基于STAT的裝備性能試驗技術探究與分析

張金超、陸宏偉、姜盛鑫、馮可、陳陽 ／中國航天標準化與產品保證研究院

裝備試驗鑒定是裝備采辦全壽命周期管理的重要工作，在裝備采辦決策中起著重要的作用。建立結合前沿科學技術的裝備試驗鑒定體系是我國裝備試驗評估的必然趨勢。通過試驗鑒定，能夠從技術和工程的角度測試裝備是否達到規定的戰技指標和效能，檢驗裝備是否滿足作戰使命需求；同時還能盡早發現裝備存在的缺陷，消除其使用風險。我國裝備的試驗鑒定主要包括“性能試驗—狀態鑒定”等幾個環路。其中，性能試驗是在外界條件可控的基礎上，檢驗裝備戰技指標是否符合研制要求，查驗裝備性能底數，由相關部門在裝備完成樣機研制、進行狀態鑒定審查前組織實施。本文借鑒美軍裝備試驗鑒定的科學試驗與分析技術（STAT），結合我國裝備試驗鑒定特點，重點對我國裝備試驗鑒定中性能試驗階段的相關技術展開研究和探討。

美軍裝備試驗鑒定中的研制試驗在獨立試驗階段是由美軍設立了統一的研制試驗鑒定管理部門機構，將研制試驗階段獨立開展管理。隨著信息化、網絡化等軟硬件能力的高速發展，美軍開始加強試驗資源和設施的互聯互通，進入了聯合試驗訓練階段。此時外界的發展和內在的現實需求迫使研制試驗與作戰試驗相互獨立，并組建了相應的監管體系。

一、美軍研制試驗技術發展現狀

1.發展現狀

美軍裝備試驗鑒定能力持續位于世界領先水平，不僅具備成熟的試驗鑒定模式，還具有完善的管理評估機制。美軍試驗鑒定流程如圖1 所示。

圖1 美國國防部試驗與評價流程示意圖

20 世紀70 年代，美軍試驗鑒定中采取研制試驗鑒定、作戰試驗鑒定并行的方式。研制試驗與鑒定具體體現在：一是用來幫助開發和推進產品、產品元件或產品制造或者支持過程逐漸具備條件的試驗；二是用來驗證技術實時動態，盡可能降低設計風險，證明達到了合同技術性能，以及針對初始作戰使用試驗進行就緒程度認證的任何工程類試驗。

2.研制試驗情況概述

（1）研制試驗發展歷程

美軍裝備試驗鑒定中的研制試驗在獨立試驗階段是由美軍設立了統一的研制試驗鑒定管理部門機構，將研制試驗階段獨立開展管理。隨著信息化、網絡化等軟硬件能力的高速發展，美軍開始加強試驗資源和設施的互聯互通，進入了聯合試驗訓練階段。此時外界的發展和內在的現實需求迫使研制試驗與作戰試驗相互獨立，并組建了相應的監管體系。

21 世紀以來，以一體化、體系化為基本導向的試驗環境搭設理念受到關注。在該階段，裝備試驗鑒定模式也相應地轉變為研制試驗與作戰試驗一體化的協同鑒定模式。該階段的智能計算技術、網絡一體化能力、系統仿真技術等體系能力為研制試驗建設紛紛賦能，實現了裝備研制試驗鑒定體系化建設，降低了試驗成本和試驗風險。

在一體化的試驗鑒定模式下，研制試驗的基本基調是以研制部門為主，考核新研裝備的戰技指標能力。隨后，美國國防部主管部門針對研制試驗鑒定階段開展了“左移”的措施，提議將作戰試驗部分內容適度提前體現在研制試驗鑒定階段中，盡早發現裝備的問題并出具解決方案，防止不成熟的技術固化，全鏈路為采辦決策提供可信試驗數據；加強可靠性試驗設計等措施，如圖2 所示。“左移”進一步通過擴展計劃、持續推進等措施，促進更為嚴格的研制試驗鑒定。

圖2 “左移”倡議發展及舉措示意圖

（2）研制試驗鑒定的工程意義

研制試驗鑒定的重點是確定采辦風險；更加深入地了解作戰系統；提供獨立風險評估；提供系統功能特征分析；確保文件規范和合同符合要求；針對初始作戰使用試驗鑒定分析系統就緒程度；確定系統能力、限制條件和缺陷；提供關于成本、性能和日程權衡的信息；利用綜合試驗來得到可靠的定性定量數據；以及實現更快速的部署。

研制試驗主要作用是甄別裝備研制時的技術隱患和缺陷；梳理裝備各項要素能力，評估體系的效能等級；基于各階段試驗方案中戰技參數和評估方法的可靠性，對各階段技術進展做出量化分析。

