基于综合因素的装甲装备测试性指标确定方法

邵思杰 , 季 威, 曹 勇, 熊 伟

(1. 装甲兵工程学院兵器工程系， 北京 100072； 2. 装甲兵工程学院教练团， 北京 100072； 3. 装甲兵工程学院控制工程系， 北京 100072； 4. 中国人民解放军驻617厂军事代表室， 内蒙古 包头 014030)



基于综合因素的装甲装备测试性指标确定方法

邵思杰1, 季 威2, 曹 勇3, 熊 伟4

(1. 装甲兵工程学院兵器工程系， 北京 100072； 2. 装甲兵工程学院教练团， 北京 100072； 3. 装甲兵工程学院控制工程系， 北京 100072； 4. 中国人民解放军驻617厂军事代表室， 内蒙古 包头 014030)

综合考虑装甲装备的结构特点、使用需求以及地方工业部门的能力水平等因素，以先进装备的测试性指标为期望，相似装备的测试性指标为标准，地方工业部门现有技术能力可达到的测试性指标为评估值，建立测试性指标数学估计模型；应用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)确定测试性指标影响因素的权重;应用折中算法对期望、标准及评估值进行权衡、折中,确定适用于装甲装备系统级的测试性指标，为确定装甲装备研制初期测试性指标提供参考。

测试性指标； 综合因素； 折中估计

测试性是装备的重要质量特性之一，是保证装备战备完好性和任务成功性的物质基础。具有较高测试性水平的装备其任务可靠性高、对维修技术人员的能力水平要求低、全寿命周期费用也较低[1]。如：美军M1A2坦克的热指挥仪和炮塔电子设备的故障检测率(Fault Detection Rate，FDR)、故障隔离率(Fault Isolation Rate，FIR)和虚警率(False Alarm Rate，FAR)分别可达97%、95%、2%，这样的测试性水平使得其乘员能够简单方便地实现故障隔离，并在坦克出现轻微故障时可通过自动重组硬件来利用剩余功能。俄军三代主战坦克由于其主要组成部分(如炮射导弹、火控系统)具备了模块级的自诊断功能，使得故障可快速地被隔离到模块单元[2]。相对而言，我军由于装备研制管理体制、生产技术和经费管理等方面的原因，装甲装备的测试性工作还处于初级阶段，装甲装备寿命周期内的测试性工作只有定性要求，没有可操作性强的、量化的流程和标准。如：由于在某新型主战坦克的“五性”要求中并未涉及测试性指标，导致其在进行装备靶场验收试验时，没有相关的验收依据。

为了保证装备的测试性水平，必须对装备测试性进行量化，给出具体的测试性指标。因此，笔者综合考虑装甲装备的结构特点、使用需求以及地方工业部门的能力水平等因素，提出一种基于综合因素的装甲装备测试性指标确定方法，为确定装甲装备研制初期测试性指标提供参考。

1 总体思路

装备测试性参数主要分为2类：1)描述装备测试性自身特性的参数，主要有机内测试设备的重量、费用和平均无故障时间等；2)描述装备测试性能力特性的参数，主要有FDR、FIR、FAR、重检合格率(ReTest OKay Rate，RTOKR)、平均故障检测时间(Mean Fault Detection Time，MFDT)和平均故障隔离时间(Mean Fault Isolation Time，MFIT)等，一般常用的测试性指标为FDR、FIR、FAR[3]。

为保证装甲装备测试性指标的可信度及可用性，借鉴美军装备测试性工作经验，考虑装甲装备的结构特点、部队作战使用需求以及地方工业部门的能力水平等因素，提出装甲装备测试性指标确定方法，其总体思路如图1所示。主要是以先进装备的测试性指标为期望(部队期望值)，以已有的相似装备测试性指标为标准(相似装备标准值)，以地方工业部门现有技术能力可达到的测试性指标为评估值(研制方可达值)建立数学估计模型，并对期望、标准及评估值进行权衡，确定装甲装备测试性指标[4]。

