靶场试验装备计量保证率的评估方法

2021-05-13文海刘辉石瑞丰

火炮发射与控制学报 2021年1期

文海，刘辉，石瑞丰

(中国人民解放军63870部队计量测试站，陕西华阴 714200)

试验装备是用于武器装备鉴定试验的设备设施统称，是靶场履行鉴定职能的物质基础[1]，其测量结果是武器装备鉴定评估的关键输入，其量值的准确、统一程度是通过计量保障的活动效果来证实[2-3]。换句话说，计量保障活动的效果与鉴定评估结论的效力之间呈正相关。因此，定量化评估试验装备的计量保障效果，既有利于量化计量保障对试验工作的贡献度，增强改进计量工作的内生动力，更利于靶场出动试验装备的科学决策，提升鉴定试验结论的可信度。

1 现有方法概述

靶场试验装备主要有通用测试装备和专用测试装备[4-5]两类。其中通用测试装备的计量保障比较直接、简单,而专用测试装备是为完成某一特定测试任务而组合起来的成套装备(设备)，是靶场执行任务的主要装备，其构成复杂，一般具有多个计量特性[6]，经常覆盖多个计量专业。由于专用测试装备的同型数量少，大多不能按行业认可的计量规程进行量值溯源，有时一台专用测试装备需要多次可信程度不同的计量保障活动来完成。

目前，计量保障质量和效果的量化评估方法主要有计量受检率[7]和计量合格率[8]等两种。

1)计量受检率是指在一个计量保障周期内，已检装备数在应检装备总数中所占的百分比。这种方法是从计量管理视角出发，没有区分已检装备的实际计量状态，即使不合格(或不符合要求)或已超计量有效期，也被计为已检装备；另外，即使专用测试装备只检部分不重要计量特性，也被计为已检装备。因此，用计量受检率来量化评估计量保障的活动效果，显然过于简单。

2)计量合格率是指在一个计量保障周期内，装备计量合格(或符合要求)数在装备总数中所占的百分比。这种方法是从装备保障视角出发，只关注装备的计量结果。而在靶场实践中，试验装备参加试验任务的前提是计量合格，即计量合格率始终为100%.因此，在当前以试验任务为中心的背景下，通过计量合格率，不易发现靶场计量工作的改进机会。

所以，为直观反映靶场计量保障工作的整体质量和效果，迫切需要一种新的量化评估方法。

2 计量保证率的评估方法

2.1 评估指标及其构建

为兼顾计量管理和装备保障的需要，提出计量保证率概念，具体是用从0到1的实数来相对量化装备计量保障的效果和质量，以此来相对量化出计量保障对试验任务的贡献度，从而等同表达对试验测量结果从低到高的相对信任程度。

计量保证率的评估指标可以用计量状态、已检时间、重要程度和计量方式4个方面来表示，如图1所示。

1)计量状态。主要有合格和不合格两种情况。显然，只要经计量判定为不合格，则可认定该装备的计量保证率为0，该装备参试提供的测量结果将是不可信的。

2)已检时间。距最近一次计量的时间越近，其计量状态为合格的可能性越大；反之越小。靶场试验装备大多为电子设备，其故障模型可以按指数分布[9-10]估计，装备的测量可靠性B是已检时间τ和指标超差率λ的函数。当已检时间为一个计量周期T时，参照JJF 1139—2005[11]，可以得到B=e-λτ=0.9，即λ=-(ln 0.9)/T.因此，笔者采用测量可靠性B来表征已检时间τ对计量保证率的影响量，即B=exp((ln 0.9)τ/T).

