航天快速发射装备保障效能评估分析

陈玉龙，廖兴禾，胡万里，翁兴卓，侯伟

（航天工程大学，北京 102206）

0 引言

21 世纪以来，世界各国在航天领域方面迅猛发展，太空已成为维护国家安全和利益的战略要地。世界各国对此一直高度重视，大力发展本国的航天产业，争夺这一战略制高点。随着航天技术的不断进步，为满足快速组网、临时补网等安全、经济需求，航天快速发射逐渐成为航天领域研究的重点关注方向之一。各国加快推进航天快速发射技术的发展，发展快速响应型卫星平台、有效载荷和运载火箭，以及相匹配的测试发射、测控通信和后装保障系统。我国为了满足在应急救灾和抢险救援等背景下的需求，进行了一系列航天快速发射活动，开展了以运载火箭、发射流程、装备保障等方面的试验技术研究，并取得了阶段性的成果，为我国的航天快速发射奠定了基础[1]。

航天装备保障是为确保执行航天发射任务和训练，对航天装备采取的一系列保证性措施和进行的相应活动的统称。航天装备保障不仅指保持和恢复装备完好技术状态，而且还包括改善和提高装备性能；不仅包括技术措施，而且包括相应的勤务活动和管理活动。航天装备保障工作在作战中起到支撑、服务和制约的作用，所以对任务进程起到关键性的影响。

由于我国受各种因素限制，航天快速发射建设处于起步阶段，在装备保障方面还有些薄弱，急需系统深入地讨论、研究提升我国航天快速发射装备保障能力、手段和方法[2]。因此，根据传统航天发射装备保障效能评估领域的已有成果，结合航天快速发射的技术特点、任务流程和运用规律，分析航天快速发射装备保障效能评估的理论方法、指标体系、模型构建方法，为航天快速发射装备保障提供理论借鉴和决策支持。

1 装备保障效能评估基本思路

1.1 装备保障效能及指标的分类

韦灼彬等[3]提出效能是系统在规定时间和条件下发挥规定作用的能力，效能的概念有不同的表述，通常定义系统效能为：系统在规定的条件下和规定的时间内，满足一组特定任务要求的程度。GJB 1364—1992《装备费用—效能分析》给出效能定义是：在规定的条件下，达到规定使用目标的能力[4]。美国工业界武器系统效能咨询委员会给出效能的定义是：系统效能是预期一个系统满足一组特定任务要求的程度的量度，是系统可用性、可信性与固有能力的函数[5]。

装备保障效能是装备保障系统在固有的保障能力下，完成装备保障任务的过程中实际发挥的效果，与特定条件下的保障过程有关。装备保障活动完成有效程度的综合体现就是效能，是将潜在的装备保障能力转化为实际效果的程度，是装备保障系统组织机构、保障资源、运行机制、结构规模等要素共同作用的结果。装备保障效能可分为装备指挥效能、装备管理效能、装备维修效能、器材供应效能、装备机动效能等[6]。根据不同的评估主体和评估目的其评估指标的建立要求也不一样，按照形成过程，效能可分为静态效能和动态效能[7]，之间关系如图1 所以。静态效能指标包含队伍建设、信息管理、保障资源、日常管理等，动态效能指标包含保障计划准确率、装备指挥效率、保障力量部署合理性、抢修成功率、抢修效率、抢救效率、器材补给成功率、资源占耗率等。

图1 效能概念间关系

静态效能是装备保障系统自身固有战技性能，即该系统资源配置是否合理、科学，运行模式是否高效、灵活；动态效能是装备保障系统在战场环境下，通过完成具体的保障活动，体现一定保障目标的实现程度。静态效能效能是装备保障中的固有属性，反映了在装备保障活动中潜在的保障能力。动态效能可认为是使用效能，是装备保障能力在作战环境下的完成程度。静态效能是指对能力效能的评估，研究的评估对象是不因外在条件改变而变化的本身固有属性。动态效能是对使用效能的评估，反映了装备保障系统在作战环境下的动态特性，是对部队执行具体保障任务达到任务目标的度量。

