基于QFD的艦艇指控系統(tǒng)綜合評價方法

謝德光

(92493部隊 葫蘆島 125000)

基于QFD的艦艇指控系統(tǒng)綜合評價方法

謝德光

(92493部隊 葫蘆島 125000)

論文提出一種艦艇指控系統(tǒng)任務(wù)滿足度的評價方法。在建立艦艇指控系統(tǒng)能力指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,分析了不同指揮任務(wù)與艦艇指控系統(tǒng)基本能力的對應(yīng)關(guān)系,利用質(zhì)量功能展開(QFD)方法,分析了QFD用于指控系統(tǒng)評價的基本思路,建立了艦艇指控系統(tǒng)綜合評價模型,應(yīng)用舉例表明了該方法的合理性和可行性。

艦艇; 指控系統(tǒng); 綜合評價; QFD

Class Number TP309

1 引言

艦艇指控系統(tǒng)是現(xiàn)代艦艇的核心裝備,承擔(dān)著全艦對空、對海及對水下等攻防作戰(zhàn)指揮任務(wù),一般具有情報收集、綜合處理、指揮決策和武器控制等功能[1]。隨著海戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜多變及武器裝備信息化程度的不斷提高,艦艇的指揮作戰(zhàn)任務(wù)繁重,艦艇指控系統(tǒng)的地位和重要性日益提高,相應(yīng)地,科學(xué)評價艦艇指控系統(tǒng)的作戰(zhàn)有效性顯得尤為重要。目前,對艦艇指控系統(tǒng)綜合評價研究較少,且主要是針對指控自身的能力進行評價[2～3],工程實踐中,主要是圍繞指控系統(tǒng)的基本性能進行逐一試驗考核,并沒有從系統(tǒng)完成任務(wù)的視角,給出綜合性評價結(jié)論,對裝備的采辦決策和實際使用指導(dǎo)意義不強。本文通過分析指控系統(tǒng)主要能力指標(biāo)及承擔(dān)的作戰(zhàn)指揮任務(wù),采用QFD理論,建立了基于QFD理論的艦載指控系統(tǒng)綜合評價模型,對科學(xué)地評估艦艇指控進行了有意義的探索。

2 艦艇指控系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系分析

2.1 艦艇指控系統(tǒng)能力指標(biāo)

艦艇指控系統(tǒng)能力指標(biāo)是指控系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo),根據(jù)現(xiàn)代艦載指控系統(tǒng)一般功能分配,可將指控系統(tǒng)能力分為情報收集能力、綜合處理能力、指揮決策能力、武器控制能力及工作可靠性,艦艇指控系統(tǒng)能力指標(biāo)體系見表1。

情報收集能力是指組織全艦各類傳感器探測目標(biāo)信息及通過數(shù)據(jù)鏈接收艦外發(fā)送目標(biāo)信息的能力。情報收集能力可通過目標(biāo)信息類型、信息傳遞時間等二級指標(biāo)體現(xiàn)；

綜合處理能力是指對收集到的各類傳感器信息進行融合處理、識別并形成綜合戰(zhàn)場態(tài)勢的能力。綜合處理能力可通過目標(biāo)處理容量、目標(biāo)處理時間、目標(biāo)識別的正確率、態(tài)勢顯示的正確性等二級指標(biāo)體現(xiàn)；

指揮決策能力是指根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場態(tài)勢,輔助指揮員完成作戰(zhàn)指揮決策的能力。指揮決策能力可通過作戰(zhàn)方案制定能力、威脅估計正確性和輔助戰(zhàn)術(shù)計算合理性可行性等二級指標(biāo)體現(xiàn)；

武器控制能力是指控制艦艇所屬武器實施攻防作戰(zhàn)的能力。武器控制能力可通過控制武器類型、目標(biāo)指示批數(shù)及精度及武器發(fā)射控制能力等二級指標(biāo)體現(xiàn)；

使用可用性作為通用質(zhì)量特性是指指控系統(tǒng)在任務(wù)剖面中處于正常工作狀態(tài)的程度。使用可用性與系統(tǒng)可靠性、維修性有關(guān)。

表1 艦艇指控系統(tǒng)能力指標(biāo)體系

2.2 艦艇指控任務(wù)分析

一般情況下,艦艇具有對空、對海、對水下作戰(zhàn)任務(wù),相應(yīng)地,艦艇指控系統(tǒng)擔(dān)負著輔助艦艇對空、對海、對水下作戰(zhàn)指揮任務(wù)。每類作戰(zhàn)指揮任務(wù)基本上按照信息獲取、指揮決策和交戰(zhàn)控制三和環(huán)節(jié)進行,但不同的指揮作戰(zhàn)任務(wù)對艦艇指控系統(tǒng)能力要求是有差別的。例如對空作戰(zhàn)指揮任務(wù)強調(diào)的快速反應(yīng)和多目標(biāo)攔截的能力,因此,對情報收集能力、綜合處理能力和武器控制能力有較高的要求；對海作戰(zhàn)指揮任務(wù)方面,導(dǎo)彈的攻擊任務(wù)重點是目標(biāo)信息的保障,因此,更關(guān)注情報收集能力；對水下作戰(zhàn)指揮任務(wù),包括魚雷攻潛和魚雷防御,除了目標(biāo)信息保障外,對戰(zhàn)術(shù)保障要求較高,因此,主要關(guān)注情報收集能力和指揮決策能力?？捎眯苑矫?可以認為,防御作戰(zhàn)任務(wù)對可用性要求更高。

