(zhàn)能力更具備實用參考價值。

靜態(tài)作戰(zhàn)能力建立在裝備正常工作的固定狀態(tài)，但艦艇出海執(zhí)行任務時，裝備的工作狀態(tài)是動態(tài)改變的。裝備的工作狀態(tài)會在正常工作、降功能降指標工作、故障和維修等狀態(tài)間發(fā)生轉換。海戰(zhàn)場環(huán)境下，艦艇僅具備艦員級維修能力，對于出現故障的裝備只能采取戰(zhàn)場搶修，例如切換、旁路拆除、備件更換、拆次保重、同型異型拆換、替代和原件修復等。相應的，裝備運用也存在帶傷使用、降額使用、改變操作方式和冒險使用等幾種方式［3］。這些裝備實際使用狀態(tài)必然會影響裝備的作戰(zhàn)效能。影響動態(tài)作戰(zhàn)能力的眾多因素中，裝備的工作狀態(tài)和使用是非常重要的一個。

本文從使用者的角度出發(fā)，分析了水面艦艇在海戰(zhàn)場環(huán)境中艦船裝備處在不同工作狀態(tài)的性能情況，給出了艦艇動態(tài)作戰(zhàn)能力的仿真和評估方法。

2 裝備狀態(tài)對作戰(zhàn)能力影響的評估模型

我們通過ADC模型來評估艦艇動態(tài)作戰(zhàn)能力，觀察裝備工作狀態(tài)對作戰(zhàn)能力的影響［4～5］。將ADC 模型進行改進，用于計算裝備工作狀態(tài)影響下的武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能：

其中E為系統(tǒng)效能，用行向量E＝［e1，e2，…，em］表示，ei是系統(tǒng)完成第i項任務的效能指標；A為系統(tǒng)可用度，是系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務時所處狀態(tài)的量度向量。A＝［a1，a2，…，an］為n維可用度向量，aj是開始執(zhí)行任務時刻系統(tǒng)處于狀態(tài)j概率。

用ADC模型分析實際作戰(zhàn)情況，需要先確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)。系統(tǒng)初始狀態(tài)是由執(zhí)行任務之前或執(zhí)行任務過程中發(fā)生的事件所形成的系統(tǒng)狀態(tài)。首先要辨別與描述在開始執(zhí)行任務時或在執(zhí)行任務過程中系統(tǒng)可能呈現的各種不同狀態(tài)，然后將可用度矩陣A和狀態(tài)轉移矩陣D同系統(tǒng)的可能狀態(tài)聯系起來，并通過效能把系統(tǒng)的可能狀態(tài)與執(zhí)行任務的效果相聯系［6～8］。

這里所要建立的ADC 效能模型應是一個基于過程的動態(tài)效能模型。根據任務剖面，選定各個任務階段所需要的關鍵設備和其它可能使用的設備，列出這些設備使用時的具體效能指標，建立相關的設備使用表。根據系統(tǒng)所處的可用度和當前所擔負的任務使命，選擇相應的裝備和戰(zhàn)術動作，確定相應的武器通道組織。

系統(tǒng)狀態(tài)是各子系統(tǒng)的工作保障狀態(tài)、維修狀態(tài)、故障狀態(tài)、等待備件狀態(tài)等的集合?？捎枚扰c武器系統(tǒng)的可依賴性、維修性、維修管理水平以及器材供應水平等因素有關［9～10］。將武器系統(tǒng)狀態(tài)分為正常、降功能降指標使用、修理過程中的無法使用和無法修理四種狀態(tài)。這種裝備狀態(tài)分類是符合實際裝備使用情況的。表1所示某型艦艇的9種裝備，6年間發(fā)生故障共392次。其中功能完全喪失的共151 次，占38.52%；功能部分喪失的共189 次，占48.21%；性能指標下降的共37次，占9.44%；對執(zhí)行任務影響不大的共15次，占3.83%。影響裝備執(zhí)行任務的故障次數為340次，占總故障次數的86.73%。

表1 艦艇裝備故障對作戰(zhàn)任務影響

引入判斷因子k，故障率λ1、λ2、λ3和修復率μ1、μ2，則ADC 模型可改寫為

當系統(tǒng)降功能使用時，不考慮維修情況，則此時d21取為零，同時降功能的故障若不能及時處理，可能會導致故障的進一步惡化，因此這里考慮相關因子k1和k2二者均大于1。這里還需要考慮維修時間受到限制情況對系統(tǒng)狀態(tài)的影響。維修策略限定了確定設備只能在確定的階段才能對它進行修理。不同的戰(zhàn)時態(tài)勢下，系統(tǒng)允許的停機時間是有差別的。允許停機時間是系統(tǒng)或設備為了維修能夠停機而不會導致任務失敗。對于任務關鍵系統(tǒng)來說在作戰(zhàn)周期內，允許停機時間為零。當處理故障時間大于允許停機時間，則可認為當前出現的故障是無法修復的。T為間隔時間，可取為平均修理時間的最小值。

