基于系統工程的裝備作戰試驗組織實施流程問題研究

劉仕雷， 柯宏發， 祝冀魯

(1. 裝甲兵工程學院 裝備指揮與管理系， 北京 100072； 2. 裝備學院 裝備試驗系， 北京 102206)

基于系統工程的裝備作戰試驗組織實施流程問題研究

劉仕雷1， 柯宏發2， 祝冀魯2

(1. 裝甲兵工程學院 裝備指揮與管理系， 北京 100072； 2. 裝備學院 裝備試驗系， 北京 102206)

提出了基于系統工程理論和方法的裝備作戰試驗組織實施流程。分析了裝備作戰試驗組織實施的系統工程需求和美軍裝備作戰試驗組織實施特點，提出了裝備作戰試驗基于時間維、邏輯維和知識維的系統工程三維結構和包括14個實施步驟的系統工程應用架構，分析了作戰試驗系統工程應用的評估、決策、優化等辨識過程，探索了試驗目標規劃、總體方案設計、試驗資源及條件建設、試驗部署實施、試驗鑒定與評估等5個不同組織實施階段的系統工程具體應用，給出了作戰試驗組織實施過程中的系統工程應用實例。

裝備；作戰試驗；系統工程

裝備作戰試驗是全壽命管理過程中的一個重要試驗模式，其目的是獲取、核實和提供體系貢獻度、作戰效能和作戰適用性數據。通過作戰試驗，不僅可以分析評估裝備在近似真實作戰環境中完成規定作戰使命的作戰效能、作戰適用性和體系貢獻度，還可以不斷地對存在的作戰使用缺陷、隱患等進行完善或改進[1-4]。裝備作戰試驗的組織實施流程，是為實現裝備作戰試驗目標而對試驗全過程如何系統地劃分階段、如何系統地落實工作，以及如何系統地組織實施等各方面內容進行總體設計和統一謀劃，是裝備作戰試驗指導思想和原則的具體運用，是開展裝備作戰試驗實踐活動的直接指導。裝備作戰試驗的組織實施活動是一個復雜的系統工程過程。基于系統工程的理論和方法研究裝備作戰試驗組織實施活動，提出一套綜合的、達到最佳的裝備作戰試驗組織實施方案，以滿足裝備作戰試驗鑒定需求，并為裝備作戰試驗鑒定過程中的評估、決策、優化提供信息。論文對基于系統工程的裝備作戰試驗組織實施流程的需求進行了分析，提出了裝備作戰試驗系統工程的三維結構，并對裝備作戰試驗系統工程的過程程序、辨識過程以及作戰試驗組織實施工程過程等問題進行了研究。

1 裝備作戰試驗組織實施的系統工程需求分析

裝備作戰試驗系統是一個充滿不確定性、動態性的復雜系統，試驗系統要素之間的影響關系復雜，試驗過程涉及范圍廣泛的科學與技術領域，試驗過程的組織管理是一個很突出的問題。系統工程提供一整套方法，幫助協調和綜合裝備作戰試驗周期內的各項活動[5-6]。成功運用經過考驗的有序的系統工程過程，可以使得裝備作戰試驗系統或活動能適應不斷變化的試驗技術、作戰使用環境、部隊作戰需求，以及實現多種要求、試驗方案設計考慮因素、約束條件等之間的平衡。因此，站在系統、體系的高度，運用系統工程的理論和方法，把裝備作戰試驗系統的研究、構建和運用過程科學化、程序化，并通過分階段決策與實施，解決作戰環境構建以及作戰試驗系統評估、決策與優化難點，以逐步逼近裝備作戰試驗總體目標。

