吳啟波，葉方超，萬(wàn)學(xué)軍

（中國(guó)人民解放軍75100部隊(duì)，廣西 柳州 515000）

1 引言

武器系統(tǒng)的效能量度是評(píng)價(jià)武器系統(tǒng)最 “恰當(dāng)”的定量指標(biāo)，武器系統(tǒng)效能分析的重要任務(wù)之一就是確定效能量度。效能量度確定得是否合理，直接影響決策的準(zhǔn)確性。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的要求，正確、合理地選擇與確定武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能指標(biāo)即效能量度，對(duì)于正確進(jìn)行武器系統(tǒng)分析，提供可靠的決策依據(jù)是非常重要的。作好系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵一環(huán)，是適當(dāng)?shù)剡x擇效能量度，但選定一個(gè)好的效能量度卻不是一件容易的事情。事實(shí)上，效能量度常常是一種主觀判斷或 “價(jià)值”判斷，因此，建立一套系統(tǒng)的效能度量分析方法，對(duì)于武器裝備采辦和使用都具有十分重要的意義。

2 效能度量分析原理

2.1 效能度量的概念

在GJB 1364-92中，對(duì)武器裝備效能的定義為： “在規(guī)定的條件下達(dá)到規(guī)定使用目標(biāo)的能力。”“規(guī)定的條件”指的是環(huán)境條件、時(shí)間、人員以及使用方法等因素， “規(guī)定使用目標(biāo)”指的是所要達(dá)到的目的， “能力”則是指達(dá)到目標(biāo)的定量或定性程度。效能可以分為單項(xiàng)效能、系統(tǒng)效能和作戰(zhàn)效能。

a）單項(xiàng)效能

單項(xiàng)效能是指運(yùn)用裝備系統(tǒng)時(shí)，達(dá)到單一使用目標(biāo)的程度。如防空武器裝備系統(tǒng)的射擊效能、探測(cè)效能和指揮控制通信效能。單項(xiàng)效能對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)行動(dòng)是目標(biāo)單一的行動(dòng)，如偵察、干擾、布雷和封鎖等火力運(yùn)用與火力保障中的各個(gè)基本環(huán)節(jié)。

b）系統(tǒng)效能

系統(tǒng)效能是指裝備系統(tǒng)在一定的條件下，滿足一組特定任務(wù)要求的可能程度。它是對(duì)武器裝備系統(tǒng)效能的綜合評(píng)價(jià)，又被稱為綜合效能。系統(tǒng)效能是在型號(hào)論證時(shí)主要考慮的效能參數(shù)。

美國(guó)工業(yè)界武器裝備系統(tǒng)效能咨詢委員會(huì)認(rèn)為：系統(tǒng)效能是衡量一個(gè)系統(tǒng)滿足一組特定任務(wù)要求的程度的量度，是系統(tǒng)的可用性、可信賴性和能力的函數(shù)。該委員會(huì)不僅對(duì)武器裝備的系統(tǒng)效能作了較為科學(xué)的定義，而且還給出了評(píng)估 （計(jì)算）系統(tǒng)效能的基本模型框架，即系統(tǒng)效能由系統(tǒng)的可用性、可信賴性和能力三個(gè)方面共同構(gòu)成。

c）作戰(zhàn)效能

作戰(zhàn)效能有時(shí)又被稱為兵力效能，指在規(guī)定的作戰(zhàn)環(huán)境條件下，運(yùn)用武器裝備系統(tǒng)及其相應(yīng)的兵力執(zhí)行規(guī)定的作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，所能達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)的程度。這里，執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)應(yīng)覆蓋武器裝備系統(tǒng)在實(shí)際作戰(zhàn)中可能承擔(dān)的各種主要作戰(zhàn)任務(wù)，且涉及整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程。因此作戰(zhàn)效能是任何武器裝備系統(tǒng)的最終效能和根本質(zhì)量特征。

