武器装备作战试验项目设计方法研究

王金良，　郭齐胜，　赵东波，　李玉山

(1. 装甲兵工程学院 装备指挥与管理系， 北京 100072；　2. 白城兵器试验中心， 吉林 白城 137001)

武器装备作战试验项目设计方法研究

王金良1，郭齐胜1，赵东波1，李玉山2

(1. 装甲兵工程学院 装备指挥与管理系， 北京 100072；2. 白城兵器试验中心， 吉林 白城 137001)

摘要针对武器装备作战试验项目设计存在方法单一、考虑因素不全面等问题，利用“多级映射”技术，通过建立作战任务、评估指标体系、作战任务剖面以及影响因子之间的关系，设计了多任务阶段、多因子影响下的作战试验项目，给出了作战试验项目优化原则和方法。通过实例对方法的可操作性和科学性进行了验证。

关键词作战试验项目；设计方法；映射；任务剖面

作战试验项目是根据试验目的和要求，在特定的预算、时间、资源和作战背景限定内，依据规范完成的一系列独特的、复杂的,并相互关联的试验活动。作战试验项目设计是对作战试验活动的科学规划，是建立指标体系与作战任务、作战环境之间关系的桥梁。科学设计作战试验项目，对减少试验成本、缩短试验周期以及提高试验效率等均具有重要意义。美军的作战试验理论比较成熟，其作战试验项目设计通常采用树状分析技术，将作战问题分解到能够确定实际数据需求和试验测量的程度。我军对武器装备作战试验研究尚处于摸索阶段，在作战试验项目设计方面的研究成果较少，文献[1]提出了基于关键问题分解的作战试验项目设计方法，并给出了武器装备型号单体、系统及体系的作战试验项目，为作战试验项目设计提供了一种思路和方法。该方法仅是对作战试验内容的初步设计，还未考虑多任务条件下的多种因子对试验项目的影响。因此，本文提出了基于多级映射的作战试验项目生成方法，旨在解决多任务阶段和多因子影响的作战试验项目设计难题，并为作战试验活动实施提供科学的方法支撑。

1相关定义

定义1因子(Factor)：指对指标有影响的因素，常用A、B、C等表示，包括可控因子和不可控因子。

定义2水平(Level)：指因子在试验中取得的状态，因子水平的选择只针对可控因子而言，一个可控因子通常有多个水平。

定义3可控因子(Controllable Factor)：指在装备试验过程中，可以通过某种方式改变其水平的因子。

定义4不可控因子(Uncontrollable Factor)：指在装备试验的实际操作中，不能控制、难以控制或需要花费高昂经费才能控制的因子。

定义5单因子试验(Single-factor Experiment)：指在试验中只考虑一个因子的试验，只变更、比较一个因子的不同水平，其他因子则作为试验条件严格控制。

定义6多因子试验(Multi-factor Experiment)：指在试验中考虑2个或2个以上因子的试验[2]。

定义7处理-水平(Treatment-level)：因子水平选择只针对可控因子而言，可控因子的组合通常用各因子水平的组合表示，记为TL等。

定义8处理-不可控因子(Treatment-uncontrollable Factor)：指在试验中各不可控因子的一个组合，称为处理，常用TU等表示。

定义9映射：指元素集之间相互“对应”的关系，对应方式包括一对一、一对多和多对一等。

定义10一级映射：特指作战任务与不可控因子之间的映射过程，生成处理-不可控因子TU。

定义11二级映射：特指评估指标体系与作战任务剖面之间的映射过程，映射结果用P→I表示。

定义12三级映射：特指二级映射结果与可控因子之间的映射过程，生成处理-水平TL。

2基于多级映射的作战试验项目设计方法

基于多级映射的作战试验项目设计方法，其核心是建立作战任务、评估指标体系、作战任务剖面以及影响因子之间的关系。该方法包括4个环节：作战任务分析、评估指标体系构建、作战任务剖面分解、影响因子(可控因子和不可控因子)分析；分为3个映射过程和1个生成过程：一级映射过程(作战任务→不可控因子)、二级映射过程(评估指标体系→作战任务剖面)、三级映射过程(二级映射结果→可控因子)、作战试验项目生成过程(一级映射结果与三级结果进行综合)。如图1所示。

