UUV試驗(yàn)評(píng)估組織執(zhí)行體系構(gòu)建與思考

董金鑫, 張東俊, 張 磊, 劉化深

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UUV試驗(yàn)評(píng)估組織執(zhí)行體系構(gòu)建與思考

董金鑫1, 張東俊1, 張 磊1, 劉化深2

(1. 中國(guó)人民解放軍 92337部隊(duì), 遼寧 大連, 116023; 2. 海裝西安局, 陜西 西安, 710054)

在分析無人水下航行器(UUV)試驗(yàn)與評(píng)估需求的基礎(chǔ)上, 按照“開放、共享、權(quán)威、高效”的原則, 提出構(gòu)建以試驗(yàn)評(píng)估中心為主體, 試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)為核心, 面向數(shù)據(jù)的流程為主線, 一體化聯(lián)合試驗(yàn)為主要模式的UUV試驗(yàn)與評(píng)估組織執(zhí)行體系總體構(gòu)想, 并采用系統(tǒng)工程方法對(duì)體系各組成要素的功能、試驗(yàn)與評(píng)估指標(biāo)體系、流程和數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行了論述, 并給出幾點(diǎn)建議, 為推進(jìn)UUV裝備發(fā)展提供支持。

無人水下航行器(UUV); 試驗(yàn)與評(píng)估; 系統(tǒng)工程

0 引言

無人水下航行器(unmanned undersea vehicle, UUV)受到世界各軍事強(qiáng)國(guó)的重視并取得了迅速發(fā)展, 不同用途和類型的UUV裝備大量涌現(xiàn), 不斷給予和強(qiáng)化海上作戰(zhàn)單元的能力, 改變了作戰(zhàn)樣式。由于UUV在功能任務(wù)上具有特殊性和復(fù)雜性, 以及全壽命周期試驗(yàn)鑒定要求, 使其試驗(yàn)與評(píng)估難度和費(fèi)用加大, 建立與UUV裝備發(fā)展和使用需求相適應(yīng)的試驗(yàn)與評(píng)估體系是一個(gè)迫切的現(xiàn)實(shí)問題。試驗(yàn)與評(píng)估體系包含理論方法、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、體制機(jī)制、組織執(zhí)行和力量編成等方面, 文中主要面向UUV裝備研制試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)的一體化, 著眼聯(lián)合任務(wù)能力快速形成, 研究組織執(zhí)行UUV試驗(yàn)與評(píng)估的體系結(jié)構(gòu), 嘗試借鑒系統(tǒng)工程(5W1H)方法說明UUV試驗(yàn)“為什么試、在哪試、誰(shuí)來試、用什么試、試什么、怎么試”。

1 需求分析

1.1 現(xiàn)狀分析

美國(guó)國(guó)防科學(xué)委員會(huì)在《下一代水下無人系統(tǒng)》中建議: “美軍水下戰(zhàn)部門應(yīng)與有關(guān)方面通力合作, 構(gòu)建一個(gè)面向任務(wù)變革和實(shí)驗(yàn)的體系框架, 以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”[1]。美軍水下戰(zhàn)中心基波特(Keyport)分部利用西北部維多利亞灣多樣的環(huán)境和附近班戈海軍潛艇基地的資源優(yōu)勢(shì), 建立了國(guó)家UUV試驗(yàn)評(píng)估中心(national UUV test evaluation center, NUTEC), 目的是“任何地點(diǎn)、任何時(shí)間提供全面、可信、高效費(fèi)比的無人水下航行器試驗(yàn)與評(píng)估服務(wù)”。NUTEC面對(duì)UUV發(fā)展需求和軍事變革帶來的挑戰(zhàn), 不斷完善功能和提高能力, 通過試驗(yàn)手段在全壽命過程中評(píng)估其潛在或需要改進(jìn)的作戰(zhàn)效能和適用性, 努力將無人系統(tǒng)整合到聯(lián)合兵力中去[2]。為提高試驗(yàn)效益, 美軍在上世紀(jì)90年代提出“一體化試驗(yàn)鑒定”理念, 通過對(duì)裝備全壽命周期各階段試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì), 使各階段、各類型試驗(yàn)鑒定有機(jī)結(jié)合與相互銜接, 實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)信息與試驗(yàn)資源的高效利用, 確保裝備試驗(yàn)與評(píng)估的連續(xù)性、充分性與全面性, 實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)鑒定目標(biāo)由完成裝備定型裝備部隊(duì), 向全過程參與裝備研制、全方位考核裝備性能、全壽命跟蹤裝備使用轉(zhuǎn)變。2003年, 美軍正式發(fā)布并推行了一體化試驗(yàn)條例、指示等文件, 應(yīng)用于激光制導(dǎo)炮彈、海爾法反坦克導(dǎo)彈、海軍V-22“魚鷹”等裝備試驗(yàn)鑒定中, 節(jié)省了大量費(fèi)用, 縮短了周期[3-4]。

