靶場試驗裝備計量保證率的評估方法

文海，劉輝，石瑞豐

(中國人民解放軍63870部隊 計量測試站，陜西 華陰 714200)

試驗裝備是用于武器裝備鑒定試驗的設(shè)備設(shè)施統(tǒng)稱，是靶場履行鑒定職能的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，其測量結(jié)果是武器裝備鑒定評估的關(guān)鍵輸入，其量值的準(zhǔn)確、統(tǒng)一程度是通過計量保障的活動效果來證實[2-3]。換句話說，計量保障活動的效果與鑒定評估結(jié)論的效力之間呈正相關(guān)。因此，定量化評估試驗裝備的計量保障效果，既有利于量化計量保障對試驗工作的貢獻(xiàn)度，增強(qiáng)改進(jìn)計量工作的內(nèi)生動力，更利于靶場出動試驗裝備的科學(xué)決策，提升鑒定試驗結(jié)論的可信度。

1 現(xiàn)有方法概述

靶場試驗裝備主要有通用測試裝備和專用測試裝備[4-5]兩類。其中通用測試裝備的計量保障比較直接、簡單,而專用測試裝備是為完成某一特定測試任務(wù)而組合起來的成套裝備(設(shè)備)，是靶場執(zhí)行任務(wù)的主要裝備，其構(gòu)成復(fù)雜，一般具有多個計量特性[6]，經(jīng)常覆蓋多個計量專業(yè)。由于專用測試裝備的同型數(shù)量少，大多不能按行業(yè)認(rèn)可的計量規(guī)程進(jìn)行量值溯源，有時一臺專用測試裝備需要多次可信程度不同的計量保障活動來完成。

目前，計量保障質(zhì)量和效果的量化評估方法主要有計量受檢率[7]和計量合格率[8]等兩種。

1)計量受檢率是指在一個計量保障周期內(nèi)，已檢裝備數(shù)在應(yīng)檢裝備總數(shù)中所占的百分比。這種方法是從計量管理視角出發(fā)，沒有區(qū)分已檢裝備的實際計量狀態(tài)，即使不合格(或不符合要求)或已超計量有效期，也被計為已檢裝備；另外，即使專用測試裝備只檢部分不重要計量特性，也被計為已檢裝備。因此，用計量受檢率來量化評估計量保障的活動效果，顯然過于簡單。

2)計量合格率是指在一個計量保障周期內(nèi)，裝備計量合格(或符合要求)數(shù)在裝備總數(shù)中所占的百分比。這種方法是從裝備保障視角出發(fā)，只關(guān)注裝備的計量結(jié)果。而在靶場實踐中，試驗裝備參加試驗任務(wù)的前提是計量合格，即計量合格率始終為100%.因此，在當(dāng)前以試驗任務(wù)為中心的背景下，通過計量合格率，不易發(fā)現(xiàn)靶場計量工作的改進(jìn)機(jī)會。

所以，為直觀反映靶場計量保障工作的整體質(zhì)量和效果，迫切需要一種新的量化評估方法。

2 計量保證率的評估方法

2.1 評估指標(biāo)及其構(gòu)建

為兼顧計量管理和裝備保障的需要，提出計量保證率概念，具體是用從0到1的實數(shù)來相對量化裝備計量保障的效果和質(zhì)量，以此來相對量化出計量保障對試驗任務(wù)的貢獻(xiàn)度，從而等同表達(dá)對試驗測量結(jié)果從低到高的相對信任程度。

計量保證率的評估指標(biāo)可以用計量狀態(tài)、已檢時間、重要程度和計量方式4個方面來表示，如圖1所示。

1)計量狀態(tài)。主要有合格和不合格兩種情況。顯然，只要經(jīng)計量判定為不合格，則可認(rèn)定該裝備的計量保證率為0，該裝備參試提供的測量結(jié)果將是不可信的。

2)已檢時間。距最近一次計量的時間越近，其計量狀態(tài)為合格的可能性越大；反之越小。靶場試驗裝備大多為電子設(shè)備，其故障模型可以按指數(shù)分布[9-10]估計，裝備的測量可靠性B是已檢時間τ和指標(biāo)超差率λ的函數(shù)。當(dāng)已檢時間為一個計量周期T時，參照J(rèn)JF 1139—2005[11]，可以得到B=e-λτ=0.9，即λ=-(ln 0.9)/T.因此，筆者采用測量可靠性B來表征已檢時間τ對計量保證率的影響量，即B=exp((ln 0.9)τ/T).