图1　基于多级映射的作战试验项目设计过程图

2.1设计环节

1) 作战任务分析。武器装备作战试验通常在特定的作战任务背景下进行，对于某试验装备特别是主战装备通常承担多样化使命任务，在综合考虑试验样本数量、试验周期、试验经费、试验人力/物力等多种影响因素的基础上，一般选取典型作战样式，确定相对合理的试验规模，通过平行或依次展开的方式进行试验。

2) 评估指标体系构建。一次完整的作战试验通常包括多个评估指标体系，依据试验目的不同，分为作战效能评估指标体系、作战适用性评估指标体系和体系贡献度评估指标体系；依据试验规模不同，分为单装评估指标体系、系统评估指标体系和体系评估指标体系。指标体系构建方法的选择依据试验目的而定，通常采用基于作战功能、基于作战活动、基于关键议题等方法进行构建[3]。

3) 作战任务剖面分解。任务剖面分解要能最大限度地还原装备在作战试验中所经历的事件及其所处的环境[4]。通常采用基于任务树分解或基于IDEF0(Integration Definition for Function Modelling)等方法进行任务剖面描述，目的是将作战任务阶段化，便于建立底层指标与各试验阶段对应关系。

4) 影响因子分析。影响因子由不可控因子和可控因子组成，每个可控因子又包括多个水平。不可控因子通常由典型作战样式决定，而可控因子由评估指标体系决定。如某型坦克高原高寒山地作战的不可控因子包括山地地形、气压、能见度、气温等，而可控因子指坦克炮射击时多种射角、多种射击状态(静止射击或运动射击)以及目标的多种状态(静止或运动)。影响因子分析的核心工作是在降低不可控因子对试验评估结果影响的基础上，通过映射的方式，建立多可控因子、多水平与试验指标之间的函数或统计关系。

2.2映射过程

2.2.1一级映射过程

一项作战任务对应一个或多个作战背景Operational Groud(简记为G)，每个作战背景通常选取一种典型作战样式Operational Style(简记为S)，每种作战样式对应多个不可控因子(简记为U)。不可控因子的数量由试验人员依据作战任务和具体条件确定，不可控因子之间可以通过组合生成处理-不可控因子(简记为TU)，一级映射设计过程如图2所示。

图2　一级映射过程

设一级映射结果数量为N1，则有

(1)

2.2.2二级映射过程

评估指标体系无论采用何种方法构建，都会生成多个底层指标Bottom Index(简记为I)，一项作战任务依据作战背景会产生多个作战任务阶段Test Mission Phase(简记为P)，作战任务阶段和底层指标之间具有对应关系，包括一对一、一对多或多对一等多种对应关系。作战任务阶段对应底层指标数量的多少由该试验阶段的重点决定，不同阶段对应的底层指标名称可能相同，但内涵不一定相同，有时为便于理解内涵，需要对底层指标继续分解(通常情况下，评估指标体系会分解到底层指标不可再分为止)。如某型坦克在机动部署和火力突击阶段都对应机动速度指标，机动部署阶段对应的机动速度又可以分为2个底层指标：一是战役层面的机动速度，主要从装备结构、装备战斗权重等角度衡量适应多种战役运输方式的能力；二是战术层面的机动速度，主要指装备的平均越野速度。火力突击阶段对应的机动速度也是战术层面的机动速度，不同的是，它是在体系对抗背景下的平均速度。该平均速度受障碍、火力打击等因素影响，其速度通常会小于平均越野速度，水平范围有所不同。

设底层指标数量为n，作战任务阶段数量为m，作战任务阶段P1对应底层指标I1,I2,…,IX，共生成K1个二级映射结果，作战任务阶段P2生成K2个二级映射结果。同理，得到作战任务阶段PM对应底层指标IY,IY+1,…，IY′,共Km个底层指标，二级映射过程如图3所示。

