武器系统作战试验阶段可靠性评定技术研究∗

李永哲 李大伟

（中国人民解放军91550部队41分队 大连 116000）

1 引言

装备作战能力主要以装备作战性能为表征，包括作战效能和作战适用性［1］。开展作战试验可以检验武器装备在真实作战环境下的各项作战能力。而质量与可靠性是武器装备的两大永恒主题，是武器装备形成作战能力的关键要素［2］。可靠性作为完成各项功能能力的体现，能够很好地反映装备的作战能力，因此，在作战试验中如何客观地评价可靠性，从而掌握武器系统作战水平显得尤为重要。

本文通过分析作战试验内涵，提出在综合试验中结合不同的作战任务分解可靠性指标，建立可靠性指标与作战能力的对应关系，实现各项作战能力的量化。在此基础上，给出了不同可靠性指标对应的试验信息和评价方法。该研究思路可以为综合评价武器装备的实际作战能力提供有力输入。

2 作战试验内涵分析

2.1 评价对象

武器装备作战试验，是指在武器装备全寿命周期过程中，为确定武器装备的作战适用性和作战效能，由独立作战试验机构依据武器装备训练与作战任务剖面要求，在逼真试验环境条件下，运用多种试验方法手段，对武器装备进行试验与评估，为武器装备设计、研制、生产和使用保障提供决策依据的综合过程［3］。

由此可见，武器装备作战试验不再是对某项具体战术技术指标进行考核，而是对作战效能和适用性的系统评价，最终是检验完成赋予作战使命任务的能力［5］，这也使作战试验表现为复杂的综合性试验，主要体现在试验环境构设更加逼真、试验剖面设置更加复杂、试验方法手段更加多样、试验内容更加多元和保障条件更加苛刻等方面。作战试验的复杂性也增加了作战能力评定的难度。

2.2 评价思路

作战试验和鉴定的准则往往难以量化，通常根据具体的作战任务要求进行确定［4］。为了在试验内容多元的作战试验中，准确地评价作战能力，应该结合武器装备不同的作战任务（目的），从多元的试验内容中，合理分解出与作战使用密切相关的可靠性指标，构建对应于具体作战能力的指标体系，以全面反映武器装备的作战适用性和作战效能，实现作战能力量化，并且明确并收集相关试验信息和数据，通过评估作战任务相关的可靠性水平，达到综合评价作战能力的目的。

3 作战试验评定技术概述

3.1 美军作战试验概述

美军将试验与评价分为研制试验与评价和作战试验与评价两大类［6］。其中，作战试验与评价贯穿于美军装备采办的全过程，是检验和提高装备综合性能，确保装备快速形成战斗力的重要依据。对应不同的采办阶段，美军又将作战试验与评价工作划分为四个阶段［7］，分别评价作战效能和作战适用性不同的目标和内容，具体如图1所示。

3.2 作战试验评定概述

在不断发展作战试验的基础上，美军对作战试验的评定方法也开展了研究。美空军通过收集任务完成率、任务中断率和平均故障间隔时间等可靠性指标的相关试验信息，综合评价某型无人机系统完成侦查任务的能力，同时通过统计作战试验信息，暴露出该型无人机诸多作战性能和可靠性问题，最终导致美空军终止采购计划。国内学者也逐渐开始采用回答关键指标评价作战能力的相关研究工作。针对武器系统应急作战能力评估问题，文献［8］从内涵分析出发，基于信息系统体系作战的特点和要求，建立了应急作战能力评价指标体系；文献［9］结合综合电子对抗系统组成及作战流程，建立了作战能力评价指标体系，基于不同层级指标间的关系，对该系统的作战能力进行评估。

图1 美军作战试验与评价阶段与采办周期之间的关系

对于可靠性指标评定，主要采用两种统计方法，即经典方法和Bayes方法。经典方法十分成熟，国内已形成相关的基础通用标准。由于经典方法仅使用产品鉴定或验收试验中的样本信息，该方法适用于试验样本相对充裕的装备。Bayes方法基于Bayes 统计思想利用产品研制阶段、相似产品信息或经验信息等各种信息作为先验信息，将先验信息与定型试验信息进行综合，对可靠性鉴定试验的样本数进行计算。由于增加了信息源，该方法适用于试验样本有限的装备。例如，国内采用Bayes 方法分别对导弹发射装置的可靠性和鱼雷装载可靠性进行评定［10～11］。

