基于綜合因素的裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)確定方法

邵思杰 , 季 威, 曹 勇, 熊 偉

(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)院教練團(tuán)， 北京 100072； 3. 裝甲兵工程學(xué)院控制工程系， 北京 100072； 4. 中國人民解放軍駐617廠軍事代表室， 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

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基于綜合因素的裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)確定方法

邵思杰1, 季 威2, 曹 勇3, 熊 偉4

(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)院教練團(tuán)， 北京 100072； 3. 裝甲兵工程學(xué)院控制工程系， 北京 100072； 4. 中國人民解放軍駐617廠軍事代表室， 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

綜合考慮裝甲裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用需求以及地方工業(yè)部門的能力水平等因素，以先進(jìn)裝備的測(cè)試性指標(biāo)為期望，相似裝備的測(cè)試性指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，地方工業(yè)部門現(xiàn)有技術(shù)能力可達(dá)到的測(cè)試性指標(biāo)為評(píng)估值，建立測(cè)試性指標(biāo)數(shù)學(xué)估計(jì)模型；應(yīng)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)確定測(cè)試性指標(biāo)影響因素的權(quán)重;應(yīng)用折中算法對(duì)期望、標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估值進(jìn)行權(quán)衡、折中,確定適用于裝甲裝備系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試性指標(biāo)，為確定裝甲裝備研制初期測(cè)試性指標(biāo)提供參考。

測(cè)試性指標(biāo)； 綜合因素； 折中估計(jì)

測(cè)試性是裝備的重要質(zhì)量特性之一，是保證裝備戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性的物質(zhì)基礎(chǔ)。具有較高測(cè)試性水平的裝備其任務(wù)可靠性高、對(duì)維修技術(shù)人員的能力水平要求低、全壽命周期費(fèi)用也較低[1]。如：美軍M1A2坦克的熱指揮儀和炮塔電子設(shè)備的故障檢測(cè)率(Fault Detection Rate，F(xiàn)DR)、故障隔離率(Fault Isolation Rate，F(xiàn)IR)和虛警率(False Alarm Rate，F(xiàn)AR)分別可達(dá)97%、95%、2%，這樣的測(cè)試性水平使得其乘員能夠簡單方便地實(shí)現(xiàn)故障隔離，并在坦克出現(xiàn)輕微故障時(shí)可通過自動(dòng)重組硬件來利用剩余功能。俄軍三代主戰(zhàn)坦克由于其主要組成部分(如炮射導(dǎo)彈、火控系統(tǒng))具備了模塊級(jí)的自診斷功能，使得故障可快速地被隔離到模塊單元[2]。相對(duì)而言，我軍由于裝備研制管理體制、生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)費(fèi)管理等方面的原因，裝甲裝備的測(cè)試性工作還處于初級(jí)階段，裝甲裝備壽命周期內(nèi)的測(cè)試性工作只有定性要求，沒有可操作性強(qiáng)的、量化的流程和標(biāo)準(zhǔn)。如：由于在某新型主戰(zhàn)坦克的“五性”要求中并未涉及測(cè)試性指標(biāo)，導(dǎo)致其在進(jìn)行裝備靶場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，沒有相關(guān)的驗(yàn)收依據(jù)。

為了保證裝備的測(cè)試性水平，必須對(duì)裝備測(cè)試性進(jìn)行量化，給出具體的測(cè)試性指標(biāo)。因此，筆者綜合考慮裝甲裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用需求以及地方工業(yè)部門的能力水平等因素，提出一種基于綜合因素的裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)確定方法，為確定裝甲裝備研制初期測(cè)試性指標(biāo)提供參考。

1 總體思路

裝備測(cè)試性參數(shù)主要分為2類：1)描述裝備測(cè)試性自身特性的參數(shù)，主要有機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備的重量、費(fèi)用和平均無故障時(shí)間等；2)描述裝備測(cè)試性能力特性的參數(shù)，主要有FDR、FIR、FAR、重檢合格率(ReTest OKay Rate，RTOKR)、平均故障檢測(cè)時(shí)間(Mean Fault Detection Time，MFDT)和平均故障隔離時(shí)間(Mean Fault Isolation Time，MFIT)等，一般常用的測(cè)試性指標(biāo)為FDR、FIR、FAR[3]。

