基于成熟度等级的武器装备作战效能评估模型

柯宏发，陈京生，周 博

(1.航天工程大学 航天保障系， 北京 102206； 2.中国兵器工业标准化研究所， 北京 100089)

武器装备作战效能是指将武器装备置于作战对抗环境中，其能完成规定作战任务程度的一种度量[1]。武器装备作战效能分析与评估是军事装备全寿命管理阶段的一个极其重要的工作内容，也是目前军事装备领域的一个研究热点[2-6]。目前关于装备作战效能问题研究主要集中在效能评估指标体系和评估方法两个方面，取得了较多的理论研究成果和应用成果[7-12]。这些评估方法从整体上可以分为解析法、作战模拟法、试验统计法以及多指标综合评估方法等类别，较好地实现了装备作战效能的静态评估。当前，存在的突出问题是指标体系大多建立在物理域和信息域之上，且单一的评估结论难以反映装备作战效能的动态特征，更不能反映装备作战效能与装备发展之间的内在关联性，难以根据评估结论分析装备作战效能的关键影响因素。

成熟度描述了事物在发展演化阶段预期建设目标的实现水平或层级[13-21]，目前的技术成熟度、系统成熟度等理论已广泛应用于装备的论证、研制管理，为装备的发展建设决策提供了依据，有效降低了装备的建设风险。武器装备作战效能可以看成是其主要影响因素能力成长的形成过程，将成熟度理论应用于武器装备作战效能评估问题是一个新思路。本文分析了武器装备作战效能的概念与内涵、成熟度与作战效能的关联性、以及基于成熟度的装备作战效能研究优势等。

1 武器装备作战效能的概念与内涵

根据《中国军事百科全书(第二版)·军事系统工程》[1]条目的释文，作战效能评估是指将武器装备置于作战对抗环境中，对其完成规定作战任务的程度进行度量的过程。将武器装备作战效能看作为一个系统，武器装备的性能指标、规定的作战任务和对抗环境等影响因素围绕着共同的目标而相互关联，它们对装备作战效能的作用是相互依赖的。武器装备作战效能就是在一定的作战对抗环境中完成规定作战任务的圆满程度，该程度必须通过物理域、信息域、认知域和社会域4个领域才能度量，基于物理域的战技术性能是武器装备作战效能的内在源泉，作战对抗环境和作战任务是作战效能的外在动力，它们都是作战效能的决定性影响因素；战技术性能、作战对抗环境和作战任务等作战效能影响因素必须利用信息域中的观测数据、评估数据进行描述，且它们的相互作用也必须依赖于信息域中的信息；对战技术性能、作战对抗环境和作战任务等作战效能影响因素的规划、决策都是在认知域和社会域内完成的。可见武器装备作战效能主要取决于武器装备的性能指标、规定的作战任务和对抗环境等影响因素之间的相互作用，各个影响因素都不可能单独对装备作战效能起作用，各个影响因素之间的关联关系对装备作战效能的产生至关重要。

本文将武器装备作战效能看作是物理域行动能力、信息域利用能力、认知域理解能力和社会域管理能力的函数，武器装备作战效能通过上述4种系统构成能力要素之间的相互作用、彼此影响而形成，其形成机理框图如图1所示。也就是说，武器装备作战效能是一种由物理域行动能力、信息域利用能力、认知域理解能力和社会域管理能力等要素耦合而成的系统能力，所衡量的是上述4种系统构成能力要素之间的耦合程度。武器装备作战效能可以通过比较目标与实际结果之间的差异性或接近性来衡量，可以通过提高上述4种系统构成能力要素之间的耦合程度来提升。