3)重要程度。试验装备在任务中的作用越重要，对计量保证率的影响越大。通用测试装备，其重要程度主要体现在试验任务的用途定位上，在GJB 9001C—2017[12]规定的基础上，分为测量、监视和保障3种用途，其中测量是直接为鉴定试验提供测量结果；监视是为鉴定试验提供过程安全或状态的监测结果，例如，指挥显示控制系统、温湿度计、时间同步测量仪、接地电阻测试仪等；保障是既不为鉴定试验提供测量结果，也不提供监测结果，但为鉴定试验任务的实施提供条件保障，例如，火箭滑撬、稳压电源、环境模拟设施。专用测试装备，本身无疑是重要的，但由于包含着不同的计量特性，一般需要不同的计量保障活动，对计量保证率的作用体现在具体的计量特性层面上，主要有系统相关、直接相关和间接相关3种情况。

4)计量方式。目前，在计量行业内，主要有检定/校准、计量比对、计量测试(由计量机构实施)和自测验证(由使用单位实施)4种效力从高到低的计量方式。

2.2 评估模型的建立

无论是通用测试装备，还是专用测试装备，亦或是专用测试装备的各个计量特性，对其计量保障的活动都是独立的。

根据前文构建的评估指标，可以得出靶场试验装备计量保证率的评估模型如图2所示。

根据图2，靶场试验装备计量保证率的计算式为

(1)

式中：N、M分别为通用测试装备台数和专用测试装备台数；A为计量状态指标的取值，具体是针对每台通用测试装备或专用测试装备每个计量特性，主要从集合{1，0}中取一个值；W为重要程度、计量方式和已检时间3个指标的权值近似矩阵；B为已检时间指标的取值，具体是针对每台通用测试装备或专用测试装备每个计量特性，即B=exp((ln 0.9)τ/T)；C为重要程度指标的取值，具体针对每台通用测试装备或专用测试装备每个计量特性,每台通用测试装备，从集合{测量，监视，保障}中取一个值；专用测试装备的每个计量特性，从集合{系统相关，直接相关，间接相关}中取一个值；D为计量方式指标的取值，具体是针对每台通用测试装备或专用测试装备每个计量特性，主要从集合{检定/校准，计量比对，计量测试，自测验证}中取一个值；Q为专用测试装备的计量特性个数。

2.2.1 指标权值的近似矩阵W的确定

采用模糊综合评价法[13-14]来确定指标权值近似矩阵W，具体步骤如下：

1)定义“极密切、很密切、较密切、一般、弱相关、无关”为相关度评语集，以集合R=[1.0，0.8，0.6，0.4，0.2，0]对应表示。

2)采用专家咨询法，邀请8名专家，分别就已检时间、重要程度和计量方式3个指标对计量保证率目标的相关度进行调查，要求每名专家对3个指标的评语不能相同，其统计结果如表1所示。

表1 专家就指标对目标的相关度调查统计人

3)定义Pij为在第i个指标上选择第j个相关度评语的人数，再定义Xi为第i个指标的相对权重，根据表1的数据计算：

(2)

得到权值的近似矩阵

W≈[X1，X2，X3]≈[0.321 0，0.382 7，0.296 3].

2.2.2 重要程度指标取值集合C的确定

在试验任务中，作为测量用途的通用测试装备，以及作为系统相关的专用测试装备计量特性，计量是否合格将直接影响试验结果是否可信。而作为监视或保障的通用测试装备，以及作为直接相关或间接相关的专用测试装备计量特性，其计量结果对试验结果可信度的影响将有不同，不同人有不同看法。为此，笔者采取专家投票法，先就通用测试装备的监视或保障对计量保证率目标的相关度，再就专用测试装备计量特性的直接相关或间接相关对计量保证率目标的相关度进行调查，要求每名专家对通用测试装备(或专用测试装备计量特性)的相关度评语不能相同，其统计结果如表2所示。

表2 专家就重要程度对目标的相关度调查统计人

根据表2的数据，按式(3)计算:

(3)

1)通用测试装备的“重要程度”指标的权值集合CT=[1，0.6，0.4].

2)专用测试装备计量特性的“重要程度”指标的权值集合CZ=[1，0.750，0.575].

2.2.3 计量方式指标取值集合D的确定

在试验任务中，采用检定/校准计量的试验装备，给出测量结果具有量值溯源性，其效力无疑是最高的，而采用计量比对、计量测试或自测验证等计量方式的试验装备，其效力不同人将有不同看法。为此，同样采用专家投票，就计量比对、计量测试和自测验证3种计量方式对计量保证率目标的相关度进行调查，要求每名专家对3种计量方式的相关度评语不能相同，其调查统计结果如表3所示。