國(guó)內(nèi)UUV快速發(fā)展, 但試驗(yàn)工作重點(diǎn)還是放在研制方的科研試驗(yàn)和演示驗(yàn)證上, 由于試驗(yàn)機(jī)制和資源所限, 試驗(yàn)階段分割, 以使用方為主體的作戰(zhàn)試驗(yàn)開展得不夠充分, 難以得到作戰(zhàn)效能和適用性等方面的結(jié)論, 限制了UUV的采辦、部署和使用。

1.2 必要性分析

各種UUV的研制方獨(dú)自開展試驗(yàn), 各方重復(fù)投入, 人力、物力資源消耗大, 研制試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn)分段實(shí)施, 部分內(nèi)容重復(fù), 信息缺少共享, 也加大了資源耗費(fèi), 延長(zhǎng)了試驗(yàn)周期。面向軍民融合實(shí)現(xiàn)全壽命一體化試驗(yàn)與評(píng)估, 需要開放、共享的試驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供服務(wù)。面向能力和體系的實(shí)戰(zhàn)化檢驗(yàn)需求與試驗(yàn)資源的矛盾日益突出, 作戰(zhàn)試驗(yàn)要求構(gòu)建真實(shí)或近似真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境, 尤其是聯(lián)合任務(wù)環(huán)境, 以演示和驗(yàn)證UUV能夠提供遞增的、認(rèn)可的和預(yù)先的能力, 引起潛在使用者的興趣, 使用戶盡快獲得能力, 需要功能完備、保障齊全的試驗(yàn)系統(tǒng)。UUV快速發(fā)展帶來采購(gòu)正規(guī)化需求, 研制方試驗(yàn)的可信性和作戰(zhàn)方試驗(yàn)的充分性受到質(zhì)疑, 需要獨(dú)立、權(quán)威的第三方作為試驗(yàn)主體提供試驗(yàn)與評(píng)估結(jié)論。發(fā)揮試驗(yàn)與評(píng)估的牽引作用, UUV試驗(yàn)與評(píng)估要與其研制進(jìn)程、技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用改進(jìn)同步, 分享和反饋試驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn), 研究制定UUV試驗(yàn)與評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)和方法, 以及綜合技術(shù)保障, 需要一支配置合理、技術(shù)精湛的專業(yè)技術(shù)力量。

1.3 試驗(yàn)?zāi)芰π枨?/h3>

UUV與水下武器的試驗(yàn)?zāi)芰π枨笥泻芏嘞嗤? 但也有不同, 如在使用范圍、目標(biāo)特征、傳感器載荷等方面, UUV的種類劃分有很多, 每種UUV試驗(yàn)與評(píng)估都有獨(dú)特的需求, 也有很多方面是相同的, 基本試驗(yàn)保障能力需求有[5]: 1) 要求試驗(yàn)海區(qū)面積廣闊、條件多樣、安全可控、易于保障, 甚至需要固定場(chǎng)與移動(dòng)場(chǎng)相結(jié)合; 2) 被試品實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)監(jiān)控; 3) 水下精確定位、導(dǎo)航、跟蹤以及近距目標(biāo)相對(duì)位置測(cè)量; 4) 無線通信(包括衛(wèi)通、短波、超短波等)、水聲通信(包括用于發(fā)射和接收的浮標(biāo)、潛標(biāo)、水下固定基陣等)等組成的試驗(yàn)指揮控制通信網(wǎng)絡(luò); 5) 特征測(cè)量, 包括輻射噪聲、聲目標(biāo)強(qiáng)度以及電、壓、磁等, 對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力模塊、導(dǎo)航模塊、傳感器模塊的測(cè)試能力, 能夠完成各種環(huán)境下的傳感器激勵(lì)試驗(yàn); 6) 面向任務(wù)的目標(biāo)和環(huán)境構(gòu)設(shè)能力, 包括各類艦艇、航行器、飛行器等動(dòng)態(tài)目標(biāo), 水下障礙物等固定目標(biāo), 水聲干擾器、頻譜可調(diào)寬帶聲源等干擾威脅目標(biāo); 7) 多種、多形式UUV停泊、布放和回收能力, 以及出現(xiàn)故障時(shí), 水面或海底打撈能力; 8) 需要對(duì)大量被試品監(jiān)測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)的收集、處理、存儲(chǔ)、管理和分發(fā)能力, 在保障數(shù)據(jù)安全的同時(shí)要能快速傳送; 9) 與外場(chǎng)同步的被試品建模仿真、試驗(yàn)預(yù)演、任務(wù)規(guī)劃能力; 10) 各種應(yīng)用場(chǎng)景的海洋數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù), 包括聲場(chǎng)傳播、海底底質(zhì)、洋流等; 11) 便攜式試驗(yàn)設(shè)備, 滿足遠(yuǎn)程、無保障或支持的試驗(yàn); 12) 多UUV集群試驗(yàn)?zāi)芰? 以及聯(lián)合任務(wù)的接入能力; 13) 分布試驗(yàn)的跨地域試驗(yàn)資源互聯(lián)能力, 以及與仿真系統(tǒng)和訓(xùn)練系統(tǒng)的互聯(lián)互通; 14) UUV維護(hù)調(diào)試、操作人員訓(xùn)練、試驗(yàn)人員生活保障、環(huán)境危害評(píng)估等能力; 15) 從事試驗(yàn)技術(shù)研究和專業(yè)技術(shù)保障的人力資源。

