航天產(chǎn)品性能樣機(jī)VV&A過程研究

高 山，薛惠鋒，張 普，左 軒

(西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，陜西 西安 710129)

1 引言

航天產(chǎn)品的性能評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通常需要通過飛行試驗(yàn)來完成，數(shù)字樣機(jī)技術(shù)是復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)的有效手段之一。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，降低開發(fā)成本，有必要在航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的早期構(gòu)建數(shù)字化性能樣機(jī)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真建模、測(cè)試與分析。

近年來，我國(guó)科研工作者圍繞航天產(chǎn)品性能樣機(jī)做了大量研究，大都圍繞性能樣機(jī)的建模理論和建模方法，如文獻(xiàn)[1]中介紹了一種多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化建模方法，文獻(xiàn)[2]中介紹了一種基于本體的協(xié)同建模方法，文獻(xiàn)[3]中介紹了一種混合建模方法。性能樣機(jī)的建模方法固然重要，但性能樣機(jī)的可信度也非常重要。沒有經(jīng)過可信度評(píng)估的仿真模型是不可靠的，脫離可信度討論仿真模型也是沒有意義的。航天產(chǎn)品性能樣機(jī)的核心是在計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境中構(gòu)建的仿真模型，因此，仿真模型的可信性就代表了性能樣機(jī)的可信性。如果不對(duì)性能樣機(jī)進(jìn)行可信度評(píng)估，那么就有可能造成性能樣機(jī)仿真結(jié)果的錯(cuò)誤，增大性能樣機(jī)產(chǎn)品開發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)，甚至給實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)和生產(chǎn)帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)航天產(chǎn)品性能樣機(jī)進(jìn)行可信度評(píng)估是非常必要的。所以本文從確保航天產(chǎn)品性能樣機(jī)可靠性和可信度的角度出發(fā)，對(duì)性能樣機(jī)的VV&A進(jìn)行初步的研究。

2 航天產(chǎn)品性能樣機(jī)的定義和VV&A介紹

2.1 航天產(chǎn)品性能樣機(jī)定義研究

國(guó)標(biāo)GB/T26100-2010《機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)通用要求》中對(duì)數(shù)字樣機(jī)的定義為：對(duì)產(chǎn)品功能獨(dú)立的子系統(tǒng)或整機(jī)進(jìn)行數(shù)字化描述，這種描述不僅反映了產(chǎn)品對(duì)象的幾何屬性，還至少在某一領(lǐng)域反映了產(chǎn)品對(duì)象的功能和性能[4]。數(shù)字樣機(jī)是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，對(duì)比傳統(tǒng)的物理樣機(jī)，數(shù)字樣機(jī)是在虛擬環(huán)境中以計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化仿真模型，且同物理樣機(jī)一樣可以展示產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)、功能、性能、行為等特性。

數(shù)字樣機(jī)按照用途或使用目的進(jìn)行分類可分為幾何樣機(jī)、功能樣機(jī)、和性能樣機(jī)。幾何樣機(jī)側(cè)重于產(chǎn)品的幾何描述，功能樣機(jī)側(cè)重于產(chǎn)品的功能描述，性能樣機(jī)側(cè)重于產(chǎn)品的性能描述。幾何樣機(jī)、功能樣機(jī)和性能樣機(jī)的主要區(qū)別如圖1所示[5]。

圖1 數(shù)字樣機(jī)按照用途分類

目前國(guó)內(nèi)對(duì)航天產(chǎn)品性能樣機(jī)的定義還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)航天產(chǎn)品性能樣機(jī)定義為：以CAE/CFD技術(shù)為核心，在幾何樣機(jī)和功能樣機(jī)基礎(chǔ)上，依據(jù)航天產(chǎn)品性能指標(biāo)要求，利用相關(guān)專業(yè)軟件、工具、平臺(tái)等對(duì)航天產(chǎn)品研制各階段的性能指標(biāo)進(jìn)行分析、驗(yàn)證與優(yōu)化，所形成的仿真模型、虛擬環(huán)境和仿真數(shù)據(jù)結(jié)果的集合。

性能樣機(jī)研發(fā)的主要目的是用來替代物理樣機(jī)，利用計(jì)算機(jī)環(huán)境模擬和計(jì)算航天器在飛行過程中的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)力等性能參數(shù)，從而對(duì)航天器不同飛行工況下的性能表現(xiàn)做出分析與評(píng)估。