图1 基于综合因素确定测试性指标的总体思路

2 测试性指标估计模型

基于综合因素确定装甲装备系统测试性指标主要是参考已列装的相似装备，充分考虑部队作战使用需求和地方工业部门的技术水平，分析影响测试性水平的因素，利用层次分析法确定相应影响因素的权重，确定新研装备的测试性指标。

2.1 估计参数

测试性指标估计模型的输入包括如下3个先验指标：

1)部队使用方期望指标(Th)。主要根据装备的作战使命、结构特点、日常使用和三级维修保障要求等来确定Th。

2)现有相似装备的测试性指标(Ts)。在已列装的装备中选取相似装备的测试性指标作为估计的基准参照值(标准)。

3)研制方可达指标(Tc)。考虑研制方的技术储备、测试性设计的经验和能力、装备的全寿命周期费用等，确定装备测试性指标的可达值(评估值)。

模型的输出为新研装备测试性指标的折中估计值(Tm)。

2.2 测试性指标预估计

2.2.1 测试性影响因素分析及权重确定

影响装备测试性水平的因素主要有装备作战使命、功能特点、测试诊断策略、装备质量特性要求，以及寿命周期费用、研制进度和技术水平等。通过分析装甲装备的结构、功能及常见故障，确定影响装甲装备测试性水平的因素为功能设计(p1)、诊断策略(p2)、测试资源分配(p3)、可靠性(p4)以及其他因素(p5)等。

应用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)来确定各影响因素的权重。首先，依据表1所示的判断尺度对影响测试性的各个因素进行两两比较，建立判断矩阵;然后，通过求解判断矩阵，可得各影响因素的权重[5]为

W=(w1,w2，…,w5)。

注：2，4，6，8介于上述2个相邻判断尺度中间。

2.2.2 新研装备与相似装备测试性评价值

邀请专家分别对新研装备和相似装备的测试性进行评价，设aij、bij分别为第i(i=1,2，…，m)名专家对新研装备与相似装备的第j(j=1，2,…,n)个影响因素的评价值，则新研装备的评价矩阵(期望)为

相似装备的评价矩阵(标准)为

2.2.3 研制方可达值

研制方可达值Tc的计算公式为

Tc=Ts×L,

(1)

式中：m为专家数；n为测试性影响因素数；k为与测试性水平得分相反的影响因素数；L为相似装备的相关函数，

(2)

为方便计算处理，根据各影响因素的权重大小由小到大进行顺序，将得分越低测试性水平越低的因素排在第k个因素前(包括第k个因素)，将得分越高测试性水平越高的因素排在第k个因素之后。

2.3 折中估计

折中估计步骤如下：

1)若Tc

Tm=αTh+(1-α)Tc，

(3)

式中：0<α<1，为折中系数，一般取值范围为0.4～0.6。

2)若Tc≥Th，则以研制方的可达值为准，即

Tm=Tc。

(4)

在实践中，由于技术和成本等因素的制约，研制方的可达值往往低于装备使用方的部队期望值。

3 装甲装备测试性指标值确定

3.1 期望值和标准值确定

3.1.1 装备使用方的部队期望值

根据现代战争中装甲装备承担的作战使命和部

队编成，以我军大多数武器装备的测试性指标作为部队期望值Th，具体参数为

1)故障检测率λFDh≥95%；

2)故障隔离率λFIh≥90%；

3)虚警率λFAh≤5%。

3.1.2 现有相似装备的标准值

装甲装备和地面压制自行火炮在结构组成、作战使命和工作方式等方面的相似度比较高。因此，现有相似装备选择新列装的某型地面压制自行火炮。该型火炮由武器系统、烟幕发射装置、底盘推进系统、三防装置和灭火抑爆装置等组成。武器系统由中口径火炮、炮塔、气动装置、弹药和火控系统等组成。该自行火炮与坦克炮一样，均具有多种使用工作方式，如：自动操瞄、半自动操瞄和手动操瞄等。该型火炮列装时间不长，可代表现阶段地方工业部门的研发能力和生产水平。据此，选择该型火炮的测试性指标作为相似装备的现有测试性指标Ts，具体参数为

