武器系統作戰試驗階段可靠性評定技術研究?

李永哲 李大偉

（中國人民解放軍91550部隊41分隊 大連 116000）

1 引言

裝備作戰能力主要以裝備作戰性能為表征，包括作戰效能和作戰適用性［1］。開展作戰試驗可以檢驗武器裝備在真實作戰環境下的各項作戰能力。而質量與可靠性是武器裝備的兩大永恒主題，是武器裝備形成作戰能力的關鍵要素［2］?？煽啃宰鳛橥瓿筛黜椆δ苣芰Φ捏w現，能夠很好地反映裝備的作戰能力，因此，在作戰試驗中如何客觀地評價可靠性，從而掌握武器系統作戰水平顯得尤為重要。

本文通過分析作戰試驗內涵，提出在綜合試驗中結合不同的作戰任務分解可靠性指標，建立可靠性指標與作戰能力的對應關系，實現各項作戰能力的量化。在此基礎上，給出了不同可靠性指標對應的試驗信息和評價方法。該研究思路可以為綜合評價武器裝備的實際作戰能力提供有力輸入。

2 作戰試驗內涵分析

2.1 評價對象

武器裝備作戰試驗，是指在武器裝備全壽命周期過程中，為確定武器裝備的作戰適用性和作戰效能，由獨立作戰試驗機構依據武器裝備訓練與作戰任務剖面要求，在逼真試驗環境條件下，運用多種試驗方法手段，對武器裝備進行試驗與評估，為武器裝備設計、研制、生產和使用保障提供決策依據的綜合過程［3］。

由此可見，武器裝備作戰試驗不再是對某項具體戰術技術指標進行考核，而是對作戰效能和適用性的系統評價，最終是檢驗完成賦予作戰使命任務的能力［5］，這也使作戰試驗表現為復雜的綜合性試驗，主要體現在試驗環境構設更加逼真、試驗剖面設置更加復雜、試驗方法手段更加多樣、試驗內容更加多元和保障條件更加苛刻等方面。作戰試驗的復雜性也增加了作戰能力評定的難度。

2.2 評價思路

作戰試驗和鑒定的準則往往難以量化，通常根據具體的作戰任務要求進行確定［4］。為了在試驗內容多元的作戰試驗中，準確地評價作戰能力，應該結合武器裝備不同的作戰任務（目的），從多元的試驗內容中，合理分解出與作戰使用密切相關的可靠性指標，構建對應于具體作戰能力的指標體系，以全面反映武器裝備的作戰適用性和作戰效能，實現作戰能力量化，并且明確并收集相關試驗信息和數據，通過評估作戰任務相關的可靠性水平，達到綜合評價作戰能力的目的。

3 作戰試驗評定技術概述

3.1 美軍作戰試驗概述

美軍將試驗與評價分為研制試驗與評價和作戰試驗與評價兩大類［6］。其中，作戰試驗與評價貫穿于美軍裝備采辦的全過程，是檢驗和提高裝備綜合性能，確保裝備快速形成戰斗力的重要依據。對應不同的采辦階段，美軍又將作戰試驗與評價工作劃分為四個階段［7］，分別評價作戰效能和作戰適用性不同的目標和內容，具體如圖1所示。

3.2 作戰試驗評定概述

在不斷發展作戰試驗的基礎上，美軍對作戰試驗的評定方法也開展了研究。美空軍通過收集任務完成率、任務中斷率和平均故障間隔時間等可靠性指標的相關試驗信息，綜合評價某型無人機系統完成偵查任務的能力，同時通過統計作戰試驗信息，暴露出該型無人機諸多作戰性能和可靠性問題，最終導致美空軍終止采購計劃。國內學者也逐漸開始采用回答關鍵指標評價作戰能力的相關研究工作。針對武器系統應急作戰能力評估問題，文獻［8］從內涵分析出發，基于信息系統體系作戰的特點和要求，建立了應急作戰能力評價指標體系；文獻［9］結合綜合電子對抗系統組成及作戰流程，建立了作戰能力評價指標體系，基于不同層級指標間的關系，對該系統的作戰能力進行評估。

圖1 美軍作戰試驗與評價階段與采辦周期之間的關系

對于可靠性指標評定，主要采用兩種統計方法，即經典方法和Bayes方法。經典方法十分成熟，國內已形成相關的基礎通用標準。由于經典方法僅使用產品鑒定或驗收試驗中的樣本信息，該方法適用于試驗樣本相對充裕的裝備。Bayes方法基于Bayes 統計思想利用產品研制階段、相似產品信息或經驗信息等各種信息作為先驗信息，將先驗信息與定型試驗信息進行綜合，對可靠性鑒定試驗的樣本數進行計算。由于增加了信息源，該方法適用于試驗樣本有限的裝備。例如，國內采用Bayes 方法分別對導彈發射裝置的可靠性和魚雷裝載可靠性進行評定［10～11］。

