第2章　系統效能及效能評估基本概念

2.1　效能度量

武器系統的效能度量是評價武器系統最“恰當” 的定量指標，武器系統效能分析的重要任務之一就是確定效能度量。效能度量確定得是否合理，直接影響決策的準確性。根據作戰任務的要求，正確、合理地選擇與確定武器系統的作戰效能指標即效能度量，對于正確地進行武器系統分析，提供可靠的決策依據是非常重要的。做好系統效能評價的關鍵一環，是適當地選擇效能度量，但選定一個好的效能度量不是一件容易的事情。事實上，效能度量常常是一種主觀判斷或“價值” 判斷，因此，建立一套系統的效能度量分析方法，對于武器裝備采辦和使用都具有十分重要的意義。

2.1.1　效能的概念

效能（Effectiveness）是一個經常用到的概念，詞典的解釋是“事物在一定條件下所起的作用”，“事物所具有的功能” 或“事物所蘊藏的有利的作用” 等。系統效能描述的是系統在一定條件下實現預定功能達成預定目標的程度，是完成其規定任務的總體能力或程度，也稱有效性度量。系統效能一般用于描述系統完成其任務的總體能力。對系統效能進行評估，必須要定義衡量指標。

在GJB 1364 — 92 中，對武器裝備效能的定義為：在規定的條件下達到規定使用目標的能力。“規定的條件” 指的是作戰環境條件、作戰時間、參戰人員及使用方法等因素，“規定使用目標” 指的是所要達到的作戰目的，“能力” 則是指達到目標的定量或定性程度。從概率的角度而言，武器效能是指武器系統在規定的工作條件下和規定的時間內能夠滿足作戰任務要求的概率。

效能一般可分為單項效能、系統效能和作戰效能。

單項效能是指運用裝備系統時，達到單一使用目標的程度，如防空武器裝備系統的射擊效能、探測效能、指揮控制通信效能等。單項效能對應的作戰行動是目標單一的行動，如偵察、干擾、布雷、射擊等火力運用與火力保障中的各個基本環節。

系統效能，又稱綜合效能，是指裝備系統在一定條件下，滿足一組特定任務要求的可能程度。它是對武器裝備系統效能的綜合評價，又稱為綜合效能。系統效能是在型號論證時主要考慮的效能參數。美國武器裝備系統效能咨詢委員會認為：系統效能是衡量一個系統滿足一組特定任務要求的程度的度量，是系統的可用性、可信賴性和能力的函數。該委員會不僅對武器裝備的系統效能下了較為科學的定義，而且給出了評估（計算）系統效能的基本模型框架，即系統效能由系統的可用性、可信賴性和能力三個方面共同構成。

作戰效能有時稱為兵力效能，指在規定的作戰環境條件下，運用武器裝備系統及其相應的兵力執行規定的作戰任務時所能達到的預期目標的程度。這里，執行作戰任務應覆蓋武器裝備系統在實際作戰種可能承擔的各種主要作戰任務，且涉及整個作戰過程。因此作戰效能是任何武器裝備系統的最終效能和根本質量特征。

以潛艇作戰系統為例，其作戰效能主要依賴于以下幾個方面：一是潛艇必須具備反艦作戰的能力，也是其最主要的任務之一。潛艇對海作戰效能主要取決于潛艇上的各種對海攻擊能力，比如各種對海攻擊導彈和反水面艦船魚雷系統的作戰能力。二是必須具備反潛作戰的能力，也是潛艇的又一大任務。潛艇反潛作戰能力主要取決于潛艇上反潛魚雷系統的性能和數量。三是必須具備對來自空中、水面、水下各種威脅的早期預警和獲取目標信息的能力，但由于潛艇長期處于水下活動，因此更應強調聲吶探測效能。四是必須具備運用水聲對抗器材對敵方探測、制導武器系統實施干擾和欺騙的能力。五是潛艇在海上作戰時所能適應的作戰環境與系統保障的能力。

根據已有研究，可將武器裝備效能評估指標因素分為四類：系統參數、系統性能指標、系統效能指標和作戰效能指標。各種效能指標因素的層次關系如圖2.1 所示。

圖2.1　中各項效能評估指標因素具體描述如下：

（1）系統參數（Dimensional Parameter，DP）：表示系統固有的屬性或特征，其值表示系統的結構和行為，如材料、尺寸、重量、干擾功率等。

（2）系統性能指標（Measures of Performance，MOP）：系統行為屬性的定量化描述，或系統單個因素或屬性對于整體能力貢獻的數量化描述，如潛艇航行速度、潛艇的生存能力、聲吶系統的探測區域。這個指標一般不考慮環境的影響。

（3）系統效能指標（Measures of Effectiveness，MOE）：系統完成其功能程度的定量化描述或者系統以最佳方式及預期結果完成使命的能力的定量化描述。

（4）作戰效能指標（Measures of Force Effectiveness，MOFE）：也稱兵力效能指標，是衡量系統在作戰環境中完成任務的程度。作戰行動是由一定軍事力量（包括人和武器系統）在一定環境條件下按一定行動方案進行的，所以作戰效能在一定條件下可表示軍事力量或行動方案的效能。

由此可見，系統參數和性能度量是對系統內部具有的特征和能力的描述； 而效能度量、作戰效能度量是系統在外部環境中表現的特征和能力的描述。MOE 度量系統在作戰環境中如何執行其功能或影響其他實體。它是對系統達到規定目標程度的定量表示，是對系統進行分析比較的一種基本標準。MOE 與一些標準有關，這些標準通常以理想系統為參考。MOE 描述了系統在作戰環境下實現其總體功能的情況。特別地，MOE 依賴于特定的想定。