3 基于QFD的指控系統(tǒng)綜合評價模型

3.1 QFD基本原理

質(zhì)量功能展開(Quality Function Deployment,QFD)[4]理論首創(chuàng)于日本,并于20世紀(jì)80年代傳到美國。美國國防部1988 年頒布的DoDD5000.51中明確規(guī)定QFD為研制軍用產(chǎn)品的承包商必須采用的技術(shù),與田口方法、試驗設(shè)計并列成為重要的產(chǎn)品開發(fā)策略和技術(shù)手段。《美國空軍R&M2000大綱》中對QFD的說明是：QFD是保證用戶、消費者需求,并能推動產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)工序設(shè)計改進的一種方法,即把用戶、消費者需求變換成產(chǎn)品特性和工序特性,并由企業(yè)來完成這些要求的系統(tǒng)方怯。QFD基本工作原理是：在識別顧客需求的基礎(chǔ)上,采用矩陣圖解法將顧客需求分解到產(chǎn)品開發(fā)的各個階段和各職能部門中,并通過協(xié)調(diào)各部門的工作來保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量,使設(shè)計和制造的產(chǎn)品能真正滿足顧客的需求。QFD的主體是由一系列矩陣和圖表構(gòu)成的質(zhì)量屋(House of Quality, HOQ),其結(jié)構(gòu)如圖1。HOQ主要有以下幾部分組成。

其中,左墻(A)為顧客需求和重要程度,即評價目標(biāo)和目標(biāo)重要度；天花板(B)為產(chǎn)品設(shè)計特性；屋頂(C)為產(chǎn)品特性之間的相關(guān)矩陣；房間(D)為需求與產(chǎn)品特性的關(guān)系矩陣；右墻(E)為評價矩陣,產(chǎn)品特性對目標(biāo)的滿足程度；地板(F)為產(chǎn)品特性的指標(biāo)。

3.2 基于QFD的艦載指控系統(tǒng)綜合評價方法

QFD方法是將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量要求的一種有效方法,因此,軍事上可用于裝備需求論證[5～7]。對于一個評估問題,在產(chǎn)品研制出來后,關(guān)注的是產(chǎn)品質(zhì)量是否滿足用戶的需求,因此,相對裝備需求論證,系統(tǒng)評估是一個逆過程。文獻[8～9]利用QFD理論,對裝備的保障能力評價進行了研究,本文在分析QFD應(yīng)用機理的基礎(chǔ)上,提出基于QFD的艦載指控系統(tǒng)綜合評價方法,基本思想是以作戰(zhàn)指揮任務(wù)滿足度為評價目標(biāo),在獲取艦載指控系統(tǒng)基本能力數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,通過分析形成相關(guān)矩陣,構(gòu)造質(zhì)量屋,并進行相關(guān)矩陣計算,最終給出指控系統(tǒng)任務(wù)滿足度評價結(jié)果。

1) 建立總體評價流程,如圖2所示。

2) 確定任務(wù)權(quán)重

任務(wù)權(quán)重是指控系統(tǒng)承擔(dān)各類任務(wù)的重要程度,根據(jù)前面的作戰(zhàn)指揮任務(wù)分析,通過組織軍事領(lǐng)域?qū)＜掖蚍?確定不同任務(wù)的權(quán)重,表示為

W=(w1,w2,…,wm)′

(1)

其中,m為指控系統(tǒng)的任務(wù)個數(shù)。

3) 建立指控系統(tǒng)一級指標(biāo)之間的關(guān)系

指控系統(tǒng)一級指標(biāo)之間的關(guān)系是指一級指標(biāo)之間的相關(guān)性,表示指標(biāo)之間的相互影響程度。指標(biāo)之間的關(guān)系有負相關(guān)、不相關(guān)和正相關(guān),負相關(guān)用-1～0表示,不相關(guān)用0表示,正相關(guān)用0～1表示。指標(biāo)之間的所有關(guān)系構(gòu)成關(guān)系矩陣

(2)

其中,n為指控系統(tǒng)一級能力指標(biāo)的個數(shù)。

4) 建立指揮任務(wù)與指標(biāo)之間的關(guān)系

根據(jù)前面的任務(wù)與能力指標(biāo)分析,艦艇指控任務(wù)與能力指標(biāo)存在一定的相關(guān)關(guān)系。不同指揮任務(wù)對指控系統(tǒng)能力指標(biāo)的依賴性不同,分為強相關(guān)、中等相關(guān)、弱相關(guān)和不相關(guān),分別用5,3,1,0表征,任務(wù)與能力指標(biāo)的所有相關(guān)關(guān)系構(gòu)成了相關(guān)關(guān)系矩陣。

