王金良，　郭齊勝，　趙東波，　李玉山

(1. 裝甲兵工程學(xué)院 裝備指揮與管理系， 北京 100072；　2. 白城兵器試驗中心， 吉林 白城 137001)

武器裝備作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計方法研究

王金良1，郭齊勝1，趙東波1，李玉山2

(1. 裝甲兵工程學(xué)院 裝備指揮與管理系， 北京 100072；2. 白城兵器試驗中心， 吉林 白城 137001)

摘要針對武器裝備作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計存在方法單一、考慮因素不全面等問題，利用“多級映射”技術(shù)，通過建立作戰(zhàn)任務(wù)、評估指標(biāo)體系、作戰(zhàn)任務(wù)剖面以及影響因子之間的關(guān)系，設(shè)計了多任務(wù)階段、多因子影響下的作戰(zhàn)試驗項目，給出了作戰(zhàn)試驗項目優(yōu)化原則和方法。通過實例對方法的可操作性和科學(xué)性進行了驗證。

關(guān)鍵詞作戰(zhàn)試驗項目；設(shè)計方法；映射；任務(wù)剖面

作戰(zhàn)試驗項目是根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵?，在特定的預(yù)算、時間、資源和作戰(zhàn)背景限定內(nèi)，依據(jù)規(guī)范完成的一系列獨特的、復(fù)雜的,并相互關(guān)聯(lián)的試驗活動。作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計是對作戰(zhàn)試驗活動的科學(xué)規(guī)劃，是建立指標(biāo)體系與作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境之間關(guān)系的橋梁。科學(xué)設(shè)計作戰(zhàn)試驗項目，對減少試驗成本、縮短試驗周期以及提高試驗效率等均具有重要意義。美軍的作戰(zhàn)試驗理論比較成熟，其作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計通常采用樹狀分析技術(shù)，將作戰(zhàn)問題分解到能夠確定實際數(shù)據(jù)需求和試驗測量的程度。我軍對武器裝備作戰(zhàn)試驗研究尚處于摸索階段，在作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計方面的研究成果較少，文獻[1]提出了基于關(guān)鍵問題分解的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計方法，并給出了武器裝備型號單體、系統(tǒng)及體系的作戰(zhàn)試驗項目，為作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計提供了一種思路和方法。該方法僅是對作戰(zhàn)試驗內(nèi)容的初步設(shè)計，還未考慮多任務(wù)條件下的多種因子對試驗項目的影響。因此，本文提出了基于多級映射的作戰(zhàn)試驗項目生成方法，旨在解決多任務(wù)階段和多因子影響的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計難題，并為作戰(zhàn)試驗活動實施提供科學(xué)的方法支撐。

1相關(guān)定義

定義1因子(Factor)：指對指標(biāo)有影響的因素，常用A、B、C等表示，包括可控因子和不可控因子。

定義2水平(Level)：指因子在試驗中取得的狀態(tài)，因子水平的選擇只針對可控因子而言，一個可控因子通常有多個水平。

定義3可控因子(Controllable Factor)：指在裝備試驗過程中，可以通過某種方式改變其水平的因子。

定義4不可控因子(Uncontrollable Factor)：指在裝備試驗的實際操作中，不能控制、難以控制或需要花費高昂經(jīng)費才能控制的因子。

定義5單因子試驗(Single-factor Experiment)：指在試驗中只考慮一個因子的試驗，只變更、比較一個因子的不同水平，其他因子則作為試驗條件嚴(yán)格控制。