图1 武器装备作战效能形成机理框图

2 成熟度的概念与内涵

1) 成熟度的概念。基于成熟度、以定性或定量的方式准确界定人或事物某一典型特性在某一特定阶段的发展状态，并判定其对于最终发展目标的满足程度，是对人或事物该典型特性进行描述与评估的较好方式与方法。美国国家航空航天局科学家Sadin于20世纪70年代提出了技术成熟度等级的概念[14-15]，为空间项目中新技术的完备情况提供了一个定性的量化评价方法，该方法将技术的整个发展过程划分为9个阶段，每个阶段均以定性语言描述了技术的当前状态，从而形成了技术成熟度等级模型。后来的系统成熟度、体系成熟度等等级模型大多源自于技术成熟度等级模型。针对成熟度的评价计算，目前主要有矩阵计算法、权值计算法、因子计算法和模板对比法等4种典型计算理论和模型[16]。

2) 成熟度与作战效能的关联性分析。武器装备作战效能概念的核心是“完成规定作战任务的圆满程度”，是描述武器装备在完成规定作战任务过程中的一种状态，这一点为基于成熟度研究武器装备的作战效能奠定了技术和方法基础。武器装备作战效能分析贯穿于武器装备论证、设计、研制、试验、使用等全寿命周期，提出基于成熟度的作战效能研究概念和工具，将其作为不同寿命周期一个重要的管理工具。在武器装备的全寿命周期中，其作战效能取决于很多变量，且随着时间、环境的变化而不断演变，因此，需要一个统一的变量来衡量演变过程中武器装备作战效能。而成熟度是一种通过验证特性存在，以确定评价对象等级的度量方法[13]，两个概念的内涵实质上讲，作战效能和成熟度都是对“满足程度”的一种度量。本文提出了将成熟度用于记录武器装备完成规定作战任务圆满程度的状态，可以提供一种统一的、通用的、可重复的表达武器装备作战效能的方式。

3 作战效能成熟度模型设计

武器装备作战效能系统是一个动态的开放系统，武器装备战技术指标、装备信息交互、战场环境等是作战效能系统的构成要素，每个系统构成要素又可以分解为若干影响因素，这些影响因素之间以及它们与各系统构成要素之间存在错综复杂的关系，且这种关系未必一一对应。常规的研究思路就是基于还原论的思想，通过上述分解过程建立作战效能评估指标体系，然后根据底层影响因素的特性表现，基于聚合的思路得到装备作战效能。很显然，基于这种思路，从理论上说要提升武器装备作战效能，必须通过改善各系统构成要素，进而通过改善底层影响因素的特性来实现。但是上述聚合评估思路实质上没有考虑武器装备战技术性能、装备信息交互、战场环境等系统构成要素之间、构成要素与其影响因素之间、以及影响因素之间关联关系，得到的武器装备作战效能评估结果仅仅是一个静态的、孤立的评价标量，难以反映真实的装备作战效能水平，根据该结果难以分析装备作战效能的根本影响因素。

成熟度等级模型是一个定义的、能力等级过程改进的进化台阶，其核心是“信息显性化、知识结构化、过程流程化、评价定量化”，是对武器装备作战效能某一典型特性认知程度的量化定性评价。每个成熟度等级表示作战效能某一典型特性的一个重要部分已经成熟，根据是否达到该典型特性预先定义的目标来判定是否满足相应的成熟度等级，并为进入下一个成熟度等级做好准备。

3.1 作战效能成熟度等级模型

根据武器装备完成规定作战任务的百分比(即完成规定作战任务的程度)，完成作战任务工作量(包括任务类型)越多，作战效能成熟度等级越高，本文提出“无用级”、“能用级”、“可用级”、“实用级”、“管用级”和“圆满级”等6个等级的作战效能成熟度等级模型，每一等级构成了作战效能提升过程改进基础的一个层次，是实现下一个成熟度等级的基础。如表1所示，其中无用级表示武器装备无法能实现正常的操作使用，无法完成任何作战任务；能用级表示武器装备能实现正常的操作使用，可以完成一些作战任务，但是基本无法完成规定的所有作战任务；可用级表示武器装备完成规定作战任务的能力表现较差，统计意义上只能完成规定作战任务或所有作战任务的1%～50%；实用级表示武器装备能马马虎虎地完成规定的作战任务，统计意义上能完成规定作战任务或所有作战任务的51%～70%；管用级表示武器装备能较好地完成规定的作战任务，统计意义上能完成规定作战任务或所有作战任务的71%～99%；圆满级表示武器装备能全时段、全方位地圆满完成规定的所有作战任务。