图3　二级映射过程

设二级映射结果总量为N2,则有

(2)

式中，K1+K2+…+Km≥n。

2.2.3三级映射过程

对于二级映射中不同任务阶段对应的每个底层指标而言，是否对应可控因子、对应多少可控因子与评估指标体系构建方法相关，具体由试验设计人员确定。每个可控因子又可能对应一个或多个水平，将不同可控因子对应的水平进行组合，则生成处理-水平TL。

图4　三级映射过程

(3)

(4)

2.3作战试验项目生成过程

作战试验项目是对不同试验阶段、不同试验因子以及不同水平下试验内容的统计和规范化描述，通常以表格的形式表示，最终生成作战试验项目清单。当对一级映射结果和三级映射结果进行遍历组合时，设作战试验项目总量为N总，则有

(5)

作战试验项目清单可以作为试验人员组织作战试验活动的依据，同时也作为作战试验方案的重要组成部分。其要素包括：序号、试验内容、数据类型(定性或定量)、试验含义、试验方法、试验时间、试验地点、采集设备、负责人及备注等。

3作战试验项目优化

一个复杂的武器装备作战试验活动通常包括多个评估指标体系(如评估指标体系、系统评估指标体系、体系评估指标体系等)，每个评估指标体系对应一个作战试验项目清单，试验项目数量巨大，试验任务十分繁重。要求试验设计人员既要综合考虑被试装备能否满足用户主观需求，也要考虑试验经费、试验周期、试验设施等客观条件，依据优化原则，采用一定的优化方法，科学筛选试验项目，旨在以较小的代价获取最大的试验效益。

3.1作战试验项目优化原则

1) 重点优先原则。不同任务阶段的试验重点不同，需要对各任务阶段对应的底层指标进行重要度排序，保留重要度高的作为试验内容。如某型坦克在机动部署阶段，不仅涉及战役机动方式、战术机动速度、战备转换时间，还涉及指挥跨度、通信方式等多个底层指标，依据试验重点，指挥跨度、通信方式等指标在机动部署阶段将不再考虑。

2) 经济可承受原则。对无法满足经济能力要求的试验项目，试验设计人员要向上级机关报告，确定试验项目剔除或是修改。如对某型导弹开展作战试验，导弹发射数量超出预算范围，在向上级机关请示的基础上，将导弹发射数量缩减到预算范围之内。对于优先度低且消耗大的试验项目，在不影响试验评估结果的情况下，可以直接剔除[5]。

3) 满足战术要求原则。作战试验从实战角度出发，其试验项目必然要满足一定的战术要求，否则予以筛除。如某型坦克直瞄最大距离为5km，若对10km目标进行直瞄射击显然不满足战术要求。

4) 不重复原则。有些试验项目可以通过其他试验项目间接得到试验结果时，则不需要单独进行试验。

3.2作战试验项目优化方法

科学的优化方法，能够极大地减少试验次数。国内外对于多因子组合下的试验设计优化方法进行了大量研究，提出了区组设计、拉丁方设计、正交设计、均匀设计、参数设计、回归设计等方法[6-8]。正交试验和均匀试验是装备试验中应用比较广泛的2种方法。正交设计[9]和均匀设计方法[10]都是从样本空间中挑选具有代表性的样本点进行试验；区别在于样本点选择的方法不同，正交设计的工具是正交表，均匀设计的工具是均匀设计表。

4方法应用

本文以某X型坦克单体作战效能试验为例，详细介绍基于多级映射的作战试验项目设计方法。

2) 二级映射过程。通过作战任务剖面分析，S1包括5个作战阶段：战备转级P1、机动部署P2、开进接敌P3、战术突击P4和要点夺控P5。某X型坦克单体作战效能试验由指挥控制、战场感知、火力运用、机动部署、立体防护和综合保障6种典型专项试验构成。由于战术突击阶段重点检验装备火力运用能力，本文以战术突击阶段和火力运用效能专项试验为例，评估指标体系如图5所示，作战阶段与底层指标映射，生成8个二级映射结果：P4→I1、P4→I2、P4→I3、…、P4→I8。

