军用ATS 的可计量性论证

陈雪松，刘涛，鲁国庆，袁晓峰

(中国人民解放军96604 部队，北京100192)

0 引言

随着新型武器打击精度的提高，作为保证武器系统性能和量值特性的ATS (Automatic Test System)在武器系统中的地位越发凸显。以装备“五性”和战术指标需求为中心的设计，决定了军用ATS 与武器装备系统紧密融合，形成了测量与控制结合、参数多样、集成度高、接口形式复杂、系统相对封闭等显著区别于通用测试设备的特点。ATS 可计量性的优劣，从根本上取决于在论证、研制阶段进行的可计量性设计。因此，可计量性论证作为可计量性设计的依据至关重要。目前，作为论证、采购 ATS 的参考依据为GJB5109 － 2004 《装备计量保障通用要求检测和校准》［1］。该国军标以确保装备出厂后计量保障的有效实施为目的，从计量保障的技术和管理角度明确了订购方对承制方的总要求。总要求中，从承制方与使用方各自的角度，对检测和校准过程、检测和校准设备提出了定性要求。而对在论证研制阶段如何通过量化分析、确定指标、试验验证等环节，确保实现上述总要求的可计量性论证并没有涉及。近年来，ATS 可计量性相关研究备受关注，一些新的研究成果也陆续见诸文献。研究内容主要集中在针对专用测试设备的可计量性所涉及的基本问题的定性分析［2－3］，对通用测试设备的可计量性概念、设计、论证和验证缺乏系统性论述和研究。

1 可计量性

测试性、维修性、可靠性是从产品设计角度研究与故障斗争的理论和方法［4］，而可计量性是从装备量值溯源和检测受控相关特性角度新近提出的概念，目前没有统一的定义。所谓可计量性(Measurability)有文献定义为“装备各测量(测试)设备所具有的反映其量值准确、数据可靠和计量便利程度的一种设计特性，贯穿于装备全寿命周期”［5］。也有文献将其表述为“专用测试设备在设计时除了要满足性能、可靠性要求，还要考虑计量的方便与可行性”［6］。

简而言之，可计量性是指对测试设备本身反映其量值溯源难易程度和对计量资源依赖程度的固有属性。因此，可描述为:可计量性是指通过掌握一定技能的计量人员，基于给定的资源并按照规定的流程，展开计量、检测时，从时间和资源的需求角度完成装备计量检定的难易程度。

2 可计量性论证概述

2.1 论证目的

一般装备的寿命周期大致可分为论证、方案、工程研制、生产与部署、使用与保障、退役处理等阶段。在论证阶段要提出战术技术要求和论证经济技术可行性，并分析各种备选方案。早期的论证决策对系统的效能、费用有着深远的影响，通过论证实现装备系统要素的优化平衡［7］。可计量性论证是可计量性设计的前提，其最终目的是确保系统和设备达到规定的可计量性要求，以提高军用ATS 和设备的战备完好性、任务成功性，降低对计量人力和其他资源的要求，减少寿命周期费用，并为管理提供必要的信息。

2.2 论证程序

参照GJB5109 －2004 《装备计量保障通用要求检测和校准》及有关国军标，并结合装备实际论证工作中总结的经验和教训［8］，制定可计量性论证的基本程序:

1)根据预期要求进行需求分析、确定可计量性论证初步方案;

2)收集国内、外有关ATS 的可计量性数据，对比分析，借鉴其中成功经验，使新装备的可计量性要求具有先进性;

3)分析我国现有装备生产、研制的技术水平，同时分析可能达到的可计量性设计水平，使新装备的可计量性要求具有可行性;

4)利用费用－效能分析和全寿命费用分析方法对新装备的费用、研制生产进度、可计量性水平和其他性能之间的关系进行综合权衡;

5)参照现有国家标准、国家军用标准和相关规程，确定新装备可计量性的定性和定量技术指标;

6)将使用指标转换为合同指标，纳入研制合同;

