(中國飛行試驗(yàn)研究院，西安 710089)

0 引言

裝備作戰(zhàn)效能是一個內(nèi)涵豐富、包容性高的概念，其定義為在預(yù)期或規(guī)定的作戰(zhàn)使用環(huán)境以及所考慮的組織、戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、生存能力和威脅等條件下，由有代表性的人員使用該裝備完成規(guī)定任務(wù)的能力。裝備作戰(zhàn)效能評估有助于充分發(fā)揮現(xiàn)役裝備的作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)潛力，進(jìn)一步提出新型裝備合理可行的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，對武器裝備研制技術(shù)發(fā)展具有非常重要的意義。

軍機(jī)試驗(yàn)與鑒定的作用是盡早發(fā)現(xiàn)、解決新機(jī)設(shè)計(jì)缺陷，檢查各項(xiàng)戰(zhàn)技指標(biāo)的符合性，對其作戰(zhàn)有效性和適用性進(jìn)行評估，并最終確認(rèn)裝備能否勝任作戰(zhàn)任務(wù)要求。軍機(jī)試驗(yàn)與鑒定工作可分為研制試驗(yàn)與鑒定(DT&E)和使用試驗(yàn)與鑒定(OT&E)2個階段，OT&E是指在逼真的戰(zhàn)場環(huán)境下，由典型作戰(zhàn)人員操作，針對裝備作戰(zhàn)效能測試而開展的陣地試驗(yàn)以及對上述測試結(jié)果所進(jìn)行的評估，裝備的作戰(zhàn)有效性評估主要是在OT&E階段完成的。OT&E的類型包括仿真、地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)等多種，其中飛行試驗(yàn)是OT&E中耗費(fèi)最大，耗時最長也是組織最為復(fù)雜的一類試驗(yàn)。由于不同作戰(zhàn)任務(wù)對裝備的功能、性能要求存在差異，因此裝備的飛行試驗(yàn)作戰(zhàn)有效性評估應(yīng)面向特定任務(wù)開展。另外，裝備作戰(zhàn)效能評估方法是多種多樣的，根據(jù)評估目的及角度的不同，在選取評估方法時是有所差異的。

本文參考美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)規(guī)范化結(jié)構(gòu)框架，結(jié)合軍機(jī)作戰(zhàn)使用想定環(huán)境，設(shè)計(jì)了基于組件和交戰(zhàn)行為時序描述的作戰(zhàn)想定設(shè)計(jì)方法，完成特定想定的推薦試驗(yàn)點(diǎn)集，輔助完成完成試驗(yàn)點(diǎn)綜合設(shè)計(jì),開發(fā)了專用軟件，實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)有效性向裝備指標(biāo)的映射以及面向任務(wù)的綜合試飛，通過DoDAF多視圖定義方法及裝備體系任務(wù)模型的定義，輔助完成軍機(jī)使用試飛科目規(guī)劃，提出了一種基于5步法面向任務(wù)的軍機(jī)作戰(zhàn)有效性試飛設(shè)計(jì)與評估方法，結(jié)果驗(yàn)證了該評估方法的正確性及有效性，可以用于支持軍機(jī)使用試飛的設(shè)計(jì)與評估工作。

1 基于DoDAF的使用試飛設(shè)計(jì)

1.1 試飛科目設(shè)計(jì)

作戰(zhàn)任務(wù)是指在一定的環(huán)境和時間條件下，為達(dá)成特定作戰(zhàn)目標(biāo)而由各作戰(zhàn)功能單元共同進(jìn)行的一系列相互關(guān)聯(lián)的作戰(zhàn)活動的有序集合[1]。由于交戰(zhàn)過程具有高度復(fù)雜性、系統(tǒng)性及強(qiáng)隨機(jī)性等因素，因此對軍機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)的描述往往十分籠統(tǒng)，不夠精確，給作戰(zhàn)有效性評估試飛的科目設(shè)計(jì)帶來了很大難度。

美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架[2](DoD Architecutre Framework，DoDAF)是由美國國防部的US Undersecretary of Defense for Business Transformation工作小組所制定的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架，其前身是C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架。DoDAF通過定義作戰(zhàn)視圖(OV)、系統(tǒng)和服務(wù)視圖(SV)、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)視圖(TV)以及總體結(jié)構(gòu)視圖(AV)，各個視圖之間相互聯(lián)系，應(yīng)用多視圖建模思想分析復(fù)雜系統(tǒng)的一種方法，可以運(yùn)用于復(fù)雜軍事任務(wù)的分析與描述。通過DoDAF多視圖定義方法，輔助完成軍機(jī)使用試飛科目規(guī)劃。依據(jù)DoDAF裝備體系任務(wù)模型的定義，對復(fù)雜軍事任務(wù)的描述應(yīng)包括任務(wù)目標(biāo)、任務(wù)裝備、任務(wù)活動以及任務(wù)活動間關(guān)系4個方面。即對于任何一個作戰(zhàn)任務(wù)，都可以被形式化描述為一個四元組：

