許芝芹 劉 琦 黃 力 霍志瑋

現(xiàn)代管理

裝備試驗與評價系統(tǒng)工程管理知識體系的設計

許芝芹劉 琦黃 力霍志瑋

（1. 湖南交通工程學院經(jīng)濟管理學院，衡陽 421001；2. 湖南交通工程學院高科技研究院，衡陽 421001；3. 湖南中盛交通高科技研究院，長沙 410003）

將裝備試驗與評價看作一個系統(tǒng)，利用系統(tǒng)工程的理論、方法和技術(shù)對其進行全面管理不僅是必要的，而且是可行的。首先，對裝備試驗與評價的知識需求進行了分析，構(gòu)建了知識需求的網(wǎng)絡模型，給出了所需的關鍵知識類型。其次，明確了知識之間的支撐關系，闡述了不同知識對裝備試驗與評價的支撐作用。最后，建立了裝備試驗與評價知識運用的循環(huán)結(jié)構(gòu)模型，明確了裝備試驗與評價的階段任務。知識體系的設計，對于規(guī)范試驗與評價的實施，提升試驗與評價的質(zhì)量和效益具有重要的工程實踐指導意義。

試驗與評價；系統(tǒng)工程；知識體系；知識需求；支撐關系；知識運用

1 引言

隨著《中國制造2025》的不斷推進，逐步實現(xiàn)多數(shù)關鍵零部件、產(chǎn)品的國產(chǎn)化，特別是實現(xiàn)高端裝備的全面國產(chǎn)化，已成為當前裝備建設的首要問題。在裝備建設方面，通過試驗與評價（TestandEvaluation，簡稱為T&E），完成對戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標的分析，并提升關鍵指標的水平，是裝備設計生產(chǎn)中的不可或缺的關鍵性工作。系統(tǒng)工程作為一種成熟的方法論體系，已廣泛用于軍事、航天、經(jīng)濟、社會、人口、教育等領域。而裝備，特別是復雜裝備的T&E是涉及多指標、多階段、多組件（部件）、多部門人員協(xié)作、多設備配合的復雜工作，只有依靠系統(tǒng)工程方法安排和組織試驗，才能實現(xiàn)對T&E的全面系統(tǒng)規(guī)劃與管理，真正實現(xiàn)對T&E需求的全面分析、對T&E實施的整體規(guī)劃、對指標的綜合分析等，以最終達到總體上降低試驗消耗、提升試驗效益、確保裝備質(zhì)量的總體目標。

在T&E的系統(tǒng)工程管理方面，國內(nèi)外已進行了大量的相關研究，如王治國等剖析了反導裝備體系建設的特點，研究了系統(tǒng)工程管理在美國國家導彈防御系統(tǒng)中的應用；杜卓宏等介紹了應用驗證系統(tǒng)工程在型號中的具體實踐。在系統(tǒng)工程方法的應用方面，孟祥敏將系統(tǒng)工程的V模型驗證技術(shù)引入民機復合材料部件的適航符合性驗證過程，通過V模型說明復合材料部件設計符合性和制造符合性的相互驗證關系；閆金棟等綜合運用航天系統(tǒng)工程理論與方法，對航天器專業(yè)化測試模式進行了探索與實踐。

在T&E方面，Eileen等針對T&E中存在的不確定性，提出了使用基于模型的系統(tǒng)工程框架和MonteCarlo模擬定義不確定度降低目標的方法；廖興禾等應用三維結(jié)構(gòu)方法體系，分析了不同壽命階段對T&E的需求，并從試驗內(nèi)容、試驗目的、對象規(guī)模、對象形態(tài)等角度對裝備試驗進行了分類；劉仕雷等分析了裝備作戰(zhàn)試驗組織實施的系統(tǒng)工程需求和美軍裝備作戰(zhàn)試驗組織實施特點，探索了試驗目標規(guī)劃、總體方案設計等5個不同組織實施階段的系統(tǒng)工程具體應用；魏兆磊等剖析了保障裝備體系構(gòu)建內(nèi)涵，運用IDEF3給出了保障裝備體系構(gòu)建過程的形式化描述模型，明確了保障裝備體系構(gòu)建研究的關鍵技術(shù)。

