基于并行工程的武器裝備測試性工作模型分析

邵思杰， 曹 勇， 朱英斌

（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 控制工程系，北京100072；3.中國北方車輛研究所 計(jì)量室，北京100072）

今后幾年我國國防事業(yè)將進(jìn)入新一輪發(fā)展高峰期，這對武器裝備建設(shè)既提供了難得的機(jī)遇期，又提出了巨大的挑戰(zhàn)。在重點(diǎn)發(fā)展的武器裝備中，由于較多地采用了新技術(shù)、新材料和新設(shè)備，必然存在著較多的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)受研制進(jìn)度、技術(shù)保障條件和經(jīng)費(fèi)等各方面因素的制約，武器裝備的測試性工作難度加大。測試性是指產(chǎn)品能及時(shí)并準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作或性能下降），并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特性［1］。測試性作為武器裝備的一種固有設(shè)計(jì)特性，需要在全系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)，對系統(tǒng)性能、可靠性、維修性、保障性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)性以及裝備的作戰(zhàn)使用分級維修體制等方面具有較大的影響，需要對其進(jìn)行全面的分析與權(quán)衡，優(yōu)化設(shè)計(jì)。為使武器裝備適應(yīng)部隊(duì)使用與保障需求，采用并行工程方法規(guī)劃測試性工作，可以切實(shí)保證武器裝備的測試性水平、降低裝備的全壽命周期費(fèi)用，使測試性工作標(biāo)準(zhǔn)化，為綜合診斷打下良好的基礎(chǔ)。

1 常規(guī)測試性工作分析

國外的測試性工作始于20世紀(jì)70年代，我國則以GJB2547－95《裝備測試性大綱》的頒布為測試性工作的起點(diǎn)，開始了測試性研究。但是，由于我國測試性研究相對滯后，受技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)承受能力、思想觀念等方面的限制，我國武器裝備的測試性水平不高。本文以GJB2547－95《裝備測試性大綱》作為分析對象，將GJB2547－95規(guī)定的測試性工作稱為“常規(guī)測試性工作”，相應(yīng)的測試性工作流程稱為“常規(guī)測試性工作流程”［2］。按照工作階段，將具體工作歸類、合并，GJB2547－95《裝備測試性大綱》中的測試性工作流程等效為如圖1所示的流程。

圖1 常規(guī)測試性工作流程

分析這一流程，不難看出常規(guī)測試性工作流程存在以下問題［3］：①缺乏裝備使用階段及改進(jìn)階段的測試性工作。②這是一個順序流程，缺乏中途反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，缺少根據(jù)測試性分析、評價(jià)或驗(yàn)證對測試性要求或測試性設(shè)計(jì)的修改環(huán)節(jié)，更談不上反復(fù)迭代的過程［4］。③常規(guī)測試性工作流程的序貫?zāi)Ｊ?，決定了其測試性指標(biāo)及測試性要求是測試性工作的主要依據(jù)，而這一依據(jù)的主要來源是保障性分析和維修性分析。盡管經(jīng)過多環(huán)節(jié)的專家論證和評審，但由于專家決策時(shí)缺乏必要的中間信息反饋環(huán)節(jié)（如，測試性驗(yàn)證信息、測試性評估信息等），信息來源不足，使得這一依據(jù)缺乏足夠的信息支撐。④缺乏科學(xué)的定量分析。其指標(biāo)及方案的審定程序是基于保障性和維修性要求開展的，屬于定性分析過程，缺乏測試性設(shè)計(jì)的定量分析環(huán)節(jié)。⑤對測試性數(shù)據(jù)的收集工作集中在驗(yàn)收鑒定及生產(chǎn)階段，對裝備使用過程暴露出的問題，沒有進(jìn)行測試性數(shù)據(jù)收集，使得裝備在使用和保障、報(bào)廢和退役過程中的測試性信息無端流失。⑥將測試性糾正環(huán)節(jié)安排在生產(chǎn)階段，測試性修訂的依據(jù)是樣機(jī)試驗(yàn)暴露的問題。這些問題遠(yuǎn)少于今后使用和保障過程中出現(xiàn)的問題，是不具備代表性的。同時(shí)由于測試性固件已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，所以測試性的糾正措施受到限制，有的缺陷也已難糾正。⑦GJB2547－95《裝備測試性大綱》將編寫測試要求文件（TRD）和研制測試程序及接口組合（TPS）的內(nèi)容歸類到7項(xiàng)測試性工作項(xiàng)目之外，而美軍標(biāo)準(zhǔn)明確將此項(xiàng)工作列入測試性工作項(xiàng)目之中。將應(yīng)該屬于測試性工作的項(xiàng)目排除在外，這是極其不合理的。

測試性工作應(yīng)汲取綜合診斷思想，在標(biāo)準(zhǔn)化、交互性、協(xié)調(diào)性上進(jìn)行發(fā)展；同時(shí)，延長并優(yōu)化常規(guī)測試性工作流程，使其覆蓋武器裝備的全壽命周期，從根本上解決測試性工作中存在的問題。