OT={TO,TE,TA,TR}

其中：TO={TO1,TO2,…,TOn}，表示作戰(zhàn)任務(wù)的目標(biāo)集合；TE={TE1,TE2,…,TEn}，表示作戰(zhàn)任務(wù)的裝備集合；TA={TA1,TA2,…,TAn}，表示作戰(zhàn)任務(wù)的活動集合；TR={TR1,TR2,…,TRn}，表示作戰(zhàn)任務(wù)的活動間關(guān)系集合[3]。

直接在作戰(zhàn)任務(wù)層面對作戰(zhàn)有效性進(jìn)行評估，特別是定量評估的難度特別大，為實(shí)現(xiàn)對新機(jī)作戰(zhàn)有效性進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的評估，應(yīng)首先完成作戰(zhàn)任務(wù)層面向裝備指標(biāo)層面的映射?；贒oDAF的軍機(jī)使用試飛設(shè)計(jì)就是以DoDAF開發(fā)的作戰(zhàn)任務(wù)體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)向裝備指標(biāo)需求的映射，其設(shè)計(jì)過程可具體分為作戰(zhàn)任務(wù)分析(OTA)、功能節(jié)點(diǎn)分析以及指標(biāo)需求邊界分析等3個步驟。

第一，作戰(zhàn)任務(wù)分析(OTA)是從DoDAF體系結(jié)構(gòu)中的AV-1和OV-1模型提取與作戰(zhàn)使命、作戰(zhàn)任務(wù)相關(guān)的信息，確定作戰(zhàn)任務(wù)需求，并完成作戰(zhàn)任務(wù)的細(xì)化分析和定義；

第二，功能節(jié)點(diǎn)分析是根據(jù)DoDAF體系結(jié)構(gòu)中的SV-4以及SV-5中相關(guān)信息，把作戰(zhàn)任務(wù)需求分配到各個功能模塊，完成體系能力需求向子能力需求的映射；

第三，指標(biāo)需求邊界分析是通過DoDAF獲取體系結(jié)構(gòu)中的SV-1、WSV-1以及WSV-2中相關(guān)信息，把各個功能節(jié)點(diǎn)的任務(wù)轉(zhuǎn)化為具體的、可測的功能/性能指標(biāo)要求，并最終完成子能力需求向?qū)嶓w需求的映射[4-5]。

依據(jù)上述理論，按照DoDAF框架對作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行層次分解，利用自頂向下的科目設(shè)置原則，將試飛科目依次規(guī)劃為“典型作戰(zhàn)剖面、基本戰(zhàn)術(shù)動作以及具體指標(biāo)測量等3類，實(shí)現(xiàn)軍機(jī)作戰(zhàn)能力從作戰(zhàn)域向裝備指標(biāo)域的映射。

1.2 基于組件和交戰(zhàn)行為時序描述的作戰(zhàn)想定設(shè)計(jì)

作戰(zhàn)想定是對交戰(zhàn)雙方的企圖、態(tài)勢以及作戰(zhàn)發(fā)展情況的設(shè)想和假定。作戰(zhàn)想定是使用試飛開展的基礎(chǔ)和前提。作戰(zhàn)過程涉及內(nèi)容繁多，把靜態(tài)的軍事作戰(zhàn)概念模型轉(zhuǎn)化為可重用性較高的模型組件，對作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)具有重要意義。

依據(jù)綜合試飛的原則，在一次典型作戰(zhàn)任務(wù)試飛中可以結(jié)合完成多個戰(zhàn)術(shù)動作試飛以及功能性能驗(yàn)證試飛科目，也可以在同一個架次中進(jìn)行多個關(guān)聯(lián)子任務(wù)的驗(yàn)證，如雷達(dá)空空模式和空空武器的使用等，這樣可以進(jìn)一步提高試飛的綜合程度。