試驗(yàn)場(chǎng)地的選取取決于UUV試驗(yàn)考核內(nèi)容和應(yīng)用環(huán)境, 必須根據(jù)UUV遂行任務(wù)要求選取真實(shí)或近似真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境, 大部分UUV的應(yīng)用環(huán)境是在海上, 科研和調(diào)試可在水池或水深環(huán)境合適的大型湖泊中進(jìn)行, 而驗(yàn)收定型試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)必須在海上試驗(yàn)場(chǎng)完成。固定水下試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)投入大、周期長(zhǎng), 不但要考慮環(huán)境符合性和多樣性需求, 還需考慮已有建設(shè)基礎(chǔ)和充分的保障條件, 如附近有大型艦艇基地, 可提供平臺(tái)、碼頭、人員、訓(xùn)練和目標(biāo)環(huán)境構(gòu)設(shè)等支持。事實(shí)上, 固定場(chǎng)很難同時(shí)滿足多種UUV試驗(yàn)環(huán)境需求, 多采用固定場(chǎng)和活動(dòng)場(chǎng)相結(jié)合的模式, 如: 對(duì)水聲監(jiān)視偵察型UUV根據(jù)使用需求要在聲速均勻分布、負(fù)梯度分布、躍變層、深海聲道等多種典型聲傳播條件考核其性能, 不同地區(qū)聲場(chǎng)傳播條件不同, 即使是同一地區(qū), 也在隨時(shí)間變化, 因此, 在固定場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 經(jīng)常采用機(jī)動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ介_設(shè)臨時(shí)試驗(yàn)場(chǎng), 在具有典型測(cè)試環(huán)境的海域開展試驗(yàn), 由試驗(yàn)保障船提供支持; 反水雷型UUV主要工作在淺海, 需要不同的海底底質(zhì)、流速、障礙物等試驗(yàn)條件和對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的精確測(cè)量數(shù)據(jù); 察打一體型UUV對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)的范圍和安控有要求; 滑翔式海洋環(huán)境測(cè)量UUV需要一定的水深、流速、海況等試驗(yàn)條件。

2 功能與結(jié)構(gòu)

2.1 組成功能

UUV試驗(yàn)與評(píng)估組織執(zhí)行體系要素包括UUV試驗(yàn)評(píng)估中心、UUV試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)和面向數(shù)據(jù)的試驗(yàn)流程。試驗(yàn)評(píng)估中心作為試驗(yàn)與評(píng)估的主體和組織管理機(jī)構(gòu), 是體系的頭腦; 試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)是試驗(yàn)與評(píng)估的實(shí)施平臺(tái), 是體系的軀干; 面向數(shù)據(jù)的試驗(yàn)流程是試驗(yàn)與評(píng)估活動(dòng)的過程主線, 是試驗(yàn)與評(píng)估的血液和神經(jīng)(見圖1)[6-7]。

試驗(yàn)評(píng)估中心負(fù)責(zé)試驗(yàn)評(píng)估的組織、實(shí)施、管理和決策, 可作為第三方完成獨(dú)立、權(quán)威的試驗(yàn)鑒定活動(dòng), 為全壽命采辦決策點(diǎn)提供支持, 如定型、生產(chǎn)、部署和改裝等。中心介入U(xiǎn)UV全壽命活動(dòng), 領(lǐng)導(dǎo)組織一體化試驗(yàn)與評(píng)估, 包括策略計(jì)劃的制定、實(shí)施和管理。中心采用開放式(資源開放、服務(wù)開放、標(biāo)準(zhǔn)開放)架構(gòu), 為通過審核的申請(qǐng)方提供試驗(yàn)與評(píng)估服務(wù), 在對(duì)試驗(yàn)質(zhì)量控制和信息管理的同時(shí), 還開展UUV試驗(yàn)理論、技術(shù)和方法等研究, 面向研制方和使用方制定和發(fā)布促進(jìn)互操作、共用性、模塊化的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、通用操作系統(tǒng)和操作使用指南等。