定義6多因子試驗(Multi-factor Experiment)：指在試驗中考慮2個或2個以上因子的試驗[2]。

定義7處理-水平(Treatment-level)：因子水平選擇只針對可控因子而言，可控因子的組合通常用各因子水平的組合表示，記為TL等。

定義8處理-不可控因子(Treatment-uncontrollable Factor)：指在試驗中各不可控因子的一個組合，稱為處理，常用TU等表示。

定義9映射：指元素集之間相互“對應(yīng)”的關(guān)系，對應(yīng)方式包括一對一、一對多和多對一等。

定義10一級映射：特指作戰(zhàn)任務(wù)與不可控因子之間的映射過程，生成處理-不可控因子TU。

定義11二級映射：特指評估指標(biāo)體系與作戰(zhàn)任務(wù)剖面之間的映射過程，映射結(jié)果用P→I表示。

定義12三級映射：特指二級映射結(jié)果與可控因子之間的映射過程，生成處理-水平TL。

2基于多級映射的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計方法

基于多級映射的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計方法，其核心是建立作戰(zhàn)任務(wù)、評估指標(biāo)體系、作戰(zhàn)任務(wù)剖面以及影響因子之間的關(guān)系。該方法包括4個環(huán)節(jié)：作戰(zhàn)任務(wù)分析、評估指標(biāo)體系構(gòu)建、作戰(zhàn)任務(wù)剖面分解、影響因子(可控因子和不可控因子)分析；分為3個映射過程和1個生成過程：一級映射過程(作戰(zhàn)任務(wù)→不可控因子)、二級映射過程(評估指標(biāo)體系→作戰(zhàn)任務(wù)剖面)、三級映射過程(二級映射結(jié)果→可控因子)、作戰(zhàn)試驗項目生成過程(一級映射結(jié)果與三級結(jié)果進行綜合)。如圖1所示。

圖1　基于多級映射的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計過程圖

2.1設(shè)計環(huán)節(jié)

1) 作戰(zhàn)任務(wù)分析。武器裝備作戰(zhàn)試驗通常在特定的作戰(zhàn)任務(wù)背景下進行，對于某試驗裝備特別是主戰(zhàn)裝備通常承擔(dān)多樣化使命任務(wù)，在綜合考慮試驗樣本數(shù)量、試驗周期、試驗經(jīng)費、試驗人力/物力等多種影響因素的基礎(chǔ)上，一般選取典型作戰(zhàn)樣式，確定相對合理的試驗規(guī)模，通過平行或依次展開的方式進行試驗。

2) 評估指標(biāo)體系構(gòu)建。一次完整的作戰(zhàn)試驗通常包括多個評估指標(biāo)體系，依據(jù)試驗?zāi)康牟煌?，分為作?zhàn)效能評估指標(biāo)體系、作戰(zhàn)適用性評估指標(biāo)體系和體系貢獻度評估指標(biāo)體系；依據(jù)試驗規(guī)模不同，分為單裝評估指標(biāo)體系、系統(tǒng)評估指標(biāo)體系和體系評估指標(biāo)體系。指標(biāo)體系構(gòu)建方法的選擇依據(jù)試驗?zāi)康亩ǎǔ２捎没谧鲬?zhàn)功能、基于作戰(zhàn)活動、基于關(guān)鍵議題等方法進行構(gòu)建[3]。

3) 作戰(zhàn)任務(wù)剖面分解。任務(wù)剖面分解要能最大限度地還原裝備在作戰(zhàn)試驗中所經(jīng)歷的事件及其所處的環(huán)境[4]。通常采用基于任務(wù)樹分解或基于IDEF0(Integration Definition for Function Modelling)等方法進行任務(wù)剖面描述，目的是將作戰(zhàn)任務(wù)階段化，便于建立底層指標(biāo)與各試驗階段對應(yīng)關(guān)系。

4) 影響因子分析。影響因子由不可控因子和可控因子組成，每個可控因子又包括多個水平。不可控因子通常由典型作戰(zhàn)樣式?jīng)Q定，而可控因子由評估指標(biāo)體系決定。如某型坦克高原高寒山地作戰(zhàn)的不可控因子包括山地地形、氣壓、能見度、氣溫等，而可控因子指坦克炮射擊時多種射角、多種射擊狀態(tài)(靜止射擊或運動射擊)以及目標(biāo)的多種狀態(tài)(靜止或運動)。影響因子分析的核心工作是在降低不可控因子對試驗評估結(jié)果影響的基礎(chǔ)上，通過映射的方式，建立多可控因子、多水平與試驗指標(biāo)之間的函數(shù)或統(tǒng)計關(guān)系。