3 裝備狀態(tài)對作戰(zhàn)效能影響的仿真模型

裝備工作狀態(tài)對作戰(zhàn)效能的影響，通過圖1可以反映出來。武器通道是指控系統(tǒng)從發(fā)現跟蹤目標，對目標進行處理，由人工或系統(tǒng)進行決策，最后形成指揮武器系統(tǒng)的信息通道。通常武器通道可分為主通道、備用通道、應急通道幾種。主通道是系統(tǒng)所有設備正常時，保精度保質量的作戰(zhàn)通道；備用通道是部分設備戰(zhàn)損或故障，降低一些精度或犧牲部分功能但仍能使用武器的通道；應急通道是當設備戰(zhàn)損或故障比較嚴重、情況比較危急，來不及啟用正常通道而使用武器的一種應急措施。由于通道中設備的精度和使用條件的不同，通道的質量也不相同。裝備工作狀態(tài)可以通過改變系統(tǒng)通道組織來作用作戰(zhàn)能力。

指揮員需要判斷裝備是否允許投入使用。若裝備出現嚴重故障，導致無法使用，則需要考慮是否維修。裝備仍然可以使用，但技戰(zhàn)術性能出現下降或降功能，此時需要判斷是進行維修還是在降低技術戰(zhàn)術性能的條件下繼續(xù)使用。由于投入裝備的性能不同，會對艦艇戰(zhàn)術性能產生影響。裝備工作狀態(tài)對艦艇戰(zhàn)術行動的另一個影響反映在指揮員需要判斷是否對出現故障的裝備進行維修，會影響狀態(tài)轉移矩陣D。

圖1 裝備狀態(tài)對系統(tǒng)作戰(zhàn)能力影響模型圖

判斷裝備目前狀態(tài)決定是否使用。若裝備出現嚴重故障，導致無法使用，則需要考慮是否維修。裝備仍然可以使用，但技戰(zhàn)術性能出現下降或降功能，此時需要判斷是進行維修還是在降低技術戰(zhàn)術性能的條件下繼續(xù)使用。這里也體現了裝備工作狀態(tài)對艦艇戰(zhàn)術技術性能的影響情況。模型中，使用者需要對相關系統(tǒng)給出狀態(tài)判斷。若出現故障，導致無法工作或降指標降功能使用的情況，確定是否使用該系統(tǒng)，作為艦艇戰(zhàn)術行動選擇的依據。

根據建立的裝備戰(zhàn)術技術性能變化和故障維修情況對戰(zhàn)術行動影響的模型，可以通過仿真實例觀察到裝備工作狀態(tài)對戰(zhàn)術性能的具體影響情況。

4 仿真實例

導彈艇功能單一，武器通道組織相對較少。用其作為具體分析對象，研究裝備工作狀態(tài)對艦艇作戰(zhàn)能力的影響較為適宜。導彈艇的作戰(zhàn)能力主要表現為對海作戰(zhàn)能力，主要由艦載導彈完成。這里分析裝備工作狀態(tài)對艦艦導彈命中概率的影響。

武器裝備系統(tǒng)狀態(tài)情況會影響武器系統(tǒng)性能、武器通道的組織和火控系統(tǒng)的運行方式，進而影響導彈的對海攻擊能力（主要是艦載導彈的毀傷效率）。常用通道組織為：數據鏈接收到引導平臺送來的目標信息后發(fā)送給戰(zhàn)術指揮臺，戰(zhàn)術指揮臺進行目標的航跡處理、威脅判斷后，將目標指示信息再傳送給導彈指揮儀中的指揮儀顯控臺，指揮儀顯控臺根據導彈類型，解算導彈的射擊諸元，進行導彈分配和數據裝定，實施導彈發(fā)射。

裝備的RMS參數決定了裝備出現故障和修復情況。當出現數據鏈故障無法傳送引導平臺發(fā)送的信息，但戰(zhàn)術指揮臺能正常工作情況時，引導平臺的信息可以通過引導報發(fā)送給導彈快艇。當出現戰(zhàn)術控制臺不能正常工作情況時，可以通過超視距目標指示副站，對數據鏈送來的目標進行航跡處理、威脅判斷。為保證導彈火控系統(tǒng)在各種情況下對目標的攻擊力，導彈指揮儀還設置了兩種備用裝定工作方式：當外部信息源故障時，可通過鍵盤在導彈控制臺上進行人工裝定，完成解算和發(fā)射功能；當導彈控制臺內的主計算機模塊或顯示器故障時，由導彈控制臺上人工裝定，完成發(fā)射功能。

表2 引導平臺情況下的通道組織

裝備工作狀態(tài)對引導平臺情況下導彈超視距射擊的通道組織影響，存在表2所示的六種系統(tǒng)狀態(tài)。仿真10000次，不同通道組織的仿真數據和戰(zhàn)術性能（導彈覆蓋概率和突防概率）見表2。仿真10000次，任務失敗次數為116次。數據鏈出現故障次數為1005次，其中得到修復次數為485次。戰(zhàn)術指揮臺故障次數為977次，其中得到修復的次數為385次。超視距副站故障次數為945次，其中得到修復次數為429次。導彈指揮儀降功能使用，采用人工裝定的情況為124次。導彈指揮儀故障導致任務失敗的次數為71次。可以從表2中觀察相關設備RMS影響通道組織，進而影響作戰(zhàn)效能的情況，是可靠性就是戰(zhàn)斗力的直觀注解。

5 結語

從作戰(zhàn)效能方面入手，重新分析工作狀態(tài)對艦艇作戰(zhàn)能力的影響是有現實意義的。本文分析裝備工作狀態(tài)對武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響，可以為裝備的作戰(zhàn)使用、作戰(zhàn)方案的制定和優(yōu)選、模擬訓練提供更為準確的定量評判依據。

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