武器装备作战试验内容设计研究

曹裕华, 周雯雯, 高化猛

(装备学院装备试验系,北京102206)

武器装备作战试验内容设计研究

曹裕华, 周雯雯, 高化猛

(装备学院装备试验系,北京102206)

针对武器装备作战试验的特殊性,利用树状分析技术开展作战试验内容设计,将作战试验问题逐层分解为目标层、效能指标层、性能指标层和数据需求层;分别确定装备型号单体、系统级或体系级装备作战试验问题所对应的作战试验内容和试验项目清单,并给出了武器装备作战试验内容裁剪的方法。

作战试验;内容设计;树状分析技术

作战试验内容是支持装备的作战效能、作战适应性和生存性,以及体系贡献率评估而进行的试验任务或试验项目,目的是获取评估支持数据。作战试验内容设计是针对被试的武器装备,界定清楚作战试验的任务范围和任务之间的关系,明确作战试验“干什么”的问题,其本质是把装备是否满足作战需求、装备关键作战问题的考核任务进行分解和设计,如果设计的试验内容足够准确、详细和清晰,那么在一定程度上也初步明确了作战试验“怎么干”的问题,因此,作战试验内容设计是开展装备作战试验基础性的先期工作,对作战试验的持续推进具有重要的指导意义。美军的作战试验不论是理论还是实践都已相当成熟,美国国防部规定,在装备系统研制的整个过程中都要进行作战试验与鉴定[1],而我军还处于探索阶段,还未完成对作战试验内容的系统研究[2]。本文给出了一种作战试验内容的设计方法,并初步确定了作战试验内容。

1 武器装备作战试验内容设计方法

装备作战试验对我军来说是一个新的试验领域。作战试验内容设计工作是一项复杂的系统工程,涉及装备特点、作战应用、试验资源、试验要求、试验理论等多方面因素,需要从系统分析角度进行综合设计[3]。本文选择树状分析技术来开展武器装备作战试验内容设计工作,通过逐层细化确定试验内容。

1.1 树状分析技术

树状分析技术起源于还原论,是主张把整体分解研究的方法论。在研究复杂系统时,通常不能一次考虑到所有细节,而是利用分解、分析、还原的方法,把系统从环境中分离出来,孤立起来研究。把系统进行分解,高层次还原到低层次,用部分说明整体,用局部说明全局,用低层次说明高层次[4],从较抽象的层次逐渐过渡到具体的细节问题,使用树状结构表达复杂对象的多种属性和状态。利用树状分析技术在装备试验领域的应用是将关键问题逐步分解为清晰的树状结构,从高层到低层分别为作战问题、试验目标、效能指标、性能指标和数据需求,其中的最底层为可直接测量的数值,这些数据信息就可以描述整个被试对象的性质和行为。

1.2 设计思路

装备作战试验是对系统在作战条件下的作战效能、作战适用性和生存性,以及体系贡献率有关问题的试验与鉴定活动,目的是确定系统满足作战用户需求的程度,支持做出是否部署使用该系统的决策[5]。这些问题是作战问题而非技术问题,在装备全寿命过程的每一个决策审查时节都要予以回答。因此,在确定作战试验内容前,首先需要明确关键的作战问题。关键作战问题通常主要针对装备作战效能和作战适用性,通过分析装备的作战使命任务,确定采用回答问题的方式表述,如能否在战场上对系统实施保障,×型战机是否具有空中优势,×型电子对抗装备能否压制×范围的电子目标,等等。