2 基于并行工程的測試性工作模型

2.1 并行工程概述

并行工程（concurrent engineering，CE）是美國在20世紀(jì)80年代末提出的在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和系統(tǒng)工程中發(fā)展起來的工程技術(shù)，也是美國國防部在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)發(fā)展武器裝備系統(tǒng)的基本管理模式。其核心內(nèi)容是：一是強(qiáng)調(diào)用戶需求，并把用戶需求轉(zhuǎn)化為完整的武器裝備要求；二是交互作用、互相協(xié)調(diào)的并行研制過程，以便將武器裝備的設(shè)計(jì)與武器裝備的制造過程和保障過程用系統(tǒng)工程方法綜合在一起，從而在武器裝備的全壽命周期內(nèi)統(tǒng)籌考慮其作戰(zhàn)性能、可靠性、維修性、測試性、保障性、安全性和生產(chǎn)性；三是建立多學(xué)科（多專業(yè)）的綜合研制機(jī)制及計(jì)算和輔助工程環(huán)境［5－8］。

20世紀(jì)90年代以來，隨著并行工程概念的提出和廣泛應(yīng)用，人們從綜合診斷的角度，以并行工程的視角對測試性工作進(jìn)行重新審視，逐漸認(rèn)識到測試性工作實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)并行工程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個有機(jī)組成部分。測試性工作應(yīng)打破產(chǎn)品傳統(tǒng)串行開發(fā)模式帶來的橫亙在設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)之間的“磚墻”，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)－制造－維護(hù)一體化的策略。基于并行工程的測試性工作具備如下顯著優(yōu)點(diǎn)：①顯著降低裝備全系統(tǒng)全壽命周期的費(fèi)用。②由于在裝備設(shè)計(jì)階段就認(rèn)真考慮了裝備的測試性問題，使裝備內(nèi)置測試和外部測試做到合理分工和有機(jī)結(jié)合，大大提高排除故障的能力和效率，縮短裝備再次投入戰(zhàn)斗或訓(xùn)練的準(zhǔn)備時(shí)間。③測試設(shè)備硬件和軟件做到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和垂直化，確保裝備研制過程測試與各級使用維護(hù)診斷測試手段和信息的一致化，從而促進(jìn)全國一體化維修保障體系的盡快建立。④改革維修體制，大大降低對測試和維護(hù)人員的技術(shù)水平要求，降低保障費(fèi)用。

2.2 模型的基本內(nèi)容和特點(diǎn)

基于并行工程的武器裝備測試性工作模型如圖2所示。

圖2 基于并行工程的武器裝備測試性工作模型

該模型具有下列特點(diǎn)。

1）武器裝備的測試性工作與裝備的研制和使用并行。在基于并行工程的測試性工作模型中，有2條并行的主線：一條主線是武器裝備的研制與使用；另一條主線是武器裝備的測試性工作。2條主線相互聯(lián)系，相互作用構(gòu)成了測試性工作模型的基本流程。網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境為測試性信息的反饋、跟蹤、控制和傳輸提供了技術(shù)保證。

2）測試性的仿真驗(yàn)證貫穿于測試性設(shè)計(jì)、直至武器裝備驗(yàn)收試驗(yàn)的全過程。

傳統(tǒng)的以實(shí)裝試驗(yàn)為主的驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?dǎo)致軍工產(chǎn)品研制周期長，試驗(yàn)費(fèi)用高，風(fēng)險(xiǎn)大；另一方面，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)等高新技術(shù)的飛速發(fā)展及其在軍工試驗(yàn)與測試領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，軍工試驗(yàn)與測試技術(shù)的綜合化、虛擬化、通用化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化是未來軍工試驗(yàn)測試技術(shù)最重要的發(fā)展趨勢。國外軍工產(chǎn)品研制中已越來越多地應(yīng)用了虛擬試驗(yàn)與仿真驗(yàn)證（簡稱虛擬試驗(yàn)）技術(shù)［9］。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，不用進(jìn)行實(shí)裝的驗(yàn)證試驗(yàn)就可以進(jìn)行測試性驗(yàn)證，適應(yīng)了新型武器裝備樣本量缺乏和時(shí)間緊迫的特點(diǎn)，也避免了大量的測試性驗(yàn)證設(shè)備采購費(fèi)用和對武器裝備硬件的損毀。在裝備研制階段，依據(jù)設(shè)計(jì)原理圖和相關(guān)信息就可進(jìn)行測試性驗(yàn)證，可以實(shí)時(shí)將測試性水平反饋給裝備設(shè)計(jì)人員，對提高裝備測試性水平有極大幫助，也使得我軍能夠在裝備設(shè)計(jì)階段就擁有有效手段對裝備的測試性水平進(jìn)行監(jiān)控。在裝備的使用階段，利用詳盡信息建立的裝備測試性模型進(jìn)行的仿真驗(yàn)證試驗(yàn)，可以改進(jìn)定型裝備的測試性、提高新型裝備的測試性水平。