2.2 VV&A和可信度評(píng)估的概念

VV&A是校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(Verification，Validation，and Accreditation)的縮寫，是一系列檢驗(yàn)仿真模型可靠性與可信度的活動(dòng)的總稱，它貫穿于模型開發(fā)的整個(gè)生命周期。其中，“校核”解決“是否正確地建立了模型”的問題，即檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷囊环N形式到另一種形式的轉(zhuǎn)變過程是否正確。例如由需求文檔向概念模型的轉(zhuǎn)變過程，或由概念模型向計(jì)算機(jī)模型的轉(zhuǎn)變過程?！膀?yàn)證”解決“建立的模型是否正確”的問題，即仿真模型在其適用的范圍內(nèi)，是否符合該仿真模型建立的目的，是否符合該仿真模型應(yīng)用的目標(biāo)；確認(rèn)是仿真模型可用于特定用途的官方證明[6]。

可信度就是由仿真系統(tǒng)與原型系統(tǒng)之間相似性決定的，仿真系統(tǒng)與仿真目的相適應(yīng)的程度[7]。仿真可信度是衡量仿真模型的可靠度，并決定該模型是否可以被接受和應(yīng)用的重要指標(biāo)?？尚哦仍u(píng)估可以通過VV&A來實(shí)現(xiàn)，或者從某種意義上來說，VV&A就是可信度評(píng)估。VV&A本質(zhì)上不止是一個(gè)活動(dòng)，它更是一個(gè)過程，并貫穿于仿真系統(tǒng)全生命周期中。VV&A的目的是提高仿真系統(tǒng)的可信度，在仿真系統(tǒng)的全生命周期開展VV&A活動(dòng)可以有效地保證仿真系統(tǒng)的可信度。

3 基于航天產(chǎn)品性能樣機(jī)的VV&A方案研究

航天產(chǎn)品性能樣機(jī)的開發(fā)涉及多個(gè)學(xué)科，包含多個(gè)子系統(tǒng)及它們的集成與協(xié)同應(yīng)用，是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。從整體和系統(tǒng)的角度出發(fā)，可以將性能樣機(jī)的研制過程劃分為需求分析、概念模型建模、樣機(jī)設(shè)計(jì)、樣機(jī)實(shí)現(xiàn)、仿真結(jié)果輸出以及樣機(jī)驗(yàn)收這六個(gè)步驟，如圖2所示。VV&A活動(dòng)貫穿于性能樣機(jī)的整個(gè)生命周期，對(duì)應(yīng)性能樣機(jī)的研制過程，VV&A活動(dòng)可劃分為七個(gè)步驟，這七個(gè)步驟分別是與需求分析階段對(duì)應(yīng)的需求V&V(Verification and Validation，校核與驗(yàn)證)與VV&A計(jì)劃、與概念模型建模階段對(duì)應(yīng)的概念模型V&V、與樣機(jī)設(shè)計(jì)階段對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)校核、與樣機(jī)實(shí)現(xiàn)階段對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)校核、與仿真結(jié)果輸出階段對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果驗(yàn)證、與樣機(jī)驗(yàn)收階段對(duì)應(yīng)的可信度評(píng)估，以及最后的確認(rèn)。

從圖2中可以看出，在性能樣機(jī)的研制過程中，每一個(gè)步驟都需要進(jìn)行與之對(duì)應(yīng)的V&V活動(dòng)。如果在某一步的V&V過程中發(fā)現(xiàn)了缺陷或錯(cuò)誤，就需要返回上一個(gè)步驟進(jìn)行修改，然后再重新進(jìn)行該步驟的V&V，直到V&V通過再進(jìn)行下一步驟。所以整個(gè)性能樣機(jī)的開發(fā)過程是一個(gè)反復(fù)迭代的過程，不斷進(jìn)行修改和優(yōu)化，直到達(dá)到預(yù)期的要求。在所有V&V過程中，都需要生成對(duì)應(yīng)的報(bào)告和文檔記錄，以作為系統(tǒng)最終確認(rèn)的附加信息和有效參考。只有系統(tǒng)通過了最終的確認(rèn)，才能認(rèn)為系統(tǒng)符合應(yīng)用的需求，達(dá)到了驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。

