某型导弹性能质量评估系统设计与实现

黄 睿，刘小方，郑 祥

(火箭军工程大学 装备管理系，陕西 西安 710025)

导弹装备质量事关战争胜负、事关官兵生命、事关安全稳定，对导弹部队战斗力具有重要影响。准确评估和掌握导弹装备性能质量状态，是导弹部队决战决胜的前提条件。目前，导弹装备性能质量状态评估手段和方法落后，主要依靠人工进行评价，时间长、效率低、主观因素影响大，取决于导弹技术各领域专家的长期丰富经验积累，缺乏固化成果和传承性；质量信息有效利用率低，贮存分散、形式不一，互联互通性差，难以整体分析；单机评估研究多，整弹系统、多批次导弹性能质量评估研究很少，难以满足导弹大规模作战需求[1-2]。因此，在深入研究导弹性能质量评估理论的基础上，开发导弹装备性能质量评估软件，为部队提供方便、快捷的评估手段，是导弹部队参加大规模联合作战的迫切需求。

为此，笔者运用系统工程理论及分析方法[3]，基于面向对象的软件开发环境[4]，设计了某型导弹性能质量评估系统，实现了该型导弹性能参数、单机、整弹系统、多批次导弹性能质量信息的综合管理、性能质量评估与预测、评估结果的统计分析等目标，为该型导弹装备作战运用提供技术支撑，促进部队装备信息化建设，并为后续推广建立不同型号导弹装备全寿命性能质量评估平台打下基础[5-6]。

1 系统总体设计

1.1 系统架构

某型导弹性能质量评估系统主要是为了提高导弹作战能力而开发的。该套系统的主要任务是通过开展导弹性能质量评估，立足部队测试、使用管理等质量数据，进行纵向深入分析，摸清质量规律，查找薄弱环节，掌握质量状态，实现性能预测，为该型导弹装备作战运用提供技术支撑。系统框架图如图1所示。

1.2 系统组成

某型导弹性能质量评估系统的模块主要有：数据管理、导弹性能质量评估、综合统计、系统管理等。其系统组成如图2所示。

2 系统主要功能设计

某型导弹性能质量评估系统从基层部队对导弹的使用角度出发，将基层部队针对导弹性能质量评估提出的需求进行整理，设计的系统主要有数据管理、导弹性能质量评估、综合统计三大功能。数据管理负责实现导弹装备测试、使用管理等质量数据的配置和数据的写入、存储、维护等功能；导弹性能质量评估负责实现性能评估工具算法管理和计算等功能;综合统计负责实现数据的统计、分析和挖掘等功能。

2.1 数据管理

2.1.1 基础数据配置

基础数据主要包括某型导弹装备指标体系建立、指标权重的确定以及指标标准化处理。

1)指标体系建立。指标体系通常根据导弹功能、结构特点通过向基层部队发放问卷调查来获得，通过系统接口进行录入维护的统一管理。在选取导弹的性能评估指标时，应遵循目的明确、指标全面、切实可行的原则。

2)指标权重确定。根据制定的指标体系层次关系，分别设置相应的权重值。系统提供了对各层结构的权重动态分配的功能，基层部队可以灵活的配置各层的权重值。权重值一般通过指标体系层次结构以专家问卷咨询的方式，通过两两比较确定判断矩阵，然后用层次分析法求得下一层次子要素相对于上一层因素的权重分配。

3)指标标准化处理。由于数据收集模块采集的数据性质和种类的差异性，各个指标的单位不同、量纲不同、数量级不同，不便于分析，甚至会影响评价的结果。因此，为统一标准，针对各性能指标的不同性质，需要对数百个参数指标分别建立不同的标准化模型，将其转化成无量纲、无数量级差别的标准值，然后再进行分析评价。

2.1.2 数据管理

1)存储单位管理。基于本系统需要适应存储多个部队单位的导弹测试信息的设计目的，系统中提供了导弹存储单位的动态维护功能模块，其他模块直接进行关联使用，提高系统使用的方便性、准确性。存储单位管理主要实现导弹所在单位的创建、删除、修改、查询等操作功能。

2)导弹批次管理。由于该型号导弹存在多个批次，因此系统需要提供导弹批次的动态维护功能模块，即将生产批次作为软件系统的基础数据字典进行统一的维护管理。软件导弹批次管理主要实现导弹所属批次的创建、删除、修改、查询等操作功能。

3)导弹分系统管理。为适应部队装备管理的需要，以各单机为评估对象，并综合至不同层次的分系统，因此本软件系统提供了分系统基本信息的添加、删除、修改、查询等操作功能。

4)导弹质量数据管理。导弹质量数据管理主要实现对导弹各种性能参数数据信息的整合组织管理功能。系统支持标准化Excel数据文件的批量导入、人工手动录入/修改两种模式。数据管理主页面如图3所示。

2.2 导弹性能质量评估

2.2.1 评估算法

评估算法是导弹评估指标各类信息数据及其权重的综合处理方法。根据评估预测的对象、目的及其利用的信息数据，分别研究了该型导弹单机、整弹系统、多批次导弹等不同层次的评估预测方法。针对单机，采用了加权和、模糊综合评判的模型算法；针对整弹系统，采用了TOPSIS、Petri网、DS证据理论、神经网络等模型算法，这些算法不仅要求构建准确，而且要求在软件开发中正确的编程实现，从而支撑整个评估软件的运行。因此，评估算法是整个性能评估软件的核心。

