基于綜合因素的裝甲裝備測試性指標(biāo)確定方法

邵思杰 , 季 威, 曹 勇, 熊 偉

(1. 裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學(xué)院教練團(tuán)， 北京 100072； 3. 裝甲兵工程學(xué)院控制工程系， 北京 100072； 4. 中國人民解放軍駐617廠軍事代表室， 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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基于綜合因素的裝甲裝備測試性指標(biāo)確定方法

邵思杰1, 季 威2, 曹 勇3, 熊 偉4

(1. 裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學(xué)院教練團(tuán)， 北京 100072； 3. 裝甲兵工程學(xué)院控制工程系， 北京 100072； 4. 中國人民解放軍駐617廠軍事代表室， 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

綜合考慮裝甲裝備的結(jié)構(gòu)特點、使用需求以及地方工業(yè)部門的能力水平等因素，以先進(jìn)裝備的測試性指標(biāo)為期望，相似裝備的測試性指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，地方工業(yè)部門現(xiàn)有技術(shù)能力可達(dá)到的測試性指標(biāo)為評估值，建立測試性指標(biāo)數(shù)學(xué)估計模型；應(yīng)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)確定測試性指標(biāo)影響因素的權(quán)重;應(yīng)用折中算法對期望、標(biāo)準(zhǔn)及評估值進(jìn)行權(quán)衡、折中,確定適用于裝甲裝備系統(tǒng)級的測試性指標(biāo)，為確定裝甲裝備研制初期測試性指標(biāo)提供參考。

測試性指標(biāo)； 綜合因素； 折中估計

測試性是裝備的重要質(zhì)量特性之一，是保證裝備戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性的物質(zhì)基礎(chǔ)。具有較高測試性水平的裝備其任務(wù)可靠性高、對維修技術(shù)人員的能力水平要求低、全壽命周期費用也較低[1]。如：美軍M1A2坦克的熱指揮儀和炮塔電子設(shè)備的故障檢測率(Fault Detection Rate，F(xiàn)DR)、故障隔離率(Fault Isolation Rate，F(xiàn)IR)和虛警率(False Alarm Rate，F(xiàn)AR)分別可達(dá)97%、95%、2%，這樣的測試性水平使得其乘員能夠簡單方便地實現(xiàn)故障隔離，并在坦克出現(xiàn)輕微故障時可通過自動重組硬件來利用剩余功能。俄軍三代主戰(zhàn)坦克由于其主要組成部分(如炮射導(dǎo)彈、火控系統(tǒng))具備了模塊級的自診斷功能，使得故障可快速地被隔離到模塊單元[2]。相對而言，我軍由于裝備研制管理體制、生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)費管理等方面的原因，裝甲裝備的測試性工作還處于初級階段，裝甲裝備壽命周期內(nèi)的測試性工作只有定性要求，沒有可操作性強的、量化的流程和標(biāo)準(zhǔn)。如：由于在某新型主戰(zhàn)坦克的“五性”要求中并未涉及測試性指標(biāo)，導(dǎo)致其在進(jìn)行裝備靶場驗收試驗時，沒有相關(guān)的驗收依據(jù)。

為了保證裝備的測試性水平，必須對裝備測試性進(jìn)行量化，給出具體的測試性指標(biāo)。因此，筆者綜合考慮裝甲裝備的結(jié)構(gòu)特點、使用需求以及地方工業(yè)部門的能力水平等因素，提出一種基于綜合因素的裝甲裝備測試性指標(biāo)確定方法，為確定裝甲裝備研制初期測試性指標(biāo)提供參考。

1 總體思路

裝備測試性參數(shù)主要分為2類：1)描述裝備測試性自身特性的參數(shù)，主要有機內(nèi)測試設(shè)備的重量、費用和平均無故障時間等；2)描述裝備測試性能力特性的參數(shù)，主要有FDR、FIR、FAR、重檢合格率(ReTest OKay Rate，RTOKR)、平均故障檢測時間(Mean Fault Detection Time，MFDT)和平均故障隔離時間(Mean Fault Isolation Time，MFIT)等，一般常用的測試性指標(biāo)為FDR、FIR、FAR[3]。