下面將分步對(duì)這七個(gè)VV&A步驟進(jìn)行介紹。

圖2 性能樣機(jī)的VV&A過程

3.1 性能樣機(jī)需求V&V與VV&A計(jì)劃

需求定義是整個(gè)性能樣機(jī)開發(fā)的第一步，其后所有的開發(fā)工作都以需求定義中描述的需求為標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)。如果需求定義表達(dá)模糊、有歧義或難以理解，會(huì)給后期的工作帶來巨大的難度；如果需求定義的描述與實(shí)際系統(tǒng)不符，則后期構(gòu)建的模型不可能達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)。所以在需求分析階段對(duì)需求分析報(bào)告進(jìn)行校核與驗(yàn)證是十分必要的，需求V&V也是整個(gè)VV&A過程中舉足輕重的一環(huán)。

需求V&V的內(nèi)容主要是對(duì)性能樣機(jī)的需求分析階段產(chǎn)生的需求分析報(bào)告進(jìn)行檢查與審核，檢查的內(nèi)容包括需求描述的完整性、準(zhǔn)確性，需求描述語言的清晰性、無二義性，以及需求模型的可追溯性與可測(cè)試性等。同時(shí)還應(yīng)該明確性能樣機(jī)的預(yù)期應(yīng)用目標(biāo)、模型逼真度的可接受性指標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、配置管理等。在需求V&V的過程中，需要對(duì)所有相關(guān)的工作和結(jié)果進(jìn)行記錄，在需求V&V完成時(shí)生成需求V&V報(bào)告[8]。

需求V&V的方法有靜態(tài)方法和動(dòng)態(tài)方法兩類。靜態(tài)方法是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，以審查的方式對(duì)需求分析報(bào)告的文字描述內(nèi)容進(jìn)行檢查與審核。動(dòng)態(tài)方法是利用仿真執(zhí)行工具對(duì)需求模型進(jìn)行仿真執(zhí)行來直觀地分析其準(zhǔn)確性和可行性等。通過模型的仿真執(zhí)行，分析人員可以直觀了解需求模型對(duì)于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、性能等的描述是否符合預(yù)期的目標(biāo)[9]。

與需求V&V同時(shí)進(jìn)行的一項(xiàng)重要活動(dòng)是制訂VV&A計(jì)劃。首先要根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)制定確認(rèn)計(jì)劃，內(nèi)容包括系統(tǒng)總體情況、系統(tǒng)開發(fā)的基本方案、確認(rèn)代理、主要模型及其關(guān)鍵數(shù)據(jù)、可接受性標(biāo)準(zhǔn)等。隨后制定詳細(xì)的VV&A計(jì)劃，內(nèi)容包括VV&A工作步驟及時(shí)間安排、VV&A各階段的主要任務(wù)、主要的V&V對(duì)象以及所使用的技術(shù)方法、V&V人員的組織架構(gòu)及具體分工、VV&A所需的資源和準(zhǔn)備工作等。VV&A計(jì)劃可以保證VV&A人員在后續(xù)的VV&A過程中合理分配V&V工作，有效利用V&V資源，明確VV&A參與者的分工和職責(zé)，也使得VV&A的執(zhí)行過程能夠得到有效的監(jiān)督和管理。

3.2 性能樣機(jī)概念模型V&V

概念模型作為真實(shí)系統(tǒng)向性能樣機(jī)轉(zhuǎn)換的第一個(gè)階段，在性能樣機(jī)的開發(fā)中發(fā)揮著極其重要的作用。概念模型是對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的第一層抽象，是介于真實(shí)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)模型之間的一種模型的表達(dá)方式。具體來說，概念模型是通過對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的各種特征信息進(jìn)行分析與組織，從而形成的一系列可以被相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)識(shí)別和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)模型，這些數(shù)據(jù)模型不是可以被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行的仿真模型，而是概念級(jí)的模型。由于模型的復(fù)雜性，概念模型通常不會(huì)由單一的一種表達(dá)形式構(gòu)成，而是根據(jù)所抽象內(nèi)容的不同使用不同的表達(dá)形式，包含非形式化語言、形式化語言、公式、表、圖等。

性能樣機(jī)的概念模型應(yīng)包含頂層的組織架構(gòu)、外部環(huán)境條件、外觀及結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)功能、子系統(tǒng)交互行為、子系統(tǒng)性能、整機(jī)性能等所有與性能樣機(jī)相關(guān)的定義、名稱、圖形、數(shù)字、數(shù)學(xué)公式、交互關(guān)系、運(yùn)行流程、標(biāo)準(zhǔn)、算法等數(shù)據(jù)信息。所構(gòu)建的概念模型是否符合需求分析階段所產(chǎn)生的全部需求，能否準(zhǔn)確而完整地表達(dá)真實(shí)系統(tǒng)的外觀、結(jié)構(gòu)、功能、行為、性能等特性是進(jìn)行概念模型建模時(shí)需要密切關(guān)注的問題，所以需要對(duì)概念模型進(jìn)行校核與驗(yàn)證。只有經(jīng)過V&V的概念模型才能準(zhǔn)確、清晰且完整地代表真實(shí)系統(tǒng)，才可以作為計(jì)算機(jī)模型開發(fā)的基礎(chǔ)。

