軍用ATS 的可計量性論證

陳雪松，劉濤，魯國慶，袁曉峰

(中國人民解放軍96604 部隊，北京100192)

0 引言

隨著新型武器打擊精度的提高，作為保證武器系統性能和量值特性的ATS (Automatic Test System)在武器系統中的地位越發凸顯。以裝備“五性”和戰術指標需求為中心的設計，決定了軍用ATS 與武器裝備系統緊密融合，形成了測量與控制結合、參數多樣、集成度高、接口形式復雜、系統相對封閉等顯著區別于通用測試設備的特點。ATS 可計量性的優劣，從根本上取決于在論證、研制階段進行的可計量性設計。因此，可計量性論證作為可計量性設計的依據至關重要。目前，作為論證、采購 ATS 的參考依據為GJB5109 － 2004 《裝備計量保障通用要求檢測和校準》［1］。該國軍標以確保裝備出廠后計量保障的有效實施為目的，從計量保障的技術和管理角度明確了訂購方對承制方的總要求。總要求中，從承制方與使用方各自的角度，對檢測和校準過程、檢測和校準設備提出了定性要求。而對在論證研制階段如何通過量化分析、確定指標、試驗驗證等環節，確保實現上述總要求的可計量性論證并沒有涉及。近年來，ATS 可計量性相關研究備受關注，一些新的研究成果也陸續見諸文獻。研究內容主要集中在針對專用測試設備的可計量性所涉及的基本問題的定性分析［2－3］，對通用測試設備的可計量性概念、設計、論證和驗證缺乏系統性論述和研究。

1 可計量性

測試性、維修性、可靠性是從產品設計角度研究與故障斗爭的理論和方法［4］，而可計量性是從裝備量值溯源和檢測受控相關特性角度新近提出的概念，目前沒有統一的定義。所謂可計量性(Measurability)有文獻定義為“裝備各測量(測試)設備所具有的反映其量值準確、數據可靠和計量便利程度的一種設計特性，貫穿于裝備全壽命周期”［5］。也有文獻將其表述為“專用測試設備在設計時除了要滿足性能、可靠性要求，還要考慮計量的方便與可行性”［6］。

簡而言之，可計量性是指對測試設備本身反映其量值溯源難易程度和對計量資源依賴程度的固有屬性。因此，可描述為:可計量性是指通過掌握一定技能的計量人員，基于給定的資源并按照規定的流程，展開計量、檢測時，從時間和資源的需求角度完成裝備計量檢定的難易程度。

2 可計量性論證概述

2.1 論證目的

一般裝備的壽命周期大致可分為論證、方案、工程研制、生產與部署、使用與保障、退役處理等階段。在論證階段要提出戰術技術要求和論證經濟技術可行性，并分析各種備選方案。早期的論證決策對系統的效能、費用有著深遠的影響，通過論證實現裝備系統要素的優化平衡［7］。可計量性論證是可計量性設計的前提，其最終目的是確保系統和設備達到規定的可計量性要求，以提高軍用ATS 和設備的戰備完好性、任務成功性，降低對計量人力和其他資源的要求，減少壽命周期費用，并為管理提供必要的信息。

2.2 論證程序

參照GJB5109 －2004 《裝備計量保障通用要求檢測和校準》及有關國軍標，并結合裝備實際論證工作中總結的經驗和教訓［8］，制定可計量性論證的基本程序:

1)根據預期要求進行需求分析、確定可計量性論證初步方案;

2)收集國內、外有關ATS 的可計量性數據，對比分析，借鑒其中成功經驗，使新裝備的可計量性要求具有先進性;

3)分析我國現有裝備生產、研制的技術水平，同時分析可能達到的可計量性設計水平，使新裝備的可計量性要求具有可行性;

4)利用費用－效能分析和全壽命費用分析方法對新裝備的費用、研制生產進度、可計量性水平和其他性能之間的關系進行綜合權衡;

5)參照現有國家標準、國家軍用標準和相關規程，確定新裝備可計量性的定性和定量技術指標;

6)將使用指標轉換為合同指標，納入研制合同;