软件开发中，通过确认模型算法、算法模块化、实装数据验证、与性能质量数据联调等措施，保证评估模型算法编程准确，支撑软件系统的正常运行。

2.2.2 评估过程

某型导弹性能质量评估的基本思路是，通过构建导弹及各分系统的性能指标体系，分析计算各指标之间的关联度，得出指标权重矩阵，利用各指标标准化处理后无量纲值进行加权、模糊、Petri网、神经网络等评估预测计算，最后得出导弹性能评估值，从而实现导弹性能质量状态排序、分类。某型导弹性能质量评估过程如图4所示。

2.2.3 评估结果

一枚导弹评估完毕后，从性能参数、单机、分系统、整弹均可查阅评估结果。评估结果管理方便基层部队查看评估历史信息，主要实现查询及删除等功能。根据页面的查询条件“单位”、“系统类型”、“系统编号”、“批次”等查询评估结果。评估结果查询如图5所示。

2.3 综合统计分析

综合统计分析是通过同时选择多个批次、多个导弹对其单个或多个参数进行综合比较分析的模块，基层部队可以通过指定统计的时间区间和统计的图形形式对多发导弹进行统计。统计显示形式有饼图、柱状图、折线图，统计分析的数据均来源于数据库。

通过统计功能按钮系统将分析的结果显示在界面上。综合统计分析包括统计、预测、整弹组合和整弹排序4项功能。综合统计分析模块流程结构如图6所示。

2.3.1 统计

基层部队可以通过指定统计的指标选择对导弹各类信息进行统计，包括指标数据、分系统成绩、导弹成绩、同批次导弹成绩、不同批次导弹成绩、不同单位成绩等，如图7所示为同批次导弹成绩统计界面示意图。

2.3.2 预测

预测分析采用数据联合图/表的方式对导弹信息从纵向、横向进行直观、便捷的统计与趋势预测，导弹某分系统评估成绩预测界面示意图如图8所示。

2.3.3 整弹组合

整弹组合实现的是对单独存放的、未组合的各分系统分别评估，然后运用随机组合、优优组合的方式组合成导弹再进行评估的过程。以随机组合为例，在各分系统中随机选取一个进行组合，示意图如图9所示。

2.3.4 整弹排序

整弹排序实现对由各分系统已组合的导弹进行查询、删除和排序功能。整弹排序界面示意图如图10所示。

3 软件实现解决的关键问题

3.1 泛型编程技术

系统采用泛型技术来提高代码运行性能和更好质量的代码，泛型技术可以不必用真实的数据类型就可以定义一个类型安全的数据结构或者一个工具帮助类[7]。这样可以重用数据处理算法而无须复制与类型相关的代码。泛型与C++的模板很相似，但是它们在实现上和能力上是截然不同的。

本系统对泛型进行了广泛的运用以提高代码的总体执行效率和代码复用。在各个数据查询模块都进行了泛型的应用。

3.2 多源异构数据集成

软件系统需要的性能质量数据有多种采集方式，这使得性能质量数据的种类各异，存储于多种数据库和文件中，如SQL Server 数据库、Oracle数据库、XML文件、Excel文件和txt文件等。进行评估时利用这些质量数据信息，就不得不花费大量的时间和精力从大量异构数据中查询需要的数据，并对这些孤立的数据进行整合、处理，这不仅给基层部队带来极大的不便，而且可能会造成数据缺失、数据更新不及时，直接影响评估过程。实现多源异构质量数据的集成是评估软件系统必须解决的问题。

基于对评估中多源异构质量数据的分析，本软件系统建立了对源数据(质量数据)进行访问的数据接口，通过映像驱动数据抽取、转换和加载(ETL)技术[8]进行数据转换、数据抽取以及数据加载。由于进行一次ETL并不能确保得到目标数据，因此建立临时存储区使源数据进行一次ETL后先存入临时存储区，再经过第二次ETL把数据加载至目标数据库，实现多源异构质量数据的集成，奠定导弹性能质量评估的基础。

多源异构质量数据集成总体方案逻辑结构如图11所示。

3.3 评估模型算法实现

评估模型算法是软件系统的核心，正确的编程实现是软件开发成功与否的标志，关系到评估预测结果的准确性。本软件系统用到的评估模型算法众多，在理论研究、实装数据验证的基础上，通过模块化编程、冲突嵌入系统、联通数据库、实装数据再次验证保证其编程的正确实现，从而支撑评估软件系统的正常运行。

3.4 评估结果信息利用

评估预测结果信息有效地支持装备作战运用是本软件系统的目的，因此软件开发中评估预测结果展示的种类、形式与查询界面的友好性是编程实现的重点问题之一。深入部队调查导弹装备作战运用所需求的信息种类，编程实现需求信息的有效提取、直观形象的显示方式以及查询界面的友好设计，到部队试用、听取意见进一步改进、完善，从而在软件系统实现评估结果信息的高效利用。

4 结束语

建立导弹性能质量评估系统，对导弹性能质量进行客观、准确的评价和预测，对导弹部队作战运用具有重大意义。笔者在深入研究导弹性能质量评估理论的基础上，设计了某型导弹性能质量评估系统，实现了对该型导弹性能参数、单机、整弹系统、多批次导弹性能质量的评估和预测。目前，该系统已经装备部队使用，有效保障了导弹装备管理和实弹发射演练任务。因该软件局限于一个型号的现役使用阶段，还有继续扩展的空间，今后还要设计实现适用于不同型号的导弹装备全寿命质量评估平台，以满足未来导弹部队的作战需求。