1)故障检测率λFDs≥90%；

2)故障隔离率λFIs≥85%；

3)虚警率λFAs≤10%。

3.2 影响因素权重确定

邀请专家依据表1所示的判断尺度，对各个测试性影响因素进行两两比较，建立判断矩阵R=[rij]5×5，如表2所示。

表2 判断矩阵

利用和积法求解判断矩阵R，并进行一致性检验，得到各测试性影响因素的权重为

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

3.3 研制方可达值估计

邀请10名相关装备领域的技术专家组成评价组，采用10分制评分规则，对新研装备和相似装备的测试性进行综合评价，其中：认可度最高为10分，最差为0分，部分专家的评价结果如表3所示。

由表3可得新研装备的评价矩阵A和相似装备的评价矩阵B分别为

表3 新研装备和相似装备的测试性评价结果

由表3可以看出：可靠性和其他因素(从j=4开始)的评价值与装备测试性指标成反比，依据式(2)可得

则研制方可达的故障检测率和故障隔离率分别为

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

在实际装备中，虚警率越小越好,并且λFA为反比例函数，因此，研制方可达的虚警率为

λFAc=λFAs/L=10%/0.997 1=10.0%。

3.4 折中确定测试性指标指标值

一般地，取折中系数α=0.6，依据式(4)，可得折中确定的故障检测率、故障隔离率和虚警率分别为

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为应用本文提出的折中方法所确定的测试性指标值与各方对应指标值的比较结果。

表4 各方测试性指标值的比较 %

由表4可以看出：折中方法确定的指标值介于部队使用方期望指标值与相似装备指标值之间，但高于专家对研制方可达技术指标的评估值，较为科学、合理。

在确定新研装备测试性过程中，若装备使用方按照我军通用标准提出期望指标，如参照外军三代主战坦克的测试性指标，则应用上述折中方法确定的测试性指标值分别为94.1%、88.9%、5.2%。考虑到我国国情、现阶段装甲装备研制企业的技术基础和生产能力，笔者不采用过高的指标。

4 结论

基于综合因素的装甲装备测试性指标确定方法权衡了部队装备使用方、现有相似装备及地方研制部门3方面的指标，测试性指标估计模型考虑了部队的使用需求、指标论证要求(参考相似装备的试验、使用情况)、研制方意见及相关领域专业专家评价全过程，突出考虑了研制方技术能力的发展需求，较为科学且易于被各方接受。

[1] 田仲,石君友.系统测试性设计分析与验证[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003：17-20.

[2] 邵思杰.基于并行工程的火控系统测试性设计技术研究[D].北京：装甲兵工程学院，2010.

[3] 余龙海，史贤俊.基于AHP-FCE的导弹装备测试性评估[J]. 测控技术，2015，34(12)：122-126

[4] 任建军,张恒喜,尚柏林.航空装备可靠性使用指标确定方法研究[J]. 系统工程与电子技术,2002,24(12):123-125,132.

[5] 常春贺，曹鹏举，杨江平. 基于全寿命周期的雷达装备测试性综合评估[J]. 现代雷达，2012，34(3)：12-17.

[6] 姜利,王晓明,曹雷团,等.复杂装备测试性指标分配算法研究与设计[J]. 科学技术与工程,2014,14(18):301-304,315.

[7] 汤文超，李文海，邓露，等.基于三角模糊数的测试性分配方法[J].测试技术学报，2014，28(4)：293-298.

(责任编辑: 王生凤)

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

军队科研计划项目

邵思杰(1968-)，女，副教授，博士。

TJ811； E92

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.03.007