武器装备体系的经济可承受性成熟度评估

2020-08-22魏东涛刘晓东吴诗辉

火力与指挥控制 2020年7期

魏东涛，刘晓东，吴诗辉

（空军工程大学装备管理与无人机工程学院，西安 710051）

0 引言

现代战争的发展趋势是联合作战和体系对抗［1］，要求陆、海、空、天等众多武器装备项目的立项、研制和采办自上而下进行顶层设计并成体系发展。在当前全球经济不景气的背景下，各国国防预算紧缩已是大势所趋，而面对日益复杂和不确定的多种挑战，军队及其决策者们在进行武器装备体系发展规划决策时，需要对武器装备体系的设计方案进行经济可承受性评估。

1 基于能力的模式

现有的武器装备发展建设很大程度上延续着传统“基于威胁”和以部门需求驱动的发展模式，极大阻碍了在体系层次上形成整体作战能力。2001年，美国国防部首次提出了武器装备发展规划必须从传统“基于威胁”模式转变为“基于能力”模式。能力是在指定需求（条件和性能标准）下，通过不同手段和使用方式的组合来实施一组关键任务，达到预期目标和结果的持续本领［2］。

基于能力的规划是一种顶层设计思想或规划过程，其主要为了回答满足战略目的或达到预期作战效果需要“做什么项目”，而不是传统地回答“怎么做项目”。在能力导向的装备需求论证中，能力需求可以为军事转型提供稳定的目标指导，同时可以把装备、训练、条令有效地组织并实现集成，使武器装备体系在能力、风险和费用之间达到恰当平衡。

武器装备体系费用的多少一般取决于方案论证初期。在规划能力的时候，武器装备体系分析与设计人员，不仅要使设计出的体系作战能力满足特定的任务要求，还要面临技术水平、经费、时间等条件的限制，他们必须对未来二三十年甚至更长时间的寿命周期费用（LCC）的估计有信心。因此，以能力为中心的武器装备体系的经济可承受性评估已成为高层决策的关键因素。

2 武器装备体系的经济可承受性

2.1 经济可承受性的定义

经济可承受性的概念一直处于发展之中，尚未形成统一的定义，在不同文献中存在多种解释，其中比较典型的有：文献［4］：“保持技术优势，以可承受得起的价格采购高性能的武器”；国军标［5］：用户在产品的寿命周期内，能够承担产品研制、采购、使用和保障费用的能力。美国防务采办术语［6］：采办项目的寿命周期费用与国防部或国防部各部门的长期投资和部队结构计划协调程度的度量。文献［7］：在国家和军队法规标准的限度内，采办项目的各种特性（包括作战性能和保障特性）与订购方的用途和支付能力、使用方的运行能力相适应的程度；文献［8］：在相关不确定性因素（包括新技术引入以及相关经济参数的扰动）的影响下，一个具有期望技术可行性的设计方案，满足或者优于用户所提经费预算要求的概率。

本文将武器装备体系经济可承受性定义为：武器装备体系以用户可承受的寿命周期费用有效获取满足作战任务所需各种能力的度量，是通过设计赋予的一种综合特性。通过经济可承受性设计，使武器装备体系的能力、寿命周期费用和可支配资源三者之间达到最佳平衡。

2.2 经济承受性的评估

现有公开发表的成果，基本都属于单个型号装备的经济可承受性分析与评估，文献［9］将经济可承受性作为直升机总体方案的关键评价指标之一，构建了评价指标体系和评价方法。文献［10］将航空装备的经济可承受评估指标分为目标层、标准层、综合参数层和基本参数层，采用AHP 方法进行评估。文献［11］认为经济可承受性评价指标主要由技术优势、价格可承受、可实现性3 部分构成。文献［12-14］提出了基于费用作为独立变量的（CAIV）经济可承受性设计，及基于挣值理论的成本控制方法。关于武器装备体系的经济可承受性主要集中概念性和框架性的论述。文献［15］从单一项目/合同指标、项目/合同总体指标介绍了美军武器装备采办绩效评估指标。文献［16］介绍了COSOSIMO 软件结构，分析列举了武器装备体系成本和尺寸驱动因素，未给出数学模型。文献［17］提出基于LSI 工程活动和体系结构的体系成本估算思想和框架。文献［18］划分了经济可承受性体系成熟度等级，但未提出能力成熟度的计算方法。

3 武器装备体系经济可承受性成熟度评价体系

本文将武器装备体系经济可承受性成熟度定义为：衡量以体系为单位或在体系背景下各型装备建设与发展对经济可承受性目标满足程度的一种度量方法。在武器装备体系的建设过程中，及时评估与分析不同体系建设方案的经济可承受性成熟度，有利于调整相应的建设途径与管理投资策略，使整个武器装备体系建设更具效率与效益。

3.1 评价指标体系构建

体系设计方案的经济可承受性评估是一项复杂的大系统工程，涉及多种学科、多种专业的知识和技术，不能只用净现值、投资回报等准则进行简单度量，而应在不同层次上从多个方面进行更加广泛的综合评估。由定义可知，经济可承受性是能力、权衡和决策过程以及组织管理程序集合的函数，因此，本文构建的武器装备体系经济可承受性成熟度评价指标体系如图1 所示。

图1 基于能力的武器装备体系经济可承受性指标体系

1）能力成熟度——CRL，表示能力满足预期武器装备体系作战任务需求的程度，可分解为提供能力的各装备系统成熟度与系统对各能力贡献度。

2）组织成熟度——OML，衡量相关利益者（采办部门、承制单位、政府、使用部门、军代表机构等）利益和需求，在装备体系发展论证阶段，是一个多主体合作的知识转化过程，可分解为过程成熟度、结构成熟度、功能成熟度。用字母α 表示。