概念模型V&V的內(nèi)容是通過運(yùn)用特定的方法和工具，對(duì)概念模型進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行糾正和修改，最終得到滿意的概念模型。概念模型V&V的作用是確保在概念模型建模階段抽象出的概念模型能夠達(dá)到準(zhǔn)確代表真實(shí)系統(tǒng)的要求。

根據(jù)概念模型V&V的對(duì)象不同，可以分別使用非形式化方法、靜態(tài)方法和形式化方法。對(duì)于用非形式化語言描述的概念模型，可以使用非形式化方法進(jìn)行V&V，包括桌面檢查、過程審核、走查法、回顧法等。對(duì)于使用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)表達(dá)式描述的概念模型，可以使用形式化方法進(jìn)行V&V，包括歸納法、推導(dǎo)法、邏輯推論法、lambda微積分等。對(duì)于使用形式化語言或圖表如流程圖、類圖、交互關(guān)系圖等描述的概念模型，可以使用靜態(tài)方法進(jìn)行V&V，包括語法分析、語義分析、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)分析、符號(hào)評(píng)估等[10]。

3.3 性能樣機(jī)設(shè)計(jì)校核

性能樣機(jī)的設(shè)計(jì)是指將性能樣機(jī)的需求和概念模型轉(zhuǎn)化成詳細(xì)的可實(shí)施的設(shè)計(jì)方案的過程，包括外觀設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)方案要與需求和概念模型保持完全一致，要能夠完全轉(zhuǎn)化和表達(dá)需求和概念模型的內(nèi)容和目標(biāo)。為了確保設(shè)計(jì)方案與概念模型的一致性及可追溯性，需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)校核就是對(duì)設(shè)計(jì)方案文檔的正確性、一致性、可追溯性等所作的檢查與審核工作，以確保概念模型到詳細(xì)設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)變過程的正確性，從而得到準(zhǔn)確的、可追溯的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案的具體內(nèi)容，設(shè)計(jì)校核可使用的方法主要為非正式方法和靜態(tài)方法。這兩類方法與3.2章節(jié)中介紹的方法基本相同，在此不做贅述。V&V人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案的具體內(nèi)容選擇合適的校核方法進(jìn)行校核工作。

3.4 性能樣機(jī)實(shí)現(xiàn)校核

性能樣機(jī)的實(shí)現(xiàn)過程即開發(fā)人員根據(jù)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工具搭建性能樣機(jī)仿真模型的過程。常用的輔助建模工具有CAE(Computer Aided Engineering，計(jì)算機(jī)輔助工程)軟件、CFD(Computer Fluid Dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))軟件等。CAE軟件主要對(duì)性能樣機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，CFD軟件主要對(duì)性能樣機(jī)的氣動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。

性能樣機(jī)實(shí)現(xiàn)校核就是對(duì)性能樣機(jī)實(shí)現(xiàn)的過程進(jìn)行校核，即檢驗(yàn)開發(fā)人員通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)建模工具，依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案所開發(fā)出的計(jì)算機(jī)模型是否正確。由于性能樣機(jī)的開發(fā)涉及多學(xué)科交叉且包含多個(gè)子系統(tǒng)，所以開發(fā)人員需遵循統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，先對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行建模，再通過統(tǒng)一的接口和多學(xué)科綜合協(xié)同集成建模與仿真平臺(tái)將多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行集成和協(xié)同應(yīng)用。所以性能樣機(jī)實(shí)現(xiàn)校核的工作相應(yīng)地也需要分為子系統(tǒng)校核、接口校核、集成應(yīng)用校核三部分內(nèi)容，如圖3所示。對(duì)于不同的校核內(nèi)容，V&V人員需選取與之相匹配的校核方法。性能樣機(jī)模型實(shí)現(xiàn)的過程是由開發(fā)人員編寫代碼，再通過計(jì)算機(jī)環(huán)境運(yùn)行代碼的過程，所以對(duì)性能樣機(jī)實(shí)現(xiàn)過程的校核主要圍繞對(duì)計(jì)算機(jī)代碼的檢查與測(cè)試進(jìn)行，可使用的方法分為靜態(tài)方法和動(dòng)態(tài)方法兩大類。

