吴启波，叶方超，万学军

（中国人民解放军75100部队，广西 柳州 515000）

1 引言

武器系统的效能量度是评价武器系统最 “恰当”的定量指标，武器系统效能分析的重要任务之一就是确定效能量度。效能量度确定得是否合理，直接影响决策的准确性。根据作战任务的要求，正确、合理地选择与确定武器系统的作战效能指标即效能量度，对于正确进行武器系统分析，提供可靠的决策依据是非常重要的。作好系统效能评价的关键一环，是适当地选择效能量度，但选定一个好的效能量度却不是一件容易的事情。事实上，效能量度常常是一种主观判断或 “价值”判断，因此，建立一套系统的效能度量分析方法，对于武器装备采办和使用都具有十分重要的意义。

2 效能度量分析原理

2.1 效能度量的概念

在GJB 1364-92中，对武器装备效能的定义为： “在规定的条件下达到规定使用目标的能力。”“规定的条件”指的是环境条件、时间、人员以及使用方法等因素， “规定使用目标”指的是所要达到的目的， “能力”则是指达到目标的定量或定性程度。效能可以分为单项效能、系统效能和作战效能。

a）单项效能

单项效能是指运用装备系统时，达到单一使用目标的程度。如防空武器装备系统的射击效能、探测效能和指挥控制通信效能。单项效能对应的作战行动是目标单一的行动，如侦察、干扰、布雷和封锁等火力运用与火力保障中的各个基本环节。

b）系统效能

系统效能是指装备系统在一定的条件下，满足一组特定任务要求的可能程度。它是对武器装备系统效能的综合评价，又被称为综合效能。系统效能是在型号论证时主要考虑的效能参数。

美国工业界武器装备系统效能咨询委员会认为：系统效能是衡量一个系统满足一组特定任务要求的程度的量度，是系统的可用性、可信赖性和能力的函数。该委员会不仅对武器装备的系统效能作了较为科学的定义，而且还给出了评估 （计算）系统效能的基本模型框架，即系统效能由系统的可用性、可信赖性和能力三个方面共同构成。

c）作战效能

作战效能有时又被称为兵力效能，指在规定的作战环境条件下，运用武器装备系统及其相应的兵力执行规定的作战任务时，所能达到的预期目标的程度。这里，执行作战任务应覆盖武器装备系统在实际作战中可能承担的各种主要作战任务，且涉及整个作战过程。因此作战效能是任何武器装备系统的最终效能和根本质量特征。

系统效能一般用于描述系统完成其任务的总体能力。系统效能评估或度量必须采用某种定量尺度，这种定量尺度被称为系统效能量度 （MOE：measures of effectiveness）或效能指标。而效能度量是衡量一个系统性能满足需求的程度。系统效能度量依赖于系统性能指标或性能量度 （MOP：measures of performance）。MOP是衡量系统行为属性的量度。系统效能及其各种度量的关系如图1所示。

由图1可见，系统参数和性能度量是对系统内部具有的特征和能力的描述；而效能度量、作战效能度量是系统在外部环境中表现的特征和能力的描述。MOE度量系统在作战环境中如何执行其功能或影响其它实体。它是对系统达到规定目标程度的定量表示，是对系统进行分析比较的一种基本标准。MOE与一些标准有关，这些标准通常以理想系统为参考。MOE描述了系统在作战环境下实现其总体功能的情况。特别地，MOE依赖于特定的想定。MOP表示一个物理实体的内在性质或特征。从某方面说，它度量的是系统的行为属性，即系统的物理和结构上的行为参数和任务要求参数，或“性能是系统按照执行某行动的要求执行这一行动效能的度量”。发现概率、虚警率、信噪比、波特率、吞吐量以及频率范围等都是性能度量。MOP反映被分析系统的内在特征，与想定无关。它是建立指标体系的基本元素之一。系统效能高并不意味着其作战效能也高。例如：一个通信系统能够及时传输一个情报，但指挥人员并没有很好地利用此情报，尽管可认为这个通信系统效能比较高，但其此时的作战效能却很低。

图1 系统效能及其各种度量关系图

常用来获取效能指标的方法主要有专家评定法、试验统计法、解析法和作战模拟法等。

a）专家评定法

对于某些难以定量描述的指标，在评定时采用专家评定。其一般方法是，选取最能反映效能的特征指标，请一些专家 “打分”，然后通过对专家意见处理，得到系统效能。常用的方法有：评分法，分等方法，加权评分法及优序法等。这类方法由于比较简单，因而得到了比较广泛的应用。