按照图1所示的武器装备作战效能形成机理框架，本文将与武器装备作战效能成熟度等级相关的评价属性分为物理域行动能力、信息域利用能力、认知域理解能力和社会域管理能力等4个，构建装备作战效能成熟度模型如表1所示。其中物理域是支持武器装备、作战基础设施部署的陆、海、空与太空环境等地方，物理域行动能力用来度量装备的侦察、干扰、防御、机动、互操作等传统作战效果；信息域是武器装备作战信息生成、处理、增值与共享的领域或空间，信息域利用能力用来度量装备的信息交换与共享、信息认知和信息协同等质量；认知域是装备指挥人员和操作人员形成感觉、信仰、价值观存在并做出决策的地方，认知域理解能力用来度量部队作战态势的感知与理解、指挥官作战意图的了解与领会、作战活动协同的决策与同步等质量；社会域是经济、文化、政治、甚至宗教等因素影响部队人员、组织认知和决策的领域，社会域管理能力用来度量文化差异、组织结构以及条令条例、战技术规程等影响下部队信息交互、晓知形成、认知共享以及协作决策能力。

3.2 物理域行动能力成熟度模型

针对物理域行动能力成熟度模型，本文设计了6个级别的参考模型如表2所示，其中圆满级表示装备呈现明显的体系特征，装备之间或应用之间采用融合体系结构设计，装备毁伤效果、任务完成效益、作战行动时间效果在全时段、全方位的任务环境中可以得到验证；管用级表示装备呈现显著的体系特征，装备之间或应用之间采用联合体系结构设计，装备毁伤等效果在多领域任务环境中可以得到验证；实用级表示装备呈现部分体系特征，装备或应用采用工程体系结构设计，装备毁伤等效果在少领域任务环境中可以得到验证；可用级表示装备或应用项目体系特征，装备毁伤等效果在局部任务环境中可以得到验证；能用级表示装备或应用采用点到点结构设计，装备毁伤等效果在单一任务环境中可以得到验证。无用级表示装备独立结构设计，无法完成任何作战任务，装备毁伤等效果为零。

物理域行动能力成熟度模型具有结构、连接、调度、安全、范围、效益、时间等7个与物理域行动能力成熟度等级相关的评价属性。结构是形成物理域行动能力的基础，结构属性是对武器装备体系结构方法成熟度的评价，是物理域行动能力的第一属性；连接属性是对装备系统或应用网络成熟度的评价，关注的是系统或应用网络对物理域行动能力的贡献程度；调度属性是对装备系统资源调度能力的成熟度评价，系统资源灵活调度是物理域行动能力形成的基本条件；安全属性是对装备数据及信息安全保密成熟度的评价，这是网络模式和体系特征下一个极为重要的独立属性；范围属性是对装备作战目标、作战空间等覆盖能力成熟度的评价；效益属性是对敌方毁伤比例、己方战损比例等装备毁伤能力成熟度的评价；时间属性是对行动反应时间、目标俘获时间以及持续工作时间等能力成熟度的评价。

3.3 信息域利用能力成熟度模型

针对信息域利用能力成熟度模型，本文设计了6个级别的参考模型如表3所示，其中圆满级表示装备信息交换、共享、认知、协同和利用无障碍，能适应各种作战领域和作战任务环境；管用级表示装备数据结构和信息表达呈现显著的适用性特征，信息交换、共享、认知、协同和利用效果可在多领域任务环境中得到验证；实用级表示数据结构和信息表达的适用性特征比较明显，信息交换、共享、认知、协同和利用效果在少领域任务环境中可以得到验证；可用级表示数据结构和信息表达的适用性有一定的限制，信息交换、共享、认知、协同和利用效果只能在局部任务环境中可以得到验证；能用级表示数据结构和信息表达的限制较多，信息交换、共享、认知、协同和利用效果可在单一任务环境中可以得到验证；无用级表示数据结构和信息表达未正确设计，无法实现信息交换、共享、认知、协同和利用。