系統(tǒng)效能一般用于描述系統(tǒng)完成其任務(wù)的總體能力。系統(tǒng)效能評(píng)估或度量必須采用某種定量尺度，這種定量尺度被稱為系統(tǒng)效能量度 （MOE：measures of effectiveness）或效能指標(biāo)。而效能度量是衡量一個(gè)系統(tǒng)性能滿足需求的程度。系統(tǒng)效能度量依賴于系統(tǒng)性能指標(biāo)或性能量度 （MOP：measures of performance）。MOP是衡量系統(tǒng)行為屬性的量度。系統(tǒng)效能及其各種度量的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，系統(tǒng)參數(shù)和性能度量是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部具有的特征和能力的描述；而效能度量、作戰(zhàn)效能度量是系統(tǒng)在外部環(huán)境中表現(xiàn)的特征和能力的描述。MOE度量系統(tǒng)在作戰(zhàn)環(huán)境中如何執(zhí)行其功能或影響其它實(shí)體。它是對(duì)系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定目標(biāo)程度的定量表示，是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析比較的一種基本標(biāo)準(zhǔn)。MOE與一些標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，這些標(biāo)準(zhǔn)通常以理想系統(tǒng)為參考。MOE描述了系統(tǒng)在作戰(zhàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)其總體功能的情況。特別地，MOE依賴于特定的想定。MOP表示一個(gè)物理實(shí)體的內(nèi)在性質(zhì)或特征。從某方面說(shuō)，它度量的是系統(tǒng)的行為屬性，即系統(tǒng)的物理和結(jié)構(gòu)上的行為參數(shù)和任務(wù)要求參數(shù)，或“性能是系統(tǒng)按照?qǐng)?zhí)行某行動(dòng)的要求執(zhí)行這一行動(dòng)效能的度量”。發(fā)現(xiàn)概率、虛警率、信噪比、波特率、吞吐量以及頻率范圍等都是性能度量。MOP反映被分析系統(tǒng)的內(nèi)在特征，與想定無(wú)關(guān)。它是建立指標(biāo)體系的基本元素之一。系統(tǒng)效能高并不意味著其作戰(zhàn)效能也高。例如：一個(gè)通信系統(tǒng)能夠及時(shí)傳輸一個(gè)情報(bào)，但指揮人員并沒(méi)有很好地利用此情報(bào)，盡管可認(rèn)為這個(gè)通信系統(tǒng)效能比較高，但其此時(shí)的作戰(zhàn)效能卻很低。

圖1 系統(tǒng)效能及其各種度量關(guān)系圖

常用來(lái)獲取效能指標(biāo)的方法主要有專家評(píng)定法、試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、解析法和作戰(zhàn)模擬法等。

a）專家評(píng)定法

對(duì)于某些難以定量描述的指標(biāo)，在評(píng)定時(shí)采用專家評(píng)定。其一般方法是，選取最能反映效能的特征指標(biāo)，請(qǐng)一些專家 “打分”，然后通過(guò)對(duì)專家意見(jiàn)處理，得到系統(tǒng)效能。常用的方法有：評(píng)分法，分等方法，加權(quán)評(píng)分法及優(yōu)序法等。這類方法由于比較簡(jiǎn)單，因而得到了比較廣泛的應(yīng)用。

專家評(píng)定法在評(píng)定難以定量化時(shí)采用就比較有效。難題之一是如何選專家，其次選取什么指標(biāo)讓專家進(jìn)行評(píng)估。另外，專家評(píng)估法的缺點(diǎn)是主觀性強(qiáng)，專家評(píng)估時(shí)有很大的傾向性。

b）試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法

所謂試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法是在規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)中或精確模擬的環(huán)境中，觀察系統(tǒng)的性能特征，收集數(shù)據(jù)，評(píng)定系統(tǒng)效能。特點(diǎn)是，依據(jù)實(shí)戰(zhàn)、演習(xí)、試驗(yàn)而獲得大量的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)評(píng)估效能指標(biāo)；應(yīng)用前提是，所獲得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的隨機(jī)特性可以清楚地用模型表示，并可以加以利用。

常用的統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法有抽樣調(diào)查、參數(shù)評(píng)估、假設(shè)檢驗(yàn)、回歸分析和相關(guān)分析等。試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法不但能得到效能指標(biāo)的評(píng)估值，還能顯示指揮自動(dòng)化系統(tǒng)性能、作戰(zhàn)規(guī)則等影響因素對(duì)效能指標(biāo)的影響，從而為改進(jìn)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)性能和作戰(zhàn)規(guī)律提供了定量分析的基礎(chǔ)，其結(jié)果比較準(zhǔn)確，但需要有大量的指揮自動(dòng)化系統(tǒng)作試驗(yàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，這對(duì)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)而言是比較困難的，而且試驗(yàn)耗費(fèi)太大，需要時(shí)間長(zhǎng)。

c）解析法

解析法是根據(jù)描述效能指標(biāo)與給定條件之間的函數(shù)關(guān)系的解析表達(dá)式來(lái)計(jì)算指標(biāo)，可根據(jù)數(shù)學(xué)方法來(lái)求解所建立的效能方程。解析法的優(yōu)點(diǎn)是公式透明性好，易以了解，計(jì)算簡(jiǎn)單，且能夠進(jìn)行變量間關(guān)系的分析，便于應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是考慮因素少，只在嚴(yán)格限定的假設(shè)條件下有效，因而比較適合于簡(jiǎn)化情況下的宏觀效能指標(biāo)獲取。