7)汇总可计量性论证成果形成新装备可计量性工作计划。

论证阶段与方案阶段的可计量性工作的表述如图1所示。

论证阶段最终要制定可计量性工作计划，而方案阶段最终要形成产品规范的可计量性要求。

2.3 论证的一般原则

针对武器装备设计、生产和研制，以及ATS 在使用中存在的问题，通过综合分析得出计量性指标体系构建的总体原则。

图1 论证阶段与方案可计量性工作

系统性原则，可计量性技术指标同其它指标一并考虑，所选择的可计量性参数应能够反映可计量性水平，并能降低计量保障的人力费用、时间等方面的要求。

必要性原则，所提出的计量性指标或定性要求应当是描述可计量性所必须的，尽量减小冗余。

可操作性原则，寿命剖面和任务剖面明确，并细化到适当、可用的层次、合同指标与研制进度、费用等协调。

可验证性原则，提出合理而完善的可计量性合同指标验证方法，确定置信水平、判决风险等。

定量与定性相结合的原则，定量与定性具有互补性，二者相结合能够充分融合数学模型和专家的知识优势，从而实现对复杂问题相对客观的描述。

3 可计量性论证内容

3.1 确定指标的约束条件

1)任务要求分析

军用ATS 出厂后经历的主要事件有装卸、运输、存储、检定、维修等任务剖面。由于多数军用ATS 的大部分时间处于非任务状态，非任务期间由于装卸、运输、存储和检定会在一定程度上影响ATS 的量值特性。某型ATS 的任务剖面如图2 所示。

图2 某型ATS 任务剖面框图

2)使用和保障条件

可计量性指标在提出时必须考虑ATS 的计量保障条件，这是因为可计量性指标的高低与计量保障方案的选择是密切相关的。例如，某型ATS 计量保障体制如表1 所示。不同的保障级别和保障模式实现计量保障的效率和时间差异较大，因而在提出可计量性指标时，必须结合我军现有的计量保障模式。ATS 可计量性论证能够有效降低对使用阶段计量保障的要求［9］。

表1 某型号ATS 的计量保障体制

3.2 定量参数指标的确定

可计量性定量参数指标是表征可计量性的定量参数。

1)平均检定/校准时间

平均检定/校准时间在规定条件下，完成该测试设备检定/校准所需的平均时间。

2)最大检定/校准时间

最大检定/校准时间在规定条件下，完成该测试设备检定/校准所需的最大时间。

3)校准/检定周期

两次相邻的校准/检定之间的时间间隔;校准/检定周期较大、反映了该测试设备的量值稳定性相对越高。

4)平均检定/校准工时

检定/校准工时在规定的条件下进行检定/校准所需的工时。该参数是与计量方式、模式和资源有关的一种可计量性参数。

5)最大检定/校准工时

在规定的条件下进行检定/校准所需的最大工时。该参数是与计量所需人力有关的一种可计量性参数。

6)年平均计量费用

在规定条件下，每年计量费用的平均值。该参数是与计量保障资源有关的可计量性参数。

7)计量性设计比率

整个系统中，实际进行可计量性设计的设备数量与所有设备数量之比。

8)故障检测率

检测并发现设备一个或多个故障的能力。

3.3 合同指标的确定

由订购方提出，反映ATS 可计量性参数，即可计量的使用参数。使用参数是武器在使用状态下的可计量性参数，反映了设计、生产、环境等情况。而合同或研制任务书中用来表示订购方对ATS 的溯源要求，并且是承制方在研制与生产过程中可以控制的可计量性参数即可计量性合同参数。