為保證裝甲裝備測試性指標(biāo)的可信度及可用性，借鑒美軍裝備測試性工作經(jīng)驗，考慮裝甲裝備的結(jié)構(gòu)特點、部隊作戰(zhàn)使用需求以及地方工業(yè)部門的能力水平等因素，提出裝甲裝備測試性指標(biāo)確定方法，其總體思路如圖1所示。主要是以先進(jìn)裝備的測試性指標(biāo)為期望(部隊期望值)，以已有的相似裝備測試性指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)(相似裝備標(biāo)準(zhǔn)值)，以地方工業(yè)部門現(xiàn)有技術(shù)能力可達(dá)到的測試性指標(biāo)為評估值(研制方可達(dá)值)建立數(shù)學(xué)估計模型，并對期望、標(biāo)準(zhǔn)及評估值進(jìn)行權(quán)衡，確定裝甲裝備測試性指標(biāo)[4]。

圖1 基于綜合因素確定測試性指標(biāo)的總體思路

2 測試性指標(biāo)估計模型

基于綜合因素確定裝甲裝備系統(tǒng)測試性指標(biāo)主要是參考已列裝的相似裝備，充分考慮部隊作戰(zhàn)使用需求和地方工業(yè)部門的技術(shù)水平，分析影響測試性水平的因素，利用層次分析法確定相應(yīng)影響因素的權(quán)重，確定新研裝備的測試性指標(biāo)。

2.1 估計參數(shù)

測試性指標(biāo)估計模型的輸入包括如下3個先驗指標(biāo)：

1)部隊使用方期望指標(biāo)(Th)。主要根據(jù)裝備的作戰(zhàn)使命、結(jié)構(gòu)特點、日常使用和三級維修保障要求等來確定Th。

2)現(xiàn)有相似裝備的測試性指標(biāo)(Ts)。在已列裝的裝備中選取相似裝備的測試性指標(biāo)作為估計的基準(zhǔn)參照值(標(biāo)準(zhǔn))。

3)研制方可達(dá)指標(biāo)(Tc)。考慮研制方的技術(shù)儲備、測試性設(shè)計的經(jīng)驗和能力、裝備的全壽命周期費用等，確定裝備測試性指標(biāo)的可達(dá)值(評估值)。

模型的輸出為新研裝備測試性指標(biāo)的折中估計值(Tm)。

2.2 測試性指標(biāo)預(yù)估計

2.2.1 測試性影響因素分析及權(quán)重確定

影響裝備測試性水平的因素主要有裝備作戰(zhàn)使命、功能特點、測試診斷策略、裝備質(zhì)量特性要求，以及壽命周期費用、研制進(jìn)度和技術(shù)水平等。通過分析裝甲裝備的結(jié)構(gòu)、功能及常見故障，確定影響裝甲裝備測試性水平的因素為功能設(shè)計(p1)、診斷策略(p2)、測試資源分配(p3)、可靠性(p4)以及其他因素(p5)等。

應(yīng)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)來確定各影響因素的權(quán)重。首先，依據(jù)表1所示的判斷尺度對影響測試性的各個因素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣;然后，通過求解判斷矩陣，可得各影響因素的權(quán)重[5]為

W=(w1,w2，…,w5)。

注：2，4，6，8介于上述2個相鄰判斷尺度中間。

2.2.2 新研裝備與相似裝備測試性評價值

邀請專家分別對新研裝備和相似裝備的測試性進(jìn)行評價，設(shè)aij、bij分別為第i(i=1,2，…，m)名專家對新研裝備與相似裝備的第j(j=1，2,…,n)個影響因素的評價值，則新研裝備的評價矩陣(期望)為

相似裝備的評價矩陣(標(biāo)準(zhǔn))為

2.2.3 研制方可達(dá)值

研制方可達(dá)值Tc的計算公式為

Tc=Ts×L,

(1)

式中：m為專家數(shù)；n為測試性影響因素數(shù)；k為與測試性水平得分相反的影響因素數(shù)；L為相似裝備的相關(guān)函數(shù)，

(2)