綜上所述，為本文采取分解作戰任務相關的可靠性指標實現作戰能力量化的武器系統作戰能力評價方法提供思路和依據。

4 作戰試驗可靠性指標構建及評定

4.1 可靠性指標構建

基于上文分析，對武器系統作戰能力的綜合評價，要以具體的作戰任務為依據。對于魚雷、導彈等常規兵器，結合交付部隊后的作戰使用，武器裝備的作戰任務通常分為以下流程:長期貯存、戰備值班和訓練使用等［12］，如圖2所示。

為了對武器裝備作戰能力開展評價，在作戰試驗中會對上述流程內容進行檢驗。針對上述流程，結合相應的具體事件，對影響作戰能力的可靠性指標進行分解，并且明確指標類型和應該收集的試驗數據和信息。

圖2 武器裝備作戰任務流程

4.1.1 長期貯存

武器系統長期貯存的任務剖面主要為自驗收交付開始，存放于作戰部隊裝備庫房規定時間內所經歷的全部事件和環境的時序描述。所經歷的主要事件包括:驗收交付、入庫、定期檢測、技術準備測試和維修等［13］（如圖3 所示）。該階段重點考核武器裝備的作戰保障能力，通常以貯存任務完成率作為可靠性考核指標對能力進行定量描述。為更加全面系統地反映作戰保障能力，貯存任務完成率可以進一步分解為技術準備平均時間、技術準備成功率和平均故障間隔時間三個指標，分別描述作戰部隊的技術準備能力和裝備維護保養能力。

圖3 武器系統長期貯存任務剖面

貯存任務完成率是指在規定條件和時間內，驗收交付到部隊的武器裝備經過定期檢測、技術準備測試或維修合格后，可以執行后續作戰任務的能力，表達為定期檢測或技術準備測試合格的裝備數量S0與實際參與檢測或測試的裝備總數N0的比值，反映了武器裝備在貯存條件和要求下，能夠保持良好技術狀態的可能性。該指標從頻率角度描述了武器系統的戰備完好性和環境適應能力。

作戰試驗會開展武器系統技術準備相關試驗，此時，能夠收集到貯存任務完成率的試驗數據為(N0，S0)，該試驗數據為成敗型。

1）技術準備平均時間是指武器系統完成技術準備所需要的平均時間，表達為全部武器裝備技術準備所用的時間之和與裝備數量的比值。反映了武器系統按時完成技術準備的可能性，從時間角度描述了技術準備能力。

根據作戰試驗中技術準備流程，通?？梢允占郊夹g準備時間的試驗數據為( )t1，t2，...，tn，Tj。其中，tn表示第n個武器裝備完成技術準備的時間，Tj為武器裝備最大允許準備時間。該試驗數據為壽命型。

2）技術準備成功率是指作戰準備命令下達后，武器裝備在規定時間內，完成技術準備規定要求，從貯存狀態轉變為戰備狀態的能力，表現為成功完成技術準備的裝備數量S1與要求進行技術準備的裝備總數N1的比值，反映了按照規定時間規定要求完成技術準備的可能性，從頻率角度描述了技術準備能力，其數值高低是衡量武器裝備是否能夠正常出庫、開展后續作戰任務的關鍵參數。

當武器裝備技術準備時間小于或等于最大允許準備時間Tj時，則記成功完成一次技術準備。此時，能夠收集到技術準備成功率的試驗數據為(N1，S1，ti≤Tj)。該數據為成敗型。

3）武器系統平均故障間隔時間反映了在定期檢測和技術準備過程中，不同系統在規定時間內正常工作，不發生故障的能力，從時間角度描述了武器裝備的日常維護保養水平和環境適應能力。

武器系統長期貯存任務階段的平均故障間隔時間，主要以武器裝備和技術支援系統的故障時間為對象收集試驗信息。通常情況下，能夠收集到的試驗數據為(i，ti，ni，i=1，2，...，n)。其中，ti表示武器系統第i次定期檢測或技術準備的工作時間，ni表示ti這段時間內的故障總數。該數據為壽命型。

4.1.2 戰備值班

武器系統戰備值班的任務剖面主要為從武器裝備出庫后開始，到作戰使用或任務撤收為止這段時間內所經歷的全部事件和環境的時序描述。所經歷的主要事件包括出庫、平臺裝填、技術狀態檢查、至作戰區域和待機值班等工作內容。該階段重點考核武器系統的作戰準備能力，通常以戰備值班任務完成率為可靠性考核指標進行定量描述。為更加全面系統地反映作戰準備能力，戰備值班任務完成率可以進一步分解為武器裝備裝填平均時間、裝填成功率和平臺系統平均故障間隔時間三個指標，分別描述作戰部隊的裝填能力和平臺系統與武器系統的協調作戰能力。