信息域利用能力成熟度模型具有数据、链接、交互、时敏、共享等5个与信息域利用能力成熟度等级相关的评价属性。信息域就是信息生成、处理与共享的地方，数据是形成信息域利用能力的基础，数据属性是对装备数据完整性、正确性、一致性、相关性、保障性等质量与构方法成熟度的评价，是信息域利用能力的第一属性；链接属性是对装备系统应用软件的成熟度评价，应用软件的灵活调用与管理是信息域利用能力形成的基本条件；交互属性是对装备信息交互种类、信息交互程度、信息交互保障级别等交互质量的成熟度评价；时敏属性是对装备信息传输、信息交互、信息协同等及时性质量的成熟度评价；共享属性是对装备信息共享地理范围、共享种类、共享节点数量、共享时间连续性及共享功能领域数量等信息共享性的成熟度评价。

表3 信息域利用能力成熟度模型

3.4 认知域理解能力成熟度模型

针对认知域理解能力成熟度模型，本文设计了如表4所示的6个级别参考模型。认知域理解能力是指对装备作战活动和态势是什么、为什么、做什么的共同理解质量或水平，认知域理解能力成熟度模型考察作战空间晓知、作战态势理解、态势决策等任务行动能力。其中圆满级表示装备的态势感知与理解、作战意图领会、作战活动同步等质量在全时段、全方位的体系任务环境中可以得到验证；管用级表示装备的上述考察指标适用于多领域任务环境；实用级表示上述考察指标在少领域任务环境中可以得到验证；可用级表示上述考察指标适用于局部任务环境；能用级表示上述考察指标在单一任务环境中可以得到验证；无用级表示在任何任务环境下都无法形成正确的态势感知与理解、作战意图领会和作战活动同步。

认知域理解能力成熟度模型具有知识、态势、决策、控制等4个与认知域理解能力成熟度等级相关的评价属性。知识的认知、理解与运用是认知域理解能力的基础，知识属性是认知域理解能力的第一属性，是对知识和态势认知成熟度的评价；态势的灵活多样表达与显示是认知域理解能力形成的基本条件，态势属性是对对抗态势的表达与显示能力的成熟度评价；决策要素是体现指挥控制等作战意图，贯彻意图、条令、战术的重要方面，决策属性是对决策方法和结论表征能力的成熟度评价；控制属性是对作战行为、资源调度等控制过程及能力成熟度的评价。

表4 认知域理解能力成熟度模型

3.5 社会域管理能力成熟度模型

社会域管理能力反映了装备信息交互、协作决策作战运用关系在条令条例、战技术规程、规章和职责、文化差异等社会环境下的应用质量或水平，针对社会域管理能力成熟度模型，本文设计了6个级别的参考模型如表5所示，其中圆满级表示装备作战运用关系、评估结果能适应任何体系任务环境；管用级表示在社会域有关因素影响下部队人员和组织之间的信息交互、协作决策可在多领域任务环境中得到验证；实用级表示上述信息交互、协作决策可在少领域任务环境中得到验证；可用级表示上述信息交互、协作决策等可在局部任务环境中可以得到验证；能用级表示上述信息交互、协作决策等可在单一任务环境中可以得到验证；无用级表示任何社会环境下无法实现信息交互、协作决策活动。

社会域管理能力成熟度模型具有流程、机制、规则、评估等4个与社会域管理能力成熟度等级相关的评价属性。流程是在条令条例、文化差异社会影响环境下形成社会域管理能力的基础，流程属性是对装备之间互相作用、交互信息、共享认知、形成晓知、协作决策等作战协同能力的成熟度评价，是社会域管理能力的第一属性；机制的运行与约束是社会域管理能力形成的基本条件，机制属性是对装备作战活动和信息活动适应环境质量的成熟度评价；规则属性是对条令条例、战技术规程、规章和职责等规则规范贯彻落实质量的成熟度评价；评估属性是对战技术性能评价、效能评估、体系贡献率分析等结果应用效果的成熟度评价。