综上所述，为本文采取分解作战任务相关的可靠性指标实现作战能力量化的武器系统作战能力评价方法提供思路和依据。

4 作战试验可靠性指标构建及评定

4.1 可靠性指标构建

基于上文分析，对武器系统作战能力的综合评价，要以具体的作战任务为依据。对于鱼雷、导弹等常规兵器，结合交付部队后的作战使用，武器装备的作战任务通常分为以下流程:长期贮存、战备值班和训练使用等［12］，如图2所示。

为了对武器装备作战能力开展评价，在作战试验中会对上述流程内容进行检验。针对上述流程，结合相应的具体事件，对影响作战能力的可靠性指标进行分解，并且明确指标类型和应该收集的试验数据和信息。

图2 武器装备作战任务流程

4.1.1 长期贮存

武器系统长期贮存的任务剖面主要为自验收交付开始，存放于作战部队装备库房规定时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。所经历的主要事件包括:验收交付、入库、定期检测、技术准备测试和维修等［13］（如图3 所示）。该阶段重点考核武器装备的作战保障能力，通常以贮存任务完成率作为可靠性考核指标对能力进行定量描述。为更加全面系统地反映作战保障能力，贮存任务完成率可以进一步分解为技术准备平均时间、技术准备成功率和平均故障间隔时间三个指标，分别描述作战部队的技术准备能力和装备维护保养能力。

图3 武器系统长期贮存任务剖面

贮存任务完成率是指在规定条件和时间内，验收交付到部队的武器装备经过定期检测、技术准备测试或维修合格后，可以执行后续作战任务的能力，表达为定期检测或技术准备测试合格的装备数量S0与实际参与检测或测试的装备总数N0的比值，反映了武器装备在贮存条件和要求下，能够保持良好技术状态的可能性。该指标从频率角度描述了武器系统的战备完好性和环境适应能力。

作战试验会开展武器系统技术准备相关试验，此时，能够收集到贮存任务完成率的试验数据为(N0，S0)，该试验数据为成败型。

1）技术准备平均时间是指武器系统完成技术准备所需要的平均时间，表达为全部武器装备技术准备所用的时间之和与装备数量的比值。反映了武器系统按时完成技术准备的可能性，从时间角度描述了技术准备能力。

根据作战试验中技术准备流程，通常可以收集到技术准备时间的试验数据为( )t1，t2，...，tn，Tj。其中，tn表示第n个武器装备完成技术准备的时间，Tj为武器装备最大允许准备时间。该试验数据为寿命型。

2）技术准备成功率是指作战准备命令下达后，武器装备在规定时间内，完成技术准备规定要求，从贮存状态转变为战备状态的能力，表现为成功完成技术准备的装备数量S1与要求进行技术准备的装备总数N1的比值，反映了按照规定时间规定要求完成技术准备的可能性，从频率角度描述了技术准备能力，其数值高低是衡量武器装备是否能够正常出库、开展后续作战任务的关键参数。

当武器装备技术准备时间小于或等于最大允许准备时间Tj时，则记成功完成一次技术准备。此时，能够收集到技术准备成功率的试验数据为(N1，S1，ti≤Tj)。该数据为成败型。

3）武器系统平均故障间隔时间反映了在定期检测和技术准备过程中，不同系统在规定时间内正常工作，不发生故障的能力，从时间角度描述了武器装备的日常维护保养水平和环境适应能力。

武器系统长期贮存任务阶段的平均故障间隔时间，主要以武器装备和技术支援系统的故障时间为对象收集试验信息。通常情况下，能够收集到的试验数据为(i，ti，ni，i=1，2，...，n)。其中，ti表示武器系统第i次定期检测或技术准备的工作时间，ni表示ti这段时间内的故障总数。该数据为寿命型。

4.1.2 战备值班

武器系统战备值班的任务剖面主要为从武器装备出库后开始，到作战使用或任务撤收为止这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。所经历的主要事件包括出库、平台装填、技术状态检查、至作战区域和待机值班等工作内容。该阶段重点考核武器系统的作战准备能力，通常以战备值班任务完成率为可靠性考核指标进行定量描述。为更加全面系统地反映作战准备能力，战备值班任务完成率可以进一步分解为武器装备装填平均时间、装填成功率和平台系统平均故障间隔时间三个指标，分别描述作战部队的装填能力和平台系统与武器系统的协调作战能力。