3）项目管理成熟度——PMRL，涵盖管理控制、收益管理、财务管理、资源管理等方面，可分解为项目启动过程、计划过程、执行过程、控制过程、收尾过程、综合管理等成熟度。用字母β 表示。

4）外部风险——ER，主要包括政治风险、金融风险、经济风险等因素，常用风险系数γ 表示。

5）武器装备体系经济可承受性成熟度——AMRL，表示武器装备体系设计方案满足能力、寿命周期费用和装备发展可支配资源要求的度量，数值越大，经济可承受性越好。

在武器装备体系建设中，可供使用的软硬件、资金以及人力等资源通常是有限的，同时体系设计方案的项目管理能力、组织成熟度以及面临的风险是不一样的，随装备系统、环境的变化而变化。由于能力是对武器装备体系功能需求的高层描述，并不会随着特定系统、威胁和环境而变化，具有相对稳定的内涵和结构［19］，本文重点对能力成熟度指标进行分解和计算。

3.2 能力成熟度指标体系分解

通过对作战方案和系统方案的开发和验证，形成了以n 项技术为基础，满足s 项能力需求多套概念方案后，对能力成熟度评估，分解结构如图2所示。

图2 能力成熟度分解结构

1）技术成熟度——TRL，是为了评价一项单独的技术度量标准，主要从技术载体的技术状态、验证载体的集成状态、试验验证环境等方面区分不同的技术成熟度等级，本文采用传统定义的1～9的等级。

2）技术集成成熟度——TIRL，对各技术之间的相互集成和使用关系的成熟程度进行度量，是为了评价两项技术之间的集成准备状态。本文采用传统定义的1～9 的等级。

3）功能成熟度——FRL，指装备各功能满足预期使用要求程度的度量。

4）功能集成成熟度——FIRL，功能集成的状态与水平直接决定着整个装备系统的技术状态。结合武器装备体系特点，本文定义了功能集成成熟度等级，分为1～9 等级，见表1。

表1 FIRL 等级划分与定义

5）装备成熟度——ERL，指装备能满足预期使用要求程度的度量。

6）制造成熟度——MRL，涵盖从制造概念到制造技术攻关、工程研制，以及形成生产线、批量生产和精益化生产的全过程。本文采用传统定义的1～10的等级。

7）系统成熟度——SRL，指武器装备系统满足预期作战任务要求程度的度量。

8）能力贡献度——CCL，指武器装备体系中各系统满足能力需求程度的度量，采用专家评估办法进行量化评估，并进行规范化表示，数值在0 和1之间。

3.3 能力成熟度的计算

设定，武器装备体系设计方案需要用到n 项技术，任何两项技术、功能、制造都有集成的可能性。

1）TRL、IRL、FIRL、MRL、PMRL、OML 成熟度数值归一化，数值在0 和1 之间。若TRLi是技术i 的TRL，则归一化的数值为：

2）计算FRL

定义ITRL 矩阵：

Norm 是对角矩阵diag［1/m1，1/m2，…，1/mn］，其中，mi是技术i 和自身以及所有其他技术集成的数量。

假定n 项技术及其集成提供了f 种功能，不失一般性，选择第前n'项技术作为功能Fr中的技术，n'≤n，r≤f。所以矩阵ITRL_Fr表示为功能r 的ITRL，即

3）计算ERL

假定f 种功能及其集成提供了p 种装备，且装备q 的ERL 表示为ERLq，不失一般性，选择第前f '种功能作为装备ERLq中的功能，f'≤f，q≤p，参照FRLr计算过程，可得：

其中，di是功能i 和自身以及所有其他功能集成的装备数量。

4）计算SRL

假定p 种装备及其集成构成了u 种装备系统，系统v 的SRL 表示为SRLv，不失一般性，选择第前p' 种装备作为系统SRLv中的装备，p'≤p，v≤u，参照FRLr计算过程，可得：

其中，wi和自身以及所有其他装备集成的装备系统数量。

5）计算CRL

假定u 种武器装备系统提供了s 项能力，j≤s。

6）计算AMRL

4 实例分析

某种新研的武器装备体系应满足未来操作中的4 项能力需求，侦测能力（C1）、定位能力（C2）、指挥与决策能力（C3）、执行能力（C4），能力设计方案用到30 项技术及其集成，现有满足4 种能力需求的5 个备选体系设计方案。通过将各备选设计方案自顶向下逐层分解为装备系统、装备、功能、技术等要素，然后自底向上逐层计算功能成熟度、装备成熟度、系统成熟度，得到各备选设计方案的能力成熟度。

体系的组织成熟度采用文献［20］建立的知识管理组织成熟度等级，分为1～5 等级。通过界定各管理组织过程域和明确组织过程域目标，将组织成熟度分为组织无序、反应、意识、确认和无隙阶段，分别对应数值0.2、0.4、0.6、0.8、1。项目管理成熟度采用文献［21］P3M3 模型，分为1～5 等级。通过构建一个具有三层二级的模糊综合评判的数学模型，将项目管理成熟度分为混乱级、简单级、规范级、精益级、战略级，分别对应数值0.2、0.4、0.6、0.8、1。风险系数通过咨询专家给出，通过计算比较各备选方案的经济可承受性成熟度数值大小，进而确定了备选方案的发展优先顺序，如表2 所示。