試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)的功能是在一定條件下對(duì)被試品進(jìn)行一系列的內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn), 獲得足夠、有效的數(shù)據(jù), 并對(duì)被試品技術(shù)指標(biāo)符合度、使用性能和適用性進(jìn)行評(píng)估。試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)是試驗(yàn)場(chǎng)的重要組成部分, 包括試驗(yàn)總體和需求分析系統(tǒng)、試驗(yàn)指揮通信系統(tǒng)、試驗(yàn)環(huán)境構(gòu)設(shè)系統(tǒng)、仿真試驗(yàn)系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)分析與評(píng)估系統(tǒng)以及勤務(wù)保障系統(tǒng)等。

細(xì)化上述試驗(yàn)?zāi)芰π枨蠓治? 以察打一體型UUV為例, 具體說明海上作戰(zhàn)試驗(yàn)所需主要手段設(shè)施: 需要水聲通信系統(tǒng)用于低速率近距離水下通信指揮和打撈定位, 短波、超短波通信系統(tǒng)用于中遠(yuǎn)距離水面指揮通信, 衛(wèi)星通信系統(tǒng)用于水上大帶寬遠(yuǎn)距離試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)距離通信指揮, 以及相應(yīng)的指揮控制、數(shù)據(jù)鏈和時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)等; 水下位置軌跡測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)機(jī)動(dòng)、武器使用等試驗(yàn)所需精度不同, 需要投放式長(zhǎng)基線、短基線水下定位系統(tǒng)或固定基陣水下定位系統(tǒng), 還需具有水下導(dǎo)航、彈道測(cè)量、態(tài)勢(shì)監(jiān)控等功能; 遙測(cè)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過UUV自身傳感器(慣導(dǎo)、測(cè)速儀等)推算位置和記錄姿態(tài)、狀態(tài)數(shù)據(jù), 采用在線上傳或離線下載獲取數(shù)據(jù); 需有用于海上調(diào)試和探測(cè)精度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)聲源, 除配合試驗(yàn)的實(shí)船(艇)外, 還需一定數(shù)量的實(shí)體靶、尺度靶、活動(dòng)靶(可模擬潛艇、水面艦艇等的噪聲、回聲、運(yùn)動(dòng)特性)用于武器試驗(yàn)和目標(biāo)威脅模擬器(主動(dòng)脈沖發(fā)生器、水聲寬帶干擾器等)用于構(gòu)設(shè)作戰(zhàn)環(huán)境以及編隊(duì)、體系試驗(yàn); 需具有指揮控制、發(fā)射回收和打撈平臺(tái)(艦艇、保障船等)、停靠設(shè)施及保障服務(wù)(港口、碼頭、拖船、維護(hù)車間和倉(cāng)房, 提供充放電、供油和供氣能源補(bǔ)給等保障)。根據(jù)此類UUV具體性能和試驗(yàn)要求, 還可能需有水下高速通信系統(tǒng)、水下信息網(wǎng)絡(luò)和柵格、水下能源補(bǔ)給設(shè)施、水下光學(xué)成像系統(tǒng)以及動(dòng)態(tài)試驗(yàn)環(huán)境構(gòu)設(shè)系統(tǒng)(用于環(huán)境自適應(yīng)和自主能力試驗(yàn))等手段能力。

基于數(shù)據(jù)的試驗(yàn)流程反映了試驗(yàn)與評(píng)估活動(dòng)的目標(biāo)和過程, 試驗(yàn)與評(píng)估活動(dòng)整體上是圍繞數(shù)據(jù)的需求分析、生成獲取、傳遞轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)處理、分析研究和利用反饋而進(jìn)行的, 包括技術(shù)資料、大綱方法、試驗(yàn)文件、測(cè)量數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和情報(bào)信息等, 將數(shù)據(jù)變成信息支撐研制和采辦決策, 必須保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、完整性、準(zhǔn)確性和有效性。UUV是科技快速發(fā)展的產(chǎn)物, 全壽命的各個(gè)環(huán)節(jié)綜合利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)、建模仿真等信息技術(shù), 產(chǎn)生了大量多類異源數(shù)據(jù)。共享試驗(yàn)數(shù)據(jù)是達(dá)成一體化試驗(yàn)主要途徑之一, 通過流程控制和業(yè)務(wù)管理對(duì)UUV的各方面信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和集成化, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一次生成, 多次傳遞使用, 提高信息數(shù)據(jù)的共享和可再利用性。

2.2 試驗(yàn)與評(píng)估指標(biāo)體系

構(gòu)建清晰明確、結(jié)構(gòu)合理的試驗(yàn)與評(píng)估指標(biāo)體系是保證試驗(yàn)組織活動(dòng)有序開展的基礎(chǔ), 是試驗(yàn)與評(píng)估計(jì)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施的基本依據(jù)。對(duì)各種UUV試驗(yàn)與評(píng)估指標(biāo)確立的依據(jù)主要包括研制總要求、研制任務(wù)書、技術(shù)規(guī)格書、試驗(yàn)大綱和方法、國(guó)家和軍隊(duì)有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn), 以及用戶提出的試驗(yàn)與評(píng)估需求。不同類型和不同任務(wù)剖面下的UUV考核內(nèi)容不盡相同, 還與不同階段的試驗(yàn)(研制試驗(yàn)、性能試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)等)及其性質(zhì)(演示驗(yàn)證、探索發(fā)現(xiàn)等)相關(guān)。指標(biāo)體系構(gòu)建往往以使命任務(wù)需求為初始輸入, “由頂向下”逐層分解, 再根據(jù)評(píng)估需求“由底向上”地聚合, 經(jīng)多次迭代, 最終形成與目標(biāo)匹配的試驗(yàn)與評(píng)估指標(biāo)體系。