為保證裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)的可信度及可用性，借鑒美軍裝備測(cè)試性工作經(jīng)驗(yàn)，考慮裝甲裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、部隊(duì)作戰(zhàn)使用需求以及地方工業(yè)部門的能力水平等因素，提出裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)確定方法，其總體思路如圖1所示。主要是以先進(jìn)裝備的測(cè)試性指標(biāo)為期望(部隊(duì)期望值)，以已有的相似裝備測(cè)試性指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)(相似裝備標(biāo)準(zhǔn)值)，以地方工業(yè)部門現(xiàn)有技術(shù)能力可達(dá)到的測(cè)試性指標(biāo)為評(píng)估值(研制方可達(dá)值)建立數(shù)學(xué)估計(jì)模型，并對(duì)期望、標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估值進(jìn)行權(quán)衡，確定裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)[4]。

圖1 基于綜合因素確定測(cè)試性指標(biāo)的總體思路

2 測(cè)試性指標(biāo)估計(jì)模型

基于綜合因素確定裝甲裝備系統(tǒng)測(cè)試性指標(biāo)主要是參考已列裝的相似裝備，充分考慮部隊(duì)作戰(zhàn)使用需求和地方工業(yè)部門的技術(shù)水平，分析影響測(cè)試性水平的因素，利用層次分析法確定相應(yīng)影響因素的權(quán)重，確定新研裝備的測(cè)試性指標(biāo)。

2.1 估計(jì)參數(shù)

測(cè)試性指標(biāo)估計(jì)模型的輸入包括如下3個(gè)先驗(yàn)指標(biāo)：

1)部隊(duì)使用方期望指標(biāo)(Th)。主要根據(jù)裝備的作戰(zhàn)使命、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、日常使用和三級(jí)維修保障要求等來確定Th。

2)現(xiàn)有相似裝備的測(cè)試性指標(biāo)(Ts)。在已列裝的裝備中選取相似裝備的測(cè)試性指標(biāo)作為估計(jì)的基準(zhǔn)參照值(標(biāo)準(zhǔn))。

3)研制方可達(dá)指標(biāo)(Tc)?？紤]研制方的技術(shù)儲(chǔ)備、測(cè)試性設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和能力、裝備的全壽命周期費(fèi)用等，確定裝備測(cè)試性指標(biāo)的可達(dá)值(評(píng)估值)。

模型的輸出為新研裝備測(cè)試性指標(biāo)的折中估計(jì)值(Tm)。

2.2 測(cè)試性指標(biāo)預(yù)估計(jì)

2.2.1 測(cè)試性影響因素分析及權(quán)重確定

影響裝備測(cè)試性水平的因素主要有裝備作戰(zhàn)使命、功能特點(diǎn)、測(cè)試診斷策略、裝備質(zhì)量特性要求，以及壽命周期費(fèi)用、研制進(jìn)度和技術(shù)水平等。通過分析裝甲裝備的結(jié)構(gòu)、功能及常見故障，確定影響裝甲裝備測(cè)試性水平的因素為功能設(shè)計(jì)(p1)、診斷策略(p2)、測(cè)試資源分配(p3)、可靠性(p4)以及其他因素(p5)等。

應(yīng)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)來確定各影響因素的權(quán)重。首先，依據(jù)表1所示的判斷尺度對(duì)影響測(cè)試性的各個(gè)因素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣;然后，通過求解判斷矩陣，可得各影響因素的權(quán)重[5]為

W=(w1,w2，…,w5)。

注：2，4，6，8介于上述2個(gè)相鄰判斷尺度中間。

2.2.2 新研裝備與相似裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)值

邀請(qǐng)專家分別對(duì)新研裝備和相似裝備的測(cè)試性進(jìn)行評(píng)價(jià)，設(shè)aij、bij分別為第i(i=1,2，…，m)名專家對(duì)新研裝備與相似裝備的第j(j=1，2,…,n)個(gè)影響因素的評(píng)價(jià)值，則新研裝備的評(píng)價(jià)矩陣(期望)為