1.1 系統工程過程需求

從總體上說，系統工程過程在裝備作戰試驗組織實施過程中某一個階段反復迭代，在系統結構由高到低層次上逐步遞歸，使試驗鑒定從一個層次向下一個更詳細的層次逐步推進。裝備作戰試驗鑒定組織實施的系統工程過程包括技術管理過程和技術過程。從整體上對裝備作戰試驗要求進行規劃、分析、分解、權衡、分配、指定、綜合和維持，可以發現一些具體的要求、試驗方案并非最佳并加以更改，從而提高整個試驗系統的效能。技術管理過程主要包括決策分析、技術規劃、技術評估、風險管理、技術狀態管理、技術數據管理等，技術過程主要包括試驗鑒定要求形成、關鍵作戰問題分析、試驗鑒定方案、試驗鑒定組織實施、體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性評估等。

1.2 系統工程管理需求

裝備作戰試驗系統工程的精髓是運用全壽命、全系統的方法進行裝備作戰試驗組織實施過程的規劃、研發和實施。所謂全壽命系統管理就是對一個裝備作戰試驗組織實施周期進行規劃和管理，具體反映在：(1) 針對作戰試驗系統，運用人機整合以優化全系統性能(硬件、軟件和人)；(2) 針對被試裝備，考慮保障性、費用、進度和風險等，做出相應的系統決策，提升或優化體系貢獻度、作戰效能、作戰適用性、體系配置、編配使用等。裝備在其全壽命管理周期中偏離軍事需求越遠，則裝備更改所引發的費用就越高。出于作戰試驗鑒定過程系統管理的需要，作戰試驗鑒定機構負責人在試驗鑒定組織實施過程中進行決策時，都需要考慮這種決策對裝備體系貢獻度、作戰效能和作戰適用性的長期影響，同時注意運用系統工程過程慣例，以降低費用、性能和進度方面的風險。

1.3 系統工程方法需求

裝備作戰試驗鑒定應該貫穿于裝備全壽命管理周期，系統工程方法是裝備作戰試驗組織實施系統工程的有機組成部分。裝備作戰試驗組織實施系統工程方法主要包括兩方面的應用：(1) 針對裝備作戰試驗系統的評價需求；(2) 針對被試裝備的評價需求。為了實現裝備作戰試驗組織實施系統的最優決策、最優設計、最優控制與最優管理，系統工程必須運用一定的方法和手段。裝備作戰試驗組織實施涉及的系統工程方法主要包括作戰試驗過程組織管理方法、計劃評審方法、多目標決策及其評價方法，以及建模與仿真方法等。

系統評價、決策等工程方法對作戰試驗系統評定至關重要，試驗準備狀況評價能證明作戰試驗系統已做好試驗準備。試驗準備狀況通常需要回答的決策或評價問題有：為什么要進行作戰試驗？期望的作戰試驗結果是什么？作戰試驗結果對裝備研制或定型有何影響？作戰試驗是否有充分的資源配置？作戰試驗有何風險以及如何降低風險？所有的作戰試驗資源是否已明確并經過協調？等等。

被試裝備的系統評價與決策也是一項多學科技術審查，旨在保證裝備在性能、費用、進度、風險等約束條件下能夠進入作戰試驗鑒定的后續階段。該領域需要回答的決策或評價問題有：裝備部件及其任何組件是否符合其預定使用環境下的要求和功能？裝備的性能和功能是否符合預定環境下的工作要求？根據規定的作戰使用要求和預定使用環境，裝備是否能夠滿足作戰使用期望值？作戰試驗鑒定過程中出現的裝備互操作性問題和接口問題是否都得到了解決？等等。

2 裝備作戰試驗的系統工程結構及應用

2.1 裝備作戰試驗系統工程的三維結構

美國學者霍爾提出的“霍爾三維結構”提供了解決各種系統工程問題的基本思路[7]。鑒于裝備作戰試驗活動中的系統工程理論與應用，提出裝備作戰試驗系統工程的三維結構，如圖1所示。該結構是由時間維、邏輯維和知識維構成的空間立體結構，將裝備作戰試驗活動按時間維和邏輯維分為前后緊密聯系的5個試驗活動開發階段和5個系統工程活動實施步驟，同時提出完成上述活動階段和實施步驟所需的各種系統工程方法與知識，為解決復雜、影響因素很多的裝備作戰試驗問題提供了一個適應性較強的總體框架。

