基于STAT的装备性能试验技术探究与分析

张金超、陆宏伟、姜盛鑫、冯可、陈阳 ／中国航天标准化与产品保证研究院

装备试验鉴定是装备采办全寿命周期管理的重要工作，在装备采办决策中起着重要的作用。建立结合前沿科学技术的装备试验鉴定体系是我国装备试验评估的必然趋势。通过试验鉴定，能够从技术和工程的角度测试装备是否达到规定的战技指标和效能，检验装备是否满足作战使命需求；同时还能尽早发现装备存在的缺陷，消除其使用风险。我国装备的试验鉴定主要包括“性能试验—状态鉴定”等几个环路。其中，性能试验是在外界条件可控的基础上，检验装备战技指标是否符合研制要求，查验装备性能底数，由相关部门在装备完成样机研制、进行状态鉴定审查前组织实施。本文借鉴美军装备试验鉴定的科学试验与分析技术（STAT），结合我国装备试验鉴定特点，重点对我国装备试验鉴定中性能试验阶段的相关技术展开研究和探讨。

美军装备试验鉴定中的研制试验在独立试验阶段是由美军设立了统一的研制试验鉴定管理部门机构，将研制试验阶段独立开展管理。随着信息化、网络化等软硬件能力的高速发展，美军开始加强试验资源和设施的互联互通，进入了联合试验训练阶段。此时外界的发展和内在的现实需求迫使研制试验与作战试验相互独立，并组建了相应的监管体系。

一、美军研制试验技术发展现状

1.发展现状

美军装备试验鉴定能力持续位于世界领先水平，不仅具备成熟的试验鉴定模式，还具有完善的管理评估机制。美军试验鉴定流程如图1 所示。

图1 美国国防部试验与评价流程示意图

20 世纪70 年代，美军试验鉴定中采取研制试验鉴定、作战试验鉴定并行的方式。研制试验与鉴定具体体现在：一是用来帮助开发和推进产品、产品元件或产品制造或者支持过程逐渐具备条件的试验；二是用来验证技术实时动态，尽可能降低设计风险，证明达到了合同技术性能，以及针对初始作战使用试验进行就绪程度认证的任何工程类试验。

2.研制试验情况概述

（1）研制试验发展历程

美军装备试验鉴定中的研制试验在独立试验阶段是由美军设立了统一的研制试验鉴定管理部门机构，将研制试验阶段独立开展管理。随着信息化、网络化等软硬件能力的高速发展，美军开始加强试验资源和设施的互联互通，进入了联合试验训练阶段。此时外界的发展和内在的现实需求迫使研制试验与作战试验相互独立，并组建了相应的监管体系。

21 世纪以来，以一体化、体系化为基本导向的试验环境搭设理念受到关注。在该阶段，装备试验鉴定模式也相应地转变为研制试验与作战试验一体化的协同鉴定模式。该阶段的智能计算技术、网络一体化能力、系统仿真技术等体系能力为研制试验建设纷纷赋能，实现了装备研制试验鉴定体系化建设，降低了试验成本和试验风险。

在一体化的试验鉴定模式下，研制试验的基本基调是以研制部门为主，考核新研装备的战技指标能力。随后，美国国防部主管部门针对研制试验鉴定阶段开展了“左移”的措施，提议将作战试验部分内容适度提前体现在研制试验鉴定阶段中，尽早发现装备的问题并出具解决方案，防止不成熟的技术固化，全链路为采办决策提供可信试验数据；加强可靠性试验设计等措施，如图2 所示。“左移”进一步通过扩展计划、持续推进等措施，促进更为严格的研制试验鉴定。

图2 “左移”倡议发展及举措示意图

（2）研制试验鉴定的工程意义

研制试验鉴定的重点是确定采办风险；更加深入地了解作战系统；提供独立风险评估；提供系统功能特征分析；确保文件规范和合同符合要求；针对初始作战使用试验鉴定分析系统就绪程度；确定系统能力、限制条件和缺陷；提供关于成本、性能和日程权衡的信息；利用综合试验来得到可靠的定性定量数据；以及实现更快速的部署。

研制试验主要作用是甄别装备研制时的技术隐患和缺陷；梳理装备各项要素能力，评估体系的效能等级；基于各阶段试验方案中战技参数和评估方法的可靠性，对各阶段技术进展做出量化分析。