确定关键作战问题后,就可以确定试验的目标,明确武器装备应达到的能力,并测试其能否达到作战要求,试验目标的考核可归结为装备作战效能评估问题,因此需要建立效能指标(measure of effectiveness,MOE)体系,而效能指标又可通过更具体的性能指标(measure of performance, MOP)体系来体现。这个过程通常采用树状分析技术,把关键作战问题分解到能够确定实际数据需求和试验测量的程度[6],如图1所示。目标用于清楚表示与关键作战问题相关的试验与鉴定的各方面和总目的;效能指标作为目标的一个子集,旨在解决目标中具体且可处理的部分,每个效能指标作为某一目标的一个直接贡献因素都可以追溯;通过目标,效能指标可以被确定为回答一个或多个关键作战问题的直接贡献因素。每个试验目标及与其相关的效能指标也与一个或多个性能指标相联系,而这些性能指标又与具体的数据元相联系,数据元是在规定条件下的观察值或测量值。

通常,每个关键作战问题对应试验目标,试验目标和作战效能/作战适用性指标对应试验内容,但是这种对应关系不一定是一一对应的,有的指标需要多个试验内容才能考核,有的试验内容可以同时考核多个指标,在进行试验内容设计时要设计好这种对应关系。

图1 树状分析展示关键作战问题分解

2 武器装备作战试验的主要内容

由于装备型号单体和系统级或体系级装备关注的作战问题有所不同,前者关注单个装备的作战能力,后者承担的作战任务与前者相差很大,不仅需要考核单装的能力,更重要的是考核一个系统或体系的整体能力和系统或体系成员间的关系问题,因此需要分别确定它们的作战试验内容和试验项目清单。

2.1 武器装备型号单体作战试验内容

在确定装备作战试验内容时,关键性能指标是主要需要关注的,关键性能指标是实现有效军事能力需要的最低限度的属性或特征,它往往能支持确定关键作战问题和次要问题的层次。武器装备型号单体的关键性能指标主要包括以下几类：机动性指标、火力打击能力指标、目标搜索探测能力指标和指挥控制能力指标。结合武器装备型号单体关注的作战问题,本文将作战试验活动划分为5类：机动性试验、火力打击试验、目标搜索探测能力试验、指挥控制能力试验、作战适应性试验。下面分别进行分析设计。

1)机动性试验。根据树状分析技术确定机动性试验的内容,如图2所示。在机动性试验中关键问题是被试系统在野战条件下能否在规定的时间到达指定地点,根据作战问题,可明确试验目标：确定机动能力,包括沿道路(航线)机动的能力(含乡村土路、公路)、越野机动能力、火力干扰下的机动能力等。

图2 机动性试验内容设计图

由此可分析出效能指标包括速度效能指标和通过能力指标。这2类效能指标对应的性能指标分别为：越野平均速度、公路平均速度、最大速度、最大加速度;越壕宽、过垂直墙高、涉水深、单位平均压力、最大爬坡度、最大行程等。这些性能指标都可通过数据元计算得到,在树状结构的最底层就是确定性能指标与数据元的对应关系。有些性能指标所需数据元相同,但试验条件可能不同,在进行试验内容设计时也需要明确。

2)火力打击能力试验。每类武器的考核重点不同,试验内容需分类设计。对防空武器,主要考核保卫目标安全率、对敌空袭兵器毁伤率、有效遏制敌空袭时间、目标射击转移时间等指标;对反坦克武器,主要考核对坦克、车辆等装甲目标和地面坚固工事目标的毁伤概率(包括首发毁伤、N发毁伤和X分钟内毁伤概率等指标);对压制武器,主要考核打击范围、打击精度、打击威力(包括对面目标的平均毁伤率或数量、压制目标的有效时间)、反应时间等指标。以地面压制武器为例,火力打击能力试验的内容可如图3所示进行设计。

图3 压制类武器火力打击能力试验内容

在火力打击能力试验中关键作战问题是被试系统是否具有火力优势、能否发挥火力优势,试验目标就是确定被试装备的火力打击能力。由试验目标可确定效能指标为打击范围、打击精度和打击威力,这3项指标还可分解为若干项性能指标,分别为：火力压制范围、精确打击范围;目标探测精度、精确打击首发命中率;爆炸威力、爆炸冲击波和压力。由此可确定各项性能指标对应的具体试验内容。