裝備指標(biāo)一般分為戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能和戰(zhàn)術(shù)使用性能, 此處將UUV的試驗(yàn)與評(píng)估指標(biāo)體系分為技術(shù)性能指標(biāo)、任務(wù)效能指標(biāo)和作戰(zhàn)適用性指標(biāo)三方面(見圖2)[8]。

1) UUV技術(shù)性能指標(biāo): 說明UUV的技術(shù)狀態(tài)。主要包括尺度特性、目標(biāo)特性、動(dòng)力學(xué)特性、導(dǎo)航定位精度、自主能力、布放回收能力、工作范圍和時(shí)間, 以及傳感器指標(biāo)、性能極限和安全極限指標(biāo)。

2) UUV任務(wù)效能指標(biāo): UUV在規(guī)劃的或預(yù)期的使用環(huán)境中, 考慮綜合情況, 由有代表性的人員使用時(shí), 系統(tǒng)完成任務(wù)的全面能力的量度。主要包括任務(wù)完成率、覆蓋范圍和覆蓋率、打擊毀傷能力、易損性和生存性。

3) UUV作戰(zhàn)適用性指標(biāo): UUV能被滿意地投入使用并維持的程度。主要包括可靠性、可維修性、可保障性、可測(cè)試性(系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和故障定位)、可運(yùn)輸性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、互操作性和兼容性、人機(jī)適配性和適用性、資料和備品完備性、經(jīng)濟(jì)性(全壽命周期的費(fèi)用等)、戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)時(shí)利用率。

以被動(dòng)水聲偵察UUV為例說明指標(biāo)構(gòu)成, 技術(shù)性能指標(biāo)主要有平臺(tái)自噪聲、輻射噪聲、聲目標(biāo)強(qiáng)度、最大航速、理論系統(tǒng)工作時(shí)間和最大工作深度等總體性能指標(biāo), 以及探測(cè)范圍和邊界、發(fā)現(xiàn)距離、跟蹤距離、測(cè)向精度、方位分辨率和目標(biāo)跟蹤數(shù)目等探測(cè)性能指標(biāo); 任務(wù)效能指標(biāo)主要有任務(wù)完成率、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)率、分類識(shí)別正確率、虛警率和覆蓋率等; 作戰(zhàn)適用性指標(biāo)主要有系統(tǒng)出航可靠性、出航可用性、水文環(huán)境適應(yīng)性、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和故障定位能力等。

總體性能、探測(cè)性能和導(dǎo)航性能等技術(shù)性能評(píng)定方法的理論基礎(chǔ)是概率統(tǒng)計(jì)學(xué), 依據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范試驗(yàn)與評(píng)定, 主要采用定量計(jì)算分析的方法, 如回轉(zhuǎn)半徑、方位分辨率和慣導(dǎo)圓概率誤差等; 任務(wù)效能和適用性評(píng)估主要采用定量與定性相結(jié)合的方法, 主要有性能參數(shù)法、解析法和對(duì)抗法, 具體可在試驗(yàn)與評(píng)估的理論方法體系和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系中加以研究構(gòu)建。

值得關(guān)注的是, 隨著UUV自主化、智能化和集群化能力的提高, 需要開展相應(yīng)的評(píng)估, 以說明一定條件下UUV獨(dú)立實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的程度和能力, 自主能力涉及UUV感知、判斷、決策和行動(dòng)全過程, 考核評(píng)估的主要內(nèi)容有傳感器自主跟蹤標(biāo)定和自動(dòng)補(bǔ)償功能、高精度自主導(dǎo)航與避碰、目標(biāo)和威脅的感知和識(shí)別、任務(wù)的自主規(guī)劃和優(yōu)化、編隊(duì)狀態(tài)自適應(yīng)性和協(xié)同能力, 以及自主回收、自主能源補(bǔ)充等。

