基于并行工程的武器装备测试性工作模型分析

2013-12-31邵思杰朱英斌

装备学院学报 2013年3期

邵思杰，曹勇，朱英斌

（1.装甲兵工程学院兵器工程系，北京100072； 2.装甲兵工程学院控制工程系，北京100072；3.中国北方车辆研究所计量室，北京100072）

今后几年我国国防事业将进入新一轮发展高峰期，这对武器装备建设既提供了难得的机遇期，又提出了巨大的挑战。在重点发展的武器装备中，由于较多地采用了新技术、新材料和新设备，必然存在着较多的技术风险；同时受研制进度、技术保障条件和经费等各方面因素的制约，武器装备的测试性工作难度加大。测试性是指产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性［1］。测试性作为武器装备的一种固有设计特性，需要在全系统全寿命周期内，对系统性能、可靠性、维修性、保障性、安全性、经济性、生产性以及装备的作战使用分级维修体制等方面具有较大的影响，需要对其进行全面的分析与权衡，优化设计。为使武器装备适应部队使用与保障需求，采用并行工程方法规划测试性工作，可以切实保证武器装备的测试性水平、降低装备的全寿命周期费用，使测试性工作标准化，为综合诊断打下良好的基础。

1 常规测试性工作分析

国外的测试性工作始于20世纪70年代，我国则以GJB2547－95《装备测试性大纲》的颁布为测试性工作的起点，开始了测试性研究。但是，由于我国测试性研究相对滞后，受技术水平、经济承受能力、思想观念等方面的限制，我国武器装备的测试性水平不高。本文以GJB2547－95《装备测试性大纲》作为分析对象，将GJB2547－95规定的测试性工作称为“常规测试性工作”，相应的测试性工作流程称为“常规测试性工作流程”［2］。按照工作阶段，将具体工作归类、合并，GJB2547－95《装备测试性大纲》中的测试性工作流程等效为如图1所示的流程。

图1 常规测试性工作流程

分析这一流程，不难看出常规测试性工作流程存在以下问题［3］：①缺乏装备使用阶段及改进阶段的测试性工作。②这是一个顺序流程，缺乏中途反馈调整环节，缺少根据测试性分析、评价或验证对测试性要求或测试性设计的修改环节，更谈不上反复迭代的过程［4］。③常规测试性工作流程的序贯模式，决定了其测试性指标及测试性要求是测试性工作的主要依据，而这一依据的主要来源是保障性分析和维修性分析。尽管经过多环节的专家论证和评审，但由于专家决策时缺乏必要的中间信息反馈环节（如，测试性验证信息、测试性评估信息等），信息来源不足，使得这一依据缺乏足够的信息支撑。④缺乏科学的定量分析。其指标及方案的审定程序是基于保障性和维修性要求开展的，属于定性分析过程，缺乏测试性设计的定量分析环节。⑤对测试性数据的收集工作集中在验收鉴定及生产阶段，对装备使用过程暴露出的问题，没有进行测试性数据收集，使得装备在使用和保障、报废和退役过程中的测试性信息无端流失。⑥将测试性纠正环节安排在生产阶段，测试性修订的依据是样机试验暴露的问题。这些问题远少于今后使用和保障过程中出现的问题，是不具备代表性的。同时由于测试性固件已经设计完成，所以测试性的纠正措施受到限制，有的缺陷也已难纠正。⑦GJB2547－95《装备测试性大纲》将编写测试要求文件（TRD）和研制测试程序及接口组合（TPS）的内容归类到7项测试性工作项目之外，而美军标准明确将此项工作列入测试性工作项目之中。将应该属于测试性工作的项目排除在外，这是极其不合理的。

测试性工作应汲取综合诊断思想，在标准化、交互性、协调性上进行发展；同时，延长并优化常规测试性工作流程，使其覆盖武器装备的全寿命周期，从根本上解决测试性工作中存在的问题。

2 基于并行工程的测试性工作模型

2.1 并行工程概述

并行工程（concurrent engineering，CE）是美国在20世纪80年代末提出的在计算机集成制造系统和系统工程中发展起来的工程技术，也是美国国防部在20世纪90年代和21世纪发展武器装备系统的基本管理模式。其核心内容是：一是强调用户需求，并把用户需求转化为完整的武器装备要求；二是交互作用、互相协调的并行研制过程，以便将武器装备的设计与武器装备的制造过程和保障过程用系统工程方法综合在一起，从而在武器装备的全寿命周期内统筹考虑其作战性能、可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性和生产性；三是建立多学科（多专业）的综合研制机制及计算和辅助工程环境［5－8］。