专家评定法在评定难以定量化时采用就比较有效。难题之一是如何选专家，其次选取什么指标让专家进行评估。另外，专家评估法的缺点是主观性强，专家评估时有很大的倾向性。

b）试验统计法

所谓试验统计法是在规定的现场中或精确模拟的环境中，观察系统的性能特征，收集数据，评定系统效能。特点是，依据实战、演习、试验而获得大量的统计资料来评估效能指标；应用前提是，所获得的统计数据的随机特性可以清楚地用模型表示，并可以加以利用。

常用的统计评估方法有抽样调查、参数评估、假设检验、回归分析和相关分析等。试验统计法不但能得到效能指标的评估值，还能显示指挥自动化系统性能、作战规则等影响因素对效能指标的影响，从而为改进指挥自动化系统性能和作战规律提供了定量分析的基础，其结果比较准确，但需要有大量的指挥自动化系统作试验的物质基础，这对指挥自动化系统而言是比较困难的，而且试验耗费太大，需要时间长。

c）解析法

解析法是根据描述效能指标与给定条件之间的函数关系的解析表达式来计算指标，可根据数学方法来求解所建立的效能方程。解析法的优点是公式透明性好，易以了解，计算简单，且能够进行变量间关系的分析，便于应用。它的缺点是考虑因素少，只在严格限定的假设条件下有效，因而比较适合于简化情况下的宏观效能指标获取。

d）作战模拟法

作战模拟法也叫作战仿真法，实质是以计算机模拟模型来进行作战仿真实验，由实验得到的关于作战进程和结果的数据，可直接或经过统计处理后给出效能指标评估值。仿真法考虑了对抗条件下，以具体的作战环境和一定的兵力编成为背景来评估，能够实施战斗过程的演示，比较形象，但需要大量可靠的基础数据和原始资料作依托。要得到完整的资料有赖于有计划长期大量数据的收集，仿真时对作战环境模拟比较困难，如干扰环境的不确定性等直接影响结果。总之，作战模拟对于系统效能评估具有不可替代的重要作用。

2.2 效能度量分析的原理

为了评估系统效能，必须建立合理的需求 （指标），这种需求的描述要与系统的性能度量（MOP）相称，也就是说不能超出系统的能力范围。效能度量是通过系统的性能度量和需求的比较而得到的，即效能度量是性能度量和需求的函数。

由上可知，要度量一个系统的效能必须首先明确需求。需求一般是由武器装备采办人员或者使用人员提出和确定。需求的定义过程是：首先，定义一个对达成任务目标有意义的某一方面的属性；然后，定义一个指标 （变量）来衡量此需求；通过定义一个量度（依赖于一些参数公式或算法）来量化这个指标。如对导弹而言，使用人员可能定义导弹的任务成功率是90%，这就是一个具体的需求，当然有的需求不是很具体，但在具体的操作过程中，我们也必须根据实际情况来抽象，最终量化这个需求。

系统的性能度量的定义过程是：首先，定义一个与系统性能相关的指标 （概念），如精度、时限、数据处理速率、易损性、生存能力和可靠性。然后，利用已有的或新定义一个或多个度量指标 （变量），并以一定的公式形式来表示这个指标。性能度量指标的结果可能是一个数如概率或期望值、一个数量区间或一个多维数量空间。

而效能度量是衡量一个系统性能满足需求的程度，其定义的基本过程与性能度量类似：定义一个衡量满足需求程度的指标；通过定义标准 （公式或算法）来量化此指标；确保性能度量和需求指标（变量）相称；效能度量的值最终依赖于在性能度量公式中的可观测、可测量的量、表达需求的参数和进行比较的方法。

可用图2来示意一个系统参数空间、性能空间、需求空间和效能空间的关系。

如图2所示，参数空间到性能空间的映射产生了性能度量轨迹。性能需求表示为需求空间。如果性能度量轨迹完全在需求空间之内，则所有的系统行为都满足需求，那么其效能为1.0；如果性能度量轨迹完全在需求空间之外，则没有一个系统行为满足需求，那么其效能为0.0。因此，效能度量可表示为：