根據(jù)前期規(guī)劃好的試飛動作點(diǎn)，識別并定義出各動作點(diǎn)的關(guān)鍵屬性，并構(gòu)建動作點(diǎn)數(shù)據(jù)庫。設(shè)計(jì)智能化的基于動作點(diǎn)關(guān)鍵屬性的動作點(diǎn)檢索算法，為面向使用的試飛設(shè)計(jì)提供支持。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容應(yīng)該包括試驗(yàn)點(diǎn)所屬任務(wù)階段、飛行高度、飛行速度、發(fā)動機(jī)推力、飛機(jī)構(gòu)型、耗時、動作、配試條件、前置科目要求等等。此外還應(yīng)包括COI、MOE、MOP三者之間的對應(yīng)關(guān)系，及其和各試驗(yàn)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，便于進(jìn)行科目綜合。

圖1 作戰(zhàn)剖面設(shè)計(jì)軟件界面

設(shè)計(jì)開發(fā)了面向任務(wù)的綜合試飛輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，通過對數(shù)據(jù)庫中的動作點(diǎn)進(jìn)行智能化篩選，實(shí)現(xiàn)特定想定的推薦試驗(yàn)點(diǎn)集，輔助完成完成試驗(yàn)點(diǎn)綜合設(shè)計(jì)。作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，把靜態(tài)的軍事作戰(zhàn)概念模型轉(zhuǎn)化為可重用性較高的模型組件，對作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)具有重要意義。利用建模技術(shù)，完成機(jī)載武器設(shè)備(雷達(dá)、光雷、電臺、導(dǎo)航設(shè)備、武器等)、配試資源(目標(biāo)機(jī)、靶機(jī)、地面雷達(dá)、通信指揮所、試驗(yàn)空域等)的模型化描述，進(jìn)行分類編號，完成作戰(zhàn)想定組件設(shè)計(jì)。對電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、威脅環(huán)境進(jìn)行了組件式建模，完成組件設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)完成的作戰(zhàn)想定組件錄入數(shù)據(jù)庫，并設(shè)計(jì)開發(fā)了基于組件和交戰(zhàn)行為時序描述的作戰(zhàn)剖面設(shè)計(jì)軟件。

2 軍機(jī)作戰(zhàn)效能試飛評估技術(shù)

通過DoDAF框架對作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行層次分解，實(shí)現(xiàn)了軍機(jī)作戰(zhàn)能力從作戰(zhàn)域向裝備指標(biāo)域的映射。在其基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)面向任務(wù)的軍機(jī)作戰(zhàn)有效性試飛評估方法，解決軍機(jī)作戰(zhàn)效能定量評估的問題。本文提出了基于5步法的軍機(jī)作戰(zhàn)效能定量試飛評估方法其核心是在面向特定任務(wù)的情況下，確定被試裝備完成作戰(zhàn)任務(wù)應(yīng)具備的某個或幾個關(guān)鍵性能指標(biāo)，進(jìn)而將其進(jìn)一步分解，實(shí)現(xiàn)被試裝備效能指標(biāo)與功能指標(biāo)的分解映射，通過確定關(guān)鍵性能指標(biāo)評價函數(shù)、綜合效能評價函數(shù)及相關(guān)計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝備作戰(zhàn)效能的評估量化分級，最終完成軍機(jī)作戰(zhàn)效能試飛評估。

該評估方法主要通過被試武器試飛任務(wù)否決項(xiàng)的制定、關(guān)鍵作戰(zhàn)要點(diǎn)(COIs)的確定、對一個或多個COIs對用的MOE/MOP的分解、確定COI關(guān)鍵性能指標(biāo)評價函數(shù)、綜合效能評價函數(shù)及相關(guān)計(jì)算5個步驟來完成，軍用飛機(jī)作戰(zhàn)有效性試飛評估流程如圖2所示。

圖2 軍機(jī)作戰(zhàn)效能試飛評估流程圖

2.1 否決項(xiàng)的制定

否決項(xiàng)的制定，即如被試武器系統(tǒng)不滿足某關(guān)鍵性能指標(biāo)或關(guān)鍵系統(tǒng)屬性(KPP、KSA)則就無法具備某項(xiàng)作戰(zhàn)能力，立即終止試驗(yàn)。例如美國全球鷹無人機(jī)BLOCK 30所定義的KPP包括了續(xù)航時間、全球部署能力、實(shí)時操作能力、網(wǎng)絡(luò)就緒能力以及態(tài)勢感知能力等5項(xiàng)[6]。KPP和KSA指標(biāo)在試驗(yàn)初期就應(yīng)進(jìn)行評定。