20世纪90年代以来，随着并行工程概念的提出和广泛应用，人们从综合诊断的角度，以并行工程的视角对测试性工作进行重新审视，逐渐认识到测试性工作实质上是系统并行工程和系统设计的一个有机组成部分。测试性工作应打破产品传统串行开发模式带来的横亘在设计、制造和维护之间的“砖墙”，实现设计－制造－维护一体化的策略。基于并行工程的测试性工作具备如下显著优点：①显著降低装备全系统全寿命周期的费用。②由于在装备设计阶段就认真考虑了装备的测试性问题，使装备内置测试和外部测试做到合理分工和有机结合，大大提高排除故障的能力和效率，缩短装备再次投入战斗或训练的准备时间。③测试设备硬件和软件做到标准化、通用化和垂直化，确保装备研制过程测试与各级使用维护诊断测试手段和信息的一致化，从而促进全国一体化维修保障体系的尽快建立。④改革维修体制，大大降低对测试和维护人员的技术水平要求，降低保障费用。

2.2 模型的基本内容和特点

基于并行工程的武器装备测试性工作模型如图2所示。

图2 基于并行工程的武器装备测试性工作模型

该模型具有下列特点。

1）武器装备的测试性工作与装备的研制和使用并行。在基于并行工程的测试性工作模型中，有2条并行的主线：一条主线是武器装备的研制与使用；另一条主线是武器装备的测试性工作。2条主线相互联系，相互作用构成了测试性工作模型的基本流程。网络通信环境为测试性信息的反馈、跟踪、控制和传输提供了技术保证。

2）测试性的仿真验证贯穿于测试性设计、直至武器装备验收试验的全过程。

传统的以实装试验为主的验证试验模式，导致军工产品研制周期长，试验费用高，风险大；另一方面，随着现代信息技术等高新技术的飞速发展及其在军工试验与测试领域的广泛应用，军工试验与测试技术的综合化、虚拟化、通用化、智能化和网络化是未来军工试验测试技术最重要的发展趋势。国外军工产品研制中已越来越多地应用了虚拟试验与仿真验证（简称虚拟试验）技术［9］。采用计算机仿真技术，不用进行实装的验证试验就可以进行测试性验证，适应了新型武器装备样本量缺乏和时间紧迫的特点，也避免了大量的测试性验证设备采购费用和对武器装备硬件的损毁。在装备研制阶段，依据设计原理图和相关信息就可进行测试性验证，可以实时将测试性水平反馈给装备设计人员，对提高装备测试性水平有极大帮助，也使得我军能够在装备设计阶段就拥有有效手段对装备的测试性水平进行监控。在装备的使用阶段，利用详尽信息建立的装备测试性模型进行的仿真验证试验，可以改进定型装备的测试性、提高新型装备的测试性水平。

3）测试性信息收集与整理贯穿武器装备的全寿命过程，建立基于信息的并行工程保障环境。

4）测试性工作的标准化。测试性工作的标准化有利于资源共享，减少重复试验与测试，方便用户的使用、维护和管理，缩短产品开发周期，提高产品质量，降低产品成本提高武器装备的战斗力。测试性工作标准化的内容主要有：①测试硬件与软件的标准化；②信息共享，包括装备测试性信息的共享；③建立测试性模型，方便不同专业、不同单位的人员共同完成测试性设计。

3 测试性工作模型适用性分析

总结图2中基于并行工程的武器装备测试性工作模型，可以将测试性工作项目分为制订测试性工作计划、测试性审定、制订测试性数据收集和分析计划、诊断方案和测试性要求、测试性初步设计与分析、测试性详细设计与分析和测试性验证7项工作内容［10］。假设武器装备研制全过程（Q）为100%，其中测试性工作在武器装备研制全过程所占比例按照最高50%（系数δ）来估算（可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性（“五性”）工作在装备生产中所占的比例，即使和装备的研制生产各占50%，测试性作为“五性”工作之一，比例也达不到50%，这里取最极端情况：仅测试性一项即占50%），可以对基于并行工程的测试性工作各项目的适用性作一个粗略的估计。

按照重要性，对装备研制程序各环节定义一个基本权值：①战术技术指标论证阶段（q1），10%；②方案论证与确认阶段（q2），25%；③工程研制阶段（q3），40%；④生产阶段（q4），10%；⑤使用与保障阶段（q5），10%；⑥装备改型阶段（q6），4%；⑦装备退役、报废阶段（q7），1%。

按照测试性工作项目和测试性准则的不同适用性给出基本权值：①适用，1；②有选择适用，0.5；③不适用，0。得到测试性工作项目（A）适用性的一个判别矩阵，如表1所示。

表1 基于并行工程的测试性工作项目适用性判别矩阵

进行归一化运算，按列加权规范化，求单个测试性项目在研制中各环节的适用率为

则单个测试性项目在研制全过程适用率为

所有测试性项目在研制全过程适用率为

经计算，得到测试性指标在武器系统研制全过程的适用性估计，如表2所示。

表2 基于并行工程的测试性工作项目适用性估计

常规测试性工作比较，在基于并行工程的测试性工作中，各个项目在武器研制全寿命过程分布有明显的差别，表明基于并行工程的测试性工作各个项目间有主次之分，工作重点突出。其中，测试性验证工作（8.9%）、诊断方案和测试性要求（8.4%）所占比例较高，制订测试性工作计划所占比例较低（5.3%）。说明在基于并行工程的测试性工作中，更加重视测试性验证、测试性要求及测试性方案论证工作，这一分布比例是较为合理的。