2.2映射過程

2.2.1一級映射過程

一項作戰(zhàn)任務(wù)對應(yīng)一個或多個作戰(zhàn)背景Operational Groud(簡記為G)，每個作戰(zhàn)背景通常選取一種典型作戰(zhàn)樣式Operational Style(簡記為S)，每種作戰(zhàn)樣式對應(yīng)多個不可控因子(簡記為U)。不可控因子的數(shù)量由試驗人員依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和具體條件確定，不可控因子之間可以通過組合生成處理-不可控因子(簡記為TU)，一級映射設(shè)計過程如圖2所示。

圖2　一級映射過程

設(shè)一級映射結(jié)果數(shù)量為N1，則有

(1)

2.2.2二級映射過程

評估指標(biāo)體系無論采用何種方法構(gòu)建，都會生成多個底層指標(biāo)Bottom Index(簡記為I)，一項作戰(zhàn)任務(wù)依據(jù)作戰(zhàn)背景會產(chǎn)生多個作戰(zhàn)任務(wù)階段Test Mission Phase(簡記為P)，作戰(zhàn)任務(wù)階段和底層指標(biāo)之間具有對應(yīng)關(guān)系，包括一對一、一對多或多對一等多種對應(yīng)關(guān)系。作戰(zhàn)任務(wù)階段對應(yīng)底層指標(biāo)數(shù)量的多少由該試驗階段的重點決定，不同階段對應(yīng)的底層指標(biāo)名稱可能相同，但內(nèi)涵不一定相同，有時為便于理解內(nèi)涵，需要對底層指標(biāo)繼續(xù)分解(通常情況下，評估指標(biāo)體系會分解到底層指標(biāo)不可再分為止)。如某型坦克在機動部署和火力突擊階段都對應(yīng)機動速度指標(biāo)，機動部署階段對應(yīng)的機動速度又可以分為2個底層指標(biāo)：一是戰(zhàn)役層面的機動速度，主要從裝備結(jié)構(gòu)、裝備戰(zhàn)斗權(quán)重等角度衡量適應(yīng)多種戰(zhàn)役運輸方式的能力；二是戰(zhàn)術(shù)層面的機動速度，主要指裝備的平均越野速度?；鹆ν粨綦A段對應(yīng)的機動速度也是戰(zhàn)術(shù)層面的機動速度，不同的是，它是在體系對抗背景下的平均速度。該平均速度受障礙、火力打擊等因素影響，其速度通常會小于平均越野速度，水平范圍有所不同。

設(shè)底層指標(biāo)數(shù)量為n，作戰(zhàn)任務(wù)階段數(shù)量為m，作戰(zhàn)任務(wù)階段P1對應(yīng)底層指標(biāo)I1,I2,…,IX，共生成K1個二級映射結(jié)果，作戰(zhàn)任務(wù)階段P2生成K2個二級映射結(jié)果。同理，得到作戰(zhàn)任務(wù)階段PM對應(yīng)底層指標(biāo)IY,IY+1,…，IY′,共Km個底層指標(biāo)，二級映射過程如圖3所示。

圖3　二級映射過程

設(shè)二級映射結(jié)果總量為N2,則有

(2)

式中，K1+K2+…+Km≥n。

2.2.3三級映射過程

對于二級映射中不同任務(wù)階段對應(yīng)的每個底層指標(biāo)而言，是否對應(yīng)可控因子、對應(yīng)多少可控因子與評估指標(biāo)體系構(gòu)建方法相關(guān)，具體由試驗設(shè)計人員確定。每個可控因子又可能對應(yīng)一個或多個水平，將不同可控因子對應(yīng)的水平進行組合，則生成處理-水平TL。

圖4　三級映射過程

(3)

(4)