1.2 装备保障效能评估基本流程

装备保障效能评估是对任务目标实现中装备保障活动进行综合评价，以任务全流程为时间基准，涉及各阶段的保障人员、战场环境和保障方法手段为评估要素的综合能力度量。效能评估的流程与具体的评估方法有关，是以评估方法作为理论支撑的。科学合理的评估流程对效能评估实现至关重要，航天快速发射装备保障效能评估涉及多层次、多流程、多环节的综合性问题，指标体系是效能评估的基础，要深入挖掘影响航天快速发射装备保障效能的关键因素和关联因素，通过筛选、分析和决策确定效能指标，从而构建符合航天快速发射装备保障的指标体系。

效能评估的基本流程大体可分为评估准备、评估实施、评估分析3 个阶段[8]，如图2 所示。在评估准备阶段需要确定效能评估对象和需求，提取出能反映评估对象效能的属性集合，从而构建效能评估的指标体系。在评估实施阶段中需要选择或设计评估方法，然后选取恰当的评估模型，运用数学方法对指标数据进行处理。在评估分析阶段需要对得到的指标解算结果解释、分析，根据评估结果和评估结论分析情况，对装备保障在作战环境下的使用效能进行评价，并根据分析结果提出改进意见。

图2 装备保障效能评估基本流程

2 装备保障效能评估方法与现状

从装备保障效能评估基本方法、装备保障效能评估指标体系、装备保障效能评估模型关键环节对航天快速发射装备保障效能评估进行论述。

2.1 效能评估指标体系

装备保障效能评估是对复杂装备保障活动的综合评价问题，涉及不同活动和不同阶段下的指标，不同评估对象和评估目的建立的指标体系也不一样。根据总结其他学者的观点，装备保障效能评估指标的构建主要有以下2 种。

2.1.1 基于不同保障对象的指标体系构建

苏畅等[9]运用系统工程理论对航空装备保障系统的效能进行了评估，从保障系统的有效度、系统可靠度、保障能力3 个角度进行分析，采取分效能聚合的办法得出最终结果。李鑫等[10]在《航天试验装备保障能力模糊综合评估研究》中从指挥决策能力、管理使用能力、技术保障能力、环境适应能力4 个方面构建了装备保障系统的一级评估指标体系，通过确订单指标隶属度，运用模糊综合评估方法进行评估，避免了人为主观因素的影响，增加了评估结果的可信度。张耀龙等[11]基于“任务—能力”的对照关系，对装备保障活动流程进行分析，构建了以指挥控制、维修保障、供应保障等5 个方面为一级指标和22 个二级指标的评估指标体系。

上述文献中根据不同的评估目的，对装备保障活动进行分解，梳理构建了目的所需的装备保障效能评估指标体系，在科学的效能评估模型和方法下，得到了对应的效能值，根据结果分析不仅能为指挥员提供建设性的参考，而且还能给装备保障人员改进工作方法和提升技术手段提供思路。本方法较难统筹的是不同评估主体所关注的指标，如何做好适合各类保障力量的关切，形成一个科学、全面的评估指标体系是该方法的难点。

2.1.2 基于保障系统运行与保障性论证指标体系构建

张坤等[12]通过分析装备固有能力和保障系统对效能的影响，构建了以战备完好能力、执行能力和直接被保障能力为一级指标的评估指标体系，根据评估结果进行保障资源的优化。许贵君等[13]对信息系统下的指挥效能进行了评估研究，构建了信息效能、决策效能和行动效能的评估指标体系，基于图谱分析方法进行结果分析，得出信息系统对指挥效能的作用。蔡忠义等[14]从综合指标和专项指标2 个层面建立飞机维修保障效能评估参数体系，装备完好率、平均服役时间、产能合格率为综合指标，器材保障、机务保障、设施设备保障和人员培训等为专项指标。聂成龙[15]采用装备可用度和完好率作为量化装备单元完好性的参数，采用执行任务可靠度、可信度与完成任务效能来表达装备单元遂行任务成功率。