战备值班任务完成率是指在规定条件和时间内，技术准备成功的武器装备完成出库装填、技术状态检查、待机值班等一系列工作的能力，表达为成功执行战备值班任务的装备数量S2与实际参与战备的装备总数N2的比值，反映了武器系统从技术准备状态转变为战备值班状态的可能性，从频率角度描述了作战准备能力和满足作战任务需求的程度。

在作战试验中的战备值班任务阶段，通常可以收集到战备值班任务完成率的试验数据为(N2，S2)该数据为成败型。

1）装填平均时间是指完成技术准备的武器装备执行出库、装填至作战平台相关任务所消耗的总时间与装备数量的比值，反映了作战部队的日常训练和实际操作水平，从时间角度描述了作战部队的武器装备装填能力。

通常情况下，能够收集到装填平均时间的试验数据为(tk，k，k=1，2，...，n)。其中，tk表示第k次装填武器装备所需的工作时间。该数据为寿命型。

2）装填成功率是指按照规定时间规定要求完成武器装备出库、装填至平台的能力，表达为成功装填的装备数量S3与装备总数N3的比值，从频率角度描述了作战部队的装填能力。当装填时间小于或等于最大允许装填时间TZ，则记成功装填一次，能够收集到的试验数据为(N3，S3，tk≤TZ)。该数据为成败型。

3）平台系统平均故障间隔时间的定义参照武器系统平均故障间隔时间，反映了武器系统与平台系统的匹配性，从时间角度描述了武器系统与平台系统的协调作战能力。

在战备值班阶段，主要以引起平台机动、武器装备技术状态检查、待机值班等流程中出现的故障时刻为主要对象，通常可以收集到的试验数据为(t′，n′)。其中，t′表示从平台向作战区域行进开始，到武器装备作战使用或任务撤收为止所经历的时间，n′为在t′这段时间内平台系统的故障次数。该数据为寿命型。

4.1.3 训练使用

武器系统训练使用任务剖面主要为从武器系统进入作战流程开始，到命中目标或飞行终结这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。所经历的主要事件包括作战准备、发射、机动飞行、电子对抗、命中目标或飞行终结等。该阶段重点考核武器装备的作战使用能力，通常以训练使用任务完成率为可靠性考核指标进行定量描述。为更加全面系统地反映作战使用能力，结合作战使用流程，训练使用任务完成率可以进一步分解为作战准备平均时间、成功率、飞行成功率和毁伤成功率四个指标，分别描述武器装备在实战环境中的遂行任务反应能力、发射能力、飞行能力和毁伤能力。

训练使用任务完成率是指在受领作战命令后，在规定条件和时间内，成功发射武器装备并最终命中目标的能力，表达为成功完成作战使用任务的武器装备数量S3与受领作战命令的装备总数N3的比值，从频率角度描述了武器系统在复杂的电磁、气象及地理等近似实战环境条件下的实际作战能力。

在作战试验阶段，可以收集到训练使用任务完成率的试验数据为(N3，S3)。该数据为成败型。1）作战准备平均时间即从受领作战命令开始，武器装备完成作战流程并成功发射所需要的平均时间，反映了武器装备在规定时间和条件下成功发射的可能性，从时间角度描述了武器系统在实战化环境中的遂行作战任务的反应能力。

根据作战试验中武器系统作战流程，收集到作战准备平均时间的试验数据参照技术准备时间，即技术准备时间的试验数据。该数据为寿命型。

2）发射成功率是指接受作战命令后，在规定时间内和发射条件下，成功发射武器装备的能力，表达为发射成功的装备数量S4与受领发射命令的装备数量N3的比值，从频率角度描述了武器装备在实战化环境中的发射能力。

当发射时间小于或等于最大允许发射时间T′时，则记发射成功一次，此时，能够收集到发射成功率的试验数据如下:(N3，S4，ti≤T′，i=1，2，...N3)。该数据为成败型。

3）飞行成功率是指成功发射的武器装备完成后续机动飞行、抗干扰、突防等一系列指令和动作的能力，表达为正常飞行的装备数量S5与成功发射的装备数量S4的比值，从频率角度描述了武器装备在实战环境中的飞行能力。