2.3 組織流程

在裝備全壽命中, 試驗(yàn)鑒定與漸進(jìn)式采辦是交織進(jìn)行、相輔相成、動(dòng)態(tài)進(jìn)化的, 試驗(yàn)活動(dòng)始終是在尋求資源、質(zhì)量、進(jìn)度及效果的最優(yōu), 要在試驗(yàn)中結(jié)合實(shí)際情況達(dá)成最佳試驗(yàn)效益, 研制試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn)一體化是重要方法之一。研制試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn)在試驗(yàn)主體、環(huán)境和評(píng)估內(nèi)容等方面存在區(qū)別, 研制試驗(yàn)由研制方實(shí)施, 被試品是原型機(jī)或試驗(yàn)機(jī), 在受控環(huán)境考核技術(shù)指標(biāo), 而作戰(zhàn)試驗(yàn)由使用方實(shí)施, 研制方參與輔助, 被試品是生產(chǎn)產(chǎn)品, 在典型任務(wù)環(huán)境考核效能和適用性。研制試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn)的一體化決定了各自的試驗(yàn)內(nèi)容和目標(biāo)都有延伸, 兩類試驗(yàn)差異性決定了開展一體化試驗(yàn), 產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)或狀態(tài)通過控制必須符合各自的試驗(yàn)條件、方法、樣本量和精度等要求, 一般選取正樣或設(shè)計(jì)定型產(chǎn)品, 在具有任務(wù)背景的可控環(huán)境下, 在定型階段實(shí)施一體化試驗(yàn)。

中心負(fù)責(zé)一體化試驗(yàn)組織, 針對(duì)具體UUV試驗(yàn)項(xiàng)目或任務(wù)牽頭成立一體化工作組, 研制方與使用方參加, 制定一體化工作目標(biāo)和規(guī)劃, 統(tǒng)籌試驗(yàn)安排和項(xiàng)目, 管理試驗(yàn)進(jìn)度和資源, 并在工作流程中實(shí)現(xiàn)。早期介入項(xiàng)目論證研制, 在任務(wù)研究中提出一體化試驗(yàn)策略, 在準(zhǔn)備中共同制定一體化試驗(yàn)計(jì)劃和建立聯(lián)合試驗(yàn)環(huán)境, 在實(shí)施中組織兵力構(gòu)建聯(lián)合試驗(yàn)任務(wù)空間, 執(zhí)行一體化試驗(yàn)計(jì)劃, 到最后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)的一體化分析評(píng)估和多目標(biāo)應(yīng)用。

按照霍爾系統(tǒng)工程三維結(jié)構(gòu), 從時(shí)間維、知識(shí)維和邏輯維考慮試驗(yàn)與評(píng)估流程框架, 將流程概括為一個(gè)研究、準(zhǔn)備、實(shí)施、綜合、拓展五步走的過程(見圖3), 這是抽象化的一般流程, 具體可根據(jù)需要裁減、嵌套、迭代和細(xì)化[9-10]。

1) 任務(wù)研究。分析試驗(yàn)任務(wù)、條件保障需求和能力等關(guān)鍵問題, 確定試驗(yàn)與評(píng)估目標(biāo), 制定試驗(yàn)與評(píng)估策略和總體計(jì)劃。如果缺少明確的大綱和方法, 則需根據(jù)試驗(yàn)與評(píng)估任務(wù)目標(biāo)、研制任務(wù)書和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn), 聯(lián)合研制方、試驗(yàn)方和使用方共同研究制定一體化試驗(yàn)大綱和方法, 并需得到權(quán)威審核認(rèn)可。在確定試驗(yàn)任務(wù)要求的同時(shí), 輸出試驗(yàn)需求評(píng)估報(bào)告和試驗(yàn)總體任務(wù)書。

2) 試驗(yàn)準(zhǔn)備。主要有3方面工作: 一是試驗(yàn)預(yù)演、驗(yàn)前分析; 二是試驗(yàn)資源調(diào)配; 三是被試品調(diào)試。試驗(yàn)預(yù)演可利用仿真試驗(yàn)系統(tǒng), 完成試驗(yàn)想定和設(shè)計(jì), 確定所需數(shù)據(jù)的類型和數(shù)量, 以及期望或預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果, 分析試驗(yàn)與評(píng)估所需手段。需要根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)選擇試驗(yàn)場(chǎng)地, 構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境和準(zhǔn)備測(cè)控設(shè)備設(shè)施。掌握被試品的狀態(tài)是否滿足試驗(yàn)條件, UUV海試準(zhǔn)備需按陸上調(diào)試(含衡重測(cè)試)—水池試驗(yàn)—湖上試驗(yàn)—海上試驗(yàn)的次序進(jìn)行, 每一步完成后才能進(jìn)行下一步, 要注意試驗(yàn)的可行性、目的性和預(yù)見性。輸出試驗(yàn)預(yù)演報(bào)告和試驗(yàn)實(shí)施計(jì)劃、數(shù)據(jù)需求表、流程圖和時(shí)間表, 以及安控、后備和應(yīng)急方案。