在試驗的質(zhì)量管理方面，余學鋒等對靶場測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程中的質(zhì)量管理問題，提出了測試數(shù)據(jù)質(zhì)量管理框架，設計了數(shù)據(jù)質(zhì)量管理功能配置方法；高新介紹了軟件測試質(zhì)量管理中風險評估的3個方面，分析了軟件測試的一般風險，并提出了糾正措施及建議；居加祥等將質(zhì)量管理方法融入到試驗的質(zhì)量管理過程中，提出了具有航天特色的質(zhì)量管理方法，規(guī)范了地面武器裝備聯(lián)調(diào)試驗流程；王琦等通過對影響雷達靶場試驗質(zhì)量的關鍵要素和過程的研究分析，提出了對靶場雷達裝備試驗過程實施基于知識的質(zhì)量控制的基本方法。

從現(xiàn)有研究情況看，利用系統(tǒng)工程對T&E進行全面管理，是必要和可行的，但現(xiàn)有的研究還主要停留在具體方法的應用和具體裝備（產(chǎn)品）的分析，研究還存在一定的零散性，缺乏對整個知識體系的分析，需要對T&E系統(tǒng)工程管理知識體系進行較為全面的設計，以從方法論上指導不同裝備的T&E實踐。T&E系統(tǒng)工程管理英文翻譯為System Engineering Management for Test & Evaluation，為便于描述，在文中將其簡寫為SEMTE。

2 SEMTE知識的需求分析

試驗與評價（T&E）的定義為：通過試驗獲取足夠有價值的數(shù)據(jù)資料（信息），并將所獲得的數(shù)據(jù)進行處理、邏輯組合和分析，將其結(jié)果與裝備研制總要求中規(guī)定的戰(zhàn)技指標和作戰(zhàn)使用要求分析比較，對實現(xiàn)裝備研制目標的情況進行評價，對軍事裝備（包括系統(tǒng)、分系統(tǒng)及其部件）的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能和作戰(zhàn)使用性能進行評定的過程，其目的是為裝備的定型、部隊使用、研制單位驗證設計思想和檢驗生產(chǎn)工藝提供科學的決策依據(jù)。將該定義中的軍事裝備改為裝備、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能和作戰(zhàn)使用性能改為技術(shù)性能和使用性能、部隊改為用戶，則該定義就可通用到一般裝備，可用于指導其T&E。

按照T&E的定義，根據(jù)其工作要求，可采用圖1所示的網(wǎng)絡模型，分析其知識的需求。網(wǎng)絡模型的核心思想是運用頭腦風暴法將T&E所需的知識進行逐項列舉，然后分類歸納，給出所需的知識體系。主要步驟為：a.根據(jù)T&E的定義，列出關鍵要素，在此關鍵要素包括信息獲取、信息管理、信息分析、指標比較、指標評價。b.針對每一個關鍵要素，列出針對該要素所需進行的工作，以信息獲取為例，其所需工作包括現(xiàn)場試驗信息的獲取和相關數(shù)據(jù)的獲取。c.對于b所需的工作進一步細分，明確更為詳細的工作，如相關數(shù)據(jù)的獲取又包括相似裝備數(shù)據(jù)、仿真信息數(shù)據(jù)、專家信息、上下游數(shù)據(jù)、理論分析信息等。b和c可重復利用頭腦風暴法進行，直到確定具體的知識需求。d.將具體知識需求按照學科或?qū)I(yè)進行分類歸納，以便于相關工程技術(shù)人員按照專業(yè)技能進行工作的劃分，并進行工作的協(xié)調(diào)安排。在分類歸納中，按照先小類后大類的順序進行。如針對本網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，所有獲取到的數(shù)據(jù)都須進行數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析，這是質(zhì)量管理的一項分支工作，而進一步數(shù)據(jù)質(zhì)量分析和質(zhì)量管理又都可歸為質(zhì)量管理學這一分支。