圖1中時間維表示裝備作戰試驗活動由任務接收階段到任務總結階段的工作程序，分為試驗目標規劃階段、總體方案設計階段、試驗資源及條件建設階段、試驗部署實施階段和試驗鑒定與評估階段。邏輯維表示對每一個工作階段，運用系統工程方法思考和解決試驗問題的思維過程，可分為多方案論證評估、裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性的預測評估、試驗配試裝備的選擇確定、試驗組織實施、裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性的評估以及試驗報告的撰寫等步驟。三維結構中的知識維是完成試驗任務階段、步驟所需的各種系統工程技術和方法，例如系統分析方法、系統決策方法、系統評估方法、系統優化方法、系統規劃方法等。

圖1 裝備作戰試驗系統工程的三維結構

2.2 裝備作戰試驗的系統工程過程

利用圖1提供的基本思路，即可形成如圖2所示的解決裝備作戰試驗活動問題的工作程序，既可應用于裝備作戰試驗活動過程的每個工作階段，也可用于解決作戰試驗活動每個工作階段內的每一項具體事項。該總體過程是一個由人參與的多次迭代的決策過程，不斷由試驗參與人員提供新的觀念、策略和技術方案進行作戰試驗活動過程的干預。

圖2也說明了裝備作戰試驗總體技術人員的重要任務之一，就是要應用系統工程的技術和方法把每個試驗階段的問題展開，即提出問題、明確對抗環境等作戰試驗條件以及作戰試驗任務總要求，進而參與并指導參試人員開展作戰試驗活動的設計、準備、實施和總結等工作。

圖2中裝備作戰試驗活動的每個系統工程基本過程都是一個多次迭代，程序化的分析、綜合和決策的過程。盡管電磁環境因素分析、裝備故障預測、體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性評估與分析等工程系統各不相同，但是自覺地按照系統工程的方法建立起待分析工程系統，可以用圖3所示的基本過程進行表述。圖3描述了裝備試驗每項系統工程活動的基本工作程序，這是一個歷經多次綜合、權衡、優化，而由粗到細、不斷深化的迭代過程，每一次循環都將提高系統工程符合實際需求的逼近精度，保障了裝備試驗活動的實施需求。

圖2 裝備作戰試驗系統工程的過程程序

圖3 裝備作戰試驗系統工程活動的基本過程

2.3 裝備作戰試驗系統工程的應用架構

每一項復雜的裝備作戰試驗活動過程，根據圖1可以概括地劃分為5個階段。該過程基于體系貢獻度、作戰效能和作戰適用性評估結果的判讀而循環往復。根據每個實施階段的具體實施步驟，又可以劃分為總體技術方案論證、作戰試驗資源及條件建設、試驗數據處理、裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性評估等14個步驟，建立裝備作戰試驗系統工程的應用架構如圖4所示。裝備作戰試驗的系統工程應用是一個歷經多次反饋、權衡、優化的工程過程，直到裝備體系貢獻度、作戰效能和作戰適用性評估完全滿足裝備作戰試驗預定的目標為止。

3 裝備作戰試驗系統工程的辨識過程

針對裝備作戰試驗活動，圖2中的問題辨識包括2個過程：(1) 辨識系統工程問題；(2) 系統工程價值評估。

3.1 辨識系統工程問題的過程

裝備試驗總體技術人員分析裝備試驗活動中的待評估、決策、優化等工程問題，分析其系統工程特征，應用辨識系統工程問題的過程程序描述待解決的工程問題，分析問題的相關因素，并建立各種因素之間的關系，具體程序如圖5所示。

圖5 辨識系統工程問題程序

3.2 系統工程問題的價值評估過程

裝備作戰試驗總體技術人員對系統工程問題的綜合效益、風險或代價進行評估，包括了解問題的軍事、社會及經濟價值，確定各種價值因素及其潛在價值，進而提出系統工程問題綜合效益、風險或代價的統一度量標準，最后做出各種技術方案、候選對策或活動的綜合效益、風險或代價評估，其評估程序如圖6所示。