3)目标搜索探测能力试验。目标搜索探测能力试验对应的关键问题是被试系统在战场环境下能否发现、识别、定位、跟踪目标,因此试验目标可归结为确定目标的搜索探测能力,效能指标为目标发现能力、目标捕捉能力,它们对应的性能指标分别为：探测距离、探测范围、探测限制、探测手段、目标发现概率、虚警率;跟踪能力、锁定能力和跟踪丢失率。由此可确定各项性能指标对应的具体试验内容,如图4所示。

图4 目标搜索探测能力试验内容

4)指挥控制能力试验。指挥控制能力试验需要回答被试系统在实战环境条件下能否满足作战指挥要求,主要考核指挥、控制、通信、组网、侦察和监视等效能。由此可得到试验目标为确定情况处理能力、确定指挥决策能力、确定快速反应能力和确定战场生存能力,对应的效能指标分别为情报处理能力、指挥决策能力、快速反应能力和战场生存能力。相应的性能指标分别为：图形和文电处理能力、信息共享能力、情报检索速率、情报评估效率、情报融合效率、情报格式转换率;指挥质量、决策满意率、命令保真度;命令响应时间、平均决策时间;生存性。具体数据元如图5所示。

图5 指挥控制能力试验内容

5)作战适应性试验。作战适应性试验需要回答的关键问题是被试装备投入作战时用户的满足程度为多少,或能够保持可用的程序,试验目标可分解为确定被试装备的可靠性、维修性、保障性、测试性、环境适应性、电磁兼容性[7],相应的评估指标为可靠性指标、维修性指标、保障性指标、测试性指标、环境适应性指标、电磁兼容性指标。评估指标对应的性能指标分别为装备持续使用时间、平均故障间隔时间、平均故障前时间;平均修复时间、平均预防性维修时间、维修停机时间率;装备持续使用时间、平均故障间隔时间、平均故障前时间、环境数据;装备抵御外界电磁干扰能力(辐射敏感度和传导敏感度)。具体的数据元如图6所示。

图6 作战适应性试验内容

2.2 系统级或体系级装备作战试验内容

系统级装备和体系级装备都是功能完备的装备系统或装备体系,由多类多台武器装备构成的集合,武器装备之间性能配套、功能相互补充,存在复杂的信息关系,通过有线或无线构建内部专用网络,实现互联互通互操作。系统级或体系级装备作战试验需要解决的问题是被试装备集合能否构成系统或体系、系统或体系作战的信息协同性问题、作战效能高低和对联合作战的贡献率等,因此在装备型号单体试验的基础上,试验内容主要包括集成试验、装备系统或体系信息能力试验、装备系统或体系作战效能试验、装备系统或体系对联合作战的贡献率试验[8]。

1)装备系统或体系集成试验。装备系统或体系集成试验需要解决的关键问题是被试装备集合能否构成系统或体系。试验目标是确定装备系统或体系的集成程度。效能指标包括装备型号入网能力指标和装备体系协同性。前者对应的性能指标为电磁兼容性、信息接口、互操作能力、信息安全,该部分的数据元与单体装备的数据元相同;后者对应的性能指标为体系信息协同性和体系电磁兼容性,体系信息协同性指标的数据元是体系组成成员间信息的接收情况数据,体系电磁兼容性指标的数据元是体系组成成员间的电磁干扰数据,包括信息传输黏滞时长、传输误码数量、数据传输总量等。

2)装备系统或体系信息能力试验。该部分主要为了回答系统或体系作战的信息协同性问题。试验目标是确定装备系统或体系的信息能力。效能指标包括装备系统或体系内部信息共享能力、信息处理能力。共享能力的性能指标包括信息吞吐量、误码率、容量、时延、可靠性,数据元与单体的共享能力相同,但获取数据的对象是系统或体系的组成成员;信息处理能力的性能指标与型号单体的信息处理能力性能指标相同,数据元也相同,是将系统或体系看作一个整体开展试验。