2.2 關(guān)鍵作戰(zhàn)要點(diǎn)(COI)的制定

COI是指影響作戰(zhàn)有效性的相互獨(dú)立的若干關(guān)鍵指標(biāo)，可以根據(jù)具體任務(wù)的不同，進(jìn)行設(shè)置，COI通常是一個問句，同時一個作戰(zhàn)任務(wù)可以包括1個或多個COIs[7]。COI是判斷裝備面向特定任務(wù)是否具備完成能力的關(guān)鍵性指標(biāo)，軍機(jī)作戰(zhàn)有效性或作戰(zhàn)效能取決于COI的符合程度，通過COI分析模型目標(biāo)值確定完成任務(wù)能力的定量評估。

2.3 COIs對應(yīng)的MOE/MOP分解

COIs的分解是將被試對象的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步分解，設(shè)定包括COI、MOE、MOP三者之間的對應(yīng)關(guān)系，即是將被試對象的效能指標(biāo)與固有性能指標(biāo)進(jìn)行映射，把各個COI關(guān)鍵指標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的、可測的功能/性能指標(biāo)要求，便于確定關(guān)鍵性能指標(biāo)評價函數(shù)及綜合效能評價函數(shù)，COIs的分解過程可通過多被試對象的多個維度進(jìn)行。

以某型軍機(jī)雷達(dá)隱身空戰(zhàn)作戰(zhàn)效能分析為例，該雷達(dá)適應(yīng)性指標(biāo)(COI-1)分解如圖3所示，將該指標(biāo)分解為探測能力(MOE-1)、跟蹤能力(MOE-2)、抗干擾能力(MOE-3)，再通過每項(xiàng)MOE指標(biāo)進(jìn)行二次分解為多個MOP指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)效能指標(biāo)與固有性能指標(biāo)的分解映射。

圖3 典型COI及MOE、MOP分解圖

2.4 作戰(zhàn)有效性評估

裝備作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)是多種多樣的,根據(jù)所研究對象的具體情況,可以選擇不同的效能指標(biāo)。在基于特定試飛任務(wù)的情況下，本文所述作戰(zhàn)有效性或作戰(zhàn)效能取決于1個或多個COIs的符合程度，可以用任務(wù)能力水平(MCL)進(jìn)行定量評價。通過設(shè)置目標(biāo)值、支持任務(wù)完成的最低要求以及否決點(diǎn)，將其劃分為3個等級。100分表明裝備滿足COI分析模型中全部目標(biāo)值，80分對應(yīng)于臨界值，而50分對應(yīng)于不具備此項(xiàng)任務(wù)，MCL任務(wù)能力等級水平如圖4及表1所示。

圖4 MCL等級示意圖

任務(wù)能力水平范圍全任務(wù)能力80100部分任務(wù)能力50<80非任務(wù)能力0<50

其中，全任務(wù)能力代表最高水平，MCL至少為80分。一個系統(tǒng)被定為具備全任務(wù)能力意味著這個系統(tǒng)針對某特定任務(wù)而言已經(jīng)達(dá)到了初始作戰(zhàn)能力；部分任務(wù)能力代表中間水平，MCL在50到80之間，意味著有部分任務(wù)能力仍達(dá)不到初始作戰(zhàn)要求，這樣描述僅適用于現(xiàn)有任務(wù)能力存在且可以量化的；非任務(wù)能力代表最低水平，MCL低于50。非任務(wù)能力系統(tǒng)不會改善目前的任務(wù)能力，一個分?jǐn)?shù)少于50的系統(tǒng)仍可通過其他方面是來證明自身價值，如更低的成本或先進(jìn)的技術(shù)[8]。

2.5 MCL的計(jì)算

為每個COI構(gòu)建數(shù)學(xué)函數(shù)用于推導(dǎo)MCL。針對軍機(jī)典型任務(wù)，可以構(gòu)造分段線性函數(shù)。需要一定的數(shù)據(jù)點(diǎn)以確定函數(shù)關(guān)系，包括代表目標(biāo)、初始、現(xiàn)有能力值和確定零點(diǎn)的值。給出了COI分析模型示例和構(gòu)建分段線性函數(shù)所需的參數(shù)值。

下式為一個MCL解析模型構(gòu)建實(shí)例：

Pmission=Pd*Pa|d*Pj*R*Ao

其中：Pd為探測概率,Pa|d為電子攻擊指定目標(biāo)的概率,Pj為干擾概率，RAo為可靠性，PmissionAo為作戰(zhàn)有效性，Pmission為任務(wù)成功概率。