3)重要程度。試驗裝備在任務(wù)中的作用越重要，對計量保證率的影響越大。通用測試裝備，其重要程度主要體現(xiàn)在試驗任務(wù)的用途定位上，在GJB 9001C—2017[12]規(guī)定的基礎(chǔ)上，分為測量、監(jiān)視和保障3種用途，其中測量是直接為鑒定試驗提供測量結(jié)果；監(jiān)視是為鑒定試驗提供過程安全或狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果，例如，指揮顯示控制系統(tǒng)、溫濕度計、時間同步測量儀、接地電阻測試儀等；保障是既不為鑒定試驗提供測量結(jié)果，也不提供監(jiān)測結(jié)果，但為鑒定試驗任務(wù)的實施提供條件保障，例如，火箭滑撬、穩(wěn)壓電源、環(huán)境模擬設(shè)施。專用測試裝備，本身無疑是重要的，但由于包含著不同的計量特性，一般需要不同的計量保障活動，對計量保證率的作用體現(xiàn)在具體的計量特性層面上，主要有系統(tǒng)相關(guān)、直接相關(guān)和間接相關(guān)3種情況。

4)計量方式。目前，在計量行業(yè)內(nèi)，主要有檢定/校準(zhǔn)、計量比對、計量測試(由計量機(jī)構(gòu)實施)和自測驗證(由使用單位實施)4種效力從高到低的計量方式。

2.2 評估模型的建立

無論是通用測試裝備，還是專用測試裝備，亦或是專用測試裝備的各個計量特性，對其計量保障的活動都是獨立的。

根據(jù)前文構(gòu)建的評估指標(biāo)，可以得出靶場試驗裝備計量保證率的評估模型如圖2所示。

根據(jù)圖2，靶場試驗裝備計量保證率的計算式為

(1)

式中：N、M分別為通用測試裝備臺數(shù)和專用測試裝備臺數(shù)；A為計量狀態(tài)指標(biāo)的取值，具體是針對每臺通用測試裝備或?qū)Ｓ脺y試裝備每個計量特性，主要從集合{1，0}中取一個值；W為重要程度、計量方式和已檢時間3個指標(biāo)的權(quán)值近似矩陣；B為已檢時間指標(biāo)的取值，具體是針對每臺通用測試裝備或?qū)Ｓ脺y試裝備每個計量特性，即B=exp((ln 0.9)τ/T)；C為重要程度指標(biāo)的取值，具體針對每臺通用測試裝備或?qū)Ｓ脺y試裝備每個計量特性,每臺通用測試裝備，從集合{測量，監(jiān)視，保障}中取一個值；專用測試裝備的每個計量特性，從集合{系統(tǒng)相關(guān)，直接相關(guān)，間接相關(guān)}中取一個值；D為計量方式指標(biāo)的取值，具體是針對每臺通用測試裝備或?qū)Ｓ脺y試裝備每個計量特性，主要從集合{檢定/校準(zhǔn)，計量比對，計量測試，自測驗證}中取一個值；Q為專用測試裝備的計量特性個數(shù)。

2.2.1 指標(biāo)權(quán)值的近似矩陣W的確定

采用模糊綜合評價法[13-14]來確定指標(biāo)權(quán)值近似矩陣W，具體步驟如下：

1)定義“極密切、很密切、較密切、一般、弱相關(guān)、無關(guān)”為相關(guān)度評語集，以集合R=[1.0，0.8，0.6，0.4，0.2，0]對應(yīng)表示。

2)采用專家咨詢法，邀請8名專家，分別就已檢時間、重要程度和計量方式3個指標(biāo)對計量保證率目標(biāo)的相關(guān)度進(jìn)行調(diào)查，要求每名專家對3個指標(biāo)的評語不能相同，其統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 專家就指標(biāo)對目標(biāo)的相關(guān)度調(diào)查統(tǒng)計 人

3)定義Pij為在第i個指標(biāo)上選擇第j個相關(guān)度評語的人數(shù)，再定義Xi為第i個指標(biāo)的相對權(quán)重，根據(jù)表1的數(shù)據(jù)計算：

(2)

得到權(quán)值的近似矩陣

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

2.2.2 重要程度指標(biāo)取值集合C的確定

在試驗任務(wù)中，作為測量用途的通用測試裝備，以及作為系統(tǒng)相關(guān)的專用測試裝備計量特性，計量是否合格將直接影響試驗結(jié)果是否可信。而作為監(jiān)視或保障的通用測試裝備，以及作為直接相關(guān)或間接相關(guān)的專用測試裝備計量特性，其計量結(jié)果對試驗結(jié)果可信度的影響將有不同，不同人有不同看法。為此，筆者采取專家投票法，先就通用測試裝備的監(jiān)視或保障對計量保證率目標(biāo)的相關(guān)度，再就專用測試裝備計量特性的直接相關(guān)或間接相關(guān)對計量保證率目標(biāo)的相關(guān)度進(jìn)行調(diào)查，要求每名專家對通用測試裝備(或?qū)Ｓ脺y試裝備計量特性)的相關(guān)度評語不能相同，其統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

表2 專家就重要程度對目標(biāo)的相關(guān)度調(diào)查統(tǒng)計 人

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，按式(3)計算:

(3)

1)通用測試裝備的“重要程度”指標(biāo)的權(quán)值集合CT=[1，0.6，0.4].