為方便計算處理，根據(jù)各影響因素的權(quán)重大小由小到大進(jìn)行順序，將得分越低測試性水平越低的因素排在第k個因素前(包括第k個因素)，將得分越高測試性水平越高的因素排在第k個因素之后。

2.3 折中估計

折中估計步驟如下：

1)若Tc

Tm=αTh+(1-α)Tc，

(3)

式中：0<α<1，為折中系數(shù)，一般取值范圍為0.4～0.6。

2)若Tc≥Th，則以研制方的可達(dá)值為準(zhǔn)，即

Tm=Tc。

(4)

在實踐中，由于技術(shù)和成本等因素的制約，研制方的可達(dá)值往往低于裝備使用方的部隊期望值。

3 裝甲裝備測試性指標(biāo)值確定

3.1 期望值和標(biāo)準(zhǔn)值確定

3.1.1 裝備使用方的部隊期望值

根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭中裝甲裝備承擔(dān)的作戰(zhàn)使命和部

隊編成，以我軍大多數(shù)武器裝備的測試性指標(biāo)作為部隊期望值Th，具體參數(shù)為

1)故障檢測率λFDh≥95%；

2)故障隔離率λFIh≥90%；

3)虛警率λFAh≤5%。

3.1.2 現(xiàn)有相似裝備的標(biāo)準(zhǔn)值

裝甲裝備和地面壓制自行火炮在結(jié)構(gòu)組成、作戰(zhàn)使命和工作方式等方面的相似度比較高。因此，現(xiàn)有相似裝備選擇新列裝的某型地面壓制自行火炮。該型火炮由武器系統(tǒng)、煙幕發(fā)射裝置、底盤推進(jìn)系統(tǒng)、三防裝置和滅火抑爆裝置等組成。武器系統(tǒng)由中口徑火炮、炮塔、氣動裝置、彈藥和火控系統(tǒng)等組成。該自行火炮與坦克炮一樣，均具有多種使用工作方式，如：自動操瞄、半自動操瞄和手動操瞄等。該型火炮列裝時間不長，可代表現(xiàn)階段地方工業(yè)部門的研發(fā)能力和生產(chǎn)水平。據(jù)此，選擇該型火炮的測試性指標(biāo)作為相似裝備的現(xiàn)有測試性指標(biāo)Ts，具體參數(shù)為

1)故障檢測率λFDs≥90%；

2)故障隔離率λFIs≥85%；

3)虛警率λFAs≤10%。

3.2 影響因素權(quán)重確定

邀請專家依據(jù)表1所示的判斷尺度，對各個測試性影響因素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣R=[rij]5×5，如表2所示。

表2 判斷矩陣

利用和積法求解判斷矩陣R，并進(jìn)行一致性檢驗，得到各測試性影響因素的權(quán)重為

W=(0.233 7，0.380 0，0.050 4，0.304 7，0.031 1)。

3.3 研制方可達(dá)值估計

邀請10名相關(guān)裝備領(lǐng)域的技術(shù)專家組成評價組，采用10分制評分規(guī)則，對新研裝備和相似裝備的測試性進(jìn)行綜合評價，其中：認(rèn)可度最高為10分，最差為0分，部分專家的評價結(jié)果如表3所示。

由表3可得新研裝備的評價矩陣A和相似裝備的評價矩陣B分別為

表3 新研裝備和相似裝備的測試性評價結(jié)果

由表3可以看出：可靠性和其他因素(從j=4開始)的評價值與裝備測試性指標(biāo)成反比，依據(jù)式(2)可得

則研制方可達(dá)的故障檢測率和故障隔離率分別為

λFDc=λFDs×L=90%×0.997 1=89.74%；
λFIc=λFIs×L=80%×0.997 1=79.77%。

在實際裝備中，虛警率越小越好,并且λFA為反比例函數(shù)，因此，研制方可達(dá)的虛警率為

λFAc=λFAs/L=10%/0.997 1=10.0%。

3.4 折中確定測試性指標(biāo)指標(biāo)值

一般地，取折中系數(shù)α=0.6，依據(jù)式(4)，可得折中確定的故障檢測率、故障隔離率和虛警率分別為

λFDm=αλFDh+(1-α) ×λFDc=0.6×95%+
(1-0.6)×89.74%=92.90%；
λFIm=αλFIh+(1-α) ×λFIc=0.6×90%+
(1-0.6)×79.77%=85.91%；
λFAm=αλFAh+(1-α) ×λFAc=0.6×5%+
(1-0.6)×10.0%=7.01%。