3)装备系统或体系作战效能试验。装备系统或体系作战效能试验包括系统或体系打击能力试验、侦察能力试验、指挥控制能力试验、防护能力试验、保障能力试验。试验内容与单体作战试验内容类似,但试验对象为整个装备系统或体系,试验条件也有所不同。

4)装备系统或体系对联合作战的贡献率试验。该项内容主要为了回答被试装备系统或体系能否纳入联合作战体系、能否适应联合作战体系的工作环境等关键作战问题。试验包括2部分内容：一部分是装备系统或体系与联合作战体系集成性(融合性)试验;第二部分是任务效能的贡献率试验。前者包括装备系统或体系与联合作战体系信息连通性试验、装备系统或体系在联合作战体系中的兼容性与适应性试验、装备系统或体系在联合作战体系中的使命覆盖性试验,试验内容设计与单体类似,但试验对象是装备系统或体系。后者主要是对被试装备系统或体系的作战效能和联合作战装备体系的效能进行试验,2个值相除即为贡献率。考核的内容包括联合作战装备体系的侦察能力、指控能力、打击能力、保障能力和防护能力指标值,同时从联合作战装备体系中区分出被试装备系统或体系的侦察能力、指控能力、打击能力、保障能力和防护能力进行考核并获取指标值,把联合作战体系的作战效能作为总量,把被试装备系统或体系的作战效能作为贡献量,贡献量与总量的比值即为贡献率。试验内容的设计与装备系统或体系作战效能试验类似,但需要注意的是还需对整个联合作战装备体系的效能进行考核,同时要将装备系统或体系作战效能从中区分出来。

3 武器装备作战试验内容的裁剪

原则上,武器装备作战试验要求全面系统考核被试装备的作战效能、作战适用性和对联合作战贡献率指标,可能提出很多候选的试验内容,但是由于受到试验设施、试验装备、试验经费和试验时间等因素限制,实际上被试装备作战试验只能按照典型作战流程进行简化,进行部分的试验内容,检验武器装备部分作战效能和作战适应性指标,如图7所示。这就需要根据试验任务的重要程度,逐一排列出优先顺序,在原先选定的范围内筛选,确定合适的试验内容或项目[9]。

图7 装备作战试验内容裁减过程

确定试验任务重要性的依据包括被试装备的重要性和紧迫性、试验考核的指标对被试装备完成主要任务样式的重要程度、上级的指示要求等。确定试验任务重要性后,首先按照试验任务重要性的优先顺序进行筛选,保留优先度高的试验内容,优先选择重点装备的、考核指标支撑被试装备完成主要任务样式的、上级有明确指示要求的试验内容;二是剔除优先度低而试验消耗大的试验内容,从而对试验任务的规模和范围进行削减,通过折中选择,确定哪些内容必须保留,哪些内容希望保留,哪些项目可以删去[10]。经过试验规划人员与试验总体人员反复研究和协商,并经主管领导审定,最终确定详细的试验内容。

4 结束语

本文提供了一种利用树状分析技术进行武器装备作战试验内容设计的方法,并给出作战试验内容的初步设计和试验内容的裁减方法。随着作战试验问题研究的不断深入,需要进一步明确武器装备作战试验任务的内容,以期为装备作战试验的开展奠定基础。

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(编辑：李江涛)

Research on the Content Design of Equipment Operational Test

CAO Yuhua, ZHOU Wenwen, GAO Huameng

(Department of Equipment Test,Equipment Academy,Beijing 102206,China)

For the particularity of equipment operational test,and using dendritic analysis techniques,the paper designs the content of equipment operational test,analyzes operational test problem to four levels：aims,efficiency indexes,capability indexes,and data requirements,confirms the equipment operational test content and project lists for operational test problem of single and system equipment,and brings forward the method of refining equipment operational test content.

operational test;content design;dendritic analysis techniques

E 92

2095-3828(2014)04-0112-06

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2014.04.024

2014-03-11

曹裕华(1968-),男,教授,博士.主要研究方向：装备试验.