武器裝備作戰試驗項目設計方法研究

王金良，　郭齊勝，　趙東波，　李玉山

(1. 裝甲兵工程學院 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)

武器裝備作戰試驗項目設計方法研究

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試驗項目設計存在方法單一、考慮因素不全面等問題，利用“多級映射”技術，通過建立作戰任務、評估指標體系、作戰任務剖面以及影響因子之間的關系，設計了多任務階段、多因子影響下的作戰試驗項目，給出了作戰試驗項目優化原則和方法。通過實例對方法的可操作性和科學性進行了驗證。

關鍵詞作戰試驗項目；設計方法；映射；任務剖面

作戰試驗項目是根據試驗目的和要求，在特定的預算、時間、資源和作戰背景限定內，依據規范完成的一系列獨特的、復雜的,并相互關聯的試驗活動。作戰試驗項目設計是對作戰試驗活動的科學規劃，是建立指標體系與作戰任務、作戰環境之間關系的橋梁。科學設計作戰試驗項目，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。美軍的作戰試驗理論比較成熟，其作戰試驗項目設計通常采用樹狀分析技術，將作戰問題分解到能夠確定實際數據需求和試驗測量的程度。我軍對武器裝備作戰試驗研究尚處于摸索階段，在作戰試驗項目設計方面的研究成果較少，文獻[1]提出了基于關鍵問題分解的作戰試驗項目設計方法，并給出了武器裝備型號單體、系統及體系的作戰試驗項目，為作戰試驗項目設計提供了一種思路和方法。該方法僅是對作戰試驗內容的初步設計，還未考慮多任務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試驗項目生成方法，旨在解決多任務階段和多因子影響的作戰試驗項目設計難題，并為作戰試驗活動實施提供科學的方法支撐。

1相關定義

定義1因子(Factor)：指對指標有影響的因素，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，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”的關系，對應方式包括一對一、一對多和多對一等。

定義10一級映射：特指作戰任務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：特指評估指標體系與作戰任務剖面之間的映射過程，映射結果用P→I表示。

定義12三級映射：特指二級映射結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試驗項目設計方法

基于多級映射的作戰試驗項目設計方法，其核心是建立作戰任務、評估指標體系、作戰任務剖面以及影響因子之間的關系。該方法包括4個環節：作戰任務分析、評估指標體系構建、作戰任務剖面分解、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(作戰任務→不可控因子)、二級映射過程(評估指標體系→作戰任務剖面)、三級映射過程(二級映射結果→可控因子)、作戰試驗項目生成過程(一級映射結果與三級結果進行綜合)。如圖1所示。

圖1　基于多級映射的作戰試驗項目設計過程圖

2.1設計環節

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

2) 評估指標體系構建。一次完整的作戰試驗通常包括多個評估指標體系，依據試驗目的不同，分為作戰效能評估指標體系、作戰適用性評估指標體系和體系貢獻度評估指標體系；依據試驗規模不同，分為單裝評估指標體系、系統評估指標體系和體系評估指標體系。指標體系構建方法的選擇依據試驗目的而定，通常采用基于作戰功能、基于作戰活動、基于關鍵議題等方法進行構建[3]。

3) 作戰任務剖面分解。任務剖面分解要能最大限度地還原裝備在作戰試驗中所經歷的事件及其所處的環境[4]。通常采用基于任務樹分解或基于IDEF0(Integration Definition for Function Modelling)等方法進行任務剖面描述，目的是將作戰任務階段化，便于建立底層指標與各試驗階段對應關系。

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樣式決定，而可控因子由評估指標體系決定。如某型坦克高原高寒山地作戰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(靜止射擊或運動射擊)以及目標的多種狀態(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果影響的基礎上，通過映射的方式，建立多可控因子、多水平與試驗指標之間的函數或統計關系。

2.2映射過程

2.2.1一級映射過程

一項作戰任務對應一個或多個作戰背景Operational Groud(簡記為G)，每個作戰背景通常選取一種典型作戰樣式Operational Style(簡記為S)，每種作戰樣式對應多個不可控因子(簡記為U)。不可控因子的數量由試驗人員依據作戰任務和具體條件確定，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)，一級映射設計過程如圖2所示。

圖2　一級映射過程

設一級映射結果數量為N1，則有

(1)

2.2.2二級映射過程

評估指標體系無論采用何種方法構建，都會生成多個底層指標Bottom Index(簡記為I)，一項作戰任務依據作戰背景會產生多個作戰任務階段Test Mission Phase(簡記為P)，作戰任務階段和底層指標之間具有對應關系，包括一對一、一對多或多對一等多種對應關系。作戰任務階段對應底層指標數量的多少由該試驗階段的重點決定，不同階段對應的底層指標名稱可能相同，但內涵不一定相同，有時為便于理解內涵，需要對底層指標繼續分解(通常情況下，評估指標體系會分解到底層指標不可再分為止)。如某型坦克在機動部署和火力突擊階段都對應機動速度指標，機動部署階段對應的機動速度又可以分為2個底層指標：一是戰役層面的機動速度，主要從裝備結構、裝備戰斗權重等角度衡量適應多種戰役運輸方式的能力；二是戰術層面的機動速度，主要指裝備的平均越野速度。火力突擊階段對應的機動速度也是戰術層面的機動速度，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。

