空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)評(píng)估方法研究

柴 黎，王杰娟

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空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)評(píng)估方法研究

柴 黎，王杰娟

（航天工程大學(xué)，北京 101416）

空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)為形成航天能力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。首先，分析了試驗(yàn)評(píng)估國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，研究美軍試驗(yàn)與評(píng)估理論基礎(chǔ)；其次，針對(duì)我國(guó)在空間系統(tǒng)技術(shù)評(píng)估方面存在的不足，從分析關(guān)鍵技術(shù)和試驗(yàn)項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)待評(píng)相關(guān)試驗(yàn)、建立評(píng)估準(zhǔn)則、劃分評(píng)估結(jié)果區(qū)間等步驟構(gòu)建完整的評(píng)估分析方法。最后，詳細(xì)說明技術(shù)評(píng)估方法實(shí)現(xiàn)及細(xì)則，為評(píng)估方案提供依據(jù)，也為今后類似技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)評(píng)估提供借鑒和參考。

空間維護(hù)技術(shù)；試驗(yàn)技術(shù)評(píng)估；評(píng)估準(zhǔn)則

0 引言

空間技術(shù)的迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國(guó)謀求戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)、增強(qiáng)軍事力量的重要舞臺(tái)，空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)是用于衛(wèi)星工程和空間科學(xué)的原理性、工程性和科學(xué)性的試驗(yàn)。航天科學(xué)中的新技術(shù)需要進(jìn)行空間飛行試驗(yàn)，成功后才能投入實(shí)際應(yīng)用。空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)綜合多項(xiàng)高技術(shù)于真實(shí)的航天環(huán)境下實(shí)施，具有預(yù)研演示驗(yàn)證特點(diǎn)，驗(yàn)證若干項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，尋找技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，為將來轉(zhuǎn)入航天裝備研制或形成航天技術(shù)能力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。試驗(yàn)驗(yàn)證新研發(fā)的技術(shù)是否成熟、可用，加強(qiáng)研究人員同未來用戶的關(guān)系，并揭示和解決技術(shù)以外的其他問題。

目前，美、俄、歐、日都在大力發(fā)展技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，如美國(guó)的“應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星”系列、軌道快車，歐洲空間局的“軌道通信試驗(yàn)衛(wèi)星”系列，日本的“工程技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星”系列以及前蘇聯(lián)／俄羅斯混編在“宇宙號(hào)”衛(wèi)星系列中的試驗(yàn)衛(wèi)星系列等。

1 試驗(yàn)評(píng)估國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 美軍試驗(yàn)與評(píng)估

美軍試驗(yàn)與評(píng)估包括研制試驗(yàn)與評(píng)估、使用試驗(yàn)與評(píng)估兩大類。試驗(yàn)與評(píng)估是系統(tǒng)研制期間用于解決關(guān)鍵性能參數(shù)問題的一系列技術(shù)。包括技術(shù)與生產(chǎn)能力（研制試驗(yàn)）、效能與實(shí)用性（使用試驗(yàn)）。

（1）研制試驗(yàn)與評(píng)估

研制試驗(yàn)與評(píng)估驗(yàn)證是否滿足詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，對(duì)達(dá)到技術(shù)目標(biāo)的潛力進(jìn)行檢驗(yàn),為工程設(shè)計(jì)和研制提供幫助，評(píng)估的是新系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有能力的潛力，評(píng)估新方案新技術(shù)的科學(xué)性、驗(yàn)證設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)最小化的程度，驗(yàn)證與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和合同的一致性，驗(yàn)證系統(tǒng)性能并確定系統(tǒng)安全性。

（2）使用試驗(yàn)與評(píng)估

使用試驗(yàn)與評(píng)估是武器裝備的任何項(xiàng)目（或關(guān)鍵部件）在真實(shí)作戰(zhàn)條件下進(jìn)行的野外試驗(yàn)，目的是確定這些武器裝備由典型的軍事用戶在作戰(zhàn)中使用時(shí)的效能與適用性，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估[1]。