3）測試性信息收集與整理貫穿武器裝備的全壽命過程，建立基于信息的并行工程保障環(huán)境。

4）測試性工作的標(biāo)準(zhǔn)化。測試性工作的標(biāo)準(zhǔn)化有利于資源共享，減少重復(fù)試驗(yàn)與測試，方便用戶的使用、維護(hù)和管理，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本提高武器裝備的戰(zhàn)斗力。測試性工作標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容主要有：①測試硬件與軟件的標(biāo)準(zhǔn)化；②信息共享，包括裝備測試性信息的共享；③建立測試性模型，方便不同專業(yè)、不同單位的人員共同完成測試性設(shè)計(jì)。

3 測試性工作模型適用性分析

總結(jié)圖2中基于并行工程的武器裝備測試性工作模型，可以將測試性工作項(xiàng)目分為制訂測試性工作計(jì)劃、測試性審定、制訂測試性數(shù)據(jù)收集和分析計(jì)劃、診斷方案和測試性要求、測試性初步設(shè)計(jì)與分析、測試性詳細(xì)設(shè)計(jì)與分析和測試性驗(yàn)證7項(xiàng)工作內(nèi)容［10］。假設(shè)武器裝備研制全過程（Q）為100%，其中測試性工作在武器裝備研制全過程所占比例按照最高50%（系數(shù)δ）來估算（可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性（“五性”）工作在裝備生產(chǎn)中所占的比例，即使和裝備的研制生產(chǎn)各占50%，測試性作為“五性”工作之一，比例也達(dá)不到50%，這里取最極端情況：僅測試性一項(xiàng)即占50%），可以對基于并行工程的測試性工作各項(xiàng)目的適用性作一個粗略的估計(jì)。

按照重要性，對裝備研制程序各環(huán)節(jié)定義一個基本權(quán)值：①戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)論證階段（q1），10%；②方案論證與確認(rèn)階段（q2），25%；③工程研制 階 段（q3），40%；④生 產(chǎn) 階 段（q4），10%；⑤使用與保障階段（q5），10%；⑥裝備改型階段（q6），4%；⑦裝備退役、報(bào)廢階段（q7），1%。

按照測試性工作項(xiàng)目和測試性準(zhǔn)則的不同適用性給出基本權(quán)值：①適用，1；②有選擇適用，0.5；③不適用，0。得到測試性工作項(xiàng)目（A）適用性的一個判別矩陣，如表1所示。

表1 基于并行工程的測試性工作項(xiàng)目適用性判別矩陣

進(jìn)行歸一化運(yùn)算，按列加權(quán)規(guī)范化，求單個測試性項(xiàng)目在研制中各環(huán)節(jié)的適用率為

則單個測試性項(xiàng)目在研制全過程適用率為

所有測試性項(xiàng)目在研制全過程適用率為

經(jīng)計(jì)算，得到測試性指標(biāo)在武器系統(tǒng)研制全過程的適用性估計(jì)，如表2所示。

表2 基于并行工程的測試性工作項(xiàng)目適用性估計(jì)

常規(guī)測試性工作比較，在基于并行工程的測試性工作中，各個項(xiàng)目在武器研制全壽命過程分布有明顯的差別，表明基于并行工程的測試性工作各個項(xiàng)目間有主次之分，工作重點(diǎn)突出。其中，測試性驗(yàn)證工作（8.9%）、診斷方案和測試性要求（8.4%）所占比例較高，制訂測試性工作計(jì)劃所占比例較低（5.3%）。說明在基于并行工程的測試性工作中，更加重視測試性驗(yàn)證、測試性要求及測試性方案論證工作，這一分布比例是較為合理的。

4 結(jié) 束 語

基于并行工程的武器裝備測試性工作模型，可作為綱領(lǐng)性文件統(tǒng)籌規(guī)劃，指導(dǎo)在武器裝備研制過程中各階段的具體測試性工作，為武器裝備的測試性工作提供基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)工程的方法。

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［1］田仲，石君友.系統(tǒng)測試性設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：337－396.

［2］國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.GJB2547—95裝備測試性大綱［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995：7－9.

［3］邵思杰.基于并行工程的火控系統(tǒng)測試性設(shè)計(jì)技術(shù)研究［D］.北京：裝甲兵工程學(xué)院，2010：20－25.

［4］陳學(xué)楚，張諍敏，陳云翔，等.裝備系統(tǒng)工程［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008：112.

［5］潘雪增.并行工程原理及應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1997：1－5.

［6］BRADLEY D.Concurrent engineering for bespoke products［J］.Assembly Automation，1995，15（1）：35－37.

［7］任安民，王衛(wèi)國.武器裝備綜合診斷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.艦船電子工程，2007，27（3）：20－22.

［8］王發(fā)坤，羅云峰.艦艇裝備綜合診斷技術(shù)和體系框架［J］.艦船電子工程，2007，27（2）：13－15.

［9］張寶珍.國外軍工試驗(yàn)與測試技術(shù)發(fā)展動向分析［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2009，17（1）：1－4.

［10］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.