表5 社会域管理能力成熟度模型

4 基于成熟度的作战效能评价模型及其应用

物理域行动能力、信息域利用能力、认知域理解能力和社会域管理能力及其各自的属性要素表示了装备完成规定的作战任务时该要素的能力状态或水平，对这些状态与水平进行聚合就可以得到装备的作战效能。对作战效能的聚合过程进行逆向分析，可定位4个能力状态或水平与装备作战效能差异的、4个能力状态或水平与各自属性要素状态或水平的差异，从而可以改进作战效能改进过程中的瓶颈要素。

4.1 基于成熟度的评价模型

本文基于加权求和的思路对能力状态或水平进行聚合操作，其基本步骤是：首先确定各个成熟度能力属性要素处于哪个具体阶段，其次确定它们之间的相对重要性；然后根据基于加权求和规则确定能力属性的成熟度水平；接着确定各个成熟度能力之间的相对重要性，最后根据基于加权求和规则评价出装备的作战效能成熟度水平。

假设物理域行动能力、信息域利用能力、认知域理解能力和社会域管理能力的成熟度水平分别为Capi(i=1,2,3,4)，它们之间的权重集为W={wi(i=1,2,3,4)}；又假设各个成熟度能力属性要素的成熟度水平分别为Capij(j=1,2,…,ki)，它们之间的权重集为Wi={wij}，(k1,k2,k3,k4)=(7,5,4,4)；则首先计算各个成熟度能力的成熟度水平分别为

(1)

然后，计算装备的作战效能成熟度水平为

(2)

4.2 基于成熟度的作战效能比较

按照能力、作战效果思路，上述建立的基于成熟度的武器装备作战效能评价模型，评估结果利用成熟度等级数值表示装备在某作战环境中潜在的作战效能。该数值本身大小反映装备完成规定作战任务的圆满程度，数值的大小比较还可以用来验证同一作战任务环境下不同装备作战效能的高低。当然，对于装备作战效能的4个能力状态或水平，以及每个能力状态或水平的属性要素状态或水平，也可以利用评价数值大小进行初步的比较。

4.3 瓶颈能力与属性的识别

根据式(1)，将Capi(i=1,2,3,4)与Capij(j=1,2,…,ki)进行大小比较，若Capij

图2 物理域行动能力及其属性的成熟度评估等级

式(2)将Cap与Capi(i=1,2,3,4)进行大小比较，若Capi

图3 装备作战效能及其能力属性的成熟度评估等级

5 结论

武器装备作战效能评估是装备全寿命周期的一项重要活动，也是装备建设管理和作战使用中的一个难点问题，本文基于作战效能和成熟度两个概念的内涵一致性，提出基于成熟度的武器装备作战效能评估模型。从装备作战效能的形成机理出发，建立了基于物理域行动能力、信息域利用能力、认知域理解能力和社会域管理能力等评价属性的作战效能成熟度模型，并确定了各个能力成熟度模型的相关评价属性，该方法就有如下特点：

一是传统的装备作战效能评估侧重于物理域和信息域，本方法将作战效能覆盖延伸到了认知域和社会域；并围绕作战效能形成机理确定与能力成熟度相关的评价属性，评估模型的物理意义清晰。

二是传统的装备作战效能评估通常基于单场景任务想定进行，本方法的各个属性判别标准建立在多场景任务环境之上，评估结果的可靠性更高。

三是基于成熟度等级对评价属性进行定性和定量相结合、统一、标准化描述，评估流程和方法通用、易用、实用。下一步需要对属性要素的权重确定方法、属性要素的综合聚合方法、模型的应用范围等问题展开深入研究。