7)匯總可計量性論證成果形成新裝備可計量性工作計劃。

論證階段與方案階段的可計量性工作的表述如圖1所示。

論證階段最終要制定可計量性工作計劃，而方案階段最終要形成產品規范的可計量性要求。

2.3 論證的一般原則

針對武器裝備設計、生產和研制，以及ATS 在使用中存在的問題，通過綜合分析得出計量性指標體系構建的總體原則。

圖1 論證階段與方案可計量性工作

系統性原則，可計量性技術指標同其它指標一并考慮，所選擇的可計量性參數應能夠反映可計量性水平，并能降低計量保障的人力費用、時間等方面的要求。

必要性原則，所提出的計量性指標或定性要求應當是描述可計量性所必須的，盡量減小冗余。

可操作性原則，壽命剖面和任務剖面明確，并細化到適當、可用的層次、合同指標與研制進度、費用等協調。

可驗證性原則，提出合理而完善的可計量性合同指標驗證方法，確定置信水平、判決風險等。

定量與定性相結合的原則，定量與定性具有互補性，二者相結合能夠充分融合數學模型和專家的知識優勢，從而實現對復雜問題相對客觀的描述。

3 可計量性論證內容

3.1 確定指標的約束條件

1)任務要求分析

軍用ATS 出廠后經歷的主要事件有裝卸、運輸、存儲、檢定、維修等任務剖面。由于多數軍用ATS 的大部分時間處于非任務狀態，非任務期間由于裝卸、運輸、存儲和檢定會在一定程度上影響ATS 的量值特性。某型ATS 的任務剖面如圖2 所示。

圖2 某型ATS 任務剖面框圖

2)使用和保障條件

可計量性指標在提出時必須考慮ATS 的計量保障條件，這是因為可計量性指標的高低與計量保障方案的選擇是密切相關的。例如，某型ATS 計量保障體制如表1 所示。不同的保障級別和保障模式實現計量保障的效率和時間差異較大，因而在提出可計量性指標時，必須結合我軍現有的計量保障模式。ATS 可計量性論證能夠有效降低對使用階段計量保障的要求［9］。

表1 某型號ATS 的計量保障體制

3.2 定量參數指標的確定

可計量性定量參數指標是表征可計量性的定量參數。

1)平均檢定/校準時間

平均檢定/校準時間在規定條件下，完成該測試設備檢定/校準所需的平均時間。

2)最大檢定/校準時間

最大檢定/校準時間在規定條件下，完成該測試設備檢定/校準所需的最大時間。

3)校準/檢定周期

兩次相鄰的校準/檢定之間的時間間隔;校準/檢定周期較大、反映了該測試設備的量值穩定性相對越高。

4)平均檢定/校準工時

檢定/校準工時在規定的條件下進行檢定/校準所需的工時。該參數是與計量方式、模式和資源有關的一種可計量性參數。

5)最大檢定/校準工時

在規定的條件下進行檢定/校準所需的最大工時。該參數是與計量所需人力有關的一種可計量性參數。

6)年平均計量費用

在規定條件下，每年計量費用的平均值。該參數是與計量保障資源有關的可計量性參數。

7)計量性設計比率

整個系統中，實際進行可計量性設計的設備數量與所有設備數量之比。

8)故障檢測率

檢測并發現設備一個或多個故障的能力。

3.3 合同指標的確定

由訂購方提出，反映ATS 可計量性參數，即可計量的使用參數。使用參數是武器在使用狀態下的可計量性參數，反映了設計、生產、環境等情況。而合同或研制任務書中用來表示訂購方對ATS 的溯源要求，并且是承制方在研制與生產過程中可以控制的可計量性參數即可計量性合同參數。

