基于RMS装备系统效能评估研究

基于RMS装备系统效能评估研究1
黄训江
北京理工大学管理与经济学院(100081)
Ｅ-mail：huangxunjiang@
摘要：现代企业生产装备系统越来越庞杂，单一的性能指标已难以反映装备系统真实性能水平，对装备系统进行综合性评价以获取系统的综合效能水平成为亟需解决的问题。

本文借鉴武器装备系统效能定义，赋予装备系统效能新的内涵，提出了装备系统效能度量及其评估原则。

最后本文在对装备系统效能评估方法综述研究的基础上，指出了传统效能评估方法的缺点，并提出了基于RMS的装备系统效能评估方法。

关键词：装备系统RMS 效能评估
1．引言
装备系统是人们为了满足某种特定目的或需求而加工制造的一种为生产或生活服务的特定产品，它的使用同其他普通产品一样都要追求从中所能获取的收益，为了科学直观地反映这种收益的大小，人们最初引入了性能指标或者盈利指标来对其进行评价，而伴随装备产品的日益复杂它们也越来越难以反映装备产品对用户需求的真实满足水平，为此人们对装备系统的性能追逐逐步转化为对系统效能的追逐。

目前对于系统效能的定义比较多，缺乏一种较为明确一致的定义，但其中较为有影响的是GJB1364-92《装备费用一效能分析》[1]中关于效能的定义“在规定的条件下达到规定使用目标的能力”，该定义中装备的效能体现了装备的使用价值。

随着人们对装备系统效能的进一步认识，人们对装备系统可靠性、维修性、保障性的追求也日益增强，在GJB451-91《可靠性维修性术语》[2]中给出了一个更加明确广泛的定义“在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力。

它是系统可用性、可信性及固有能力的综合反映。

”该定义中装备系统的效能是可用性、可信性和固有能力这三个综合指标的进一步综合。

综上我们看出，装备系统效能所能概括的含义就是装备系统所具有的使用价值和经济价值的体现，它是装备系统在规定的使用环境条件、装备管理维护条件、使用方式等条件下达到某个或某些任务目标的能力的大小。

2．装备系统效能的度量
效能度量是衡量装备系统效能大小的尺度，是其实现任务目标程度的度量，可以用完成一个任务剖面的概率表示，也可以用于系统任务目标有关的期望效果值表示。

影响装备效能的因素有：装备的固有能力、可靠性、维修性、耐久性、安全性、保障性、生存性、人的因素等等．这些因素构成装备效能的主要组成部分．它们有各自的度量，将这些度量与装备的任务目标或分析的目的相联系后，即可确定效能度量。

一般来说，装备的效能度量有如下三类：
（1）单项指标效能。

指标效能就是单独地取某个影响效能的因素作为度量的效能。

一般是以性能表示指标效能，如系统的功率输出（KW）、最大速度（Km/S）、系统载荷（T）、可靠性指标（MTBF）等。

这些性能指标相对较细，是对装备系统的整体效能和使用效能分
1本课题得到国防预研基金（项目编号：51419010104BQ0177）资助
- 1 -
析计算的基础，其计算和分析最为简单，可通过试验、统计等方法测出，有时为了考核更高一层次系统某一特定功能，需要对这些性能指标进一步的综合，如对某大型运载车辆机动能力的考核就需要对最大机动速度、公路通过能力、爬坡能力、桥涵通过能力等指标进行综合，对这种在一定程度上综合了的指标我们也将其作为单项指标效能来衡量，当其应用于类似装备的效能比较时，这种度量方式可能更为有效，这是因为类似装备间大多数底层性能指标较为一致，底层性能指标间的对比繁琐却不易找出其中的不同点，达不到分析的目的，而通过相对综合的某一项特定效能的对比则相对比较容易实现效能对比分析的目的。

（2）系统效能。

系统效能是装备系统的综合性能的反映，是系统的整体属性，它的度量要求从系统的角度出发，结合装备需求目标对装备系统的各项单项性能指标综合考虑，以得到单一的评估结果，用以表示装备系统方案的优劣程度，从而为装备系统的方案优化和装备选型提供决策依据。