通過圖1的網(wǎng)絡模型，可將T&E所需的知識歸納為試驗學、質(zhì)量管理學、系統(tǒng)工程、管理學、大數(shù)據(jù)技術(shù)、統(tǒng)計學、裝備學、計算數(shù)學等大類知識，這些知識都有相應的學科專業(yè)與其對應，如試驗學屬于軍事裝備學學科、系統(tǒng)工程屬于控制科學與工程學科等。這些學科都有專業(yè)的人才培養(yǎng)體系與知識要求，利用這些專業(yè)的人才即可進行T&E的系統(tǒng)性管理。

圖1 SEMTE知識需求分析的網(wǎng)絡模型

3 SEMTE知識的支撐關系設計

由圖1可見，裝備的T&E涉及到多種知識，而且知識之間并不是孤立的，而是互相協(xié)作共同完成T&E任務，知識之間存在依存和支撐關系，在本文中將這種共同協(xié)作完成T&E任務的關系稱為T&E的系統(tǒng)工程管理技術(shù)。知識之間的支撐關系如圖2所示。

圖2 SEMTE知識之間的支撐關系

a. 管理學對T&E的支撐作用。管理學的作用重點體現(xiàn)在：對T&E全過程的信息管理（此部分內(nèi)容可通過信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)）、裝設備管理（包括試驗裝設備和被試裝設備的管理）、T&E環(huán)境分析（包括進行T&E的費用、政治、自然環(huán)境約束，T&E的目標分析等）、T&E元模型設計（元模型包括試驗所用的方法、數(shù)據(jù)分析的方法、收集數(shù)據(jù)的要求等）、人員管理（包括試驗所需的各類人才的規(guī)劃、使用等）。管理學以“管理”為核心要素，實現(xiàn)對整個T&E過程中人、財、物、數(shù)據(jù)等的管理。

b. 裝備學對T&E的支撐作用。裝備學是研究裝備建設、發(fā)展、運用、管理以及技術(shù)保障的學科。裝備學對T&E的作用重點體現(xiàn)在：明確裝備使用所需評價的相關技術(shù)性能指標和使用性能指標的定義、所需滿足的最基本的要求，明確所試裝備在整個裝備體系中的定位與裝備組成的層次關系，分析裝備使用的環(huán)境條件與保障性要求，在裝備設計中明確裝備的組成與配置等?？梢?，裝備學是為T&E提供有關于裝備的相關硬件基礎條件支持。

c. 質(zhì)量管理學對T&E的支撐作用。T&E所獲得的數(shù)據(jù)與被試裝備本身應有的數(shù)據(jù)的一致性、實施過程的規(guī)范性等等，這些問題都需要質(zhì)量管理學或質(zhì)量管理體系的方法進行分析、控制，以確保T&E結(jié)論的正確性。質(zhì)量管理學的作用重點體現(xiàn)在：信息質(zhì)量分析（所獲得的信息是否正確，能否真實反映被試裝備本身的情況）、對被試裝備質(zhì)量提升提供輔助決策（通過T&E發(fā)現(xiàn)問題，并將問題正確反饋給相關部門，以進一步提升設計生產(chǎn)水平），必要時構(gòu)建T&E質(zhì)量管理體系，實現(xiàn)對T&E全過程的質(zhì)量控制。