2.3作戰(zhàn)試驗項目生成過程

作戰(zhàn)試驗項目是對不同試驗階段、不同試驗因子以及不同水平下試驗內(nèi)容的統(tǒng)計和規(guī)范化描述，通常以表格的形式表示，最終生成作戰(zhàn)試驗項目清單。當(dāng)對一級映射結(jié)果和三級映射結(jié)果進行遍歷組合時，設(shè)作戰(zhàn)試驗項目總量為N總，則有

(5)

作戰(zhàn)試驗項目清單可以作為試驗人員組織作戰(zhàn)試驗活動的依據(jù)，同時也作為作戰(zhàn)試驗方案的重要組成部分。其要素包括：序號、試驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)類型(定性或定量)、試驗含義、試驗方法、試驗時間、試驗地點、采集設(shè)備、負(fù)責(zé)人及備注等。

3作戰(zhàn)試驗項目優(yōu)化

一個復(fù)雜的武器裝備作戰(zhàn)試驗活動通常包括多個評估指標(biāo)體系(如評估指標(biāo)體系、系統(tǒng)評估指標(biāo)體系、體系評估指標(biāo)體系等)，每個評估指標(biāo)體系對應(yīng)一個作戰(zhàn)試驗項目清單，試驗項目數(shù)量巨大，試驗任務(wù)十分繁重。要求試驗設(shè)計人員既要綜合考慮被試裝備能否滿足用戶主觀需求，也要考慮試驗經(jīng)費、試驗周期、試驗設(shè)施等客觀條件，依據(jù)優(yōu)化原則，采用一定的優(yōu)化方法，科學(xué)篩選試驗項目，旨在以較小的代價獲取最大的試驗效益。

3.1作戰(zhàn)試驗項目優(yōu)化原則

1) 重點優(yōu)先原則。不同任務(wù)階段的試驗重點不同，需要對各任務(wù)階段對應(yīng)的底層指標(biāo)進行重要度排序，保留重要度高的作為試驗內(nèi)容。如某型坦克在機動部署階段，不僅涉及戰(zhàn)役機動方式、戰(zhàn)術(shù)機動速度、戰(zhàn)備轉(zhuǎn)換時間，還涉及指揮跨度、通信方式等多個底層指標(biāo)，依據(jù)試驗重點，指揮跨度、通信方式等指標(biāo)在機動部署階段將不再考慮。

2) 經(jīng)濟可承受原則。對無法滿足經(jīng)濟能力要求的試驗項目，試驗設(shè)計人員要向上級機關(guān)報告，確定試驗項目剔除或是修改。如對某型導(dǎo)彈開展作戰(zhàn)試驗，導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量超出預(yù)算范圍，在向上級機關(guān)請示的基礎(chǔ)上，將導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量縮減到預(yù)算范圍之內(nèi)。對于優(yōu)先度低且消耗大的試驗項目，在不影響試驗評估結(jié)果的情況下，可以直接剔除[5]。

3) 滿足戰(zhàn)術(shù)要求原則。作戰(zhàn)試驗從實戰(zhàn)角度出發(fā)，其試驗項目必然要滿足一定的戰(zhàn)術(shù)要求，否則予以篩除。如某型坦克直瞄最大距離為5km，若對10km目標(biāo)進行直瞄射擊顯然不滿足戰(zhàn)術(shù)要求。

4) 不重復(fù)原則。有些試驗項目可以通過其他試驗項目間接得到試驗結(jié)果時，則不需要單獨進行試驗。

3.2作戰(zhàn)試驗項目優(yōu)化方法

科學(xué)的優(yōu)化方法，能夠極大地減少試驗次數(shù)。國內(nèi)外對于多因子組合下的試驗設(shè)計優(yōu)化方法進行了大量研究，提出了區(qū)組設(shè)計、拉丁方設(shè)計、正交設(shè)計、均勻設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、回歸設(shè)計等方法[6-8]。正交試驗和均勻試驗是裝備試驗中應(yīng)用比較廣泛的2種方法。正交設(shè)計[9]和均勻設(shè)計方法[10]都是從樣本空間中挑選具有代表性的樣本點進行試驗；區(qū)別在于樣本點選擇的方法不同，正交設(shè)計的工具是正交表，均勻設(shè)計的工具是均勻設(shè)計表。

