第2章　系统效能及效能评估基本概念

2.1　效能度量

武器系统的效能度量是评价武器系统最“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度量。效能度量确定得是否合理，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度量，对于正确地进行武器系统分析，提供可靠的决策依据是非常重要的。做好系统效能评价的关键一环，是适当地选择效能度量，但选定一个好的效能度量不是一件容易的事情。事实上，效能度量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。

2.1.1　效能的概念

效能（Effectiveness）是一个经常用到的概念，词典的解释是“事物在一定条件下所起的作用”，“事物所具有的功能” 或“事物所蕴藏的有利的作用” 等。系统效能描述的是系统在一定条件下实现预定功能达成预定目标的程度，是完成其规定任务的总体能力或程度，也称有效性度量。系统效能一般用于描述系统完成其任务的总体能力。对系统效能进行评估，必须要定义衡量指标。

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” 指的是作战环境条件、作战时间、参战人员及使用方法等因素，“规定使用目标” 指的是所要达到的作战目的，“能力” 则是指达到目标的定量或定性程度。从概率的角度而言，武器效能是指武器系统在规定的工作条件下和规定的时间内能够满足作战任务要求的概率。

效能一般可分为单项效能、系统效能和作战效能。

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、指挥控制通信效能等。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、射击等火力运用与火力保障中的各个基本环节。

系统效能，又称综合效能，是指装备系统在一定条件下，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度量，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下了较为科学的定义，而且给出了评估（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。

作战效能有时称为兵力效能，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种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。

以潜艇作战系统为例，其作战效能主要依赖于以下几个方面：一是潜艇必须具备反舰作战的能力，也是其最主要的任务之一。潜艇对海作战效能主要取决于潜艇上的各种对海攻击能力，比如各种对海攻击导弹和反水面舰船鱼雷系统的作战能力。二是必须具备反潜作战的能力，也是潜艇的又一大任务。潜艇反潜作战能力主要取决于潜艇上反潜鱼雷系统的性能和数量。三是必须具备对来自空中、水面、水下各种威胁的早期预警和获取目标信息的能力，但由于潜艇长期处于水下活动，因此更应强调声呐探测效能。四是必须具备运用水声对抗器材对敌方探测、制导武器系统实施干扰和欺骗的能力。五是潜艇在海上作战时所能适应的作战环境与系统保障的能力。

根据已有研究，可将武器装备效能评估指标因素分为四类：系统参数、系统性能指标、系统效能指标和作战效能指标。各种效能指标因素的层次关系如图2.1 所示。

图2.1　中各项效能评估指标因素具体描述如下：

（1）系统参数（Dimensional Parameter，DP）：表示系统固有的属性或特征，其值表示系统的结构和行为，如材料、尺寸、重量、干扰功率等。

（2）系统性能指标（Measures of Performance，MOP）：系统行为属性的定量化描述，或系统单个因素或属性对于整体能力贡献的数量化描述，如潜艇航行速度、潜艇的生存能力、声呐系统的探测区域。这个指标一般不考虑环境的影响。

（3）系统效能指标（Measures of Effectiveness，MOE）：系统完成其功能程度的定量化描述或者系统以最佳方式及预期结果完成使命的能力的定量化描述。

（4）作战效能指标（Measures of Force Effectiveness，MOFE）：也称兵力效能指标，是衡量系统在作战环境中完成任务的程度。作战行动是由一定军事力量（包括人和武器系统）在一定环境条件下按一定行动方案进行的，所以作战效能在一定条件下可表示军事力量或行动方案的效能。

由此可见，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他实体。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，或者说“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很低。

这四类指标有一定的联系，系统效能度量依赖于系统性能和人的因素，体现系统与其他系统和人的因素结合后所具有能力的度量； 而系统作战效能度量依赖于系统效能度量和环境因素，体现系统与其他系统和人结合后在实际作战环境中完成任务程度的度量。

2.1.2　效能度量分析

为了有效地评估系统效能，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）相匹配，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的。

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属性； 然后，定义一个指标（变量）来衡量此需求； 最后，通过定义一个度量（依赖于一些参数公式或算法）来量化这个指标。例如对导弹而言，使用人员可能定义导弹完成作战任务成功率是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，利用已有度量指标或新定义一个或多个度量指标（变量），并采用某一具体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值，如概率或期望值、一个数量区间或一个多维数量空间。

效能度量是衡量一个系统性能满足需求的程度，对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。

系统参数空间、性能空间、需求空间和效能空间的关系可用图2.2 来表示。

如图2.2 所示，参数空间到性能空间的映射产生了性能度量（作战能力）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。

记Et 表示装备研制总要求规定的装备性能完成规定作战任务需求的结果空间子集，Ec 表示装备在实际作战条件下遂行规定任务需求所能达到的结果空间子集。用f（X）表示X 集合的映射，当X 为点集时，f（X）表示X 集合中的点数，假设装备工作状态正常且遂行任务时完全发挥所具有的战术技术性能，则可以定义武器装备的作战效能为

若Ec 与Et 不相交，则有

若Ec ⊇Et，表示装备完全具备在规定的作战环境下遂行规定任务达到规定目标的能力，并能够完全发挥，则有f（Ec ∩Et）= f（Et），于是有

所以有武器装备的作战效能满足0 ≤Efficiency ≤1。

式（2.1）说明武器装备作战效能的大小既取决于所具备的系统性能，还取决于作战能力发挥所面临的实际条件。因此，一般来讲，系统性能的评估不依赖具体军事想定，作战效能的评估则取决于具体的军事想定。

在明确了效能度量分析原理的基础上，这里给出了制定MOE 的具体过程，如图2.3 所示。

由图2.3 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这里的明确的观点和任务。但是，通常我们不仅要确定装备是否达到了这个指标和要求，而且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、保障和其他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（Critical Operational Issues，COI），这也是前面计算公式中的需求。在明确需求的基础上可以初步制定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。