3) 試驗(yàn)實(shí)施。其重點(diǎn)包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集管理和試驗(yàn)控制決策兩方面。按一體化試驗(yàn)計(jì)劃和方法程序建立指揮機(jī)構(gòu)管理試驗(yàn)進(jìn)度, 在數(shù)據(jù)管理中要確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的有效性和充分性。轉(zhuǎn)階段決策點(diǎn)要審查工作完成情況和下階段準(zhǔn)備情況, 決定項(xiàng)目是否啟動(dòng)、繼續(xù)、調(diào)整或中止, 要注意海試氣象和環(huán)境的不確定性, 以及試驗(yàn)過程和條件的記錄。輸出試驗(yàn)任務(wù)報(bào)告和試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告。

4) 綜合評(píng)估。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)(包括內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù))與試驗(yàn)前分析數(shù)據(jù)進(jìn)行比較, 根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃和評(píng)估內(nèi)容處理數(shù)據(jù), 使其轉(zhuǎn)化為各方所需的評(píng)估或決策信息。當(dāng)測(cè)得的結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不一致時(shí), 需檢查試驗(yàn)條件和程序以確定原因。應(yīng)注意試驗(yàn)條件和環(huán)境的明確, 拓展外推效能和適用性時(shí)尤其要說明成立條件, 輸出試驗(yàn)任務(wù)報(bào)告和數(shù)據(jù)報(bào)告。

5) 應(yīng)用拓展。綜合運(yùn)用試驗(yàn)等信息生產(chǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品和提高試驗(yàn)水平, 針對(duì)不同的用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行裁減、處理和加工, 使其變成有針對(duì)性的信息產(chǎn)品, 例如操作手冊(cè)、使用指南和訓(xùn)練教程等, 把信息反饋到裝備的研制方和使用方, 支持其他聯(lián)合試驗(yàn), 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享循環(huán)應(yīng)用。

3 幾點(diǎn)建議

1) 建立使命職能與功能能力相適應(yīng)的高層次UUV試驗(yàn)評(píng)估中心。一是在試驗(yàn)鑒定體系頂層設(shè)計(jì)框架下, 按照開放共享的原則, 依托現(xiàn)有機(jī)構(gòu)和資源成立UUV試驗(yàn)評(píng)估中心, 賦予中心明確的UUV試驗(yàn)與評(píng)估職能, 確立其主導(dǎo)地位, 構(gòu)建既相對(duì)獨(dú)立又服務(wù)于研制和采辦的組織執(zhí)行體系; 二是健全運(yùn)行和管理機(jī)制, 明確機(jī)構(gòu)權(quán)責(zé), 形成試驗(yàn)組織決策、項(xiàng)目管理、信息管理和咨詢督導(dǎo)等規(guī)范機(jī)制, 堅(jiān)持質(zhì)量至上, 以質(zhì)量管理體系規(guī)范工作, 使試驗(yàn)與評(píng)估行為成為有組織、高層次、權(quán)威的活動(dòng)。

2) 制定以任務(wù)和能力需求為牽引的UUV試驗(yàn)與評(píng)估能力發(fā)展規(guī)劃。一是研究擬制UUV試驗(yàn)與評(píng)估體系發(fā)展規(guī)劃路線圖, 在準(zhǔn)確把握我國(guó)水下無人平臺(tái)發(fā)展方向和重點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 統(tǒng)籌規(guī)劃近期任務(wù)急需和長(zhǎng)期能力建設(shè), 確立UUV發(fā)展路線圖與UUV試驗(yàn)?zāi)芰π枨蟮挠成潢P(guān)系, 清楚闡述UUV試驗(yàn)與評(píng)估能力建設(shè)目標(biāo)和遠(yuǎn)景; 二是由任務(wù)驅(qū)動(dòng)向基于能力發(fā)展轉(zhuǎn)變, 應(yīng)對(duì)UUV試驗(yàn)任務(wù)加速增長(zhǎng)和面向能力試驗(yàn)提出的挑戰(zhàn), 從貼近實(shí)戰(zhàn)出發(fā)分析差距, 從形成能力體系出發(fā)確定建設(shè)內(nèi)容, 提高能力完備性, 滿足快速承擔(dān)多樣化任務(wù)的需求; 三是謀劃創(chuàng)新服務(wù)和發(fā)展方向, 制定軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略, 建立試驗(yàn)信息服務(wù)平臺(tái), 審核各方試驗(yàn)與評(píng)估需求, 定期發(fā)布試驗(yàn)?zāi)芰χ改虾鸵?guī)劃。根據(jù)實(shí)際和發(fā)展需求推動(dòng)將試驗(yàn)與評(píng)估能力擴(kuò)展至水下無人系統(tǒng)(UUS), 將功能向試驗(yàn)、訓(xùn)練、研究等多領(lǐng)域拓展。