d）作戰(zhàn)模擬法

作戰(zhàn)模擬法也叫作戰(zhàn)仿真法，實(shí)質(zhì)是以計(jì)算機(jī)模擬模型來(lái)進(jìn)行作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)得到的關(guān)于作戰(zhàn)進(jìn)程和結(jié)果的數(shù)據(jù)，可直接或經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)處理后給出效能指標(biāo)評(píng)估值。仿真法考慮了對(duì)抗條件下，以具體的作戰(zhàn)環(huán)境和一定的兵力編成為背景來(lái)評(píng)估，能夠?qū)嵤?zhàn)斗過(guò)程的演示，比較形象，但需要大量可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和原始資料作依托。要得到完整的資料有賴于有計(jì)劃長(zhǎng)期大量數(shù)據(jù)的收集，仿真時(shí)對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境模擬比較困難，如干擾環(huán)境的不確定性等直接影響結(jié)果?？傊?，作戰(zhàn)模擬對(duì)于系統(tǒng)效能評(píng)估具有不可替代的重要作用。

2.2 效能度量分析的原理

為了評(píng)估系統(tǒng)效能，必須建立合理的需求 （指標(biāo)），這種需求的描述要與系統(tǒng)的性能度量（MOP）相稱，也就是說(shuō)不能超出系統(tǒng)的能力范圍。效能度量是通過(guò)系統(tǒng)的性能度量和需求的比較而得到的，即效能度量是性能度量和需求的函數(shù)。

由上可知，要度量一個(gè)系統(tǒng)的效能必須首先明確需求。需求一般是由武器裝備采辦人員或者使用人員提出和確定。需求的定義過(guò)程是：首先，定義一個(gè)對(duì)達(dá)成任務(wù)目標(biāo)有意義的某一方面的屬性；然后，定義一個(gè)指標(biāo) （變量）來(lái)衡量此需求；通過(guò)定義一個(gè)量度（依賴于一些參數(shù)公式或算法）來(lái)量化這個(gè)指標(biāo)。如對(duì)導(dǎo)彈而言，使用人員可能定義導(dǎo)彈的任務(wù)成功率是90%，這就是一個(gè)具體的需求，當(dāng)然有的需求不是很具體，但在具體的操作過(guò)程中，我們也必須根據(jù)實(shí)際情況來(lái)抽象，最終量化這個(gè)需求。

系統(tǒng)的性能度量的定義過(guò)程是：首先，定義一個(gè)與系統(tǒng)性能相關(guān)的指標(biāo) （概念），如精度、時(shí)限、數(shù)據(jù)處理速率、易損性、生存能力和可靠性。然后，利用已有的或新定義一個(gè)或多個(gè)度量指標(biāo) （變量），并以一定的公式形式來(lái)表示這個(gè)指標(biāo)。性能度量指標(biāo)的結(jié)果可能是一個(gè)數(shù)如概率或期望值、一個(gè)數(shù)量區(qū)間或一個(gè)多維數(shù)量空間。

而效能度量是衡量一個(gè)系統(tǒng)性能滿足需求的程度，其定義的基本過(guò)程與性能度量類似：定義一個(gè)衡量滿足需求程度的指標(biāo)；通過(guò)定義標(biāo)準(zhǔn) （公式或算法）來(lái)量化此指標(biāo)；確保性能度量和需求指標(biāo)（變量）相稱；效能度量的值最終依賴于在性能度量公式中的可觀測(cè)、可測(cè)量的量、表達(dá)需求的參數(shù)和進(jìn)行比較的方法。

可用圖2來(lái)示意一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)空間、性能空間、需求空間和效能空間的關(guān)系。

如圖2所示，參數(shù)空間到性能空間的映射產(chǎn)生了性能度量軌跡。性能需求表示為需求空間。如果性能度量軌跡完全在需求空間之內(nèi)，則所有的系統(tǒng)行為都滿足需求，那么其效能為1.0；如果性能度量軌跡完全在需求空間之外，則沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)行為滿足需求，那么其效能為0.0。因此，效能度量可表示為：

圖2 武器系統(tǒng)參數(shù)空間、性能空間、需求空間和效能空間的關(guān)系示意圖

2.3 效能度量的制定過(guò)程

在明確了效能度量的分析原理的基礎(chǔ)上，為了有效地制定一個(gè)能為大家所接受的MOE，我們給出了一個(gè)制定MOE的具體過(guò)程，如圖3所示。