由于基于保障系统运行与保障性论证指标体系方法，指标设置集中于保障对象的状态外在表现，以装备的完好性、遂行任务能力的持续性和装备保障系统运行3 个方面来统一衡量装备保障效能，但评估指标的设立缺乏能够描述装备保障系统动态特性的保障作业活动和行为性指标评估较少，评估结果适用于为高层决策提供支撑，但不适用于对某具体装备、技术的评估。

2.2 装备保障效能评估基本方法

目前国内学者对装备保障效能评估方法大致可分为3 类，多属性解析方法、建模仿真方法和综合评价方法[16]。多属性解析方法通过专家打分确定指标的权值，代入数学模型进而求得效能评估指标，但这种方法主观性较强，缺乏对动态过程的研究。下面重点对建模仿真方法和综合评价方法进行研究。

2.2.1 基于建模仿真的装备保障效能评估

装备保障建模仿真评估是在约束条件下通过构建的模型进行装备保障仿真运行，得到的结果数据直接或经过处理后给出效能指标评估值。其基本思路是以建模仿真为基础，经过统计仿真结果来评估体系的效能。杜晓明等[6]、刘长泰[17]实现了基于HLA分布式交互仿真的方法对装备保障效能进行解析运算，建立了相应的仿真技术框架，应用于战时装备保障效能评估。张涛[18]运用多层次Petri 网对装备保障活动过程进行建模和分析，规范了此类模型的战备完好性参数与任务持续性参数的输入与输出方式。吕学义等[19]基于BP 神经网络构建了通信装备效能的评估模型，从通信装备的可靠性、维修性、保障性、测试性等8 个方面对装备效能方案作出优化评估，进而选出效能最佳方案。何明等[20]在其他学者应用的BP 神经网络方法基础之上，提出了应用Elman 神经网络方法对装甲装备维修保障效能进行评估，Elman 神经网络方法摆脱了模型中最小干扰点的缺点，提高了评估结果的可靠性。杜秀丽等[21]构建了一种基于径向基函数（RBF）神经网络优化的装备保障系统效能评估方法。通过完备交叉与预变异策略对遗传算法（GA）进行改进，利用改进的GA 对RBF 神经网络中心、宽度及输出权值进行全局寻优，并采用优化的RBF 神经网络实现装备保障系统效能评估。

仿真方法能够依据计算机模型引入影响装备保障活动的动态影响因素，模拟演示装备保障系统的实际运行，获取不同约束条件下的装备保障系统的评估数据。但是仿真方法需要大量的基础数据的采集，对数据积累的过程提出了很高的要求。

2.2.2 基于综合评价方法的装备保障效能评估

综合评价方法多用于复杂的评估对象，对多属性的对象系统进行分析，给出全局性的、整体性的评价。常用到的综合评价方法大致分为定性、定量、基于统计分析和多方法融合的综合评估方法。许庆等[22]基于DAF 综合评价法对航天装备维修保障效能进行评估，通过采用德尔菲法确定指标比较判断矩阵，应用层次分析法确定评估指标的权重，运用模糊综合评价法对各评估指标进行综合评估，得到客观、科学的结果。朱东济等[23]构建了基于AHP 层次分析法、灰色关联分析法和TOPSIS 的组合模型，对航天测控装备性能进行综合评估。艾宝力[24]综合使用灰色关联度和证据理论的方法提出了空军通信装备维修保障资源配置效能评估模型，应用Arena 软件对装备保障对象的维修保障活动进行仿真，得出了系统的平时备件使用率、平均修复时间等关键数据用于保障系统的解析计算。