图5　火力运用效能试验指标体系

3) 三级映射过程。P4→I1选取2个可控因子：目标距离C1、射击状态C2，C1取3个水平：3kmL1、4kmL2、5kmL3；C2取2个水平：运动射击L4、静止射击L5；P4→I2选取2个可控因子：目标距离C3、目标状态C4；C3选取3个水平：10kmL6、11kmL7、12kmL8；C4取2个水平：运动目标L9、静止目标L10。二级映射结果P4→I3到P4→I8不再考虑可控因子的影响，可直接生成6个处理-水平：有效攻击率、平均散布距离、首发命中概率、战斗力消灭速度、毁伤程度以及威胁恢复时间，且由其生成的试验项目可从其他项目中间接得到试验结果。

根据公式(3)和公式(4)，各水平遍历组合可生成42个处理-水平。通过试验项目优化，最终生成24个处理-水平。

4) 作战试验项目生成。基于公式(5)，将一级映射结果和三级映射结果进行综合，最终生成96个试验项目，如表1所示。

表1　某X型坦克单体优化作战效能试验项目清单(部分)

5结 束 语

多任务、多影响因子下的作战试验项目设计仅是作战试验活动的基础和开始，下一步重点研究如何将作战试验项目转化为试验活动，以及如何优化试验流程。

参考文献(References)

[1]曹裕华，周雯雯，高化锰.武器装备作战试验内容设计研究[J].装备学院学报，2014，25(4):112-117.

[2]武小悦，刘琦.装备试验与评价[M].北京:国防工业出版社，2008：351-353.

[3]马亚龙，邵秋峰，孙明，等.评估理论和方法及其军事应用[M].北京:国防工业出版社，2013：3-4.

[4]付康，于永利，张柳，等.面向任务的装备固有可用度试验方案[J].火炮发射与控制学报，2013，33(2):10-12.

[5]周智超.面向武器装备系统效能的敏感性分析[J].火力与指挥控制，2013，38(2):98-102.

[6]徐廷学，甄伟，陈红，等.基于Bayes理论的导弹贮存可靠性试验研究[J].海军航空工程学院学报，2016，21(6):672-674.

[7]闫雪梅，文艳，邱丛礼.射程与密集度分组试验的Bayes估计[J].弹道学报，2006，18(2):80-83.

[8]张士峰.导弹落点密级度评估中最优试验的确定方法[J].应用概率统计，2002，18(4):377-384.

[9]杨德.试验设计与分析[M].北京：中国农业出版社，2002：171-201.

[10]张湘平，张金槐，谢红卫.导弹落点散布的Bayes试验鉴定优化设计[J].宇航学报，2002，23(4):92-95.

(编辑：李江涛)

Research on Design Method of Operational Test Project of Weapons and Equipments

WANG Jinliang1，GUO Qisheng1，ZHAO Dongbo1，LI Yushan2

(1. Department of Equipment Command and Administration， Academy of Armored Force Engineering， Beijing 100072， China；2. Baicheng Ordnance Test Center， Baicheng Jilin 137001， China)

AbstractTo solve out problems existing in the design of operational test project of weapons and equipments like limited method and incomplete considerations, with multi-level mapping technology, through establishment of operational mission, evaluation index system, mission profile and relation among influencing factors, the paper designs an multi-phase operational test project with multiple influence factors and proposes principle and method of optimization of operational test project. The paper also verifies the operability and scientificity of the method in several examples.

Keywordsoperational test project; design method; mapping; mission profile

收稿日期2015-12-04

基金项目部委级资助项目

作者简介王金良(1980—)，男，博士研究生，主要研究方向为装备需求论证与试验。1589378619@qq.com

中图分类号E92

文章编号2095-3828(2016)03-0129-05

文献标志码A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.03.025

郭齐胜，男，教授，博士生导师。