（3）研制试验与鉴定体系

在整个采办过程中，研制试验与鉴定围绕着验证技术是否符合规格要求，证明系统工程、设计、开发和性能的完整性和适用性。研制试验与鉴定是一个工具，可以证明系统是否达到预期性能，或者是否发现缺陷，证明此类缺陷是否已经被纠正，系统是否准备好进行作战试验。在整个系统工程活动中，都利用研制试验与鉴定过程的结果提供重要的数据，以支持正式的技术评审。采办全周期各阶段的研制试验与鉴定活动实例如图3 所示。

图3 采办全周期各阶段的研制试验与鉴定活动实例

研制试验鉴定的重点是确定采办风险；更加深入地了解作战系统；提供独立风险评估；提供系统功能特征分析；确保文件规范和合同符合要求；针对初始作战使用试验鉴定分析系统就绪程度；确定系统能力、限制条件和缺陷；提供关于成本、性能和日程权衡的信息；利用综合试验来得到可靠的定性定量数据；以及实现更快速的部署。

二、美军科学试验与分析技术（STAT）

1.STAT 发展概述

2012 年4 月，美国助理国防部长帮办等部门筹建了试验鉴定科学试验与分析技术卓越中心（STAT COE）。该卓越中心于2012 年7 月获得全面运营能力，为国防采办项目提供建议和帮助，科学试验和分析技术（STAT）的使用将提高试验鉴定的效率，同时提供严格的、合理的试验鉴定策略和结果，从而提高研制试验计划、执行和分析流程的知识水平。

科学试验和分析方法是利用科学和统计方法来开发严格和经得起推敲的试验计划，并评估其成果。科学试验和分析方法有助于试验团体改进综合试验的规划、执行、分析和报告。其主要职责包括：制定试验策略，量化系统性能，降低项目风险；通过科学的设计方法和流程，为制定试验鉴定主计划及相关试验计划提供支撑；在试验设计中推广应用先进的技术；指导、培训试验鉴定从业人员；使用专业的统计软件，支撑试验开展、数据采集与分析工作。

2.STAT 运行机制

在实际装备采办项目开展当中，并不是所有的项目需求都需要严格的试验方法，在制定有效的科学试验与分析技术之前需要先进行需求确认，确认需求之后再制定试验鉴定的主计划。

试验鉴定工作中初步的科学试验与分析技术将分为三个阶段发展：第一阶段作为启动阶段，主要目标是制定策略、提供指导，提供培训、软件应用，针对试点项目开展案例研究，以促进向基于科学试验和分析的过渡。第二阶段的主要目标是扩大试验鉴定项目的深度和广度，充分学习第一阶段所得经验教训和最佳实践。第三阶段的主要目标是根据第二阶段所得的成果，逐步在试验鉴定工作中全面实施科学试验与分析技术。

随着系统的日益复杂，科学试验与分析技术的应用也变得更加必要和具有挑战性。图4 为具体的科学试验与分析技术流程图。

图4 科学试验与分析技术流程图

3.STAT 序贯试验实例

美军考虑购进一种名为“足够好导弹”（GEM）的新型导弹，它是基于遗留系统改进而来的。除升级的目标系统外，GEM 具有与其遗留系统几乎完全相同的组件。评估该型号导弹的两个主要的问题包括：能否在R 米或在更短的距离内击中目标？从发射到撞击，在空中停留的时间能否在T 秒或者在更短的时间内？

面对上述问题，可以采用跨作战试验空间的贯序试验来进行评估。试验因子的选择是根据现有的需求和以往使用遗留系统导弹的经验进行的。因子主要包含目标距离、时间、地形等因素，具体因素及其水平如表1 所示。

表1 GEM测试的因素和水平

使用STAT 生成了几个可行的设计策略，其中各项设计策略采用数据分析软件进行设计。由于试验设计目标是筛选因子，所以可以接受一定的预测误差。通过执行数据分析软件JMP：其中目标距离因素作用较大，发射点海拔和云量度经筛选后都从模型中剔除。综合上述分析，在该实例中通过序贯试验手段，针对试验因素占比较大的变量评估其置信度，同时采用数理统计方法求取置信区间，从而提升试验可靠性。

