軍用ATS 的可計(jì)量性論證

陳雪松，劉濤，魯國慶，袁曉峰

(中國人民解放軍96604 部隊(duì)，北京100192)

0 引言

隨著新型武器打擊精度的提高，作為保證武器系統(tǒng)性能和量值特性的ATS (Automatic Test System)在武器系統(tǒng)中的地位越發(fā)凸顯。以裝備“五性”和戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)需求為中心的設(shè)計(jì)，決定了軍用ATS 與武器裝備系統(tǒng)緊密融合，形成了測(cè)量與控制結(jié)合、參數(shù)多樣、集成度高、接口形式復(fù)雜、系統(tǒng)相對(duì)封閉等顯著區(qū)別于通用測(cè)試設(shè)備的特點(diǎn)。ATS 可計(jì)量性的優(yōu)劣，從根本上取決于在論證、研制階段進(jìn)行的可計(jì)量性設(shè)計(jì)。因此，可計(jì)量性論證作為可計(jì)量性設(shè)計(jì)的依據(jù)至關(guān)重要。目前，作為論證、采購 ATS 的參考依據(jù)為GJB5109 － 2004 《裝備計(jì)量保障通用要求檢測(cè)和校準(zhǔn)》［1］。該國軍標(biāo)以確保裝備出廠后計(jì)量保障的有效實(shí)施為目的，從計(jì)量保障的技術(shù)和管理角度明確了訂購方對(duì)承制方的總要求?？傄笾?，從承制方與使用方各自的角度，對(duì)檢測(cè)和校準(zhǔn)過程、檢測(cè)和校準(zhǔn)設(shè)備提出了定性要求。而對(duì)在論證研制階段如何通過量化分析、確定指標(biāo)、試驗(yàn)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，確保實(shí)現(xiàn)上述總要求的可計(jì)量性論證并沒有涉及。近年來，ATS 可計(jì)量性相關(guān)研究備受關(guān)注，一些新的研究成果也陸續(xù)見諸文獻(xiàn)。研究?jī)?nèi)容主要集中在針對(duì)專用測(cè)試設(shè)備的可計(jì)量性所涉及的基本問題的定性分析［2－3］，對(duì)通用測(cè)試設(shè)備的可計(jì)量性概念、設(shè)計(jì)、論證和驗(yàn)證缺乏系統(tǒng)性論述和研究。

1 可計(jì)量性

測(cè)試性、維修性、可靠性是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度研究與故障斗爭(zhēng)的理論和方法［4］，而可計(jì)量性是從裝備量值溯源和檢測(cè)受控相關(guān)特性角度新近提出的概念，目前沒有統(tǒng)一的定義。所謂可計(jì)量性(Measurability)有文獻(xiàn)定義為“裝備各測(cè)量(測(cè)試)設(shè)備所具有的反映其量值準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可靠和計(jì)量便利程度的一種設(shè)計(jì)特性，貫穿于裝備全壽命周期”［5］。也有文獻(xiàn)將其表述為“專用測(cè)試設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)除了要滿足性能、可靠性要求，還要考慮計(jì)量的方便與可行性”［6］。

簡(jiǎn)而言之，可計(jì)量性是指對(duì)測(cè)試設(shè)備本身反映其量值溯源難易程度和對(duì)計(jì)量資源依賴程度的固有屬性。因此，可描述為:可計(jì)量性是指通過掌握一定技能的計(jì)量人員，基于給定的資源并按照規(guī)定的流程，展開計(jì)量、檢測(cè)時(shí)，從時(shí)間和資源的需求角度完成裝備計(jì)量檢定的難易程度。

2 可計(jì)量性論證概述

2.1 論證目的

一般裝備的壽命周期大致可分為論證、方案、工程研制、生產(chǎn)與部署、使用與保障、退役處理等階段。在論證階段要提出戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求和論證經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，并分析各種備選方案。早期的論證決策對(duì)系統(tǒng)的效能、費(fèi)用有著深遠(yuǎn)的影響，通過論證實(shí)現(xiàn)裝備系統(tǒng)要素的優(yōu)化平衡［7］?？捎?jì)量性論證是可計(jì)量性設(shè)計(jì)的前提，其最終目的是確保系統(tǒng)和設(shè)備達(dá)到規(guī)定的可計(jì)量性要求，以提高軍用ATS 和設(shè)備的戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性，降低對(duì)計(jì)量人力和其他資源的要求，減少壽命周期費(fèi)用，并為管理提供必要的信息。