d. 試驗學對T&E的支撐作用。試驗學重點研究試驗的設計、實施，試驗學的作用重點體現(xiàn)在：評價指標確定（依據(jù)裝備技術(shù)性能和使用性能要求，明確所要進行評價的指標）、評價標準設計（根據(jù)合同或相關標準，明確指標評價的標準，如與預定值進行大小比較或者從統(tǒng)計角度進行假設檢驗）、產(chǎn)品（裝備）的特性歸類（明確產(chǎn)品的類型、其壽命分布特點、試驗設計（對試驗所采用的方式方法、試驗的先后順序等進行設計）、相關指標對應的數(shù)據(jù)特征等）、試驗的環(huán)境要求分析、試驗所需的相關標準分析等。

e. 大數(shù)據(jù)技術(shù)對T&E的支撐作用。隨著裝備復雜化，大數(shù)據(jù)技術(shù)對T&E的支撐作用會逐步增強，其主要作用重點體現(xiàn)在：（潛在）故障發(fā)現(xiàn)（通過數(shù)據(jù)挖掘、相關性分析等發(fā)現(xiàn)設計生產(chǎn)中的缺陷數(shù)據(jù)，進一步發(fā)現(xiàn)潛在故障）、數(shù)據(jù)管理（實現(xiàn)對所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)、相關數(shù)據(jù)、組成部件數(shù)據(jù)等的全方位管理）、數(shù)據(jù)展示（對數(shù)據(jù)進行分類展示，以便于進一步的數(shù)據(jù)挖掘）、指標預測（通過大數(shù)據(jù)分析手段，在裝備設計的同時對相關指標進行預測，并指導裝備的設計）。

f. 統(tǒng)計學對T&E的支撐作用。當前T&E中，用到的數(shù)據(jù)分析方法還重點是統(tǒng)計學方法，包括經(jīng)典的大樣本統(tǒng)計方法、小子樣條件下的Bayes方法，以及基于性能退化的統(tǒng)計分析方法。其支撐作用主要體現(xiàn)在：指標的統(tǒng)計評價（利用點估計、區(qū)間估計、假設檢驗等方法完成指標的分析）、結(jié)果的準確性分析（包括數(shù)據(jù)的靈敏性分析、結(jié)果對裝備真實狀態(tài)的驗證、當用質(zhì)量管理手段分析時數(shù)據(jù)本身的正確性分析等）、試驗數(shù)據(jù)的預處理（對數(shù)據(jù)中異常值的剔除、缺失數(shù)據(jù)的補充等）、病態(tài)數(shù)據(jù)分析（當試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)重復、缺失、異常值等情況時，分析造成這種異常的原因，給出補救措施）。

g. 計算數(shù)學對T&E的支撐作用。裝備T&E需要建立多種類型的數(shù)學模型（如信度和效度分析模型、性能退化趨勢分析模型、異常數(shù)據(jù)處理模型等），需要對多個指標進行評價，這些都離不開數(shù)學建模、數(shù)值計算、數(shù)據(jù)分析等數(shù)學方法的支持。計算數(shù)學的支撐作用重點體現(xiàn)在：構(gòu)建數(shù)學模型，給出模型的求解方案，當不能用解析方法求解時，需對數(shù)值計算方法進行研究。當數(shù)學模型求解不能給出最優(yōu)解時，需對其滿意解進行論證。

h. 系統(tǒng)工程對T&E的支撐作用。系統(tǒng)工程從學科上定位，是一種組織管理技術(shù)，是把要研究的對象或工程管理問題看作是一個由很多相互聯(lián)系相互制約的組成部分構(gòu)成的總體，然后運用運籌學的理論和方法以及計算機技術(shù)，對構(gòu)成系統(tǒng)的各組成部分進行分析、預測、評價，最后進行綜合，從而使該系統(tǒng)達到最優(yōu)，其根本目的是保證最少的人力、物力和財力在最短的時間內(nèi)達到系統(tǒng)的目標，完成系統(tǒng)的任務。從這個角度，系統(tǒng)工程對T&E的支撐作用就非常明確，它可以綜合利用相關的知識，對T&E全過程涉及到的各要素進行分析、預測、組織、協(xié)調(diào)，最終實現(xiàn)T&E的總體目標。主要支撐作用體現(xiàn)為：利用系統(tǒng)工程方法論指導T&E各階段模型的建立（此處模型包括數(shù)學模型、物理模型、概念模型）、構(gòu)建T&E的元模型（即明確T&E的試驗方法、評價方法、數(shù)據(jù)要求等）、進行系統(tǒng)評價與決策（完成對模型的有效性評價、T&E實施的有效性評價等，完成不同階段工作轉(zhuǎn)換的決策）、進行系統(tǒng)規(guī)劃與實施（對T&E的人、財、物等進行規(guī)劃，對T&E的工作安排進行規(guī)劃，并監(jiān)督T&E的實施等）。