组合评价方法是根据评估对象的特点对多个评估方法进行组合，采用互补的模式构建一个适合评估对象的评估模型，保留其各自方法的优点，用其他合适的评估方法替换不合理的评估模型，进而提高评估结果的可信度。虽然组合评价法对单一方法的缺陷进行了改进，但是由于可组合的方法各式各样，评估主体根据个人认识进行组合选择使评估结果又存在一定程度的主观性。

3 存在的问题及对策建议

3.1 当前研究存在的主要问题

（1）效能概念界定与指标体系构建认识不一致。由于装备保障系统的复杂性、不确定性、整体性等特点，使其在评估方法、评估目标、评估理念等方面呈现多元化的特点。不同学者对装备保障效能的认识存在差异，在构建评估指标体系时会有不同的考量，导致构建的指标体系和权重的赋值与实际保障活动有出入，进而影响了评估结果的客观性。

（2）主观因素影响指标权重的置信度。指标权重是反映指标评价过程中相对重要程度的主观客观指标，在综合评价过程中，评估指标权重的确定直接关系到评价结果是否符合实际情况。在确定指标权重的方法上，采用了专家打分法和层次分析法，定性与定量相结合，但总体上难以避免专家主观因素的影响，从而降低了评估结果的置信度。

（3）不同模型评估结果差异化大。在对装备保障效能评估时，没有一种固定不变的评估模型，通常由评估主体选取一种评估方法或组合评估方法对评估对象进行评估，但客观存在的是不同评估模型下得出的评估结论不尽一样，难以得到与客观实际相符合的一致性评估。

（4）日常数据采集重视不够，缺少相关手段。随着技术的发展，装备体系越来越复杂和完备，随之而来的是装备保障数据的海量增长，在保障过程中日常数据采集手段缺乏、分析利用程度不高，无法全面准确地对保障工作进行评估。目前，对保障能力的研究主要集中在可靠性、维修性等方面，对保障效能的相关指标进行了全面的综合分析与应用，由于没有足够准确的数据支撑，导致在评估时得出的评估结果与实际保障工作存在较大偏差，缺少对具体工作的实际指导。

3.2 对策建议

针对目前装备保障效能评估研究现状，结合航天快速发射装备保障实际问题，瞄准太空需求对航天快速发射任务装备保障要求，基于航天快速发射装备保障现状，对装备保障效能评估下一步研究重点提出建议。

（1）要贴近任务背景。对航天快速发射装备保障效能评估要基于特定任务环境下进行分析，把握任务下航天快速发射对装备保障活动的实时性、动态性影响因素。真理源于实践并应用到实际工作中，对装备保障效能评估工作也是如此，要以空间组网、增网、补网等需求为任务背景，在统筹使用装备保障资源和力量下，分析装备保障中实施装备指挥、应急采购、调配保障、技术保障、装备管理、装备动员等活动，找准影响和制约装备保障的关键影响因素，从而构建全面合理的评估指标体系。通过比对评估结果与装备保障实际活动，找出已构建评估模型的缺陷，根据实际数据对权重或模型加以修正完善。

（2）优化和设计评估指标体系。航天快速发射是一个复杂的系统，涉及装备指挥、应急采购、调配保障、技术保障、装备管理、装备动员等活动，对其装备保障效能评估更关注是对动态效能的评估。在建立指标体系时要注重对动态指标的选取，例如建立装备指挥能力、抢修能力、抢救能力、器材保障能力等一级指标，具体包含保障计划准确率、装备指挥效率、抢修成功率、抢修效率、器材补给成功率、平均作业时间等二级指标。在构建完备的评估指标体系后，运用灵敏度分析法对构建的指标体系进行分析，摒弃对整体效能影响较小的因素，使构建的指标体系更加精干和实用。

（3）建设系统化的保障效能建模仿真平台。科学合理的评估模型在于应用和完善，基于现有的仿真评估系统和装备保障仿真系统框架，运用DEDS、HLA、Simlox 等建模仿真技术，开发适合航天快速发射装备保障领域的建模仿真评估软件，形成系统评估常态化发展的趋势，推动航天快速发射装备保障体系健康、可持续地发展。