完成對多COIs的評估，必須給出一個整體綜合結(jié)論，如OE 需要應(yīng)用權(quán)重的方法來平衡多個相互競爭的目標(biāo)。為了正確進(jìn)行加權(quán)，COIs必須是互斥的。因?yàn)橐粋€系統(tǒng)的單項(xiàng)功能通常不依賴于彼此，設(shè)置互斥性應(yīng)該不難。例如，一個人空中救援任務(wù)結(jié)果通常不會受一個對地攻擊任務(wù)結(jié)果的影響。

對于此項(xiàng)任務(wù)，每個MOE將與其對應(yīng)的MCL值相關(guān)聯(lián)(由決策模型確定)，MCL的權(quán)重要與對應(yīng)的MOE有相同的權(quán)重；也就是說，w1對應(yīng)于MOE1和MCL1，w2對應(yīng)于MOE2和MCL2，w3對應(yīng)于MOE3和MCL3等。一旦對應(yīng)于某個MOE的MCL值確定下來，MCL相應(yīng)的加權(quán)可通過下面的等式計(jì)算：

Pmission=∑wkMCLk;∑wk=1

如果這是單一的任務(wù)，計(jì)算出來的Pmission就是OE的結(jié)果，當(dāng)0≤OE<50時為非任務(wù)能力，當(dāng)50≤OE<80時為部分任務(wù)能力，當(dāng)80≤OE≤100時為完全任務(wù)能力。

當(dāng)存在多任務(wù)時，每個任務(wù)有其自己的MOE權(quán)重，每個任務(wù)的加權(quán)通過相應(yīng)的任務(wù)水平的權(quán)重wi來計(jì)算，所有任務(wù)水平的權(quán)重總和同樣等于1。方程如下：

OE=∑wi(Pmission)i,∑wi=1

如本例所示，MCL的函數(shù)只在某一個水平下確定，即某一個任務(wù)水平。然后，確定相應(yīng)的權(quán)重并采用規(guī)定的求和方法，最終確定總體任務(wù)能力[9-10]。

3 試飛應(yīng)用

在某型軍用飛機(jī)OT&E使用試飛階段，利用本文所述方法開展了雷達(dá)隱身空戰(zhàn)任務(wù)作戰(zhàn)效能評估。基于作戰(zhàn)任務(wù)想定，利用本文設(shè)計(jì)的作戰(zhàn)剖面設(shè)計(jì)軟件，綜合考慮復(fù)雜環(huán)境影響因素，共篩選了多個試驗(yàn)點(diǎn)集，完成了綜合試飛科目的設(shè)計(jì)。

在評估過程中，將COI分解為3項(xiàng)MOE及7項(xiàng)MOP指標(biāo)，確定了關(guān)鍵性能指標(biāo)評價函數(shù)及綜合效能評價函數(shù)，通過MCL計(jì)算，完成了該軍用飛機(jī)雷達(dá)隱身空戰(zhàn)作戰(zhàn)效能的評估量化分級，最終完成軍機(jī)作戰(zhàn)效能試飛評估，確定該軍用飛機(jī)雷達(dá)隱身空戰(zhàn)過程中作戰(zhàn)任務(wù)完成能力，評估結(jié)果如表2所示，評估結(jié)果表明該軍用飛機(jī)雷達(dá)具備隱身空空作戰(zhàn)完全任務(wù)能力。

表2 某軍機(jī)雷達(dá)隱身空空作戰(zhàn)任務(wù)能力評估

4 結(jié)束語

本文完成了基于DoDAF的軍機(jī)使用試飛作戰(zhàn)有效性評估流程的正向設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)有效性向裝備指標(biāo)的映射以及面向任務(wù)的綜合試飛，提出了基于5步法的軍機(jī)作戰(zhàn)效能定量評估方法，解決了軍機(jī)作戰(zhàn)有效性定量評估的問題。該方法在某型軍機(jī)雷達(dá)隱身空戰(zhàn)過程中作戰(zhàn)任務(wù)完成能力進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明該方法對軍機(jī)作戰(zhàn)有效性評估有較強(qiáng)的應(yīng)用價值，有效降低了軍機(jī)使用試飛的設(shè)計(jì)與評估工作難度。同時，為面向任務(wù)的軍機(jī)作戰(zhàn)有效性評估工作提供了理論基礎(chǔ)，對未來其他型號航空武器裝備作戰(zhàn)效能評估的研究提供了一定的參考與借鑒。