由圖3可知，在有了具體的MOE制定需求后，我們首先要有明確的觀點(diǎn)和任務(wù)，這些是制定MOE的基礎(chǔ)，通常這些內(nèi)容是通過(guò)與用戶的反復(fù)交互而得到的。例如：在裝備研制過(guò)程中，通常研制任務(wù)書(shū)以及研制合同等文件中列出的、用戶所提出的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)和使用要求就是我們這里的明確的觀點(diǎn)和任務(wù)。但是，通常我們不僅是要確定裝備是否達(dá)到了這個(gè)指標(biāo)和要求，而且還需要回答裝備采辦決策者所關(guān)心的議題。議題是指裝備采辦決策時(shí)需要回答的問(wèn)題。例如：導(dǎo)彈的突防能力、射程、重量、全彈長(zhǎng)以及射擊精度等。關(guān)鍵議題是指為了評(píng)價(jià)裝備的使用、技術(shù)、保障和其它能力而必須研究回答的問(wèn)題。關(guān)鍵議題是評(píng)價(jià)裝備整體價(jià)值的基礎(chǔ)，是裝備采辦管理里程碑決策的重要依據(jù)。例如：反艦導(dǎo)彈的最大射程，航路規(guī)劃導(dǎo)航點(diǎn)的數(shù)量，抗箔條干擾能力等。通常我們要明確與裝備使用相關(guān)的關(guān)鍵議題，即關(guān)鍵使用議題 （COIs：critical operational issues），這也是我們前面計(jì)算公式中的需求，在明確需求的基礎(chǔ)上我們可以初步制定MOE，然后按照上面的分析方法來(lái)評(píng)估MOE，通過(guò)那些達(dá)到用戶需求的MOE，對(duì)于沒(méi)有達(dá)到要求的則需要重新制定。對(duì)于初步同意的MOE還需要具體應(yīng)用它，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果MOE已經(jīng)達(dá)到用戶的需要，則結(jié)束；否則還需要對(duì)MOE進(jìn)行修改或者添加。

圖3 MOE制定過(guò)程圖

3 示例分析

本文以地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作為實(shí)例。地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使命是有效地對(duì)空中目標(biāo)實(shí)施精確打擊，保障地面部隊(duì)和軍事設(shè)施的安全。地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能指標(biāo)主要根據(jù)地空導(dǎo)彈作戰(zhàn)使命和作戰(zhàn)任務(wù)來(lái)確定。由于導(dǎo)彈系統(tǒng)是由戰(zhàn)斗部、動(dòng)力系統(tǒng)和制導(dǎo)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，從論文研究需要，本文僅以火力單元作為分析對(duì)象。結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)，我們概略地總結(jié)地空導(dǎo)彈的效能指標(biāo)包括火力指標(biāo)、機(jī)動(dòng)力指標(biāo)和生存力指標(biāo)。根據(jù)其具體的構(gòu)成和性能可以細(xì)分出各指標(biāo)的具體組成，如圖4所示。

由圖4可知，火力指標(biāo)部分是由單發(fā)殺傷概率、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、全天候作戰(zhàn)能力、空域覆蓋范圍以及目標(biāo)最大馬赫數(shù)、目標(biāo)通道數(shù)等決定的；機(jī)動(dòng)力指標(biāo)部分是由最大行軍速度、行/戰(zhàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間和自行系數(shù)組成的；生存能力則是由戰(zhàn)斗展開(kāi)可視面積和抗毀傷能力組成的，其中各部分的內(nèi)容在此不再贅述。

此時(shí)，可以看出火力單元的效能是我們的關(guān)鍵使用議題，在確定了關(guān)鍵使用議題后，我們可以以火力指標(biāo)、機(jī)動(dòng)力指標(biāo)和生存力指標(biāo)作為我們的MOE，按照前面介紹的分析原理，在得到具體的MOE基礎(chǔ)上，我們只需要找出MOP和需求進(jìn)行對(duì)比，便可以很快地得到MOE是否正確合理。表1給出了作為基本的作戰(zhàn)單元——地空導(dǎo)彈火力單元的性能指標(biāo)和需求情況，由表可知，各項(xiàng)性能指標(biāo)均大于等于需求，說(shuō)明我們的MOE選擇是合理的。

通過(guò)這個(gè)示例我們可以看出，要對(duì)任何系統(tǒng)效能進(jìn)行分析，只需要把系統(tǒng)按層次分開(kāi)，然后采取效能度量的基本原理，都可以得到我們需要的結(jié)果。

圖4 地空導(dǎo)彈火力單元效能指標(biāo)體系

4 結(jié)束語(yǔ)

本文說(shuō)明了進(jìn)行效能度量的必要性及其困難和問(wèn)題。然后介紹了系統(tǒng)效能度量的基本概念和分析原理，探討了效能度量制定的基本過(guò)程。最后通過(guò)系統(tǒng)效能分析的一個(gè)例子，說(shuō)明了方法的可行性，并引出了各種系統(tǒng)效能分析研究的思路和方法。

表1 地空導(dǎo)彈火力單元性能指標(biāo)和需求對(duì)較表

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