（３）使用效能。

单项指标效能、系统效能均是对装备“相对静态”效能的一种度量。

当装备被置于使用环境中后，由于装备所处操作环境的恶劣而可能使装备的部分或全部效能无法产生和发挥，如受天气恶劣、地理环境复杂而使部分装备不能工作；由于企业装备操作及管理制度不完善而使系统磨损速度加快等。

在这种真实操作环境条件下的装备系统所能达到的效能称之为使用效能。

使用效能的度量一般由虚拟现实、半实物仿真等技术通过对操作环境的各种假想和转换来模拟计算得出。

由于效能的内涵随研究的角度不同而具体化，因此效能度量也随研究角度的不同而有所差异。

传统的技术性能指标可以从一个角度说明系统效能的大小；可靠性与维修性及保障性也可以从另一个角度说明效能的大小；而采用综合分析方法所获得的系统效能则从系统的角度综合说明装备效能的大小。

所以对效能的研究要区分不同的需要与目标以及实施分析的可能性，根据所需深入研究的问题，选定适用的研究方法，从而达到分析的目的。

通常的效能度量是不存在的，确定效能度量是效能分析中的一项比较困难的，但又是至关重要的工作，效能度量选定有误，将后患无穷。

要对装备进行有效的分析，必须以系统底层单项性能指标为基础，在此基础上再考虑装备的系统效能和使用效能，一般来讲，装备系统效能的单项指标效能和系统效能与装备设计研制方密切相关，多是设计出来的，是装备系统的固有效能，是装备选型和优化设计首要考虑的重要因素；而装备的使用效能则在一定程度上与装备的使用方具有很大的关联，因此，加强装备在设计阶段设计方与使用方的相互协作，从使用者角度出发设计研制出适合用户需求和特定操作环境的装备产品，对于提高装备系统的效能水平无疑具有巨大的意义。

3．装备系统效能评估原则
（1）装备系统效能评估过程要体现综合性原则。

装备系统一般都由大量既相互独立又相互依存、相互制约的分系统、设备、构件及零配件等各个不同层次的部件所组成，是多分系统、多构件的复合体，各组成部分的效能水平都在一定程度上影响着系统整体效能，而且其效能的发挥也受多种环境因素的影响，无法也没有必要对其每一种环境下的各个具体组成部分的效能水平都要进行准确地测量和评价，因此其效能评估过程需要运用系统分析的方法对规定的条件下的装备系统整体效能水平进行综合测度。

- 2 -
（2）系统效能评估结果呈现相对性原则。

装备系统效能评价具有一定的环境限制，只有在同一环境下的不同装备系统的效能评估值方具可比性，如没有规定条件的限制，单凭某一评估值并不能说明该装备系统要比另一装备系统效能更高或更劣，如：某型号冶金装备系统其效能评估值为86，而在另一条件下的另一型号的冶金装备评估值为78，这并不说明后者比前者劣，这是因为后者可能面临着根据艰苦的任务操作环境。

装备系统效能的相对性原则还体现在其评估目的相对性，其评估不是为了追求评估值的绝对值而是为了通过效能评估获得相同条件下的不同装备系统开发方案之间系统效能的相对可比性，进而决定系统开发方案的优劣取舍，从而优化装备设计和选型。

（3）效能指标的建设要体现全面系统性原则。

装备效能评估过程中各个指标的分解要从系统整体出发，确定系统分解的粒度和深度，明确各个层次之间的相互关系，按照层次之间的递进关系对其进行层层分解直至具有明确内涵及可测度性的最底层，这些指标彼此间要尽量相互独立，并应基本反映评价对象总体优劣。

系统分解指标过细或者层次分解过深不但会增加系评估的工作量，而且并不一定会增强系统效能评估的准确性。

（4）效能评估方法及其模型要体现简洁、直观、可行的原则。

装备系统本身结构复杂再加上其所面临的任务环境复杂多变，而客观上装备系统的优化设计决策需要及时快捷的效能评估结果，而且效能评估模型要简介易懂、便于非专业人员及设计人员做出决策，模型中所需数据均可以通过历史统计数据、试验测试或者仿真等手段简便的获取，对装备未来使用过程中环境操作条件的假设和推理要客观，并且随着装备研制设计任务的逐渐向前推进，装备未来所面临的任务条件将逐渐清晰，对仍不能明确地任务条件也要详细分析任务条件可能出现的概率和任务条件的可能详细状况，并做出评测。