1.2 我國(guó)空間系統(tǒng)試驗(yàn)評(píng)估現(xiàn)狀

我國(guó)空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)評(píng)估依據(jù)在軌試驗(yàn)階段和目的，將評(píng)估對(duì)象分層，分為技術(shù)層、科學(xué)層和應(yīng)用層三個(gè)層次。此外，需要考慮對(duì)任務(wù)管理情況進(jìn)行評(píng)估[3]，所以評(píng)估從實(shí)施層面上分為技術(shù)層、科學(xué)層、應(yīng)用層和管理層四個(gè)層次。空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)階段通常分為地面研制試驗(yàn)階段與在軌試驗(yàn)階段，在軌試驗(yàn)階段又分為技術(shù)驗(yàn)證階段和后期拓展試驗(yàn)階段。后期拓展試驗(yàn)是在前期技術(shù)驗(yàn)證階段試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘衛(wèi)星潛力，獲取更多的科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)按照試驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)遞增排序，逐項(xiàng)開展高風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)，最大限度地發(fā)揮衛(wèi)星的能力極限[2]。

2 空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)技術(shù)評(píng)估

按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，通常與科學(xué)技術(shù)活動(dòng)密切相關(guān)的評(píng)估體系是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及組織管理機(jī)構(gòu)、評(píng)估主體、評(píng)估客體、評(píng)估指標(biāo)、評(píng)估方法、評(píng)估準(zhǔn)則等及其各自的相互關(guān)系，評(píng)估體系的有效性取決于評(píng)估系統(tǒng)各組成要素的有效性，各要素之間相互關(guān)聯(lián)、相互作用、相互影響，每一要素都會(huì)影響評(píng)估效果。結(jié)合空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)基本情況，主要界定以下幾方面的內(nèi)容。

2.1 評(píng)估目的和原則

空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)具有“戰(zhàn)略性、前沿性、前瞻性”的特點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)復(fù)雜航天工程項(xiàng)目，其技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)試驗(yàn)不同以往航天型號(hào)試驗(yàn)，無明確用戶需求，其技術(shù)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性和探索性。

技術(shù)評(píng)估是要滿足詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范，對(duì)達(dá)到技術(shù)目標(biāo)的潛力進(jìn)行檢驗(yàn)，評(píng)估的是新系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有能力的潛力，評(píng)估新方案新技術(shù)的科學(xué)性、驗(yàn)證設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)最小化的程度、驗(yàn)證與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的一致性、驗(yàn)證系統(tǒng)性能并確定系統(tǒng)安全性。技術(shù)評(píng)估目的有：

? 研制新方案和技術(shù)收集基本的科學(xué)與工程數(shù)據(jù)；

? 為費(fèi)用——進(jìn)度——性能權(quán)衡分析提供經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)；

? 應(yīng)用建模與仿真技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)模型，通過實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；

? 驗(yàn)證設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)最小化的程度；

? 驗(yàn)證與規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的一致性；

? 確定系統(tǒng)性能及系統(tǒng)安全性；

評(píng)估原則包括：評(píng)估項(xiàng)目的準(zhǔn)確性、層次性；評(píng)估指標(biāo)的系統(tǒng)性、簡(jiǎn)明性；評(píng)估方法的科學(xué)性、可行性；評(píng)估數(shù)據(jù)的完整性、有效性；評(píng)估結(jié)論的權(quán)威性、綜合性；評(píng)估實(shí)施的時(shí)效性、分步性。

根據(jù)空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)自身特點(diǎn)，對(duì)評(píng)估工作提出“基于科學(xué)頂層設(shè)計(jì)、基于合理分層結(jié)構(gòu)、基于優(yōu)化的指標(biāo)體系、基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)、基于科學(xué)結(jié)果分析”的要求，采用量化指標(biāo)與過程評(píng)估相結(jié)合的方法，分階段、分層次進(jìn)行評(píng)估[3]。

圖1 技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)體系內(nèi)容分析

技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系如圖1所示，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)能力、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

（1）關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證指標(biāo)——重點(diǎn)列出在軌試驗(yàn)中需要驗(yàn)證的以及與試驗(yàn)?zāi)康木o密相關(guān)的幾大類關(guān)鍵技術(shù)。

（2）系統(tǒng)能力驗(yàn)證指標(biāo)——從航天器主要功能的角度進(jìn)行分解，著眼于未來可能的應(yīng)用需求，分析在軌試驗(yàn)過程中航天器功能的實(shí)現(xiàn)程度。

