某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃 睿，劉小方，鄭 祥

(火箭軍工程大學(xué) 裝備管理系，陜西 西安 710025)

導(dǎo)彈裝備質(zhì)量事關(guān)戰(zhàn)爭勝負(fù)、事關(guān)官兵生命、事關(guān)安全穩(wěn)定，對導(dǎo)彈部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有重要影響。準(zhǔn)確評估和掌握導(dǎo)彈裝備性能質(zhì)量狀態(tài)，是導(dǎo)彈部隊(duì)決戰(zhàn)決勝的前提條件。目前，導(dǎo)彈裝備性能質(zhì)量狀態(tài)評估手段和方法落后，主要依靠人工進(jìn)行評價(jià)，時間長、效率低、主觀因素影響大，取決于導(dǎo)彈技術(shù)各領(lǐng)域?qū)＜业拈L期豐富經(jīng)驗(yàn)積累，缺乏固化成果和傳承性；質(zhì)量信息有效利用率低，貯存分散、形式不一，互聯(lián)互通性差，難以整體分析；單機(jī)評估研究多，整彈系統(tǒng)、多批次導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估研究很少，難以滿足導(dǎo)彈大規(guī)模作戰(zhàn)需求[1-2]。因此，在深入研究導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)導(dǎo)彈裝備性能質(zhì)量評估軟件，為部隊(duì)提供方便、快捷的評估手段，是導(dǎo)彈部隊(duì)參加大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)的迫切需求。

為此，筆者運(yùn)用系統(tǒng)工程理論及分析方法[3]，基于面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)環(huán)境[4]，設(shè)計(jì)了某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該型導(dǎo)彈性能參數(shù)、單機(jī)、整彈系統(tǒng)、多批次導(dǎo)彈性能質(zhì)量信息的綜合管理、性能質(zhì)量評估與預(yù)測、評估結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析等目標(biāo)，為該型導(dǎo)彈裝備作戰(zhàn)運(yùn)用提供技術(shù)支撐，促進(jìn)部隊(duì)裝備信息化建設(shè)，并為后續(xù)推廣建立不同型號導(dǎo)彈裝備全壽命性能質(zhì)量評估平臺打下基礎(chǔ)[5-6]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)主要是為了提高導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力而開發(fā)的。該套系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過開展導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估，立足部隊(duì)測試、使用管理等質(zhì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行縱向深入分析，摸清質(zhì)量規(guī)律，查找薄弱環(huán)節(jié)，掌握質(zhì)量狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)性能預(yù)測，為該型導(dǎo)彈裝備作戰(zhàn)運(yùn)用提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)組成

某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)的模塊主要有：數(shù)據(jù)管理、導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估、綜合統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等。其系統(tǒng)組成如圖2所示。

2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)從基層部隊(duì)對導(dǎo)彈的使用角度出發(fā)，將基層部隊(duì)針對導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估提出的需求進(jìn)行整理，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)管理、導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估、綜合統(tǒng)計(jì)三大功能。數(shù)據(jù)管理負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈裝備測試、使用管理等質(zhì)量數(shù)據(jù)的配置和數(shù)據(jù)的寫入、存儲、維護(hù)等功能；導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)性能評估工具算法管理和計(jì)算等功能;綜合統(tǒng)計(jì)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和挖掘等功能。

2.1 數(shù)據(jù)管理

2.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括某型導(dǎo)彈裝備指標(biāo)體系建立、指標(biāo)權(quán)重的確定以及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1)指標(biāo)體系建立。指標(biāo)體系通常根據(jù)導(dǎo)彈功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通過向基層部隊(duì)發(fā)放問卷調(diào)查來獲得，通過系統(tǒng)接口進(jìn)行錄入維護(hù)的統(tǒng)一管理。在選取導(dǎo)彈的性能評估指標(biāo)時，應(yīng)遵循目的明確、指標(biāo)全面、切實(shí)可行的原則。