4．系统效能评估方法
4.1 系统效能评估方法
由于装备系统效能评估的重要意义，广大学者和研究从针对不同装备特点从不同的观点出发开发出了许多方法，如系统效能分析法、指数法、层次分析法、模糊综合评判法、ELECTRE法、LANCHESTER方程和LINMAP等，在这里我们将简要介绍一些较为常用的方法。

（1）专家调查法（Delphi法）。

专家调查法是把预先设定的装备待评估的效能指标集交由相关领域专家进行打分，通过反复充分交流，并对专家调查意见及指标得分进行整理统计，得到每个指标的量化结果，然后对各个指标进行无量纲化处理并采用层次分析法等方法将无量纲化后的各个指标值进行综合，赋予相应权重，最后得一综合评价值，从而可以按分值大小对装备效能水平进行优劣排序。

该方法的优点是能够充分利用专家的知识，快速有效的对装备效能做出评价，其结果简单明了、应用范围广泛，无论定性问题还是定量问题都可通过咨询专家建议给出分值来实现量化分析的目的。

其难点一是如何预先给定效能评价指标集，二是如何选择专家，三是专家意见冲突如何协调。

其缺点是该法受专家的主观性意见影响较大，对同一装备系统，即使选取同样的评价指标集进行评价，不同的专家甚至是相同专家在不同的调查时间也可能会得出迥然不同的结果，从而使效能评估结果丧失了一定的客观性。

- 3 -
（2）SEA方法。

SEA（SEA ，System Effectiveness Analysis）[3]法是由美国麻省理工学院A. H. Levis领导的信息与决策系统实验室于八十年代中期提出的。

它提出了系统、环境、使命、原始参数、性能量度和系统效能六个基本概念，其中前三个概念用以提出问题：系统是指装备相互关联、相互协作的各个部件所组成的有机整体，使命是指赋予系统必须完成的任务，环境是指与系统发生作用而又不属于系统的元素的集合。

后三个概念用于分析确定装备效能，原始参数是在给定环境中描述系统、环境和使命的一组基本变量，它划分为系统原始参数（主要指系统底层的单项效能指标：如速度、功率、故障率、系统开动准备时间等）、环境原始参数（如企业经营管理环境、装备操作环境、装备所处自然环境等）、使命原始参数（如系统完成规定任务的时间和程度等），其值决定了系统的行为并特性化了系统的结构；性能量度（MOP，Measures of Performance）是描述系统完成使命品质的量，其值依赖于表示系统、环境和使命特征的原始参数的值，由于处于原始参数级的系统和使命分别存在于两个空间之中，就需要分别通过某种映射关系建立系统原始参数和使命原始参数到性能量度的映射，把二者纳入MOP空间，形成系统和使命两条不同的轨迹；而效能则就是指系统轨迹与使命轨迹在MOP公共属性空间上相符和的程度，它的值取决于两种轨迹重合率的高低。

其分析过程如图1所示：
图1 SEA分析过程框图
SEA方法虽然仍处于不断发展阶段，其中许多问题如系统边界的划分、使命原始参数的定义、系统及使命到MOP空间的映射立、高维系统效能的计算等还不完善，需要作进一步的研究，但它作为一种系统的效能分析方法，它从系统总体的角度出发来考虑装备在特定环境空间中使命的完成程度，其评估结果直观、综合、有效。

从近年来的研究热点及其应用成果来看，虽然其多集中于军方，特别是在国内的应用与发展更是如此，但它作为起源于民用装备系统效能评估的方法其应用无论是对于军用装备系统（C3I系统）还是民用装备系统（国家能源系统）都具有广泛的适用性，正因为如此，它引起了相当数量的相关研究人员的研究兴趣。