图2 武器系统参数空间、性能空间、需求空间和效能空间的关系示意图

2.3 效能度量的制定过程

在明确了效能度量的分析原理的基础上，为了有效地制定一个能为大家所接受的MOE，我们给出了一个制定MOE的具体过程，如图3所示。

由图3可知，在有了具体的MOE制定需求后，我们首先要有明确的观点和任务，这些是制定MOE的基础，通常这些内容是通过与用户的反复交互而得到的。例如：在装备研制过程中，通常研制任务书以及研制合同等文件中列出的、用户所提出的战术技术性能指标和使用要求就是我们这里的明确的观点和任务。但是，通常我们不仅是要确定装备是否达到了这个指标和要求，而且还需要回答装备采办决策者所关心的议题。议题是指装备采办决策时需要回答的问题。例如：导弹的突防能力、射程、重量、全弹长以及射击精度等。关键议题是指为了评价装备的使用、技术、保障和其它能力而必须研究回答的问题。关键议题是评价装备整体价值的基础，是装备采办管理里程碑决策的重要依据。例如：反舰导弹的最大射程，航路规划导航点的数量，抗箔条干扰能力等。通常我们要明确与装备使用相关的关键议题，即关键使用议题 （COIs：critical operational issues），这也是我们前面计算公式中的需求，在明确需求的基础上我们可以初步制定MOE，然后按照上面的分析方法来评估MOE，通过那些达到用户需求的MOE，对于没有达到要求的则需要重新制定。对于初步同意的MOE还需要具体应用它，在实际应用过程中，如果MOE已经达到用户的需要，则结束；否则还需要对MOE进行修改或者添加。

图3 MOE制定过程图

3 示例分析

本文以地空导弹武器系统作为实例。地空导弹武器系统作战使命是有效地对空中目标实施精确打击，保障地面部队和军事设施的安全。地空导弹武器系统作战效能指标主要根据地空导弹作战使命和作战任务来确定。由于导弹系统是由战斗部、动力系统和制导系统等多个系统组成，结构十分复杂，从论文研究需要，本文仅以火力单元作为分析对象。结合相关的文献，我们概略地总结地空导弹的效能指标包括火力指标、机动力指标和生存力指标。根据其具体的构成和性能可以细分出各指标的具体组成，如图4所示。

由图4可知，火力指标部分是由单发杀伤概率、系统反应时间、全天候作战能力、空域覆盖范围以及目标最大马赫数、目标通道数等决定的；机动力指标部分是由最大行军速度、行/战转换时间和自行系数组成的；生存能力则是由战斗展开可视面积和抗毁伤能力组成的，其中各部分的内容在此不再赘述。

此时，可以看出火力单元的效能是我们的关键使用议题，在确定了关键使用议题后，我们可以以火力指标、机动力指标和生存力指标作为我们的MOE，按照前面介绍的分析原理，在得到具体的MOE基础上，我们只需要找出MOP和需求进行对比，便可以很快地得到MOE是否正确合理。表1给出了作为基本的作战单元——地空导弹火力单元的性能指标和需求情况，由表可知，各项性能指标均大于等于需求，说明我们的MOE选择是合理的。

通过这个示例我们可以看出，要对任何系统效能进行分析，只需要把系统按层次分开，然后采取效能度量的基本原理，都可以得到我们需要的结果。

图4 地空导弹火力单元效能指标体系

4 结束语

本文说明了进行效能度量的必要性及其困难和问题。然后介绍了系统效能度量的基本概念和分析原理，探讨了效能度量制定的基本过程。最后通过系统效能分析的一个例子，说明了方法的可行性，并引出了各种系统效能分析研究的思路和方法。

表1 地空导弹火力单元性能指标和需求对较表

[1] Noel Sproles， BA （Hons）， ARMIT （Land Survey）.Mea-sures of effectiveness–the engine of test and evaluation[C]//Proceedings of the 1998 Test and Evaluation Conference，1998.

[2] Noel Sproles.Formulating measures of effectiveness[J].Systems Engineering， 2002， （4）： 253-263.

[3] 武小悦，刘琦.装备试验与评价 [M].北京：国防工业出版社，2008：15-20.

[4] 李廷杰.导弹武器系统的效能分析 [M].北京：国防工业出版社，2000：55-69.

[5] 朱雪平.防空兵作战效能分析 [D].郑州：郑州防空兵学院，1999：126-129.