2.2 論證程序

參照GJB5109 －2004 《裝備計(jì)量保障通用要求檢測(cè)和校準(zhǔn)》及有關(guān)國軍標(biāo)，并結(jié)合裝備實(shí)際論證工作中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)［8］，制定可計(jì)量性論證的基本程序:

1)根據(jù)預(yù)期要求進(jìn)行需求分析、確定可計(jì)量性論證初步方案;

2)收集國內(nèi)、外有關(guān)ATS 的可計(jì)量性數(shù)據(jù)，對(duì)比分析，借鑒其中成功經(jīng)驗(yàn)，使新裝備的可計(jì)量性要求具有先進(jìn)性;

3)分析我國現(xiàn)有裝備生產(chǎn)、研制的技術(shù)水平，同時(shí)分析可能達(dá)到的可計(jì)量性設(shè)計(jì)水平，使新裝備的可計(jì)量性要求具有可行性;

4)利用費(fèi)用－效能分析和全壽命費(fèi)用分析方法對(duì)新裝備的費(fèi)用、研制生產(chǎn)進(jìn)度、可計(jì)量性水平和其他性能之間的關(guān)系進(jìn)行綜合權(quán)衡;

5)參照現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)程，確定新裝備可計(jì)量性的定性和定量技術(shù)指標(biāo);

6)將使用指標(biāo)轉(zhuǎn)換為合同指標(biāo)，納入研制合同;

7)匯總可計(jì)量性論證成果形成新裝備可計(jì)量性工作計(jì)劃。

論證階段與方案階段的可計(jì)量性工作的表述如圖1所示。

論證階段最終要制定可計(jì)量性工作計(jì)劃，而方案階段最終要形成產(chǎn)品規(guī)范的可計(jì)量性要求。

2.3 論證的一般原則

針對(duì)武器裝備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和研制，以及ATS 在使用中存在的問題，通過綜合分析得出計(jì)量性指標(biāo)體系構(gòu)建的總體原則。

圖1 論證階段與方案可計(jì)量性工作

系統(tǒng)性原則，可計(jì)量性技術(shù)指標(biāo)同其它指標(biāo)一并考慮，所選擇的可計(jì)量性參數(shù)應(yīng)能夠反映可計(jì)量性水平，并能降低計(jì)量保障的人力費(fèi)用、時(shí)間等方面的要求。

必要性原則，所提出的計(jì)量性指標(biāo)或定性要求應(yīng)當(dāng)是描述可計(jì)量性所必須的，盡量減小冗余。

可操作性原則，壽命剖面和任務(wù)剖面明確，并細(xì)化到適當(dāng)、可用的層次、合同指標(biāo)與研制進(jìn)度、費(fèi)用等協(xié)調(diào)。

可驗(yàn)證性原則，提出合理而完善的可計(jì)量性合同指標(biāo)驗(yàn)證方法，確定置信水平、判決風(fēng)險(xiǎn)等。

定量與定性相結(jié)合的原則，定量與定性具有互補(bǔ)性，二者相結(jié)合能夠充分融合數(shù)學(xué)模型和專家的知識(shí)優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜問題相對(duì)客觀的描述。

3 可計(jì)量性論證內(nèi)容

3.1 確定指標(biāo)的約束條件

1)任務(wù)要求分析

軍用ATS 出廠后經(jīng)歷的主要事件有裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、檢定、維修等任務(wù)剖面。由于多數(shù)軍用ATS 的大部分時(shí)間處于非任務(wù)狀態(tài)，非任務(wù)期間由于裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和檢定會(huì)在一定程度上影響ATS 的量值特性。某型ATS 的任務(wù)剖面如圖2 所示。

圖2 某型ATS 任務(wù)剖面框圖

2)使用和保障條件

可計(jì)量性指標(biāo)在提出時(shí)必須考慮ATS 的計(jì)量保障條件，這是因?yàn)榭捎?jì)量性指標(biāo)的高低與計(jì)量保障方案的選擇是密切相關(guān)的。例如，某型ATS 計(jì)量保障體制如表1 所示。不同的保障級(jí)別和保障模式實(shí)現(xiàn)計(jì)量保障的效率和時(shí)間差異較大，因而在提出可計(jì)量性指標(biāo)時(shí)，必須結(jié)合我軍現(xiàn)有的計(jì)量保障模式。ATS 可計(jì)量性論證能夠有效降低對(duì)使用階段計(jì)量保障的要求［9］。