（3）试验统计法。

该法是在规定的现场或实验条件下，通过试验、试生产、计算机模拟、抽样调查、统计回归等手段和方法搜集大量足够多的反映装备系统性能特征的数据并加以分析，进而评定系统效能。

其应用前提是所获统计数据的要具有明显的统计分布特性，可以较为清楚地用某一特定模型进行表示。

其优点是不但能得到较为准确的效能指标评估值，而且能较简便地通过概率分析、敏感性分析等方法来揭示使用环境及其他影响因素的变动对系统效能指标值的影响程度，发现其中对系统效能起关键作用的敏感性因素，便于进行重点优化设计。

其不足之处是为了获得大量统计资料和试验数据的支持，需要投入大量的人力、
- 4 -
物力对资料进行统计整理和样品、样机的试生产，所经历的时间长、耗费大，但随着仿真技术及虚拟现实技术的发展，无实物或者半实物试验就成为可能。

4.2 装备系统效能综合评估模型
装备系统效能评估方法多种多样，基于这些方法，也开发出了大量的效能评估模型，从目前较为常见和应用较为成熟的研究成果来看，主要集中于美国军方的以下三种系统效能评估模型：
（1）美国空军于1963年9月成立美国工业界武器系统效能咨询委员会（WSEIAC ），以专门研究武器系统效能问题。

该委员会在1965年的报告中把系统效能定义为：“系统效能是预期一个系统能满足特定任务要求程度的度量，是系统的可用性、可信性和固有能力的函数。

” 它把系统的可靠性、维修性及其固有能力等单项指标性能综合为可用性、可信性、固有能力三个指标效能，并认为系统效能是这三个指标效能的进一步综合。

该模型由于其简洁易解、考虑问题全面而得到了广泛应用，是目前应用最为广泛的系统效能评估模型，我国GJB1364《装备费用一效能分析》中的系统效能度量所采用的就是这种模型。

在向民用技术装备扩展领域，我国早在1996年傅崇伦[4]就引入WSEIAC 模型对通信系统的效能评估进行了研究。

根据定义可知WSEIAC 效能评估模型为：
C D A E ••= （1）
其中，E 为系统效能；为装备系统任务开始时所处的状态，也就是装备系统能正常工作的程度，体现了装备系统可用性；),,,(21n a a a A K =n n ij d D ×=)(为在初始任务状态下装备系统在任务过程中某时刻所处的瞬间状态，也就是装备系统能否连续工作的程度，体现了装备系统可信性；为在给定装备任务过程状态条件下系统所能实现的任务目标程度，是系统能否完成规定任务的能力度量。

m n ij c C ×=)(（2）美国航空无线电公司（ARINC ）较早的对武器系统性能评估进行了研究，并给出了如下定义：“系统在规定的条件下工作时，在规定的时间内满足使用要求的概率。

”在该定义中装备系统的效能也与3个指标有关，即：战备完好率、任务可靠性、设计适当性。

其效能模型（ARINC 模型）[5]为：
OA MR OR P P P E ••= （2）
式中，E 为系统效能，为战备完好率，是当要求系统工作时，装备系统即能投入工作的概率；为任务可靠性，是装备系统在执行任务过程中在规定时间段内持续正常工作的概率；为设计适当性，是装备系统在设计要求范围内工作时，顺利完成规定任务的概率。

OR P MR P OA P （3）美国海军20世纪60年代初，把系统效能定义为：“系统在规定的条件下、规定的时间内完成规定任务的概率。

” [6]在其所提出的效能模型中，装备系统的效能由性能、可用性、有效性等三个系统特性组成，其模型（AN 模型）为：
V A P E ••= （3）
式中，E 为系统效能，P 为性能指标，是系统在运转正常可靠充分工作条件下，系统 - 5 -
完成任务的能力；A 为可用性指标，是系统作好开机准备，能够完成规定任务的程度；V 为有效性指标，是系统在执行任务过程中，系统所具有的性能中对完成规定任务有效可用的程度。