表4為應(yīng)用本文提出的折中方法所確定的測試性指標(biāo)值與各方對應(yīng)指標(biāo)值的比較結(jié)果。

表4 各方測試性指標(biāo)值的比較 %

由表4可以看出：折中方法確定的指標(biāo)值介于部隊使用方期望指標(biāo)值與相似裝備指標(biāo)值之間，但高于專家對研制方可達(dá)技術(shù)指標(biāo)的評估值，較為科學(xué)、合理。

在確定新研裝備測試性過程中，若裝備使用方按照我軍通用標(biāo)準(zhǔn)提出期望指標(biāo)，如參照外軍三代主戰(zhàn)坦克的測試性指標(biāo)，則應(yīng)用上述折中方法確定的測試性指標(biāo)值分別為94.1%、88.9%、5.2%。考慮到我國國情、現(xiàn)階段裝甲裝備研制企業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)能力，筆者不采用過高的指標(biāo)。

4 結(jié)論

基于綜合因素的裝甲裝備測試性指標(biāo)確定方法權(quán)衡了部隊裝備使用方、現(xiàn)有相似裝備及地方研制部門3方面的指標(biāo)，測試性指標(biāo)估計模型考慮了部隊的使用需求、指標(biāo)論證要求(參考相似裝備的試驗、使用情況)、研制方意見及相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)專家評價全過程，突出考慮了研制方技術(shù)能力的發(fā)展需求，較為科學(xué)且易于被各方接受。

[1] 田仲,石君友.系統(tǒng)測試性設(shè)計分析與驗證[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003：17-20.

[2] 邵思杰.基于并行工程的火控系統(tǒng)測試性設(shè)計技術(shù)研究[D].北京：裝甲兵工程學(xué)院，2010.

[3] 余龍海，史賢俊.基于AHP-FCE的導(dǎo)彈裝備測試性評估[J]. 測控技術(shù)，2015，34(12)：122-126

[4] 任建軍,張恒喜,尚柏林.航空裝備可靠性使用指標(biāo)確定方法研究[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2002,24(12):123-125,132.

[5] 常春賀，曹鵬舉，楊江平. 基于全壽命周期的雷達(dá)裝備測試性綜合評估[J]. 現(xiàn)代雷達(dá)，2012，34(3)：12-17.

[6] 姜利,王曉明,曹雷團(tuán),等.復(fù)雜裝備測試性指標(biāo)分配算法研究與設(shè)計[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(18):301-304,315.

[7] 湯文超，李文海，鄧露，等.基于三角模糊數(shù)的測試性分配方法[J].測試技術(shù)學(xué)報，2014，28(4)：293-298.

(責(zé)任編輯: 王生鳳)

Determination Method of Armored Equipment Testability Index Based on Comprehensive Factors

SHAO Si-jie1, JI Wei2, CAO Yong3, XIONG Wei4

(1. Department of Arms Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2. Training Support Regiment, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;3. Department of Control Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 4. PLA Military Representative Office Stationed in 617 Factory, Baotou 014030, China)

Considering all the factors such as the structure characteristic, usage demand of armored equipment, and the ability level of local industrial sector, taking the testability indexes of the advanced equipment as the expectation, the testability indexes of the similar equipment as the standard, and the testability indexes reached by existing technical capacity of local industrial sector as the evaluation value, a mathematical estimation model of testability index is established. The weight of testability index influencing factors is determined applying Analytic Hierarchy Process (AHP), the testability index that is suitable for armored equipment system level is determined applying compromise algorithm to weigh and compromise expectation, standard and evaluation value, which provides reference for determination of the testability index of initial development of armored equipment.

testability index; comprehensive factors; compromise estimate

1672-1497(2017)03-0035-04

2017-03-07

軍隊科研計劃項目

邵思杰(1968-)，女，副教授，博士。

TJ811； E92

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.03.007