合同指標由使用指標轉換而來，轉換系數通常可根據相似ATS 的統計數據，用回歸分析法確定;缺少相關數據時，可由使用方和生產雙方商定。

3.4 定性要求的確定

論證過程中的可計量性定性要求通常包括無法定量描述的可計量性要求、研制過程中的可計量性工作要求、研制與試驗過程中的可計量性試驗要求等。

1)可達性

進行計量時，接近測試點的難易程度。例如，便于操作使用、避免拆卸。

2)標準化

優先考慮采用通用或標準接口。

3)防差錯措施及識別標志

對計量中涉及的端口、表盤、指示燈、測試點等應有明顯的識別標志。

4)人機環境工程

各種儀表應便于觀察，對正常工作范圍和不正常工作范圍應有鮮明的標志。

5)技術安全要求

人員安全:對計量人員有可能造成人身危險的測試設備部件、端口等，應有保險或防護措施。

設備安全:對于高壓敏感、靜電敏感、振動敏感的易損部件、探頭等，要有保險、防護措施、容錯措施等。

6)人素工程

對計量檢定人員能力、技術水平的要求。

7)環境要求

開展計量工作所需的場地、溫濕度、電磁環境等外部環境要求。

8)文檔完備性

凡影響裝備功能、性能的項目或參數都應進行檢測或校準，并給出相應的檢測或校準方法，以及用于檢定的檢測設備、校準設備和相關記錄表。

4 可計量性評審

4.1 組成要素

在充分考慮裝備計量需求的前提下，結合多年來對裝備的計量經驗、相應國軍標和相似裝備的計量性指標，并結合總體原則確定候選方案。從可計量性的內涵分析，可計量性反映了如下三個方面的基本要素:

1)A 類要素

A 類要素反映了裝備可計量性設計中的最基本問題，它包含的參量通常是一些較為直觀的定性參量。這些參量通常體現了在裝備設計中的一些基本原則，如可達性，可拆卸性、互換性與標準化程度，模塊化程度，防差錯及識別標志等。

2)B 類要素

B 類要素包含了所有以時間為度量的參量，它反映了計量性的時間屬性，它可以是定性的也可以是定量的，例如:平均修復時間、最大修復時間、重構時間、主要部件的平均更換時間和維修工時率以及平均預防修復時間等。

3)C 類要素

C 類要素反映了裝備計量中對資源的依賴性，它可以是定性的也可以是定量的，例如:軟件要求、維修硬件資源要求等。

按照要素歸類更有利于對可計量性的總體把握，對不同裝備系統中可根據需求對要素中內容進行調整。

4.2 方案的優選

可計量性方案的優選原則:最少費用原則，在滿足可計量性條件的情況下，方案中應具有鑒別可計量性有關研制難易程度和保障費用;可計量性最大化原則，在經費確定的條件下，盡可能準確的對各個方案的可計量性進行評價，選取可計量性最大的方案;最佳費效比原則，將候選方案的可計量性作為該方案的效能，用該方案的效能和對應研制費用比值作為優選指標，選用該比值最大者為最佳方案。方案的優選中，可引入模糊集、粗糙集理論對定性定量參數進行優化、構建可計量性指標框架，在綜合量化的基礎上進行評審。

5 結束語

綜上所述，文中基于對軍用ATS 可計量性論證中所面臨的現實問題進行了分析，從指標的約束條件、定量參數指標確定、合同指標確定和定性要求確定四個方面，對可計量性論證方法進行了討論。對可計量性驗證問題，從兩個方面進行了分析闡述。由于軍用ATS 的結構和功能的多樣性，在工程實踐中探尋可計量性論證的普適方法，仍需要進一步深入研究。

［1］中國人民解放軍總裝備部.GJB5109 －2004 裝備計量保障通用要求檢測和校準［S］. 北京:總裝備部軍標發行部，2006.

［2］董鎖利，丁穎，張建蘭，曾渭平. 機載設備計量性分析與設計討論［J］. 計測技術，2011，31 (3):46 －48.

［3］董鎖利. 論裝備可計量性設計專業化的必然性［J］. 計測技術，2013，33 (1):38 －40.

［4］田仲，石君友. 測試性設計分析與驗證［M］. 北京:北京航空航天大學出版社，2002.

［5］汪靜. 軍用ATS 可計量性關鍵技術研究［D］. 長沙:國防科學技術大學，2010.

［6］梁向東. 航空專用測試設備可計量性設計［J］. 洪都科技，2004 (2):40 －43.

［7］陳學楚，張諍敏，陳云翔，等. 裝備系統工程［M］. 北京:國防工業出版社，2008.

［8］曹輝，易群智. 火炮系統可靠性維修性論證指南［M］.北京:總裝備部炮兵裝備技術研究所，1999.

［9］孫中泉，李濤，張華鋒. 軍用自動測試系統計量保障方法研究［J］. 國外電子測量技術，2009，28 (3):31 －33.