從上述支撐關系的分析情況看，系統(tǒng)工程是所有知識之間的紐帶，通過系統(tǒng)工程對整個T&E過程進行全面管控，然后在不同的階段、不同的工作中采用相關的知識完成具體的T&E任務。

4 SEMTE知識的運用設計

根據(jù)裝備T&E的工作需求，可將其實施過程分為需求分析、現(xiàn)狀分析、試驗方案設計等7個工作任務階段，不同任務階段所需進行的工作和知識需求如圖3所示。由圖3可見，整個T&E工作可按照外部大循環(huán)（系統(tǒng)工程管理技術(shù)循環(huán)）、內(nèi)部小循環(huán)（質(zhì)量管理學的PDCA過程）和試驗任務循環(huán)等3個循環(huán)進行T&E的實施，將此稱為循環(huán)結(jié)構(gòu)模型。

a. 需求分析任務階段。此階段的任務是明確要進行T&E的裝備；根據(jù)合同要求和裝備的通用要求，明確需要進行評價的指標（包括技術(shù)性能指標、使用性能指標等），此時需要用到裝備學、管理學、試驗學等知識。在系統(tǒng)工程上對應于系統(tǒng)分析的初始階段。從質(zhì)量管理的角度而言，屬于質(zhì)量的計劃階段。

b. 現(xiàn)狀分析任務階段。此階段的任務是明確已掌握的關于被試裝備的相關信息，其任務包括：分析被試裝備上下游的相關信息、類似裝備試驗信息等；對于相關指標，調(diào)查本單位或借助其他力量能夠?qū)崿F(xiàn)的評價方法；分析進行試驗的約束條件，包括樣本量、試驗時間、試驗環(huán)境、試驗經(jīng)費約束等。此階段需要大數(shù)據(jù)技術(shù)、統(tǒng)計學、管理學等知識的支持。對應于系統(tǒng)分析的詳細分析階段，屬于質(zhì)量管理的計劃階段。

c. 試驗方案設計任務階段。此階段的任務是在理論上進行試驗方案的設計，其工作包括：對于不同的指標確定試驗的方法、指標評價的方法，并對試驗進行歸類合并，在此基礎上明確不同試驗進行的順序關系，然后給出數(shù)據(jù)收集方案，最后從理論上對試驗方案的可行性進行論證。此階段需要裝備學、試驗學、統(tǒng)計學、管理學等知識的支持，處于系統(tǒng)建模階段（重點是建立T&E的基礎模型），屬于質(zhì)量管理的計劃階段，此階段是質(zhì)量形成的基礎階段，此階段的成果決定了能否正確評價裝備指標的真實水平。

d. 實施方案設計任務階段。此階段的任務是將理論上的試驗方案落實到具體的工程實施，包括：確定進行試驗的環(huán)境、裝設備、負責試驗的人員、確定試驗數(shù)據(jù)傳輸方案、確定試驗的具體流程等，任務確定后還需再次進行確認實施的可行性。此階段重點需試驗學、裝備學的知識支撐，屬于具體的系統(tǒng)規(guī)劃，是質(zhì)量管理計劃的落實階段。此階段重點需試驗學、裝備學知識的支持。