圖6 系統工程問題的價值評估過程

3.3 系統工程問題的決策過程

決策在解決裝備作戰試驗系統工程問題的過程程序中是最關鍵的環節之一，通常采用定性決策、定量決策或兩者相結合的方法進行。定性決策主要依靠決策者的知識水平、經驗和智慧，關鍵是要具備合適的價值觀和方法論；定量分析決策能提供決策所需的明確數量結果，能進行多種決策的綜合效益、風險或代價比較，最大限度地減少決策失誤。

裝備作戰試驗活動中決策問題的典型特征是史無前例或原始信息嚴重不足，利用不確定性理論的相關決策技術和方法往往是有效的辦法，最大可能地將定性決策和定量決策兩者結合起來，提高決策的科學性和有效性。作戰試驗活動問題的系統工程決策過程，如圖7所示。

圖7 系統工程問題的決策過程

3.4 系統工程問題的優化

裝備作戰試驗活動過程的優化是試驗活動系統決策過程中對技術方案進一步完善和改進的過程，是一種系統工程建立過程中預定限制條件下的決策問題，用于決定備選方案、策略或活動的最佳參數和因素配置，但是系統決策問題不一定是系統工程優化問題。例如，針對作戰對手某種體制信號的偵察，論證、研制何種類型的偵察裝備，主要涉及作戰對手裝備的現狀和發展趨勢、作戰環境等，這是一個系統工程的發展決策問題，而不是系統優化所能解決的問題；但是列裝該類型的偵察裝備后，選配多少臺套、每臺裝備戰術參數的選擇等問題則屬于系統優化問題。作戰試驗活動問題的系統工程優化過程，如圖8所示。

圖8 系統工程問題的優化過程

4 裝備作戰試驗組織實施的系統工程應用

根據裝備作戰試驗組織實施一般流程和系統工程活動基本過程，本小節主要分析不同劃分階段中應用系統工程方法的組織實施活動。

4.1 試驗目標規劃階段

本階段的主要任務是裝備作戰試驗承試單位根據上級機關、裝備研制主管、裝備論證或裝備列裝部隊等單位預報的試驗任務，了解掌握被試裝備戰技指標要求、作戰使用要求和使命任務，對試驗裝備、方法、陣地及保障需求等進行論證，提出作戰試驗總體技術設想，并形成能否承擔作戰試驗任務的初步意見和系統工程計劃。試驗目標規劃階段的系統工程活動步驟如圖9所示。

圖9 試驗目標規劃階段的系統工程活動

本階段需要充分收集、研究國內外相關試驗理論與技術、裝備作戰對象發展等信息，擬定可行的試驗總體技術方案，確定合理的試驗目標。由于對被試裝備信息掌握得不充分、不完全等原因，采用定性分析和定量分析相結合的方法往往比較有效。

4.2 總體方案設計階段

總體方案設計階段是指開始試驗之前進行試驗文書編寫、裝備性能預測等準備工作的階段，主要任務包括試驗技術方案論證評估和試驗大綱等文書的編寫評審等。本階段試驗技術總體人員開展試驗任務要求分析，根據試驗目標設計多種可實現的試驗技術方案。在對多種技術方案進行定性和初步定量分析的基礎上，借助計算機仿真對多種預選方案進行權衡、綜合，提出最優的備選方案；擬制試驗大綱、質量保證大綱、試驗實施細則、數據采集方案、試驗應急預案等技術文書也是本階段的一項重要工作；并基于備選的技術方案進行仿真試驗，對裝備體系貢獻度、作戰效能和作戰適用性做出預測評估。總體方案設計階段的系統工程活動步驟，如圖10所示。

圖10 總體方案設計階段的系統工程活動

本階段多種技術方案的定性和定量分析、多種預選方案的權衡與優選、系統仿真建模、裝備體系貢獻度、作戰效能和作戰適用性的預測評估等，都可以利用系統工程的原理和方法予以解決。在應用系統建模、系統決策或系統評估模型的過程中，還可以發現方案設計不完善或局部設計不合理的問題，必須返回到系統建模或方案設計階段，多次迭代直到滿足預定的目標為止。