（3）研制試驗與鑒定體系

在整個采辦過程中，研制試驗與鑒定圍繞著驗證技術是否符合規格要求，證明系統工程、設計、開發和性能的完整性和適用性。研制試驗與鑒定是一個工具，可以證明系統是否達到預期性能，或者是否發現缺陷，證明此類缺陷是否已經被糾正，系統是否準備好進行作戰試驗。在整個系統工程活動中，都利用研制試驗與鑒定過程的結果提供重要的數據，以支持正式的技術評審。采辦全周期各階段的研制試驗與鑒定活動實例如圖3 所示。

圖3 采辦全周期各階段的研制試驗與鑒定活動實例

研制試驗鑒定的重點是確定采辦風險；更加深入地了解作戰系統；提供獨立風險評估；提供系統功能特征分析；確保文件規范和合同符合要求；針對初始作戰使用試驗鑒定分析系統就緒程度；確定系統能力、限制條件和缺陷；提供關于成本、性能和日程權衡的信息；利用綜合試驗來得到可靠的定性定量數據；以及實現更快速的部署。

二、美軍科學試驗與分析技術（STAT）

1.STAT 發展概述

2012 年4 月，美國助理國防部長幫辦等部門籌建了試驗鑒定科學試驗與分析技術卓越中心（STAT COE）。該卓越中心于2012 年7 月獲得全面運營能力，為國防采辦項目提供建議和幫助，科學試驗和分析技術（STAT）的使用將提高試驗鑒定的效率，同時提供嚴格的、合理的試驗鑒定策略和結果，從而提高研制試驗計劃、執行和分析流程的知識水平。

科學試驗和分析方法是利用科學和統計方法來開發嚴格和經得起推敲的試驗計劃，并評估其成果。科學試驗和分析方法有助于試驗團體改進綜合試驗的規劃、執行、分析和報告。其主要職責包括：制定試驗策略，量化系統性能，降低項目風險；通過科學的設計方法和流程，為制定試驗鑒定主計劃及相關試驗計劃提供支撐；在試驗設計中推廣應用先進的技術；指導、培訓試驗鑒定從業人員；使用專業的統計軟件，支撐試驗開展、數據采集與分析工作。

2.STAT 運行機制

在實際裝備采辦項目開展當中，并不是所有的項目需求都需要嚴格的試驗方法，在制定有效的科學試驗與分析技術之前需要先進行需求確認，確認需求之后再制定試驗鑒定的主計劃。

試驗鑒定工作中初步的科學試驗與分析技術將分為三個階段發展：第一階段作為啟動階段，主要目標是制定策略、提供指導，提供培訓、軟件應用，針對試點項目開展案例研究，以促進向基于科學試驗和分析的過渡。第二階段的主要目標是擴大試驗鑒定項目的深度和廣度，充分學習第一階段所得經驗教訓和最佳實踐。第三階段的主要目標是根據第二階段所得的成果，逐步在試驗鑒定工作中全面實施科學試驗與分析技術。

隨著系統的日益復雜，科學試驗與分析技術的應用也變得更加必要和具有挑戰性。圖4 為具體的科學試驗與分析技術流程圖。

圖4 科學試驗與分析技術流程圖

3.STAT 序貫試驗實例

美軍考慮購進一種名為“足夠好導彈”（GEM）的新型導彈，它是基于遺留系統改進而來的。除升級的目標系統外，GEM 具有與其遺留系統幾乎完全相同的組件。評估該型號導彈的兩個主要的問題包括：能否在R 米或在更短的距離內擊中目標？從發射到撞擊，在空中停留的時間能否在T 秒或者在更短的時間內？

面對上述問題，可以采用跨作戰試驗空間的貫序試驗來進行評估。試驗因子的選擇是根據現有的需求和以往使用遺留系統導彈的經驗進行的。因子主要包含目標距離、時間、地形等因素，具體因素及其水平如表1 所示。

表1 GEM測試的因素和水平

使用STAT 生成了幾個可行的設計策略，其中各項設計策略采用數據分析軟件進行設計。由于試驗設計目標是篩選因子，所以可以接受一定的預測誤差。通過執行數據分析軟件JMP：其中目標距離因素作用較大，發射點海拔和云量度經篩選后都從模型中剔除。綜合上述分析，在該實例中通過序貫試驗手段，針對試驗因素占比較大的變量評估其置信度，同時采用數理統計方法求取置信區間，從而提升試驗可靠性。