三、STAT在装备性能试验验证阶段的体现

近几十年以来，各式各样的高新技术不断冲击，我国装备也在不断地更新换代，试验鉴定的性能试验环节验证技术也有着相应的发展。在各类装备试验鉴定中均有相应技术的体现。例如针对国军标中不同质量水平的装备性能考核，采用数理统计中的置信检验方法，该方法类似隶属度原则，以“大概率”属性判别装备综合性能是否达标，提高了试验效费比。基于系统工程理念阐述了试验领域的“能力”内涵及其技术指标，设计了性能试验的方法，该方法可以推进基于试验能力的航空航天装备性能试验。基于区块链技术的可信数据集搭建了各型装备的试验鉴定管理体系，提升了试验的验证效率。针对装备性能试验不能及时开展系统效能评价的问题，探究了其试验开展实时评估的方式方法。针对某火炮自身特点，工程上研发了高效可行的装填测试系统，以实例验证了该系统的有效性。此外，基于虚拟维修技术在航空维修领域试验鉴定中开展试点应用。随着贝叶斯、序贯分析等统计方法在试验鉴定中的应用，为型号研制的小子样试验分析和鉴定起到了降本增效的作用。同时也发展了可靠性增长试验贝叶斯评估技术，为装备系统战术技术指标的鉴定与评估提供了重要的技术支撑。针对成败型产品指标的考核，选用贝叶斯统计方法对试验风险进行评估。针对装备性能试验指标多、结构复杂的特点，借鉴了层次分析法（AHP）和模糊综合评价法（Fuzzy）明确指标权重，系统分析了性能试验的重点环节和影响因素。伴随着高新技术的冲击，虚拟仿真技术、光学成像技术、电子成像技术、性能测试仪器技术、网络/试验数据管理技术、定向能技术和建模与仿真等技术应运而生。进一步将虚拟仿真试验技术嵌入到某型装备的发射过程中，模拟判定装备的部分指标参数。还有半实物仿真技术、实装动态试验技术等。上述所提到的性能试验验证技术在STAT 不同阶段中均有体现。

四、启示

随着网络化、智能化等技术不断推动军事思维的转变，我国在装备试验鉴定模式的自主建设、体系发展等方面也步上新台阶。新时代下的军事变革、发展需求及不确定性挑战，将会使试验鉴定技术相关联的管理机制、条件机制、保障机制等方面的发展亟须完善。面对上述问题，受STAT 技术的启发，提出以下几点思考：

一是设立性能试验发展项目，开展试验技术体系以及试验验证技术方法研究。我国装备试验鉴定技术作为多学科交叉融合系统性较强、应用性广泛，该领域虽然有了长足的发展，但在性能试验阶段中仍缺乏体系化的理论指导和完备的科学试验分析技术。该问题在一定程度上导致我国高新技术装备的性能试验验证不彻底、不完善。因此，要加强前沿性能试验技术鉴定与评估相关理论方法的研究，建立结合我国性能试验验证特点和具有实际可操作性的理论及技术评估体系是当前课题研究的重点之一。

二是成立组织健全的管理架构。目前软硬件技术飞速发展，为保证装备的性能试验开展顺畅、试验验证质量以及采办风险和费用可控，必须建立一个健全的组织管理体系。可借鉴美军新的科研管理模式，推进性能试验鉴定与科研管理同步协作，系统创新国防科研网络结构，提升性能试验验证水平。美国在研制试验阶段启动的一系列重大计划表明，我们需要加强顶层战略牵引，强化一体化性能试验鉴定思想，全面统筹试验鉴定技术发展。

三是性能试验相关法规制度的补充建设。尽管装备试验鉴定工作具有依据的相关法规和标准、研制要求等其他依据性文件，但试验法规制度的具体实施上仍然有待完善。由于性能试验是多学科交叉、多单位合作完成的一项综合性工作，须建立完善的制度法规保证试验高质量完成。因此，必须就装备全寿命周期内不同的参与主体，健全完善的法规体系，进一步明确其权利和责任，保障试验鉴定技术研究顺利开展。

五、结束语

目前，美军试验鉴定技术体系研究已经日趋完善。系统的科学试验分析与评价技术、健全的法律法规和深厚的理论研究基础为美军试验鉴定的发展提供了强力支撑。通过研究美军试验鉴定的发展历程，加强探索我国试验鉴定技术，提升装备试验规划规划效率和评估质量。同时，开发总结出一套适合我国特色的试验鉴定技术理论体系，以保证性能试验工作的有序开展。