相似裝備的評(píng)價(jià)矩陣(標(biāo)準(zhǔn))為

2.2.3 研制方可達(dá)值

研制方可達(dá)值Tc的計(jì)算公式為

Tc=Ts×L,

(1)

式中：m為專家數(shù)；n為測(cè)試性影響因素?cái)?shù)；k為與測(cè)試性水平得分相反的影響因素?cái)?shù)；L為相似裝備的相關(guān)函數(shù)，

(2)

為方便計(jì)算處理，根據(jù)各影響因素的權(quán)重大小由小到大進(jìn)行順序，將得分越低測(cè)試性水平越低的因素排在第k個(gè)因素前(包括第k個(gè)因素)，將得分越高測(cè)試性水平越高的因素排在第k個(gè)因素之后。

2.3 折中估計(jì)

折中估計(jì)步驟如下：

1)若Tc

Tm=αTh+(1-α)Tc，

(3)

式中：0<α<1，為折中系數(shù)，一般取值范圍為0.4～0.6。

2)若Tc≥Th，則以研制方的可達(dá)值為準(zhǔn)，即

Tm=Tc。

(4)

在實(shí)踐中，由于技術(shù)和成本等因素的制約，研制方的可達(dá)值往往低于裝備使用方的部隊(duì)期望值。

3 裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)值確定

3.1 期望值和標(biāo)準(zhǔn)值確定

3.1.1 裝備使用方的部隊(duì)期望值

根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭中裝甲裝備承擔(dān)的作戰(zhàn)使命和部

隊(duì)編成，以我軍大多數(shù)武器裝備的測(cè)試性指標(biāo)作為部隊(duì)期望值Th，具體參數(shù)為

1)故障檢測(cè)率λFDh≥95%；

2)故障隔離率λFIh≥90%；

3)虛警率λFAh≤5%。

3.1.2 現(xiàn)有相似裝備的標(biāo)準(zhǔn)值

裝甲裝備和地面壓制自行火炮在結(jié)構(gòu)組成、作戰(zhàn)使命和工作方式等方面的相似度比較高。因此，現(xiàn)有相似裝備選擇新列裝的某型地面壓制自行火炮。該型火炮由武器系統(tǒng)、煙幕發(fā)射裝置、底盤推進(jìn)系統(tǒng)、三防裝置和滅火抑爆裝置等組成。武器系統(tǒng)由中口徑火炮、炮塔、氣動(dòng)裝置、彈藥和火控系統(tǒng)等組成。該自行火炮與坦克炮一樣，均具有多種使用工作方式，如：自動(dòng)操瞄、半自動(dòng)操瞄和手動(dòng)操瞄等。該型火炮列裝時(shí)間不長，可代表現(xiàn)階段地方工業(yè)部門的研發(fā)能力和生產(chǎn)水平。據(jù)此，選擇該型火炮的測(cè)試性指標(biāo)作為相似裝備的現(xiàn)有測(cè)試性指標(biāo)Ts，具體參數(shù)為

1)故障檢測(cè)率λFDs≥90%；

2)故障隔離率λFIs≥85%；

3)虛警率λFAs≤10%。

3.2 影響因素權(quán)重確定

邀請(qǐng)專家依據(jù)表1所示的判斷尺度，對(duì)各個(gè)測(cè)試性影響因素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣R=[rij]5×5，如表2所示。

表2 判斷矩陣

利用和積法求解判斷矩陣R，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到各測(cè)試性影響因素的權(quán)重為

W=(0.233 7，0.380 0，0.050 4，0.304 7，0.031 1)。

3.3 研制方可達(dá)值估計(jì)

邀請(qǐng)10名相關(guān)裝備領(lǐng)域的技術(shù)專家組成評(píng)價(jià)組，采用10分制評(píng)分規(guī)則，對(duì)新研裝備和相似裝備的測(cè)試性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其中：認(rèn)可度最高為10分，最差為0分，部分專家的評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。