5．基于RMS 的装备效能评估
由于传统效能评估方法存在以下缺点：（1）从目前现有装备系统效能评估研究成果来看，无论国内外对系统效能评估的研究的多是对军方武器装备系统效能的评估和论证，而真正针对普通民用技术装备系统效能的评估研究则相对较少，这一方面是因为民用大型技术装备比较分散，分属于不同的行业，没有统一的评价与管理组织，其应用也只是依靠各个企业自身的装备效能评估实力和技术从企业自身角度出发，而不像武器装备一样由国家武器装备采办管理部门统一实施。

因此，其研究成果应用于民用技术装备的效能评估时，往往存在很大的局限性，毕竟武器装备追求的是相对的战术、战略效能，而普通民用技术装备则追求的是装备技术经济效能的最大化；（2）装备系统效能评估往往要与装备系统的预期任务、预期工作条件密切相关，而当装备经过长时间的设计与生产投入运行后，其实际任务运行环境往往与装备论证探索阶段时的预期不完全一致，从而影响了评估效果的客观性和公正性；（3）目前装备系统效能评估方法虽然都具有一定的科学性和合理性，但无论哪种具体评估方法在具体实施细节上都有一定的局限性，比较突出的局限性主要有：问题定义不恰当，范围规定不正确，假设条件过于严格、考虑因素不全面等。

（4）随着装备系统的结构、技术、性能的日益复杂和庞大，装备系统在企业生产经营中占用资金规模也日益庞大，对某些特殊行业和企业装备系统占企业资产的比例甚至已超过80％以上，这些装备系统的生产运转的可靠性、维修性、保障性（RMS ）直接决定了企业生产经营的持续性和赢利性及其市场竞争地位，而目前的装备效能评估方法中对涉及装备系统RMS 性能指标的不多，或者即便有所涉及也往往只把他们当作性能指标中简单一项指标，没有把它们放到应有的考核的重要位置上
为了解决有效解决这些问题，我们以WSEIAC 模型为参考，提出了基于RMS 的装备效能评估模型[7]：
C D A E
••= （4）
图2 RMS 与装备效能相互关系图 在该效能评估模型中，我们充分考虑到了装备系统RMS 指标对系统效能的影响，RMS 指标与装备系统效能之间的关系如图2所示，我们把RMS 指标分解进装备的可用性和可信性评估中，即可用度矩阵和可信度矩阵中。

由式（4）可以看出，只有分别计算出矩阵A D - 6 -
A、、的值后，方可得到系统效能评估值，对其详细计算方法我们将另行撰文进行详
D C
细地研究论述。

参考文献
[1] GJB 1364-92,武器装备寿命周期费用估算[S].
[2] GJB GJB451-9,武器装备寿命周期费用估算[S].
[3] 李志猛,徐培德.基于SEA的效能评价系统设计[J].计算机仿真,2004,21(2):138~140.
[4] 傅崇伦.利用WSEIAC模型进行通信系统效能评估[J].电子科技大学学报,1996,25(1):81~86.
[5] 高尚,娄寿春.武器系统效能评定方法综述[J].系统工程理论与实践,1998, (7):109~114.
[6] 魏继才,胡晓峰.武器系统效能建模方法研究与应用[J].系统工程与电子技术,2002,24(6):20~24.
[7] 姜军,宋保维,李正.一种模糊可用度的ADC鱼雷作战效能模型[J].系统工程理论方法应
用,2005,14(4):382~384.
Equipment Effectiveness Assessing Based on RMS
HUANG Xun-jiang
School of Management and Economics, Beijing Institute of Technology, Beijing, PRC, 100081,
Abstract
With the growing complexity of enterprise equipment system, the simple performance index is difficult to reflect the real performance of equipment system. It is desirable to synthesize every performance assessment value to get the synthetical effectiveness level. This paper endowed the system effectiveness with new meaning versus weapon system effectiveness. And then it presented the measurement of effectiveness and the assessment principle. At last this paper pointed out the fault of traditional evaluation method and addressed the RMS effectiveness assessment method.
Keywords:Equipment System RMS Effectiveness Assessing
作者简介：黄训江，男，1977年生，博士研究生，主要研究方向是装备费用评价、项目管理、工业工程和小样本学习。

- 7 -。