(3)

在實際運用過程中,可針對具體的艦艇作戰(zhàn)任務(wù)分配,采用專家打分的辦法,對不同任務(wù)與不同能力的權(quán)重進行分配,構(gòu)造關(guān)系矩陣,在此基礎(chǔ)上,利用指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系進行修正,即

(4)

計算指控系統(tǒng)單項任務(wù)對應(yīng)能力的總相關(guān)量,形成任務(wù)指標(biāo)相關(guān)和向量

U=(u1,u2,…,um)

(5)

5) 計算任務(wù)滿足度

設(shè)E=(e1,e2,…,em)′為指控系統(tǒng)任務(wù)滿足度目標(biāo)向量,S=(s1,s2,…,sn)為指控系統(tǒng)一級能力結(jié)果向量,則指控系統(tǒng)單個任務(wù)滿足度為

E=(e1,e2,…,em)′=D*×S

(6)

計算單個任務(wù)的相對滿足度

(7)

則,歸一化任務(wù)滿足度向量為

(8)

考慮不同任務(wù)的重要程度,指控系統(tǒng)總的任務(wù)滿足度評價為

(9)

4 應(yīng)用舉例

利用本文提出的方法,對某型艦艇指控系統(tǒng)的任務(wù)滿足度進行計算。

指控系統(tǒng)任務(wù)權(quán)重取w對空=0.4,w對海=0.25,w對水下=0.35,艦艇指控任務(wù)與能力指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系見表2。

表2 艦艇指控任務(wù)與能力指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

對應(yīng)的相關(guān)關(guān)系矩陣為

(10)

任務(wù)指標(biāo)的相關(guān)和向量為

(11)

通過對指控系統(tǒng)能力形成的機理進行分析,一級能力指標(biāo)之間的相關(guān)性不大,因此可假設(shè)指標(biāo)之間相互獨立,即C為單位陣,則D*=D。

指控系統(tǒng)一級能力的計算根據(jù)試驗中獲取的指控系統(tǒng)二級能力指標(biāo)數(shù)據(jù),可通過層次分析法[10]計算得到,為縮減篇幅,這里省略了二級指標(biāo)到一級指標(biāo)的計算過程,直接列出歸一化后的一級指標(biāo)的計算結(jié)果為

(12)

根據(jù)上述的中間結(jié)果數(shù)據(jù),利用前面的計算模型,計算艦艇指控系統(tǒng)單項任務(wù)的滿足度為

(13)

艦艇指控系統(tǒng)總的任務(wù)評價為

(14)

從指控系統(tǒng)單個任務(wù)滿足度計算結(jié)果可以看出,由于對空指揮任務(wù)與信息收集和可用性相關(guān)性更強,而這兩個指標(biāo)偏低,從而導(dǎo)致指控系統(tǒng)對空任務(wù)滿足度偏低。對水下指揮任務(wù)與指揮決策相關(guān)性更強,其任務(wù)滿足度也受到了影響,由于對海指揮任務(wù)除了信息收集外,與其他相關(guān)性偏弱,因而影響較小,任務(wù)滿足度結(jié)果最高。上述計算示例總體上反映了指控系統(tǒng)能力指標(biāo)對作戰(zhàn)指揮任務(wù)的影響情況,具有一定的合理性。

5 結(jié)語

本文將QFD理論用于艦艇指控系統(tǒng)綜合評價,提出了面向任務(wù)的艦艇指控系統(tǒng)綜合評價方法,從用戶的角度更具有指導(dǎo)意義。文中的應(yīng)用舉例結(jié)果表明了該方法的合理性。通過分析方法的基本原理,可以發(fā)現(xiàn),應(yīng)用該方法不僅可以評價指控系統(tǒng)的任務(wù)價值,也可以進行任務(wù)對能力的敏感性分析、不同指控系統(tǒng)任務(wù)價值的比較等,從而對指控系統(tǒng)的設(shè)計進行指導(dǎo),具有一定拓展應(yīng)用價值。

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A Comprehensive Evaluation Method of Ship Command and Control System Based on QFD Theory

XIE Deguang

(No. 92493 Troops of PLA, Huludao 125000)

An approach for ship command and control system satisfactory degree is given in this paper. Based on index system of ship command and control system, the mapping relationship between mission and capability is discussed. By means of quality function deployment, the basic train of thought for comprehensive evaluation is analyzed, and a comprehensive evaluation model is studied and the example is carried out at last, and the rationality and feasibility of the method are demonstrated.

ship, command and control system, comprehensive evaluation, QFD

2016年7月10日,

2016年8月26日

謝德光,男,博士,高級工程師,研究方向：艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗總體。

TP309

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.005