由表3可得新研裝備的評(píng)價(jià)矩陣A和相似裝備的評(píng)價(jià)矩陣B分別為

表3 新研裝備和相似裝備的測(cè)試性評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可以看出：可靠性和其他因素(從j=4開始)的評(píng)價(jià)值與裝備測(cè)試性指標(biāo)成反比，依據(jù)式(2)可得

則研制方可達(dá)的故障檢測(cè)率和故障隔離率分別為

λFDc=λFDs×L=90%×0.997 1=89.74%；
λFIc=λFIs×L=80%×0.997 1=79.77%。

在實(shí)際裝備中，虛警率越小越好,并且λFA為反比例函數(shù)，因此，研制方可達(dá)的虛警率為

λFAc=λFAs/L=10%/0.997 1=10.0%。

3.4 折中確定測(cè)試性指標(biāo)指標(biāo)值

一般地，取折中系數(shù)α=0.6，依據(jù)式(4)，可得折中確定的故障檢測(cè)率、故障隔離率和虛警率分別為

λFDm=αλFDh+(1-α) ×λFDc=0.6×95%+
(1-0.6)×89.74%=92.90%；
λFIm=αλFIh+(1-α) ×λFIc=0.6×90%+
(1-0.6)×79.77%=85.91%；
λFAm=αλFAh+(1-α) ×λFAc=0.6×5%+
(1-0.6)×10.0%=7.01%。

表4為應(yīng)用本文提出的折中方法所確定的測(cè)試性指標(biāo)值與各方對(duì)應(yīng)指標(biāo)值的比較結(jié)果。

表4 各方測(cè)試性指標(biāo)值的比較 %

由表4可以看出：折中方法確定的指標(biāo)值介于部隊(duì)使用方期望指標(biāo)值與相似裝備指標(biāo)值之間，但高于專家對(duì)研制方可達(dá)技術(shù)指標(biāo)的評(píng)估值，較為科學(xué)、合理。

在確定新研裝備測(cè)試性過程中，若裝備使用方按照我軍通用標(biāo)準(zhǔn)提出期望指標(biāo)，如參照外軍三代主戰(zhàn)坦克的測(cè)試性指標(biāo)，則應(yīng)用上述折中方法確定的測(cè)試性指標(biāo)值分別為94.1%、88.9%、5.2%?？紤]到我國國情、現(xiàn)階段裝甲裝備研制企業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)能力，筆者不采用過高的指標(biāo)。

4 結(jié)論

基于綜合因素的裝甲裝備測(cè)試性指標(biāo)確定方法權(quán)衡了部隊(duì)裝備使用方、現(xiàn)有相似裝備及地方研制部門3方面的指標(biāo)，測(cè)試性指標(biāo)估計(jì)模型考慮了部隊(duì)的使用需求、指標(biāo)論證要求(參考相似裝備的試驗(yàn)、使用情況)、研制方意見及相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)專家評(píng)價(jià)全過程，突出考慮了研制方技術(shù)能力的發(fā)展需求，較為科學(xué)且易于被各方接受。

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(責(zé)任編輯: 王生鳳)

Determination Method of Armored Equipment Testability Index Based on Comprehensive Factors

SHAO Si-jie1, JI Wei2, CAO Yong3, XIONG Wei4

(1. Department of Arms Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2. Training Support Regiment, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;3. Department of Control Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 4. PLA Military Representative Office Stationed in 617 Factory, Baotou 014030, China)

Considering all the factors such as the structure characteristic, usage demand of armored equipment, and the ability level of local industrial sector, taking the testability indexes of the advanced equipment as the expectation, the testability indexes of the similar equipment as the standard, and the testability indexes reached by existing technical capacity of local industrial sector as the evaluation value, a mathematical estimation model of testability index is established. The weight of testability index influencing factors is determined applying Analytic Hierarchy Process (AHP), the testability index that is suitable for armored equipment system level is determined applying compromise algorithm to weigh and compromise expectation, standard and evaluation value, which provides reference for determination of the testability index of initial development of armored equipment.

testability index; comprehensive factors; compromise estimate

1672-1497(2017)03-0035-04

2017-03-07

軍隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)目

邵思杰(1968-)，女，副教授，博士。

TJ811； E92

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.03.007