2)專用測試裝備計量特性的“重要程度”指標(biāo)的權(quán)值集合CZ=[1，0.750，0.575].

2.2.3 計量方式指標(biāo)取值集合D的確定

在試驗任務(wù)中，采用檢定/校準(zhǔn)計量的試驗裝備，給出測量結(jié)果具有量值溯源性，其效力無疑是最高的，而采用計量比對、計量測試或自測驗證等計量方式的試驗裝備，其效力不同人將有不同看法。為此，同樣采用專家投票，就計量比對、計量測試和自測驗證3種計量方式對計量保證率目標(biāo)的相關(guān)度進(jìn)行調(diào)查，要求每名專家對3種計量方式的相關(guān)度評語不能相同，其調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 專家就計量方式對目標(biāo)的相關(guān)度調(diào)查統(tǒng)計 人

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，按式(3)計算可得

D=[1，0.775，0.550，0.425].

3 仿真分析

為驗證計量保證率評估模型的魯棒性和有效性，同時對比計量受檢率和計量合格率的效果，采用Matlab 7.1軟件進(jìn)行仿真分析。

3.1 分析設(shè)置

結(jié)合靶場試驗任務(wù)可能出現(xiàn)的試驗裝備參試規(guī)模情況，作出以下基本假定：

1)動用的通用測試裝備：總數(shù)為20～5 000內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)，全部在計量有效期內(nèi)(即已檢時間未超1個計量周期)，其計量狀態(tài)為合格的約為總數(shù)的95%，在試驗任務(wù)中作測量用途的約為總數(shù)的20%，采用檢定/校準(zhǔn)或計量比對進(jìn)行計量的約為總數(shù)的75%.

2)動用的專用測試裝備：總數(shù)為10～500內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)；所有計量特性的計量均在有效期內(nèi)，其計量狀態(tài)為合格的約為總數(shù)的95%；在專用測試裝備中，作為系統(tǒng)相關(guān)的計量特性約為該裝備全部計量特性的40%，采用檢定/校準(zhǔn)或計量比對進(jìn)行計量的約為總數(shù)的25%.

在上述基本假定基礎(chǔ)上，再作出以下4種調(diào)整的假定：

1)提高計量保障質(zhì)量：具體是在參試裝備中，提高采取檢定/校準(zhǔn)或計量比對的百分比。其中，通用測試裝備從75%提高到90%，專用測試裝備從25%提高到50%.

2)降低計量保障質(zhì)量：具體是在參試裝備中，降低采取檢定/校準(zhǔn)或計量比對的百分比。其中，通用測試裝備從75%降低到50%，專用測試裝備從25%降低到10%.

3)提高計量準(zhǔn)入要求：具體是在參試裝備中，將裝備計量狀態(tài)為合格的從95%提高到99%.

4)降低計量準(zhǔn)入要求：具體是在參試裝備中，將裝備計量狀態(tài)為合格的從95%降低至90%.

3.2 分析結(jié)果

通過1 000次的仿真計算，分別得到計量保證率、計量受檢率和計量合格率與動用試驗裝備總數(shù)之間的關(guān)系，具體結(jié)果分別如圖3～5所示。

從圖3～5可以看出：

1)在1個計量保障周期內(nèi)，計量受檢率既不能反映計量保障質(zhì)量的變化，也不能反映參試裝備計量準(zhǔn)入要求的變化。

2)計量合格率雖然可以通過參試裝備計量準(zhǔn)入的變化反映出裝備保障效果，但不能反映計量保障質(zhì)量的變化。

3)計量保證率評估模型穩(wěn)健、有效，能夠正確、顯著地反映出計量保障質(zhì)量和參試裝備計量準(zhǔn)入的變化。

4 結(jié)論

采用計量保證率來相對量化描述靶場試驗裝備計量保障活動的質(zhì)量和效果，可以避免傳統(tǒng)計量受檢率和計量合格率不區(qū)分試驗裝備實際情況的弊端，既能為計量管理充分反映出持續(xù)改進(jìn)的方向，又能為裝備保障直觀體現(xiàn)出計量保障對試驗任務(wù)的貢獻(xiàn)度，以便更好地促進(jìn)靶場計量工作。

當(dāng)然，計量保證率結(jié)合靶場試驗裝備計量管理信息系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，可以形成更精細(xì)的輔助決策作用：

1)對計量管理來說，通過觀察計量保證率變化，可以獲得持續(xù)改進(jìn)計量保障質(zhì)量的內(nèi)生動力，為本單位的計量能力建設(shè)提供支撐。

2)對裝備保障來說，通過觀察計量保證率的變化，可以感知計量保障對該項試驗任務(wù)的貢獻(xiàn)度，為后續(xù)任務(wù)出動試驗裝備提供決策參考。

3)對試驗總體來說，通過觀察某項試驗任務(wù)的計量保證率，可以相對掌握試驗數(shù)據(jù)的可信程度。