（3）試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)——根據(jù)在軌試驗(yàn)新技術(shù)裝備任務(wù)，對(duì)幾大類，若干個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目是否成功進(jìn)行評(píng)估。

技術(shù)評(píng)估立足于任務(wù)總體，評(píng)估整體試驗(yàn)任務(wù)，從關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)能力、試驗(yàn)結(jié)果3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。重點(diǎn)是如何根據(jù)新技術(shù)裝備需求，設(shè)計(jì)一系列復(fù)雜的在軌試驗(yàn)，能夠最大限度地驗(yàn)證各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并且使試驗(yàn)流程的冗余度最小。評(píng)估結(jié)果的重點(diǎn)在于各項(xiàng)試驗(yàn)是否成功，整體關(guān)鍵技術(shù)和各種系統(tǒng)能力是否能夠?qū)崿F(xiàn)[4]。

2.3 評(píng)估準(zhǔn)則

關(guān)鍵技術(shù)的評(píng)估結(jié)論由“技術(shù)驗(yàn)證度”為評(píng)語，結(jié)論表述形式為（完全驗(yàn)證、驗(yàn)證、基本驗(yàn)證、未驗(yàn)證）。評(píng)估準(zhǔn)則如表1所示。

系統(tǒng)能力評(píng)估的評(píng)估結(jié)論由“能力具備度”衡量，結(jié)論表述形式為（具備、不具備）。評(píng)估準(zhǔn)則如表2所示。

試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估結(jié)論由“試驗(yàn)完成度”為評(píng)語，結(jié)論表述形式為（圓滿完成、完成、基本完成、未完成）。評(píng)估準(zhǔn)則如表3所示。

技術(shù)評(píng)估結(jié)論由“試驗(yàn)成功度”為評(píng)語，結(jié)論表述形式為（圓滿成功、成功、基本成功、未成功）。評(píng)估準(zhǔn)則如表4所示。

表1 關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估準(zhǔn)則(技術(shù)驗(yàn)證度)

Tab.1 Key technology evaluation criteria (technical verification)

表2 系統(tǒng)能力評(píng)估準(zhǔn)則(能力具備度)

Tab.2 System capability evaluation criteria (capability fitness)

表3 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估準(zhǔn)則(試驗(yàn)完成度)

Tab.3 Test result evaluation criteria (test completion)

表4 技術(shù)評(píng)估準(zhǔn)則(試驗(yàn)成功度)

Tab.4 Technical evaluation criteria (test success)

2.4 評(píng)估方法

技術(shù)評(píng)估主要基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，判斷相關(guān)指標(biāo)的可達(dá)性與精度，在此基礎(chǔ)上獲得評(píng)估結(jié)論。下面以關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估結(jié)論“技術(shù)驗(yàn)證度”為例說明評(píng)估方法。

從整體上來說，評(píng)估過程分為三個(gè)步驟，試驗(yàn)評(píng)估（指標(biāo)驗(yàn)證）、子技術(shù)評(píng)估和匯總決策。試驗(yàn)評(píng)估主要是采用相對(duì)精度計(jì)算的方法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，為子技術(shù)評(píng)估的開展做好準(zhǔn)備。子技術(shù)評(píng)估采用加權(quán)求和法得到匯總技術(shù)評(píng)估的結(jié)果，即針對(duì)蘊(yùn)含同一子項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的各項(xiàng)試驗(yàn)的評(píng)估結(jié)果以加權(quán)求和的形式計(jì)算出數(shù)值結(jié)果，并將該結(jié)果劃分出不同的子項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估結(jié)論。匯總決策以決策矩陣為核心，將各子技術(shù)評(píng)估結(jié)論進(jìn)行匯總決策，最后得出總技術(shù)的評(píng)估結(jié)果。整個(gè)評(píng)估過程如下圖所示[5-7]。