圖3 SEMTE知識運用的循環(huán)結(jié)構(gòu)模型

e. 試驗實施任務階段。此階段的任務是按照實施方案的要求，具體進行試驗的實施，是試驗數(shù)據(jù)的形成階段，主要工作包括：監(jiān)控試驗的進程、收集儲存試驗數(shù)據(jù)，此階段對數(shù)據(jù)管理的重要任務是避免數(shù)據(jù)造假，從而需對數(shù)據(jù)的準確性進行監(jiān)控。在系統(tǒng)工程上屬于系統(tǒng)實施階段。在質(zhì)量管理上屬于執(zhí)行階段。

f. 結(jié)果評價任務階段。此階段的任務是基于已有的數(shù)據(jù)，利用c階段確定的評價方法，對裝備的相關指標進行評價，主要工作包括：試驗數(shù)據(jù)的信度和效度分析、指標的評價比較，并傳輸結(jié)果。需要用到統(tǒng)計學、管理學、質(zhì)量管理學、計算數(shù)學等知識。屬于系統(tǒng)評價階段，在質(zhì)量上歸為質(zhì)量檢查階段。

g. 改進建議任務階段。此階段是對整個T&E過程進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)問題，并給出進一步的改進計劃建議。主要工作包括：基于指標評價的結(jié)果，對裝備研究的現(xiàn)狀進行分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題；當相關指標不能滿足研制要求時，分析給出改進的建議，并對改進方案的可行性進行分析。此階段需要質(zhì)量管理學知識的支持，并且需要研制生產(chǎn)等單位進行裝備缺陷的深入分析，為系統(tǒng)決策問題。對于該階段發(fā)現(xiàn)的問題，進行改進后，需重新進入a階段，進一步驗證，從而實現(xiàn)質(zhì)量的提升。

5 結(jié)束語

將T&E看作一個系統(tǒng)，運用系統(tǒng)工程的理論、方法和技術(shù)對其進行分析、建模、規(guī)劃、實施、評價和決策，是實現(xiàn)T&E全面管理、提升試驗效益的可行途徑。本文設計了T&E系統(tǒng)工程管理中所需的知識體系，構(gòu)建了知識需求分析的網(wǎng)絡圖模型，明確了知識之間的支撐關系，并對T&E全任務過程知識的運用進行了論述。本研究對于實現(xiàn)裝備T&E的規(guī)范化管理以及進一步提升裝備質(zhì)量，具有實踐上的指導作用。

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Design of Equipment Test and Evaluation Knowledge System Based on System Engineering Management

Xu ZhiqinLiu QiHuang LiHuo Zhiwei

(1. School of Economics and Management, Hunan Institute of Traffic Engineering, Hengyang 421001; 2. Academy of Hi-Tech Research, Hunan Institute of Traffic Engineering, Hengyang 421001; 3. Hunan Institute of Traffic Engineering, Changsha 410003)

It is not only necessary but also feasible to take equipment test and evaluation as a system, and make full use of the theory, method and technology of system engineering. Firstly, the knowledge requirements of equipment test and evaluation was analyzed, the network model of knowledge requirements was constructed, and the key knowledge types were given. Secondly, the supporting relationship between knowledge were clarified, and the supporting role of different knowledge to equipment test and evaluation were expounded. Finally, the cycle structure model of equipment test and evaluation knowledge application was established, and the phased tasks of equipment test and evaluation were defined. The design of knowledge system has important guiding significance for engineering practice to standardize the implementation of test and evaluation, and improve the quality and efficiency of test and evaluation.

test and evaluation；system engineering；knowledge system；knowledge requirement；supporting relationship；knowledge application

湖南省自然科學基金（202JJ4282）、衡陽市科技計劃項目（202010041588）。

許芝芹（1984），副教授，企業(yè)管理專業(yè)；研究方向：裝備試驗與評價、質(zhì)量管理。

2021-01-25