4.3 試驗資源及條件建設階段

試驗資源及條件建設階段是指開始試驗之前進行裝備試驗系統建設工作的階段，其主要工作包括試驗配試裝備的選擇確定以及試驗陣地、通信、空勤、測控、后勤、裝備等保障系統的確定。試驗配試裝備在大多數情況下特指被試裝備的作戰對象或靶標。針對作戰對象或靶標、試驗陣地、試驗通信手段的選擇等問題，特別是決策指標的主次關系分析，一般是在缺乏情報信息、少數據的情況下進行決策的，而且也不可能建立完整的評估指標體系后再進行評估決策，工程實際中更多地通過幾個主要指標、基于定性和部分定量進行選擇，這時利用基于灰色系統工程的灰靶決策、灰色聚類等方法解決這類問題時往往表現出灰色系統工程的突出優勢。試驗資源及條件建設階段的系統工程活動步驟，如圖11所示。

圖11 試驗資源及條件建設階段的系統工程活動

本階段試驗配試裝備的選擇、試驗陣地的選擇等系統工程過程不是單向的，也是多次迭代、優化的循環過程，應用過程中會發現指標體系或模型設計不完善或局部設計不合理的問題，必須返回到評估指標體系或模型設計階段；甚至是方案性的問題，還必須返回到總體方案設計階段。

4.4 試驗部署實施階段

從人員和裝備進駐試驗現場到試驗總結撤場為試驗部署實施階段，主要工作包括試驗組織機構成立、試驗指揮程序建立、試驗資源協調、試驗組織實施和試驗進程管理等。本階段需要利用系統工程技術和方法解決的問題可能有試驗指揮手段的選擇、試驗指揮效能的評估、試驗質量評估、試驗計劃的優化管理、試驗資源的規劃調度、被試裝備及作戰對象工作參數的優化選擇、被試裝備及作戰對象目標的選擇等。試驗部署實施階段的系統工程活動步驟，如圖12所示。

圖12 試驗部署實施階段的系統工程活動

裝備試驗部署實施過程中，可能會發現試驗方案設計不完善或局部設計不合理、試驗系統不合適等問題，除去在本階段內部反饋權衡、優化外，還有可能會返回到總體方案設計和試驗資源及條件建設階段。另外，在本階段還需要對評估數據是否足夠、裝備體系貢獻度、作戰效能及作戰適用性評估結果和預測結果是否一致等問題進行決策，這也可能導致需返回到總體方案設計和試驗資源及條件建設階段，以進行反復的優化迭代。

4.5 試驗鑒定與評估階段

試驗鑒定與評估階段的主要工作是試驗數據分析處理、裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性評估、試驗報告編報、試驗總結和試驗資料歸檔等。本階段需要利用系統工程技術和方法解決的問題主要包括數據處理方案的優選、小樣本試驗數據的處理、裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性的評估以及評估模型的選擇等。試驗鑒定與評估階段的系統工程活動步驟，如圖13所示。

圖13 試驗鑒定與評估階段的系統工程活動

試驗鑒定與評估階段的試驗數據處理或裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性評估也可能會發現試驗方案設計、試驗系統等不完善或不合理的問題，必須返回到總體方案設計、試驗資源及條件建設或試驗部署實施等階段進行權衡、優化。

5 裝備作戰試驗中的多方案分析問題

將系統工程理論和方法應用于裝備作戰試驗鑒定組織實施過程，能有效地解決各種方案的權衡、數據分析、關鍵設計評估與決策、準備狀況評價等難題。

面向裝備作戰試驗組織實施的多方案分析是一種典型的系統工程分析方法，是裝備作戰試驗組織機構(包括試驗保障力量、指揮員及指揮機關等)最主要的活動和職責，一般由使命任務、試驗活動、試驗需求方案、多個需求選項的對比分析等一系列有序的、可組織的、反復迭代的推理活動組成，涉及裝備的體系貢獻度分析、作戰效能分析、作戰適用性分析、費用分析、風險分析，以及多方案對關鍵設定條件或關鍵變量可能變化的靈敏度分析等問題。裝備作戰試驗活動中的多方案分析，就是根據所獲得的環境信息特征，對多個備選“方案”(試驗方案、試驗地點、配試設備等)進行分析并選擇最滿意的“方案”。