2)指標(biāo)權(quán)重確定。根據(jù)制定的指標(biāo)體系層次關(guān)系，分別設(shè)置相應(yīng)的權(quán)重值。系統(tǒng)提供了對各層結(jié)構(gòu)的權(quán)重動態(tài)分配的功能，基層部隊(duì)可以靈活的配置各層的權(quán)重值。權(quán)重值一般通過指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)以專家問卷咨詢的方式，通過兩兩比較確定判斷矩陣，然后用層次分析法求得下一層次子要素相對于上一層因素的權(quán)重分配。

3)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于數(shù)據(jù)收集模塊采集的數(shù)據(jù)性質(zhì)和種類的差異性，各個指標(biāo)的單位不同、量綱不同、數(shù)量級不同，不便于分析，甚至?xí)绊懺u價(jià)的結(jié)果。因此，為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，針對各性能指標(biāo)的不同性質(zhì)，需要對數(shù)百個參數(shù)指標(biāo)分別建立不同的標(biāo)準(zhǔn)化模型，將其轉(zhuǎn)化成無量綱、無數(shù)量級差別的標(biāo)準(zhǔn)值，然后再進(jìn)行分析評價(jià)。

2.1.2 數(shù)據(jù)管理

1)存儲單位管理。基于本系統(tǒng)需要適應(yīng)存儲多個部隊(duì)單位的導(dǎo)彈測試信息的設(shè)計(jì)目的，系統(tǒng)中提供了導(dǎo)彈存儲單位的動態(tài)維護(hù)功能模塊，其他模塊直接進(jìn)行關(guān)聯(lián)使用，提高系統(tǒng)使用的方便性、準(zhǔn)確性。存儲單位管理主要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈所在單位的創(chuàng)建、刪除、修改、查詢等操作功能。

2)導(dǎo)彈批次管理。由于該型號導(dǎo)彈存在多個批次，因此系統(tǒng)需要提供導(dǎo)彈批次的動態(tài)維護(hù)功能模塊，即將生產(chǎn)批次作為軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)字典進(jìn)行統(tǒng)一的維護(hù)管理。軟件導(dǎo)彈批次管理主要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈所屬批次的創(chuàng)建、刪除、修改、查詢等操作功能。

3)導(dǎo)彈分系統(tǒng)管理。為適應(yīng)部隊(duì)裝備管理的需要，以各單機(jī)為評估對象，并綜合至不同層次的分系統(tǒng)，因此本軟件系統(tǒng)提供了分系統(tǒng)基本信息的添加、刪除、修改、查詢等操作功能。

4)導(dǎo)彈質(zhì)量數(shù)據(jù)管理。導(dǎo)彈質(zhì)量數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)彈各種性能參數(shù)數(shù)據(jù)信息的整合組織管理功能。系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)化Excel數(shù)據(jù)文件的批量導(dǎo)入、人工手動錄入/修改兩種模式。數(shù)據(jù)管理主頁面如圖3所示。

2.2 導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估

2.2.1 評估算法

評估算法是導(dǎo)彈評估指標(biāo)各類信息數(shù)據(jù)及其權(quán)重的綜合處理方法。根據(jù)評估預(yù)測的對象、目的及其利用的信息數(shù)據(jù)，分別研究了該型導(dǎo)彈單機(jī)、整彈系統(tǒng)、多批次導(dǎo)彈等不同層次的評估預(yù)測方法。針對單機(jī)，采用了加權(quán)和、模糊綜合評判的模型算法；針對整彈系統(tǒng)，采用了TOPSIS、Petri網(wǎng)、DS證據(jù)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型算法，這些算法不僅要求構(gòu)建準(zhǔn)確，而且要求在軟件開發(fā)中正確的編程實(shí)現(xiàn)，從而支撐整個評估軟件的運(yùn)行。因此，評估算法是整個性能評估軟件的核心。

軟件開發(fā)中，通過確認(rèn)模型算法、算法模塊化、實(shí)裝數(shù)據(jù)驗(yàn)證、與性能質(zhì)量數(shù)據(jù)聯(lián)調(diào)等措施，保證評估模型算法編程準(zhǔn)確，支撐軟件系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2.2 評估過程