能够收集到飞行成功率的试验数据为(S4，S5)。该数据为成败型。

4）毁伤成功率是指武器装备成功摧毁目标的能力，表达为成功摧毁目标的装备数量S6与正常飞行的装备数量S5的比值，反映了武器装备在复杂电磁环境中完成电子对抗、自主识别并摧毁目标的可能性，从频率角度描述了武器装备在实战环境中的抗干扰和毁伤目标能力。

能够收集到毁伤成功率的试验数据为(S5，S6)。该数据为成败型。

4.2 作战试验可靠性评定

作战试验是武器装备作战能力的综合检验，其试验剖面复杂，通常会有较多的试验信息以充分验证各种战场环境和任务剖面下的实际作战能力，因此，本文优先选用经典方法对武器系统上述可靠性指标进行评定。

根据收集的试验信息类型，即寿命型或成败型，对不同可靠性指标进行评定。具体方法如下。

1）寿命型指标

对于平均故障间隔时间该类寿命型指标，利用寿命型装备的可靠性信息(T，r)，评估其可靠性，掌握指标的点估计和置信下限，具体表达式如下:

给定置信水平为1-γ，置信下限θL为

2）成败型指标可靠性评估

对于任务完成率、技术准备成功率等该类成败型指标，利用成败型装备的可靠性信息(N，r)，评估其可靠性，得到指标的点估计ˆ为

给定置信水平为1-γ，其置信下限pL为

5 案例分析

本节将以一种导弹武器系统为例，对其作战试验阶段的可靠性进行评定，综合评价其作战能力。案例中输入数据均为假设数据，旨在进一步说明本文方法的可行性。

5.1 试验剖面

依据第4 节武器系统的典型作战任务，假设三个试验剖面，作战试验按照其开展试验。具体内容如下。

试验剖面1:某艘水面舰艇配装2枚导弹，在作战命令下达后，发射2枚导弹对某敌舰实施攻击；

试验剖面2:在接到作战准备命令后，从仓库抽取2 枚导弹进行技术准备，装载到一艘水面舰艇上，根据作战指挥，水面舰艇航行至指定海域值班待机，直至返航退弹；

试验剖面3:在接到作战准备命令后，从仓库抽取6 枚导弹进行技术准备，分别装载到3 艘水面舰艇上（每艘舰艇装载两枚导弹）。3 艘水面舰艇根据作战指挥航行至指定海域，执行战备值班任务，期间对导弹进行技术状态检查。当发射命令下达后，3 艘水面舰艇分别发射2 枚导弹对不同目标实施攻击。

5.2 指标分解

针对以上作战试验剖面，结合不同作战任务，对可靠性指标进行分解，逐级量化作战能力。该导弹武器系统实际作战能力与可靠性指标对应关系如图4所示。

图4 导弹实际作战能力与可靠性指标对应关系

5.3 能力评估

综合多个试验剖面的相同作战任务的指标信息，采用经典方法评定上述可靠性指标，进而对不同作战能力进行综合评价。

对于试验剖面1和试验剖面3，共计发射导弹8枚，成功打击目标7枚，其中1枚因弹上故障提前坠落，则收集到的训练使用任务完成率指标对应的试验数据如表1所示，成败型指标任务完成率、发射成功率、飞行成功率和毁伤成功率的可靠性评定结果分别为0.67、0.82、0.67和0.82，寿命型指标作战准备平均时间的计算值为8.5（表明发射一枚导弹需要8.5 min）。综上，说明该导弹武器系统具有较强的作战使用能力，表现为具有很强的反应能力、发射能力、毁伤能力及较强的飞行能力。利用本文方法能够得到其他作战能力评估结果，具体如表1所示。

表1 导弹武器系统作战能力评估

6 结语

本文针对武器系统作战试验，在研究分析作战试验基本内涵的基础上，结合国外作战试验发展和评定现状，重点对可靠性评定技术进行研究，取得了以下结论:一是提出了通过分解可靠性指标，对作战能力进行量化，综合评价武器系统作战能力的研究思路；二是根据武器系统作战流程，分别对长期贮存、战备值班和训练使用三个典型作战任务剖面，进行了可靠性指标详细的分解和说明，从多个角度描述了作战能力，并明确了相关试验信息，给出了不同类型可靠性指标的评定方法；三是以一种导弹武器系统为研究对象，构建了可靠性指标和作战能力的对应关系，以表格形式明确了需收集的试验数据及对应评估的作战能力，进一步说明研究思路的可行性。研究内容可为武器系统作战试验评定技术提供一定的理论参考。