4方法應(yīng)用

本文以某X型坦克單體作戰(zhàn)效能試驗為例，詳細(xì)介紹基于多級映射的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計方法。

2) 二級映射過程。通過作戰(zhàn)任務(wù)剖面分析，S1包括5個作戰(zhàn)階段：戰(zhàn)備轉(zhuǎn)級P1、機動部署P2、開進接敵P3、戰(zhàn)術(shù)突擊P4和要點奪控P5。某X型坦克單體作戰(zhàn)效能試驗由指揮控制、戰(zhàn)場感知、火力運用、機動部署、立體防護和綜合保障6種典型專項試驗構(gòu)成。由于戰(zhàn)術(shù)突擊階段重點檢驗裝備火力運用能力，本文以戰(zhàn)術(shù)突擊階段和火力運用效能專項試驗為例，評估指標(biāo)體系如圖5所示，作戰(zhàn)階段與底層指標(biāo)映射，生成8個二級映射結(jié)果：P4→I1、P4→I2、P4→I3、…、P4→I8。

圖5　火力運用效能試驗指標(biāo)體系

3) 三級映射過程。P4→I1選取2個可控因子：目標(biāo)距離C1、射擊狀態(tài)C2，C1取3個水平：3kmL1、4kmL2、5kmL3；C2取2個水平：運動射擊L4、靜止射擊L5；P4→I2選取2個可控因子：目標(biāo)距離C3、目標(biāo)狀態(tài)C4；C3選取3個水平：10kmL6、11kmL7、12kmL8；C4取2個水平：運動目標(biāo)L9、靜止目標(biāo)L10。二級映射結(jié)果P4→I3到P4→I8不再考慮可控因子的影響，可直接生成6個處理-水平：有效攻擊率、平均散布距離、首發(fā)命中概率、戰(zhàn)斗力消滅速度、毀傷程度以及威脅恢復(fù)時間，且由其生成的試驗項目可從其他項目中間接得到試驗結(jié)果。

根據(jù)公式(3)和公式(4)，各水平遍歷組合可生成42個處理-水平。通過試驗項目優(yōu)化，最終生成24個處理-水平。

4) 作戰(zhàn)試驗項目生成?；诠?5)，將一級映射結(jié)果和三級映射結(jié)果進行綜合，最終生成96個試驗項目，如表1所示。

表1　某X型坦克單體優(yōu)化作戰(zhàn)效能試驗項目清單(部分)

5結(jié) 束 語

多任務(wù)、多影響因子下的作戰(zhàn)試驗項目設(shè)計僅是作戰(zhàn)試驗活動的基礎(chǔ)和開始，下一步重點研究如何將作戰(zhàn)試驗項目轉(zhuǎn)化為試驗活動，以及如何優(yōu)化試驗流程。

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(編輯：李江濤)

Research on Design Method of Operational Test Project of Weapons and Equipments

WANG Jinliang1，GUO Qisheng1，ZHAO Dongbo1，LI Yushan2

(1. Department of Equipment Command and Administration， Academy of Armored Force Engineering， Beijing 100072， China；2. Baicheng Ordnance Test Center， Baicheng Jilin 137001， China)

AbstractTo solve out problems existing in the design of operational test project of weapons and equipments like limited method and incomplete considerations, with multi-level mapping technology, through establishment of operational mission, evaluation index system, mission profile and relation among influencing factors, the paper designs an multi-phase operational test project with multiple influence factors and proposes principle and method of optimization of operational test project. The paper also verifies the operability and scientificity of the method in several examples.

Keywordsoperational test project; design method; mapping; mission profile

收稿日期2015-12-04

基金項目部委級資助項目

作者簡介王金良(1980—)，男，博士研究生，主要研究方向為裝備需求論證與試驗。1589378619@qq.com

中圖分類號E92

文章編號2095-3828(2016)03-0129-05

文獻標(biāo)志碼A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.03.025

郭齊勝，男，教授，博士生導(dǎo)師。