某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估的基本思路是，通過構(gòu)建導(dǎo)彈及各分系統(tǒng)的性能指標(biāo)體系，分析計(jì)算各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，得出指標(biāo)權(quán)重矩陣，利用各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后無量綱值進(jìn)行加權(quán)、模糊、Petri網(wǎng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等評估預(yù)測計(jì)算，最后得出導(dǎo)彈性能評估值，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈性能質(zhì)量狀態(tài)排序、分類。某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估過程如圖4所示。

2.2.3 評估結(jié)果

一枚導(dǎo)彈評估完畢后，從性能參數(shù)、單機(jī)、分系統(tǒng)、整彈均可查閱評估結(jié)果。評估結(jié)果管理方便基層部隊(duì)查看評估歷史信息，主要實(shí)現(xiàn)查詢及刪除等功能。根據(jù)頁面的查詢條件“單位”、“系統(tǒng)類型”、“系統(tǒng)編號”、“批次”等查詢評估結(jié)果。評估結(jié)果查詢?nèi)鐖D5所示。

2.3 綜合統(tǒng)計(jì)分析

綜合統(tǒng)計(jì)分析是通過同時選擇多個批次、多個導(dǎo)彈對其單個或多個參數(shù)進(jìn)行綜合比較分析的模塊，基層部隊(duì)可以通過指定統(tǒng)計(jì)的時間區(qū)間和統(tǒng)計(jì)的圖形形式對多發(fā)導(dǎo)彈進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)顯示形式有餅圖、柱狀圖、折線圖，統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)均來源于數(shù)據(jù)庫。

通過統(tǒng)計(jì)功能按鈕系統(tǒng)將分析的結(jié)果顯示在界面上。綜合統(tǒng)計(jì)分析包括統(tǒng)計(jì)、預(yù)測、整彈組合和整彈排序4項(xiàng)功能。綜合統(tǒng)計(jì)分析模塊流程結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.3.1 統(tǒng)計(jì)

基層部隊(duì)可以通過指定統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)選擇對導(dǎo)彈各類信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括指標(biāo)數(shù)據(jù)、分系統(tǒng)成績、導(dǎo)彈成績、同批次導(dǎo)彈成績、不同批次導(dǎo)彈成績、不同單位成績等，如圖7所示為同批次導(dǎo)彈成績統(tǒng)計(jì)界面示意圖。

2.3.2 預(yù)測

預(yù)測分析采用數(shù)據(jù)聯(lián)合圖/表的方式對導(dǎo)彈信息從縱向、橫向進(jìn)行直觀、便捷的統(tǒng)計(jì)與趨勢預(yù)測，導(dǎo)彈某分系統(tǒng)評估成績預(yù)測界面示意圖如圖8所示。

2.3.3 整彈組合

整彈組合實(shí)現(xiàn)的是對單獨(dú)存放的、未組合的各分系統(tǒng)分別評估，然后運(yùn)用隨機(jī)組合、優(yōu)優(yōu)組合的方式組合成導(dǎo)彈再進(jìn)行評估的過程。以隨機(jī)組合為例，在各分系統(tǒng)中隨機(jī)選取一個進(jìn)行組合，示意圖如圖9所示。

2.3.4 整彈排序

整彈排序?qū)崿F(xiàn)對由各分系統(tǒng)已組合的導(dǎo)彈進(jìn)行查詢、刪除和排序功能。整彈排序界面示意圖如圖10所示。

3 軟件實(shí)現(xiàn)解決的關(guān)鍵問題

3.1 泛型編程技術(shù)

系統(tǒng)采用泛型技術(shù)來提高代碼運(yùn)行性能和更好質(zhì)量的代碼，泛型技術(shù)可以不必用真實(shí)的數(shù)據(jù)類型就可以定義一個類型安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者一個工具幫助類[7]。這樣可以重用數(shù)據(jù)處理算法而無須復(fù)制與類型相關(guān)的代碼。泛型與C++的模板很相似，但是它們在實(shí)現(xiàn)上和能力上是截然不同的。

本系統(tǒng)對泛型進(jìn)行了廣泛的運(yùn)用以提高代碼的總體執(zhí)行效率和代碼復(fù)用。在各個數(shù)據(jù)查詢模塊都進(jìn)行了泛型的應(yīng)用。