圖3 性能樣機(jī)實(shí)現(xiàn)校核的內(nèi)容

靜態(tài)方法指不運(yùn)行代碼，在靜態(tài)的狀態(tài)下對(duì)代碼進(jìn)行分析和檢查，尋找存在的缺陷和錯(cuò)誤。靜態(tài)方法通常由人工進(jìn)行，也可以借助軟件工具進(jìn)行，可以由程序員進(jìn)行代碼自查，也可以組織審查小組進(jìn)行代碼會(huì)審。校核的內(nèi)容主要針對(duì)代碼和設(shè)計(jì)方案的一致性，代碼本身的準(zhǔn)確性和可讀性，代碼邏輯的正確性，代碼結(jié)構(gòu)的合理性等。動(dòng)態(tài)方法指通過運(yùn)行代碼來檢查運(yùn)行的結(jié)果是否符合預(yù)期的方法，一般分為構(gòu)建測(cè)試用例、執(zhí)行測(cè)試程序、分析測(cè)試結(jié)果三個(gè)步驟，常用的動(dòng)態(tài)方法有運(yùn)行測(cè)試、模塊測(cè)試、接口測(cè)試、單元測(cè)試、集成測(cè)試等。

3.5 性能樣機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證

性能樣機(jī)的仿真結(jié)果是指在設(shè)置一定的仿真運(yùn)行環(huán)境與樣機(jī)自身參數(shù)的前提下，經(jīng)過對(duì)仿真模型的運(yùn)行和相應(yīng)的性能參數(shù)的計(jì)算而得到的一系列性能參數(shù)的數(shù)值。仿真結(jié)果驗(yàn)證就是應(yīng)用科學(xué)的驗(yàn)證方法，將仿真計(jì)算得到的數(shù)值與真實(shí)系統(tǒng)試驗(yàn)得到的數(shù)值，或與理論中的理想數(shù)值進(jìn)行比較，從而判斷性能樣機(jī)模型系統(tǒng)是否與真實(shí)系統(tǒng)相匹配，是否可以代替真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和分析，是否能夠達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)。

性能樣機(jī)的仿真結(jié)果驗(yàn)證是整個(gè)性能樣機(jī)VV&A中最重要的一環(huán)，因?yàn)榉抡鏀?shù)據(jù)與真實(shí)/理想數(shù)據(jù)相符合的程度是性能樣機(jī)可靠性最直觀的表現(xiàn)。從數(shù)據(jù)對(duì)比的結(jié)果以及數(shù)據(jù)相符合的程度可以直接判斷性能樣機(jī)是否達(dá)到可以替代真實(shí)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，是否滿足預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)。

性能樣機(jī)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)依據(jù)性能評(píng)估的指標(biāo)分為靜態(tài)性能參數(shù)和動(dòng)態(tài)性能參數(shù)兩類。靜態(tài)性能是指不隨時(shí)間變化的靜態(tài)輸出量，動(dòng)態(tài)性能是指隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)輸出量。對(duì)航天產(chǎn)品來說，大部分性能參數(shù)都是動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，如飛行過程中的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)等。

在仿真結(jié)果驗(yàn)證中，對(duì)靜態(tài)性能參數(shù)通常采用靜態(tài)驗(yàn)證方法，相應(yīng)的，對(duì)動(dòng)態(tài)性能參數(shù)通常采用動(dòng)態(tài)驗(yàn)證方法。靜態(tài)性能驗(yàn)證方法就是檢驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)和真實(shí)/理想數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)意義下是否具有相同的分布特征，也就是檢驗(yàn)兩組數(shù)據(jù)總體分布的一致性。目前常用的靜態(tài)性能驗(yàn)證方法主要分為假設(shè)檢驗(yàn)法和參數(shù)估計(jì)法兩類。動(dòng)態(tài)驗(yàn)證方法是檢驗(yàn)相同的時(shí)間序列內(nèi)仿真數(shù)據(jù)與真實(shí)/理想數(shù)據(jù)的總體一致性。動(dòng)態(tài)驗(yàn)證方法分為時(shí)域和頻域兩種，常用的時(shí)域方法有主觀判斷比較法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、Theil不等式系數(shù)法、誤差分析法、靈敏度分析法等。頻域分析方法是依據(jù)數(shù)據(jù)的頻譜特性與數(shù)據(jù)的概率分布表現(xiàn)相同的特性，利用數(shù)據(jù)的頻譜特性來反推數(shù)據(jù)序列的一致性的方法[10]。