裝備作戰試驗中多試驗方案的主要特點：(1) 這些方案的很多影響因素往往無法定量化表示，只能進行定性描述；(2) 在實際作戰試驗過程中由于信息的局限性只能重點考慮主要的影響因素，因此表現為數據信息不完全情況下的多方案分析活動。裝備作戰試驗中的多方案分析活動，通常是按照確定分析目標、擬制方案、評估選優和決策實施4個階段的分析程序進行。

例如，電子裝備作戰試驗的總體技術方案優選問題,其多方案分析過程為：首先分析具體電子裝備的作戰試驗目的和要求，確定方案需滿足的目標要素；組織專家對目標要素進行分析，確定其相對重要性程度；組織專家對每個方案的每個目標要素給出符號(定量或定性)形式的描述；在多方案分析與優選程序中輸入每個待選方案的各種參數，假設基于總體效用對待選方案進行比較，則可以得到各個待選方案的效用函數值，從而得到最佳的總體技術方案。

6 結 束 語

針對試驗目標規劃、總體方案設計、試驗資源及條件建設、試驗部署實施、試驗鑒定與評估等5個裝備作戰試驗不同組織實施階段中，試驗方案優化選擇、裝備體系貢獻度/作戰效能/作戰適用性評估等問題，論文提出了基于系統工程理論和方法的解決方案，為裝備作戰試驗的具體設計與實施提供了重要的參考和借鑒。下一步需要針對5個不同階段中具體的評估、決策和優化問題，研究提出相應的系統工程應用模型和算法。

References)

[1]趙繼廣，柯宏發，康麗華，等．武器裝備作戰試驗發展與研究現狀分析[J]．裝備學院學報，2015，26(4):113-119.

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[3]柯宏發，杜紅梅，祝冀魯．電子裝備作戰試驗模式問題研究[J]．國防科技，2015，36(4):34-41.

[4]王凱，趙定海，閆耀東，等．武器裝備作戰試驗[M]．北京:國防工業出版社，2012:1-10.

[5]Defense Acquisition University.Test and evaluation management guide [M].6th ed.Virginia：The Defense Acquisition University Press，2012:40-42.

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[7]趙少奎，楊永太．工程系統工程導論[M]．北京:國防工業出版社，2000：17-30.

(編輯：李江濤)

System Engineering-based Organization and ImplementationProcedure of Equipment Operational Tests

LIU Shilei1， KE Hongfa2， ZHU Jilu2

(1. Department of Equipment Command and Administration, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China;2. Department of Equipment Test, Equipment Academy, Beijing 102206, China)

The paper puts forward the organization and implementation process for equipment operational test based on system engineering theory and method. In the paper, the author analyzes the system engineering requirements and the characteristics of the organization and implementation process for equipment operational test in the U.S. army and then proposes a system engineering structure in three dimensions: time, logics and knowledge and a system engineering application architecture involving 14 steps. Besides, the author analyzes the process of evaluation, decision making and optimization of the application of the operational test system, and explores into special applications of system engineering in five organization and implementation phases: test goal planning, overall plan design, test resource and condition construction, test deployment implementation, and test verification and evaluation. In the end, the author gives some examples of the application of the system engineering in the process of organization and implementation of the operational tests.

equipment； operational test； system engineering

2016-06-03

部委級資助項目

劉仕雷(1978—)，男，工程師，主要研究方向為武器裝備試驗與評估技術。zzblsl@163.com

N949

2095-3828(2017)01-0111-07

A DOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2017.01.020