3.2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成

軟件系統(tǒng)需要的性能質(zhì)量數(shù)據(jù)有多種采集方式，這使得性能質(zhì)量數(shù)據(jù)的種類各異，存儲于多種數(shù)據(jù)庫和文件中，如SQL Server 數(shù)據(jù)庫、Oracle數(shù)據(jù)庫、XML文件、Excel文件和txt文件等。進(jìn)行評估時利用這些質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，就不得不花費(fèi)大量的時間和精力從大量異構(gòu)數(shù)據(jù)中查詢需要的數(shù)據(jù)，并對這些孤立的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、處理，這不僅給基層部隊(duì)帶來極大的不便，而且可能會造成數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)更新不及時，直接影響評估過程。實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)質(zhì)量數(shù)據(jù)的集成是評估軟件系統(tǒng)必須解決的問題。

基于對評估中多源異構(gòu)質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析，本軟件系統(tǒng)建立了對源數(shù)據(jù)(質(zhì)量數(shù)據(jù))進(jìn)行訪問的數(shù)據(jù)接口，通過映像驅(qū)動數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換和加載(ETL)技術(shù)[8]進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)抽取以及數(shù)據(jù)加載。由于進(jìn)行一次ETL并不能確保得到目標(biāo)數(shù)據(jù)，因此建立臨時存儲區(qū)使源數(shù)據(jù)進(jìn)行一次ETL后先存入臨時存儲區(qū)，再經(jīng)過第二次ETL把數(shù)據(jù)加載至目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)質(zhì)量數(shù)據(jù)的集成，奠定導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估的基礎(chǔ)。

多源異構(gòu)質(zhì)量數(shù)據(jù)集成總體方案邏輯結(jié)構(gòu)如圖11所示。

3.3 評估模型算法實(shí)現(xiàn)

評估模型算法是軟件系統(tǒng)的核心，正確的編程實(shí)現(xiàn)是軟件開發(fā)成功與否的標(biāo)志，關(guān)系到評估預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。本軟件系統(tǒng)用到的評估模型算法眾多，在理論研究、實(shí)裝數(shù)據(jù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過模塊化編程、沖突嵌入系統(tǒng)、聯(lián)通數(shù)據(jù)庫、實(shí)裝數(shù)據(jù)再次驗(yàn)證保證其編程的正確實(shí)現(xiàn)，從而支撐評估軟件系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 評估結(jié)果信息利用

評估預(yù)測結(jié)果信息有效地支持裝備作戰(zhàn)運(yùn)用是本軟件系統(tǒng)的目的，因此軟件開發(fā)中評估預(yù)測結(jié)果展示的種類、形式與查詢界面的友好性是編程實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)問題之一。深入部隊(duì)調(diào)查導(dǎo)彈裝備作戰(zhàn)運(yùn)用所需求的信息種類，編程實(shí)現(xiàn)需求信息的有效提取、直觀形象的顯示方式以及查詢界面的友好設(shè)計(jì)，到部隊(duì)試用、聽取意見進(jìn)一步改進(jìn)、完善，從而在軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)評估結(jié)果信息的高效利用。

4 結(jié)束語

建立導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)，對導(dǎo)彈性能質(zhì)量進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的評價(jià)和預(yù)測，對導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)運(yùn)用具有重大意義。筆者在深入研究導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了某型導(dǎo)彈性能質(zhì)量評估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對該型導(dǎo)彈性能參數(shù)、單機(jī)、整彈系統(tǒng)、多批次導(dǎo)彈性能質(zhì)量的評估和預(yù)測。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)裝備部隊(duì)使用，有效保障了導(dǎo)彈裝備管理和實(shí)彈發(fā)射演練任務(wù)。因該軟件局限于一個型號的現(xiàn)役使用階段，還有繼續(xù)擴(kuò)展的空間，今后還要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適用于不同型號的導(dǎo)彈裝備全壽命質(zhì)量評估平臺，以滿足未來導(dǎo)彈部隊(duì)的作戰(zhàn)需求。