3.6 性能樣機(jī)可信度評(píng)估

可信度評(píng)估是求取性能樣機(jī)的可信度的過程。相對(duì)于前面的V&V步驟而言，可信度評(píng)估可以看成是一個(gè)總結(jié)和提煉的過程。如果上述的V&V步驟都得到了嚴(yán)格且有效的執(zhí)行，設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的錯(cuò)誤都已被糾正，潛在危險(xiǎn)都已被排除，驗(yàn)證結(jié)果的誤差也已被修正，那么可以說，所開發(fā)的性能樣機(jī)具有較高的可靠性。但這個(gè)可靠性如何度量，可靠的程度如何還需要用具體且直觀的方式來呈現(xiàn)，可信度評(píng)估就是這樣一個(gè)過程。在可信度評(píng)估的過程中，評(píng)估人員根據(jù)驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)制定一套得分制度及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用科學(xué)的方法對(duì)性能樣機(jī)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，最終得出具體且直觀的評(píng)估結(jié)果。

對(duì)性能樣機(jī)進(jìn)行可信度評(píng)估，首先應(yīng)該明確評(píng)估的內(nèi)容，確定可信度評(píng)估方式。性能樣機(jī)的可信度評(píng)估方式可分為兩種，一種是按照性能樣機(jī)研制的階段進(jìn)行評(píng)估，另一種是按照組成性能樣機(jī)的各子系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。其次需要針對(duì)性能樣機(jī)建立一套完整的可信度評(píng)估指標(biāo)體系。建立的可信度評(píng)估體系，需要具備科學(xué)性、相關(guān)性、完整性、有限性、可測(cè)量性等特點(diǎn)。最后根據(jù)性能樣機(jī)的特點(diǎn)，選擇可以適用的可信度評(píng)估方法。對(duì)于有具體的輸出結(jié)果和參考數(shù)據(jù)的指標(biāo)，通常采用定量的評(píng)估方法，常用的方法有置信度評(píng)估法、相似度評(píng)判法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。對(duì)于沒有具體的輸出結(jié)果和參考數(shù)據(jù)的指標(biāo)，可以采用定性與定量相結(jié)合的方法，常用的方法有模糊綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法、灰色綜合評(píng)估法等[10]。

3.7 性能樣機(jī)確認(rèn)

確認(rèn)是VV&A活動(dòng)的最后一個(gè)步驟，是官方對(duì)于性能樣機(jī)是否可以投入應(yīng)用所下的結(jié)論。確認(rèn)過程的完成代表著性能樣機(jī)開發(fā)完成及VV&A活動(dòng)結(jié)束。確認(rèn)人員(權(quán)威機(jī)構(gòu)、領(lǐng)域?qū)＜业?對(duì)可信度評(píng)估報(bào)告進(jìn)行復(fù)審，同時(shí)參考各VV&A步驟產(chǎn)生的V&V報(bào)告、樣機(jī)開發(fā)和使用過程的記錄文檔、樣機(jī)運(yùn)行環(huán)境及配置管理文檔等所有相關(guān)文檔，最終得出性能樣機(jī)是否符合預(yù)期應(yīng)用目標(biāo)的結(jié)論，并提交確認(rèn)報(bào)告[11]。

值得注意的是，確認(rèn)的目的是判斷樣機(jī)模型是否符合預(yù)期的應(yīng)用目標(biāo)，所以確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)必須與系統(tǒng)最初的需求保持一致，不能憑空增減或隨意更改，故而確認(rèn)計(jì)劃和確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該在需求校核階段就制定好，而不是等到V&V工作完成之后才著手制定。

4 結(jié)束語

本文提出了一套針對(duì)航天產(chǎn)品數(shù)字化性能樣機(jī)的VV&A過程，為性能樣機(jī)的可信度評(píng)估提供了一套初步的VV&A方案。VV&A活動(dòng)應(yīng)貫穿整個(gè)性能樣機(jī)的設(shè)計(jì)及開發(fā)過程，才能保證最終的仿真結(jié)果具有較高的可信度。本文僅從宏觀和整體的角度研究了性能樣機(jī)的VV&A方案，下一步還需對(duì)VV&A各個(gè)步驟的具體執(zhí)行內(nèi)容和可使用的方法進(jìn)行更深入的研究。