圖2 評(píng)估過程

（1）試驗(yàn)評(píng)估（指標(biāo)驗(yàn)證）

試驗(yàn)評(píng)估（指標(biāo)驗(yàn)證）的結(jié)果主要用于子技術(shù)評(píng)估。在明確各項(xiàng)試驗(yàn)的性能指標(biāo)后，對(duì)某一項(xiàng)試驗(yàn)來從可達(dá)性Pl、可用性P2和精度P3這三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。其中精度以試驗(yàn)的數(shù)據(jù)為主，用來評(píng)估試驗(yàn)的實(shí)際運(yùn)行狀況與理想狀況間的接近程度，精度以各指標(biāo)的相對(duì)精度值來表示；可達(dá)性和可用性以相對(duì)精度值為主，用來評(píng)估該項(xiàng)試驗(yàn)的完成程度。而對(duì)于單一實(shí)驗(yàn)來說，其可達(dá)性與可用性表征的含義是相同的，因此僅取可達(dá)性。試驗(yàn)評(píng)估的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)評(píng)估（指標(biāo)驗(yàn)證）的實(shí)現(xiàn)

試驗(yàn)評(píng)估（指標(biāo)驗(yàn)證）可達(dá)性P1、精度P3的計(jì)算方法如下。

①可達(dá)性P1計(jì)算

②精度P3計(jì)算

a. 有理想值時(shí)的技術(shù)指標(biāo)：

b. 有限定值時(shí)的技術(shù)指標(biāo)：

（2）子技術(shù)評(píng)估

由于在多個(gè)不同的試驗(yàn)中蘊(yùn)含著同一個(gè)技術(shù)，而該技術(shù)在不同的試驗(yàn)中所起的作用是不同的，也即有不同的權(quán)值。在技術(shù)評(píng)估過程中同樣采用可達(dá)性P1、可用性P2、精度P3來表示該項(xiàng)子技術(shù)的驗(yàn)證程度。對(duì)于子技術(shù)評(píng)估來說，精度主要以對(duì)應(yīng)不同試驗(yàn)的精度評(píng)估結(jié)果為主，用來表示該項(xiàng)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)的滿足程度；可達(dá)性以對(duì)應(yīng)不同試驗(yàn)的可達(dá)性評(píng)估結(jié)果為主，用來表示該項(xiàng)技術(shù)是否得到驗(yàn)證；可用性評(píng)估以對(duì)應(yīng)的不同試驗(yàn)的精度評(píng)估和可達(dá)性評(píng)估結(jié)果為主，用來表示該項(xiàng)技術(shù)是否能夠適應(yīng)不同的試驗(yàn)條件。子技術(shù)評(píng)估的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 子技術(shù)評(píng)估的實(shí)現(xiàn)

子技術(shù)評(píng)估的可達(dá)性P1、可用性P2、精度P3的計(jì)算方法如下：

①子技術(shù)評(píng)估的可達(dá)性P1計(jì)算

②子技術(shù)評(píng)估的可用性P2計(jì)算

③子技術(shù)評(píng)估的精度P3計(jì)算

（3）技術(shù)匯總決策評(píng)估

技術(shù)匯總決策評(píng)估以決策矩陣為主，其中，決策矩陣在實(shí)現(xiàn)過程中以評(píng)估矩陣的形式出現(xiàn)。技術(shù)匯總決策評(píng)估，依據(jù)決策矩陣，將各子技術(shù)評(píng)估結(jié)論作為輸入，得出技術(shù)匯總評(píng)估結(jié)論。決策矩陣由相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)專家組給出。匯總決策的實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

圖5 技術(shù)匯總決策評(píng)估的實(shí)現(xiàn)

2.5 實(shí)施細(xì)則

為了清晰地說明關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)能力的評(píng)估方案實(shí)施步驟，以關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估為例，給出從試驗(yàn)項(xiàng)目出發(fā)，對(duì)應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力，計(jì)算可達(dá)性、可用性和精度，最后獲得技術(shù)驗(yàn)證度/能力具備度結(jié)論的過程。

第一步：構(gòu)建指標(biāo)體系。即構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力指標(biāo)體系。

第二步：統(tǒng)計(jì)每一個(gè)待評(píng)項(xiàng)目所涉及到的試驗(yàn)，即標(biāo)記出對(duì)應(yīng)的在軌試驗(yàn)項(xiàng)目。在軌試驗(yàn)項(xiàng)目和需要驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力之間存在相互關(guān)聯(lián)，一項(xiàng)試驗(yàn)可驗(yàn)證多個(gè)待評(píng)項(xiàng)目，同時(shí)，同一待評(píng)項(xiàng)目也可在多個(gè)試驗(yàn)中驗(yàn)證。