表1 某型號(hào)ATS 的計(jì)量保障體制

3.2 定量參數(shù)指標(biāo)的確定

可計(jì)量性定量參數(shù)指標(biāo)是表征可計(jì)量性的定量參數(shù)。

1)平均檢定/校準(zhǔn)時(shí)間

平均檢定/校準(zhǔn)時(shí)間在規(guī)定條件下，完成該測(cè)試設(shè)備檢定/校準(zhǔn)所需的平均時(shí)間。

2)最大檢定/校準(zhǔn)時(shí)間

最大檢定/校準(zhǔn)時(shí)間在規(guī)定條件下，完成該測(cè)試設(shè)備檢定/校準(zhǔn)所需的最大時(shí)間。

3)校準(zhǔn)/檢定周期

兩次相鄰的校準(zhǔn)/檢定之間的時(shí)間間隔;校準(zhǔn)/檢定周期較大、反映了該測(cè)試設(shè)備的量值穩(wěn)定性相對(duì)越高。

4)平均檢定/校準(zhǔn)工時(shí)

檢定/校準(zhǔn)工時(shí)在規(guī)定的條件下進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)所需的工時(shí)。該參數(shù)是與計(jì)量方式、模式和資源有關(guān)的一種可計(jì)量性參數(shù)。

5)最大檢定/校準(zhǔn)工時(shí)

在規(guī)定的條件下進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)所需的最大工時(shí)。該參數(shù)是與計(jì)量所需人力有關(guān)的一種可計(jì)量性參數(shù)。

6)年平均計(jì)量費(fèi)用

在規(guī)定條件下，每年計(jì)量費(fèi)用的平均值。該參數(shù)是與計(jì)量保障資源有關(guān)的可計(jì)量性參數(shù)。

7)計(jì)量性設(shè)計(jì)比率

整個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)際進(jìn)行可計(jì)量性設(shè)計(jì)的設(shè)備數(shù)量與所有設(shè)備數(shù)量之比。

8)故障檢測(cè)率

檢測(cè)并發(fā)現(xiàn)設(shè)備一個(gè)或多個(gè)故障的能力。

3.3 合同指標(biāo)的確定

由訂購方提出，反映ATS 可計(jì)量性參數(shù)，即可計(jì)量的使用參數(shù)。使用參數(shù)是武器在使用狀態(tài)下的可計(jì)量性參數(shù)，反映了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、環(huán)境等情況。而合同或研制任務(wù)書中用來表示訂購方對(duì)ATS 的溯源要求，并且是承制方在研制與生產(chǎn)過程中可以控制的可計(jì)量性參數(shù)即可計(jì)量性合同參數(shù)。

合同指標(biāo)由使用指標(biāo)轉(zhuǎn)換而來，轉(zhuǎn)換系數(shù)通常可根據(jù)相似ATS 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用回歸分析法確定;缺少相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，可由使用方和生產(chǎn)雙方商定。

3.4 定性要求的確定

論證過程中的可計(jì)量性定性要求通常包括無法定量描述的可計(jì)量性要求、研制過程中的可計(jì)量性工作要求、研制與試驗(yàn)過程中的可計(jì)量性試驗(yàn)要求等。

1)可達(dá)性

進(jìn)行計(jì)量時(shí)，接近測(cè)試點(diǎn)的難易程度。例如，便于操作使用、避免拆卸。

2)標(biāo)準(zhǔn)化

優(yōu)先考慮采用通用或標(biāo)準(zhǔn)接口。

3)防差錯(cuò)措施及識(shí)別標(biāo)志

對(duì)計(jì)量中涉及的端口、表盤、指示燈、測(cè)試點(diǎn)等應(yīng)有明顯的識(shí)別標(biāo)志。

4)人機(jī)環(huán)境工程

各種儀表應(yīng)便于觀察，對(duì)正常工作范圍和不正常工作范圍應(yīng)有鮮明的標(biāo)志。

5)技術(shù)安全要求

人員安全:對(duì)計(jì)量人員有可能造成人身危險(xiǎn)的測(cè)試設(shè)備部件、端口等，應(yīng)有保險(xiǎn)或防護(hù)措施。