3) 全面加強(qiáng)試驗(yàn)與評(píng)估系統(tǒng)和保障條件建設(shè)應(yīng)用。一是提升綜合試驗(yàn)保障能力, 擴(kuò)大試驗(yàn)場(chǎng)范圍和類型, 著力提高水下試驗(yàn)場(chǎng)的透明度, 重點(diǎn)建設(shè)高精度水下測(cè)量定位系統(tǒng)、完備的靶標(biāo)譜系、虛實(shí)結(jié)合的仿真試驗(yàn)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程部署和快速機(jī)動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng); 二是構(gòu)建邏輯靶場(chǎng), 適應(yīng)體系能力試驗(yàn)需求, 推廣靶場(chǎng)公共體系結(jié)構(gòu), 確保與其他試驗(yàn)資源的互聯(lián)、互通和互操作, 形成聯(lián)合分布式任務(wù)環(huán)境, 實(shí)現(xiàn)跨地域、跨體系的試驗(yàn)與評(píng)估; 三是應(yīng)用系統(tǒng)為實(shí)戰(zhàn)化檢驗(yàn)提供支持, 利用各種復(fù)雜任務(wù)環(huán)境、演練對(duì)抗條件, 開展互操作性、作戰(zhàn)適用性、體系適配性以及有人和無人編組等的試驗(yàn)與評(píng)估, 加速UUV與現(xiàn)有和將來的作戰(zhàn)力量整合[11]。

4) 建立專業(yè)的UUV試驗(yàn)與評(píng)估人材隊(duì)伍。一是發(fā)揮UUV試驗(yàn)活動(dòng)技術(shù)密集、創(chuàng)新性強(qiáng)和專業(yè)交叉的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì), 培養(yǎng)組建一支由試驗(yàn)指揮、試驗(yàn)技術(shù)、作戰(zhàn)運(yùn)用、操作使用和維護(hù)保障等各類專業(yè)人才構(gòu)成, 梯次合理、業(yè)務(wù)精深、相對(duì)穩(wěn)定的UUV試驗(yàn)隊(duì)伍; 二是成立UUV試驗(yàn)與評(píng)估咨詢委員會(huì)以及試驗(yàn)執(zhí)行指導(dǎo)組, 全方位開展試驗(yàn)研究, 審查試驗(yàn)方案, 指導(dǎo)試驗(yàn)實(shí)施, 監(jiān)督試驗(yàn)進(jìn)程; 三是依托中心作為UUV技術(shù)交流和合作平臺(tái), 加強(qiáng)信息溝通, 健全人才培養(yǎng)、交流和引進(jìn)的機(jī)制, 創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境, 吸引軍地、內(nèi)外人員參與試驗(yàn)和研究, 形成UUV試驗(yàn)與評(píng)估領(lǐng)域和學(xué)科群。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中借鑒美軍UUV試驗(yàn)評(píng)估中心和試驗(yàn)鑒定體系, 構(gòu)建了UUV試驗(yàn)與評(píng)估的組織執(zhí)行體系, 為在UUV試驗(yàn)鑒定領(lǐng)域開展軍民融合和UUV裝備快速發(fā)展提供支持。為應(yīng)對(duì)UUV裝備快速發(fā)展帶來的軍事變革, 必須狠抓需求論證和試驗(yàn)鑒定2個(gè)呼應(yīng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。真正形成UUV試驗(yàn)鑒定體系還需在理論方法、體制機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等方面加強(qiáng)研究建設(shè), 才能達(dá)到節(jié)約采辦費(fèi)用、提高采辦效率、增強(qiáng)裝備效能和提升技術(shù)水平的目的。

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(責(zé)任編輯: 陳 曦)

Discussion about Construction of Organization and Execution System Architecture for UUV Test and Evaluation

DONG Jin-xin, ZHANG Dong-jun, ZHANG Lei, LIU Hua-shen

(1. 92337thUnit, the People′s Liberation Army of China, Dalian 116023, China; 2. Xi￠an Bureau of Naval Equipment Department, Xi￠an 710054, China)

This paper analyzes the requirements of unmanned undersea vehicle(UUV) test and evaluation, and further presents an overall scheme for constructing an organization and execution system architecture of UUV test and evaluation following the principle of “open, shared, authoritative, and efficient”. The system architecture includes the test and evaluation center, the test and evaluation system, the data-based process, and the integrated joint test mode. The fundamental elements are discussed with system engineering method in terms of the function, specification system of test and evaluation, working process, data, and so on. Moreover, some suggestions about UUV test and evaluation are offered to support the development of UUV equipment.

unmanned undersea vehicle(UUV); test and evaluation; system engineering

TJ630.6; N945

A

2096-3920(2018)01-0063-07

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.01.011

董金鑫, 張東俊, 張磊, 等. UUV試驗(yàn)評(píng)估組織執(zhí)行體系構(gòu)建與思考[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2018, 26(1): 63-69.

2017-09-30;

2017-12-18.

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目資助(2017M613384).

董金鑫(1975-), 男, 碩士, 高級(jí)工程師, 主要研究方向?yàn)檠b備試驗(yàn)鑒定技術(shù).