三、STAT在裝備性能試驗驗證階段的體現

近幾十年以來，各式各樣的高新技術不斷沖擊，我國裝備也在不斷地更新換代，試驗鑒定的性能試驗環節驗證技術也有著相應的發展。在各類裝備試驗鑒定中均有相應技術的體現。例如針對國軍標中不同質量水平的裝備性能考核，采用數理統計中的置信檢驗方法，該方法類似隸屬度原則，以“大概率”屬性判別裝備綜合性能是否達標，提高了試驗效費比。基于系統工程理念闡述了試驗領域的“能力”內涵及其技術指標，設計了性能試驗的方法，該方法可以推進基于試驗能力的航空航天裝備性能試驗。基于區塊鏈技術的可信數據集搭建了各型裝備的試驗鑒定管理體系，提升了試驗的驗證效率。針對裝備性能試驗不能及時開展系統效能評價的問題，探究了其試驗開展實時評估的方式方法。針對某火炮自身特點，工程上研發了高效可行的裝填測試系統，以實例驗證了該系統的有效性。此外，基于虛擬維修技術在航空維修領域試驗鑒定中開展試點應用。隨著貝葉斯、序貫分析等統計方法在試驗鑒定中的應用，為型號研制的小子樣試驗分析和鑒定起到了降本增效的作用。同時也發展了可靠性增長試驗貝葉斯評估技術，為裝備系統戰術技術指標的鑒定與評估提供了重要的技術支撐。針對成敗型產品指標的考核，選用貝葉斯統計方法對試驗風險進行評估。針對裝備性能試驗指標多、結構復雜的特點，借鑒了層次分析法（AHP）和模糊綜合評價法（Fuzzy）明確指標權重，系統分析了性能試驗的重點環節和影響因素。伴隨著高新技術的沖擊，虛擬仿真技術、光學成像技術、電子成像技術、性能測試儀器技術、網絡/試驗數據管理技術、定向能技術和建模與仿真等技術應運而生。進一步將虛擬仿真試驗技術嵌入到某型裝備的發射過程中，模擬判定裝備的部分指標參數。還有半實物仿真技術、實裝動態試驗技術等。上述所提到的性能試驗驗證技術在STAT 不同階段中均有體現。

四、啟示

隨著網絡化、智能化等技術不斷推動軍事思維的轉變，我國在裝備試驗鑒定模式的自主建設、體系發展等方面也步上新臺階。新時代下的軍事變革、發展需求及不確定性挑戰，將會使試驗鑒定技術相關聯的管理機制、條件機制、保障機制等方面的發展亟須完善。面對上述問題，受STAT 技術的啟發，提出以下幾點思考：

一是設立性能試驗發展項目，開展試驗技術體系以及試驗驗證技術方法研究。我國裝備試驗鑒定技術作為多學科交叉融合系統性較強、應用性廣泛，該領域雖然有了長足的發展，但在性能試驗階段中仍缺乏體系化的理論指導和完備的科學試驗分析技術。該問題在一定程度上導致我國高新技術裝備的性能試驗驗證不徹底、不完善。因此，要加強前沿性能試驗技術鑒定與評估相關理論方法的研究，建立結合我國性能試驗驗證特點和具有實際可操作性的理論及技術評估體系是當前課題研究的重點之一。

二是成立組織健全的管理架構。目前軟硬件技術飛速發展，為保證裝備的性能試驗開展順暢、試驗驗證質量以及采辦風險和費用可控，必須建立一個健全的組織管理體系。可借鑒美軍新的科研管理模式，推進性能試驗鑒定與科研管理同步協作，系統創新國防科研網絡結構，提升性能試驗驗證水平。美國在研制試驗階段啟動的一系列重大計劃表明，我們需要加強頂層戰略牽引，強化一體化性能試驗鑒定思想，全面統籌試驗鑒定技術發展。

三是性能試驗相關法規制度的補充建設。盡管裝備試驗鑒定工作具有依據的相關法規和標準、研制要求等其他依據性文件，但試驗法規制度的具體實施上仍然有待完善。由于性能試驗是多學科交叉、多單位合作完成的一項綜合性工作，須建立完善的制度法規保證試驗高質量完成。因此，必須就裝備全壽命周期內不同的參與主體，健全完善的法規體系，進一步明確其權利和責任，保障試驗鑒定技術研究順利開展。

五、結束語

目前，美軍試驗鑒定技術體系研究已經日趨完善。系統的科學試驗分析與評價技術、健全的法律法規和深厚的理論研究基礎為美軍試驗鑒定的發展提供了強力支撐。通過研究美軍試驗鑒定的發展歷程，加強探索我國試驗鑒定技術，提升裝備試驗規劃規劃效率和評估質量。同時，開發總結出一套適合我國特色的試驗鑒定技術理論體系，以保證性能試驗工作的有序開展。