合同指标由使用指标转换而来，转换系数通常可根据相似ATS 的统计数据，用回归分析法确定;缺少相关数据时，可由使用方和生产双方商定。

3.4 定性要求的确定

论证过程中的可计量性定性要求通常包括无法定量描述的可计量性要求、研制过程中的可计量性工作要求、研制与试验过程中的可计量性试验要求等。

1)可达性

进行计量时，接近测试点的难易程度。例如，便于操作使用、避免拆卸。

2)标准化

优先考虑采用通用或标准接口。

3)防差错措施及识别标志

对计量中涉及的端口、表盘、指示灯、测试点等应有明显的识别标志。

4)人机环境工程

各种仪表应便于观察，对正常工作范围和不正常工作范围应有鲜明的标志。

5)技术安全要求

人员安全:对计量人员有可能造成人身危险的测试设备部件、端口等，应有保险或防护措施。

设备安全:对于高压敏感、静电敏感、振动敏感的易损部件、探头等，要有保险、防护措施、容错措施等。

6)人素工程

对计量检定人员能力、技术水平的要求。

7)环境要求

开展计量工作所需的场地、温湿度、电磁环境等外部环境要求。

8)文档完备性

凡影响装备功能、性能的项目或参数都应进行检测或校准，并给出相应的检测或校准方法，以及用于检定的检测设备、校准设备和相关记录表。

4 可计量性评审

4.1 组成要素

在充分考虑装备计量需求的前提下，结合多年来对装备的计量经验、相应国军标和相似装备的计量性指标，并结合总体原则确定候选方案。从可计量性的内涵分析，可计量性反映了如下三个方面的基本要素:

1)A 类要素

A 类要素反映了装备可计量性设计中的最基本问题，它包含的参量通常是一些较为直观的定性参量。这些参量通常体现了在装备设计中的一些基本原则，如可达性，可拆卸性、互换性与标准化程度，模块化程度，防差错及识别标志等。

2)B 类要素

B 类要素包含了所有以时间为度量的参量，它反映了计量性的时间属性，它可以是定性的也可以是定量的，例如:平均修复时间、最大修复时间、重构时间、主要部件的平均更换时间和维修工时率以及平均预防修复时间等。

3)C 类要素

C 类要素反映了装备计量中对资源的依赖性，它可以是定性的也可以是定量的，例如:软件要求、维修硬件资源要求等。

按照要素归类更有利于对可计量性的总体把握，对不同装备系统中可根据需求对要素中内容进行调整。

4.2 方案的优选

可计量性方案的优选原则:最少费用原则，在满足可计量性条件的情况下，方案中应具有鉴别可计量性有关研制难易程度和保障费用;可计量性最大化原则，在经费确定的条件下，尽可能准确的对各个方案的可计量性进行评价，选取可计量性最大的方案;最佳费效比原则，将候选方案的可计量性作为该方案的效能，用该方案的效能和对应研制费用比值作为优选指标，选用该比值最大者为最佳方案。方案的优选中，可引入模糊集、粗糙集理论对定性定量参数进行优化、构建可计量性指标框架，在综合量化的基础上进行评审。

5 结束语

综上所述，文中基于对军用ATS 可计量性论证中所面临的现实问题进行了分析，从指标的约束条件、定量参数指标确定、合同指标确定和定性要求确定四个方面，对可计量性论证方法进行了讨论。对可计量性验证问题，从两个方面进行了分析阐述。由于军用ATS 的结构和功能的多样性，在工程实践中探寻可计量性论证的普适方法，仍需要进一步深入研究。

［1］中国人民解放军总装备部.GJB5109 －2004 装备计量保障通用要求检测和校准［S］. 北京:总装备部军标发行部，2006.

［2］董锁利，丁颖，张建兰，曾渭平. 机载设备计量性分析与设计讨论［J］. 计测技术，2011，31 (3):46 －48.

［3］董锁利. 论装备可计量性设计专业化的必然性［J］. 计测技术，2013，33 (1):38 －40.

［4］田仲，石君友. 测试性设计分析与验证［M］. 北京:北京航空航天大学出版社，2002.

［5］汪静. 军用ATS 可计量性关键技术研究［D］. 长沙:国防科学技术大学，2010.

［6］梁向东. 航空专用测试设备可计量性设计［J］. 洪都科技，2004 (2):40 －43.

［7］陈学楚，张诤敏，陈云翔，等. 装备系统工程［M］. 北京:国防工业出版社，2008.

［8］曹辉，易群智. 火炮系统可靠性维修性论证指南［M］.北京:总装备部炮兵装备技术研究所，1999.

［9］孙中泉，李涛，张华锋. 军用自动测试系统计量保障方法研究［J］. 国外电子测量技术，2009，28 (3):31 －33.