設(shè)備安全:對(duì)于高壓敏感、靜電敏感、振動(dòng)敏感的易損部件、探頭等，要有保險(xiǎn)、防護(hù)措施、容錯(cuò)措施等。

6)人素工程

對(duì)計(jì)量檢定人員能力、技術(shù)水平的要求。

7)環(huán)境要求

開展計(jì)量工作所需的場(chǎng)地、溫濕度、電磁環(huán)境等外部環(huán)境要求。

8)文檔完備性

凡影響裝備功能、性能的項(xiàng)目或參數(shù)都應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)或校準(zhǔn)，并給出相應(yīng)的檢測(cè)或校準(zhǔn)方法，以及用于檢定的檢測(cè)設(shè)備、校準(zhǔn)設(shè)備和相關(guān)記錄表。

4 可計(jì)量性評(píng)審

4.1 組成要素

在充分考慮裝備計(jì)量需求的前提下，結(jié)合多年來對(duì)裝備的計(jì)量經(jīng)驗(yàn)、相應(yīng)國軍標(biāo)和相似裝備的計(jì)量性指標(biāo)，并結(jié)合總體原則確定候選方案。從可計(jì)量性的內(nèi)涵分析，可計(jì)量性反映了如下三個(gè)方面的基本要素:

1)A 類要素

A 類要素反映了裝備可計(jì)量性設(shè)計(jì)中的最基本問題，它包含的參量通常是一些較為直觀的定性參量。這些參量通常體現(xiàn)了在裝備設(shè)計(jì)中的一些基本原則，如可達(dá)性，可拆卸性、互換性與標(biāo)準(zhǔn)化程度，模塊化程度，防差錯(cuò)及識(shí)別標(biāo)志等。

2)B 類要素

B 類要素包含了所有以時(shí)間為度量的參量，它反映了計(jì)量性的時(shí)間屬性，它可以是定性的也可以是定量的，例如:平均修復(fù)時(shí)間、最大修復(fù)時(shí)間、重構(gòu)時(shí)間、主要部件的平均更換時(shí)間和維修工時(shí)率以及平均預(yù)防修復(fù)時(shí)間等。

3)C 類要素

C 類要素反映了裝備計(jì)量中對(duì)資源的依賴性，它可以是定性的也可以是定量的，例如:軟件要求、維修硬件資源要求等。

按照要素歸類更有利于對(duì)可計(jì)量性的總體把握，對(duì)不同裝備系統(tǒng)中可根據(jù)需求對(duì)要素中內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

4.2 方案的優(yōu)選

可計(jì)量性方案的優(yōu)選原則:最少費(fèi)用原則，在滿足可計(jì)量性條件的情況下，方案中應(yīng)具有鑒別可計(jì)量性有關(guān)研制難易程度和保障費(fèi)用;可計(jì)量性最大化原則，在經(jīng)費(fèi)確定的條件下，盡可能準(zhǔn)確的對(duì)各個(gè)方案的可計(jì)量性進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取可計(jì)量性最大的方案;最佳費(fèi)效比原則，將候選方案的可計(jì)量性作為該方案的效能，用該方案的效能和對(duì)應(yīng)研制費(fèi)用比值作為優(yōu)選指標(biāo)，選用該比值最大者為最佳方案。方案的優(yōu)選中，可引入模糊集、粗糙集理論對(duì)定性定量參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、構(gòu)建可計(jì)量性指標(biāo)框架，在綜合量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)審。

5 結(jié)束語

綜上所述，文中基于對(duì)軍用ATS 可計(jì)量性論證中所面臨的現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行了分析，從指標(biāo)的約束條件、定量參數(shù)指標(biāo)確定、合同指標(biāo)確定和定性要求確定四個(gè)方面，對(duì)可計(jì)量性論證方法進(jìn)行了討論。對(duì)可計(jì)量性驗(yàn)證問題，從兩個(gè)方面進(jìn)行了分析闡述。由于軍用ATS 的結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，在工程實(shí)踐中探尋可計(jì)量性論證的普適方法，仍需要進(jìn)一步深入研究。

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