戰備值班任務完成率是指在規定條件和時間內，技術準備成功的武器裝備完成出庫裝填、技術狀態檢查、待機值班等一系列工作的能力，表達為成功執行戰備值班任務的裝備數量S2與實際參與戰備的裝備總數N2的比值，反映了武器系統從技術準備狀態轉變為戰備值班狀態的可能性，從頻率角度描述了作戰準備能力和滿足作戰任務需求的程度。

在作戰試驗中的戰備值班任務階段，通?？梢允占綉饌渲蛋嗳蝿胀瓿陕实脑囼灁祿?N2，S2)該數據為成敗型。

1）裝填平均時間是指完成技術準備的武器裝備執行出庫、裝填至作戰平臺相關任務所消耗的總時間與裝備數量的比值，反映了作戰部隊的日常訓練和實際操作水平，從時間角度描述了作戰部隊的武器裝備裝填能力。

通常情況下，能夠收集到裝填平均時間的試驗數據為(tk，k，k=1，2，...，n)。其中，tk表示第k次裝填武器裝備所需的工作時間。該數據為壽命型。

2）裝填成功率是指按照規定時間規定要求完成武器裝備出庫、裝填至平臺的能力，表達為成功裝填的裝備數量S3與裝備總數N3的比值，從頻率角度描述了作戰部隊的裝填能力。當裝填時間小于或等于最大允許裝填時間TZ，則記成功裝填一次，能夠收集到的試驗數據為(N3，S3，tk≤TZ)。該數據為成敗型。

3）平臺系統平均故障間隔時間的定義參照武器系統平均故障間隔時間，反映了武器系統與平臺系統的匹配性，從時間角度描述了武器系統與平臺系統的協調作戰能力。

在戰備值班階段，主要以引起平臺機動、武器裝備技術狀態檢查、待機值班等流程中出現的故障時刻為主要對象，通?？梢允占降脑囼灁祿?t′，n′)。其中，t′表示從平臺向作戰區域行進開始，到武器裝備作戰使用或任務撤收為止所經歷的時間，n′為在t′這段時間內平臺系統的故障次數。該數據為壽命型。

4.1.3 訓練使用

武器系統訓練使用任務剖面主要為從武器系統進入作戰流程開始，到命中目標或飛行終結這段時間內所經歷的全部事件和環境的時序描述。所經歷的主要事件包括作戰準備、發射、機動飛行、電子對抗、命中目標或飛行終結等。該階段重點考核武器裝備的作戰使用能力，通常以訓練使用任務完成率為可靠性考核指標進行定量描述。為更加全面系統地反映作戰使用能力，結合作戰使用流程，訓練使用任務完成率可以進一步分解為作戰準備平均時間、成功率、飛行成功率和毀傷成功率四個指標，分別描述武器裝備在實戰環境中的遂行任務反應能力、發射能力、飛行能力和毀傷能力。

訓練使用任務完成率是指在受領作戰命令后，在規定條件和時間內，成功發射武器裝備并最終命中目標的能力，表達為成功完成作戰使用任務的武器裝備數量S3與受領作戰命令的裝備總數N3的比值，從頻率角度描述了武器系統在復雜的電磁、氣象及地理等近似實戰環境條件下的實際作戰能力。

在作戰試驗階段，可以收集到訓練使用任務完成率的試驗數據為(N3，S3)。該數據為成敗型。1）作戰準備平均時間即從受領作戰命令開始，武器裝備完成作戰流程并成功發射所需要的平均時間，反映了武器裝備在規定時間和條件下成功發射的可能性，從時間角度描述了武器系統在實戰化環境中的遂行作戰任務的反應能力。

根據作戰試驗中武器系統作戰流程，收集到作戰準備平均時間的試驗數據參照技術準備時間，即技術準備時間的試驗數據。該數據為壽命型。

2）發射成功率是指接受作戰命令后，在規定時間內和發射條件下，成功發射武器裝備的能力，表達為發射成功的裝備數量S4與受領發射命令的裝備數量N3的比值，從頻率角度描述了武器裝備在實戰化環境中的發射能力。

當發射時間小于或等于最大允許發射時間T′時，則記發射成功一次，此時，能夠收集到發射成功率的試驗數據如下:(N3，S4，ti≤T′，i=1，2，...N3)。該數據為成敗型。

3）飛行成功率是指成功發射的武器裝備完成后續機動飛行、抗干擾、突防等一系列指令和動作的能力，表達為正常飛行的裝備數量S5與成功發射的裝備數量S4的比值，從頻率角度描述了武器裝備在實戰環境中的飛行能力。