第三步：給出關(guān)鍵技術(shù)/系統(tǒng)能力評(píng)估的準(zhǔn)則與方法。具體過程為：①計(jì)算各待評(píng)項(xiàng)目在所有與其相關(guān)的試驗(yàn)中的可達(dá)性P1和精度P3；②進(jìn)一步計(jì)算每個(gè)待評(píng)項(xiàng)目總的可達(dá)性P1、可用性P2、精度P3。

第四步：進(jìn)行評(píng)估結(jié)果區(qū)間劃分。前面計(jì)算出各待評(píng)項(xiàng)目的可達(dá)性P1、可用性P2與精度P3的評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)，需要依據(jù)評(píng)估結(jié)果區(qū)間劃分參考值，才能判斷出待評(píng)項(xiàng)目P1（得到驗(yàn)證、未得到驗(yàn)證）、P2（完全適合、部分適合，不適合）與P3（完全滿足、部分滿足，不滿足）的評(píng)估結(jié)果。

第五步：構(gòu)建評(píng)估結(jié)論決策矩陣，獲得最終“技術(shù)驗(yàn)證度”、“能力具備度”的結(jié)論。根據(jù)技術(shù)驗(yàn)證度決策矩陣，結(jié)合可達(dá)性P1、可用性P2與精度P3等評(píng)估結(jié)果，綜合判斷待評(píng)項(xiàng)目的技術(shù)驗(yàn)證度（完全驗(yàn)證、驗(yàn)證、基本驗(yàn)證、未驗(yàn)證）結(jié)論；依據(jù)能力具備度決策矩陣，結(jié)合可達(dá)性P1、可用性P2與精度P3等評(píng)估結(jié)果，綜合判斷待評(píng)項(xiàng)目的能力具備度（完全驗(yàn)證、驗(yàn)證、基本驗(yàn)證、未驗(yàn)證）結(jié)論[8-10]。

提煉以上五個(gè)實(shí)施步驟如圖6所示。

表5是關(guān)鍵技術(shù)分解及指標(biāo)參照值和技術(shù)驗(yàn)證度過程示意圖

圖6 技術(shù)評(píng)估方案實(shí)施步驟圖

表5 關(guān)鍵技術(shù)分解及指標(biāo)參照值

Tab.5 Key Technology Decomposition and index reference value

圖7 技術(shù)評(píng)估結(jié)論過程示意圖（以技術(shù)驗(yàn)證度為例）

3 結(jié)論

開展空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)評(píng)估研究，本文提出的技術(shù)評(píng)估過程分為三個(gè)步驟：試驗(yàn)評(píng)估、技術(shù)評(píng)估和匯總決策。依據(jù)評(píng)估目的、原則和要求，構(gòu)建指標(biāo)體系,設(shè)計(jì)評(píng)估準(zhǔn)則，建立了完整的評(píng)估分析方法。最后，依據(jù)評(píng)估流程統(tǒng)計(jì)待評(píng)相關(guān)試驗(yàn)、說明關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、劃分評(píng)估結(jié)果區(qū)間等步驟詳細(xì)說明了技術(shù)評(píng)估方法實(shí)現(xiàn)及細(xì)則。

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Research on Technical Evaluation Method for Tests of Space Maintenance Technology

CHAI Li, WANG Jie-juan

(Space Engineering University, Beijing 101416, China)

The space maintenance technology tests lay the technical foundation for formation of space ability. First, Research on situation abroad of test evaluation, study theoretical basic of USA military space systems test and evaluation, Second, Aim at insufficient in space system technical evaluation in China, this paper sets up the complete evaluation and analysis method following the steps of analyzing the key technology and the test items,statistics of relative evaluating tests, making of evaluation criteria andpartion the evaluation results, etc. In the end, it specifies the implementation and detailed rules for methods of technology evaluation methods in details, provides the basis for the evaluation scheme and provides references for similar technology verification test evaluation in future.

Space maintenance; Technology tests; Technical evaluationevaluation criteria

V417+.9

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.09.017

柴黎(1982-)，碩士研究生。研究方向：信號(hào)與信息處理。

本文著錄格式：柴黎，王杰娟. 空間維護(hù)技術(shù)試驗(yàn)評(píng)估方法研究[J]. 軟件，2018，39（9）：79-85