MOP 表示一個物理實體的內在性質或特征。從某方面說，它度量的是系統的行為屬性，即系統的物理和結構上的行為參數和任務要求參數，或者說“性能是系統按照執行某行動的要求執行這一行動效能的度量”。發現概率、虛警率、信噪比、波特率、吞吐量及頻率范圍等都是性能度量。MOP反映被分析系統的內在特征，與想定無關。它是建立指標體系的基本元素之一。系統效能高并不意味著其作戰效能也高。例如，一個通信系統能夠及時傳輸一個情報，但指揮人員并沒有很好地利用此情報，盡管可認為這個通信系統效能比較高，但其此時的作戰效能很低。

這四類指標有一定的聯系，系統效能度量依賴于系統性能和人的因素，體現系統與其他系統和人的因素結合后所具有能力的度量； 而系統作戰效能度量依賴于系統效能度量和環境因素，體現系統與其他系統和人結合后在實際作戰環境中完成任務程度的度量。

2.1.2　效能度量分析

為了有效地評估系統效能，必須建立合理的需求（指標），這種需求的描述要與系統的性能度量（MOP）相匹配，也就是說，不能超出系統的能力范圍。效能度量是通過系統的性能度量和需求的比較而得到的，即效能度量是性能度量和需求的函數。由上可知，要度量一個系統的效能必須首先明確需求。需求一般是由武器裝備采辦人員或者使用人員提出和確定的。

需求的定義過程是：首先，定義一個對達成任務目標有意義的某一方面屬性； 然后，定義一個指標（變量）來衡量此需求； 最后，通過定義一個度量（依賴于一些參數公式或算法）來量化這個指標。例如對導彈而言，使用人員可能定義導彈完成作戰任務成功率是90%，這就是一個具體的需求。當然有的需求不是很具體，但在具體的操作過程中，我們也必須根據實際情況來抽象，最終量化這個需求。

系統性能度量的定義過程是：首先，定義一個與系統性能相關的指標（概念），如精度、時限、數據處理速率、易損性、生存能力和可靠性； 然后，利用已有度量指標或新定義一個或多個度量指標（變量），并采用某一具體公式形式來表示這個指標。性能度量指標的結果可能是一個數值，如概率或期望值、一個數量區間或一個多維數量空間。

效能度量是衡量一個系統性能滿足需求的程度，對其定義的基本過程與性能度量類似：定義一個衡量滿足需求程度的指標； 通過定義標準、公式或算法來量化此指標； 確保性能度量和需求指標（變量）相稱； 效能度量的值最終依賴于在性能度量公式中的可觀測、可測量的量、表達需求的參數和進行比較的方法。

系統參數空間、性能空間、需求空間和效能空間的關系可用圖2.2 來表示。

如圖2.2 所示，參數空間到性能空間的映射產生了性能度量（作戰能力）軌跡。性能需求表示為需求空間。如果性能度量軌跡完全在需求空間之內，則所有的系統行為都滿足需求，那么其效能為1.0； 如果性能度量軌跡完全在需求空間之外，則沒有一個系統行為滿足需求，那么其效能為0.0。

記Et 表示裝備研制總要求規定的裝備性能完成規定作戰任務需求的結果空間子集，Ec 表示裝備在實際作戰條件下遂行規定任務需求所能達到的結果空間子集。用f（X）表示X 集合的映射，當X 為點集時，f（X）表示X 集合中的點數，假設裝備工作狀態正常且遂行任務時完全發揮所具有的戰術技術性能，則可以定義武器裝備的作戰效能為

若Ec 與Et 不相交，則有

若Ec ?Et，表示裝備完全具備在規定的作戰環境下遂行規定任務達到規定目標的能力，并能夠完全發揮，則有f（Ec ∩Et）= f（Et），于是有

所以有武器裝備的作戰效能滿足0 ≤Efficiency ≤1。

式（2.1）說明武器裝備作戰效能的大小既取決于所具備的系統性能，還取決于作戰能力發揮所面臨的實際條件。因此，一般來講，系統性能的評估不依賴具體軍事想定，作戰效能的評估則取決于具體的軍事想定。

在明確了效能度量分析原理的基礎上，這里給出了制定MOE 的具體過程，如圖2.3 所示。

由圖2.3 可知，在有了具體的MOE 制定需求后，我們首先要有明確的觀點和任務，這些是制定MOE 的基礎，通常這些內容是通過與用戶的反復交互而得到的。例如，在裝備研制過程中，通常研制任務書及研制合同等文件中列出的、用戶所提出的戰術技術性能指標和使用要求就是這里的明確的觀點和任務。但是，通常我們不僅要確定裝備是否達到了這個指標和要求，而且需要回答裝備采辦決策者所關心的議題。

議題是指裝備采辦決策時需要回答的問題，例如導彈的突防能力、射程、重量、全彈長及射擊精度等。關鍵議題是指為了評價裝備的使用、技術、保障和其他能力而必須研究回答的問題。關鍵議題是評價裝備整體價值的基礎，是裝備采辦管理里程碑決策的重要依據，例如反艦導彈的最大射程、航路規劃導航點的數量、抗箔條干擾能力等。通常我們要明確與裝備使用相關的關鍵議題，即關鍵使用議題（Critical Operational Issues，COI），這也是前面計算公式中的需求。在明確需求的基礎上可以初步制定MOE，然后按照上面的分析方法來評估MOE，通過那些達到用戶需求的MOE，對于沒有達到要求的則需要重新制定。對于初步同意的MOE 還需要具體應用它，在實際應用過程中，如果MOE 已經達到用戶的需要，則結束； 否則，還需要對MOE 進行修改或者添加。