設底層指標數量為n，作戰任務階段數量為m，作戰任務階段P1對應底層指標I1,I2,…,IX，共生成K1個二級映射結果，作戰任務階段P2生成K2個二級映射結果。同理，得到作戰任務階段PM對應底層指標IY,IY+1,…，IY′,共Km個底層指標，二級映射過程如圖3所示。

圖3　二級映射過程

設二級映射結果總量為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階段對應的每個底層指標而言，是否對應可控因子、對應多少可控因子與評估指標體系構建方法相關，具體由試驗設計人員確定。每個可控因子又可能對應一個或多個水平，將不同可控因子對應的水平進行組合，則生成處理-水平TL。

圖4　三級映射過程

(3)

(4)

2.3作戰試驗項目生成過程

作戰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容的統計和規范化描述，通常以表格的形式表示，最終生成作戰試驗項目清單。當對一級映射結果和三級映射結果進行遍歷組合時，設作戰試驗項目總量為N總，則有

(5)

作戰試驗項目清單可以作為試驗人員組織作戰試驗活動的依據，同時也作為作戰試驗方案的重要組成部分。其要素包括：序號、試驗內容、數據類型(定性或定量)、試驗含義、試驗方法、試驗時間、試驗地點、采集設備、負責人及備注等。

3作戰試驗項目優化

一個復雜的武器裝備作戰試驗活動通常包括多個評估指標體系(如評估指標體系、系統評估指標體系、體系評估指標體系等)，每個評估指標體系對應一個作戰試驗項目清單，試驗項目數量巨大，試驗任務十分繁重。要求試驗設計人員既要綜合考慮被試裝備能否滿足用戶主觀需求，也要考慮試驗經費、試驗周期、試驗設施等客觀條件，依據優化原則，采用一定的優化方法，科學篩選試驗項目，旨在以較小的代價獲取最大的試驗效益。

3.1作戰試驗項目優化原則

1) 重點優先原則。不同任務階段的試驗重點不同，需要對各任務階段對應的底層指標進行重要度排序，保留重要度高的作為試驗內容。如某型坦克在機動部署階段，不僅涉及戰役機動方式、戰術機動速度、戰備轉換時間，還涉及指揮跨度、通信方式等多個底層指標，依據試驗重點，指揮跨度、通信方式等指標在機動部署階段將不再考慮。

2) 經濟可承受原則。對無法滿足經濟能力要求的試驗項目，試驗設計人員要向上級機關報告，確定試驗項目剔除或是修改。如對某型導彈開展作戰試驗，導彈發射數量超出預算范圍，在向上級機關請示的基礎上，將導彈發射數量縮減到預算范圍之內。對于優先度低且消耗大的試驗項目，在不影響試驗評估結果的情況下，可以直接剔除[5]。

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

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

3.2作戰試驗項目優化方法

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

4方法應用

本文以某X型坦克單體作戰效能試驗為例，詳細介紹基于多級映射的作戰試驗項目設計方法。

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

圖5　火力運用效能試驗指標體系

3) 三級映射過程。P4→I1選取2個可控因子：目標距離C1、射擊狀態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：目標距離C3、目標狀態C4；C3選取3個水平：10kmL6、11kmL7、12kmL8；C4取2個水平：運動目標L9、靜止目標L10。二級映射結果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、首發命中概率、戰斗力消滅速度、毀傷程度以及威脅恢復時間，且由其生成的試驗項目可從其他項目中間接得到試驗結果。

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

4) 作戰試驗項目生成。基于公式(5)，將一級映射結果和三級映射結果進行綜合，最終生成96個試驗項目，如表1所示。

表1　某X型坦克單體優化作戰效能試驗項目清單(部分)

5結 束 語

多任務、多影響因子下的作戰試驗項目設計僅是作戰試驗活動的基礎和開始，下一步重點研究如何將作戰試驗項目轉化為試驗活動，以及如何優化試驗流程。

參考文獻(References)

[1]曹裕華，周雯雯，高化錳.武器裝備作戰試驗內容設計研究[J].裝備學院學報，2014，25(4):112-117.

[2]武小悅，劉琦.裝備試驗與評價[M].北京:國防工業出版社，2008：351-353.

[3]馬亞龍，邵秋峰，孫明，等.評估理論和方法及其軍事應用[M].北京:國防工業出版社，2013：3-4.

[4]付康，于永利，張柳，等.面向任務的裝備固有可用度試驗方案[J].火炮發射與控制學報，2013，33(2):10-12.

[5]周智超.面向武器裝備系統效能的敏感性分析[J].火力與指揮控制，2013，38(2):98-102.

[6]徐廷學，甄偉，陳紅，等.基于Bayes理論的導彈貯存可靠性試驗研究[J].海軍航空工程學院學報，2016，21(6):672-674.

[7]閆雪梅，文艷，邱叢禮.射程與密集度分組試驗的Bayes估計[J].彈道學報，2006，18(2):80-83.

[8]張士峰.導彈落點密級度評估中最優試驗的確定方法[J].應用概率統計，2002，18(4):377-384.

[9]楊德.試驗設計與分析[M].北京：中國農業出版社，2002：171-201.

[10]張湘平，張金槐，謝紅衛.導彈落點散布的Bayes試驗鑒定優化設計[J].宇航學報，2002，23(4):92-95.

(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

文獻標志碼A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.03.025

郭齊勝，男，教授，博士生導師。