能夠收集到飛行成功率的試驗數據為(S4，S5)。該數據為成敗型。

4）毀傷成功率是指武器裝備成功摧毀目標的能力，表達為成功摧毀目標的裝備數量S6與正常飛行的裝備數量S5的比值，反映了武器裝備在復雜電磁環境中完成電子對抗、自主識別并摧毀目標的可能性，從頻率角度描述了武器裝備在實戰環境中的抗干擾和毀傷目標能力。

能夠收集到毀傷成功率的試驗數據為(S5，S6)。該數據為成敗型。

4.2 作戰試驗可靠性評定

作戰試驗是武器裝備作戰能力的綜合檢驗，其試驗剖面復雜，通常會有較多的試驗信息以充分驗證各種戰場環境和任務剖面下的實際作戰能力，因此，本文優先選用經典方法對武器系統上述可靠性指標進行評定。

根據收集的試驗信息類型，即壽命型或成敗型，對不同可靠性指標進行評定。具體方法如下。

1）壽命型指標

對于平均故障間隔時間該類壽命型指標，利用壽命型裝備的可靠性信息(T，r)，評估其可靠性，掌握指標的點估計和置信下限，具體表達式如下:

給定置信水平為1-γ，置信下限θL為

2）成敗型指標可靠性評估

對于任務完成率、技術準備成功率等該類成敗型指標，利用成敗型裝備的可靠性信息(N，r)，評估其可靠性，得到指標的點估計?為

給定置信水平為1-γ，其置信下限pL為

5 案例分析

本節將以一種導彈武器系統為例，對其作戰試驗階段的可靠性進行評定，綜合評價其作戰能力。案例中輸入數據均為假設數據，旨在進一步說明本文方法的可行性。

5.1 試驗剖面

依據第4 節武器系統的典型作戰任務，假設三個試驗剖面，作戰試驗按照其開展試驗。具體內容如下。

試驗剖面1:某艘水面艦艇配裝2枚導彈，在作戰命令下達后，發射2枚導彈對某敵艦實施攻擊；

試驗剖面2:在接到作戰準備命令后，從倉庫抽取2 枚導彈進行技術準備，裝載到一艘水面艦艇上，根據作戰指揮，水面艦艇航行至指定海域值班待機，直至返航退彈；

試驗剖面3:在接到作戰準備命令后，從倉庫抽取6 枚導彈進行技術準備，分別裝載到3 艘水面艦艇上（每艘艦艇裝載兩枚導彈）。3 艘水面艦艇根據作戰指揮航行至指定海域，執行戰備值班任務，期間對導彈進行技術狀態檢查。當發射命令下達后，3 艘水面艦艇分別發射2 枚導彈對不同目標實施攻擊。

5.2 指標分解

針對以上作戰試驗剖面，結合不同作戰任務，對可靠性指標進行分解，逐級量化作戰能力。該導彈武器系統實際作戰能力與可靠性指標對應關系如圖4所示。

圖4 導彈實際作戰能力與可靠性指標對應關系

5.3 能力評估

綜合多個試驗剖面的相同作戰任務的指標信息，采用經典方法評定上述可靠性指標，進而對不同作戰能力進行綜合評價。

對于試驗剖面1和試驗剖面3，共計發射導彈8枚，成功打擊目標7枚，其中1枚因彈上故障提前墜落，則收集到的訓練使用任務完成率指標對應的試驗數據如表1所示，成敗型指標任務完成率、發射成功率、飛行成功率和毀傷成功率的可靠性評定結果分別為0.67、0.82、0.67和0.82，壽命型指標作戰準備平均時間的計算值為8.5（表明發射一枚導彈需要8.5 min）。綜上，說明該導彈武器系統具有較強的作戰使用能力，表現為具有很強的反應能力、發射能力、毀傷能力及較強的飛行能力。利用本文方法能夠得到其他作戰能力評估結果，具體如表1所示。

表1 導彈武器系統作戰能力評估

6 結語

本文針對武器系統作戰試驗，在研究分析作戰試驗基本內涵的基礎上，結合國外作戰試驗發展和評定現狀，重點對可靠性評定技術進行研究，取得了以下結論:一是提出了通過分解可靠性指標，對作戰能力進行量化，綜合評價武器系統作戰能力的研究思路；二是根據武器系統作戰流程，分別對長期貯存、戰備值班和訓練使用三個典型作戰任務剖面，進行了可靠性指標詳細的分解和說明，從多個角度描述了作戰能力，并明確了相關試驗信息，給出了不同類型可靠性指標的評定方法；三是以一種導彈武器系統為研究對象，構建了可靠性指標和作戰能力的對應關系，以表格形式明確了需收集的試驗數據及對應評估的作戰能力，進一步說明研究思路的可行性。研究內容可為武器系統作戰試驗評定技術提供一定的理論參考。