軍品質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項目選擇方法*

鞏 軍，胡 濤，張 健，姚 杰

（1.海軍工程大學(xué)，武漢 430033；2.北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

隨著武器裝備現(xiàn)代化程度的不斷提高，裝備中各系統(tǒng)、設(shè)備的種類與數(shù)量成倍增加，使得在制造、修理全過程中涉及大量的工序、項目，質(zhì)量形成影響因素更廣、過程更長、要求更嚴，駐廠軍代表的任務(wù)成倍增加、空前繁重，其難度和復(fù)雜程度呈幾何級數(shù)增長，呈現(xiàn)出點多面廣、交叉并行的局面，導(dǎo)致軍品制造、修理過程中質(zhì)量問題難以得到有效遏制，急需進一步提升質(zhì)量監(jiān)督的效率和效益。

六西格瑪管理作為質(zhì)量監(jiān)督的指導(dǎo)理論和方法技能，可有效提高質(zhì)量監(jiān)督工作的系統(tǒng)性、針對性和精確性，而六西格瑪管理的前序和基礎(chǔ)是六西格瑪項目選擇。從目前六西格瑪管理在各行業(yè)應(yīng)用的情況看，導(dǎo)致項目實施失敗的根本性原因之一是沒有選擇合適的六西格瑪項目。在軍品質(zhì)量監(jiān)督中導(dǎo)入六西格瑪管理目前尚處于探索階段，為提高成功率，須首先解決如何正確選擇六西格瑪項目的問題［1］，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)一是正確的六西格瑪項目選擇評價指標體系，二是科學(xué)、合理、可行的評價模型［2］。為此，綜合利用平衡計分卡、自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)和證據(jù)理論，提出了適合軍品質(zhì)量監(jiān)督的六西格瑪項目選擇方法，對下一步導(dǎo)入六西格瑪管理、進一步改進質(zhì)量監(jiān)督業(yè)務(wù)流程具有重要作用。

1 項目選擇的指標體系

平衡計分卡包含財務(wù)、內(nèi)部流程、顧客、學(xué)習(xí)與成長4個維度，為六西格瑪項目的選擇構(gòu)建了可供參考的指標體系。軍代表作為軍方意見的具體推動者和執(zhí)行者，也是軍方利益的堅定維護者。軍代表在軍品質(zhì)量監(jiān)督中實施六西格瑪項目，其目標的實現(xiàn)不需要通過顧客層面的轉(zhuǎn)化［3］。因此，結(jié)合軍品質(zhì)量監(jiān)督工作的特點，對平衡計分卡的指標及結(jié)構(gòu)關(guān)系進行修正和整合，將“財務(wù)、內(nèi)部流程、學(xué)習(xí)與成長”維度對應(yīng)轉(zhuǎn)換為“軍品質(zhì)量監(jiān)督效益、內(nèi)容和主體”3個維度，每個維度再細分為相關(guān)指標，軍品質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項目選擇指標體系如圖1所示。

圖1 軍品質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項目選擇指標體系

1.1 軍品質(zhì)量監(jiān)督效益維度

軍品質(zhì)量監(jiān)督效益維度是六西格瑪項目選擇指標體系的關(guān)鍵，軍代表不僅應(yīng)考慮交貨周期和成本的要求，更應(yīng)對艦船建造或修理過程嚴格把關(guān)，使艦船符合技術(shù)狀態(tài)和國家標準。因此，軍品質(zhì)量監(jiān)督效益維度的評價指標包括建造質(zhì)量、建造周期、建造成本3個方面，核心是建造質(zhì)量。

1.2 軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容維度

軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容維度需考慮對效益目標影響最大的關(guān)鍵指標。參照業(yè)務(wù)流程內(nèi)容的評價指標［4］，軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容維度應(yīng)從實施六西格瑪項目需要的監(jiān)督人力、監(jiān)督時間、監(jiān)督成本等方面考慮。

1.3 軍品質(zhì)量監(jiān)督主體維度

軍品質(zhì)量監(jiān)督效益和內(nèi)容維度體現(xiàn)了質(zhì)量監(jiān)督的目標和流程，軍品質(zhì)量監(jiān)督主體維度則映射出主體的學(xué)習(xí)和成長能力，是創(chuàng)造持續(xù)成長動力的基礎(chǔ)。參照勝任力評價指標體系［5］，將軍品質(zhì)量監(jiān)督主體維度分解為業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)、工作態(tài)度和能力成長3個指標。

2 項目選擇總體模型

構(gòu)建六西格瑪項目選擇總體模型應(yīng)遵循軍品質(zhì)量監(jiān)督工作的規(guī)律，采取軍工企業(yè)實施六西格瑪管理經(jīng)驗和軍代表開展六西格瑪質(zhì)量監(jiān)督價值需求相結(jié)合的方法，即對于可借鑒軍工企業(yè)實施六西格瑪管理經(jīng)驗的軍品質(zhì)量監(jiān)督效益維度指標，首先由經(jīng)驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練ANFIS模型，然后用訓(xùn)練成熟的模型得到這部分指標的評價結(jié)果，設(shè)得到的每個指標的評價結(jié)果為xi；對于不能借鑒經(jīng)驗的軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容與主體維度指標則從軍代表開展六西格瑪質(zhì)量監(jiān)督價值需求出發(fā)，運用證據(jù)理論進行評價，設(shè)對各指標的評價結(jié)果為xi'；最后由專家組給定權(quán)重，設(shè)xi和xi'的權(quán)重分別為ωi和ωi'，將兩種方法的評價結(jié)果加權(quán)綜合，分別得到各項目的綜合評價結(jié)果Xi，從而選擇優(yōu)先實施的六西格瑪項目。

3 軍品質(zhì)量監(jiān)督效益評價模型

對于軍品質(zhì)量監(jiān)督效益維度指標，應(yīng)歸納總結(jié)軍工企業(yè)實施六西格瑪管理經(jīng)驗和基本規(guī)律，并將其應(yīng)用于軍品質(zhì)量監(jiān)督效益的評價。當前主要有3種方法，即人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）、模糊推理系統(tǒng)（FIS）和ANFIS。ANN具有學(xué)習(xí)功能，但不能給出容易理解的評價規(guī)律。FIS可以用自然語言表達評價規(guī)律，但不具備自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，并且評價規(guī)律需要專家根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)總結(jié)，對于較復(fù)雜的評價問題，專家難以總結(jié)出指導(dǎo)性很強的規(guī)律。ANFIS是ANN與FIS的結(jié)合，兼具神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊推理的優(yōu)點，它采用ANN來實現(xiàn)模糊推理，利用ANN的學(xué)習(xí)機制自動地從評價值與綜合評價結(jié)果數(shù)據(jù)隊中總結(jié)出易于理解的評價規(guī)律，建立起一個評價值與綜合評價結(jié)果之間的映射，且其模糊推理過程不受專家主觀影響，結(jié)果能夠很好地保留經(jīng)驗數(shù)據(jù)的真實性和客觀性，評價結(jié)果可信度高。因此，軍品質(zhì)量監(jiān)督效益評價模型框架基于ANFIS構(gòu)建。

3.1 模型的結(jié)構(gòu)

圖2 ANFIS典型結(jié)構(gòu)

ANFIS的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示［6］，圖中箭頭表示輸入信號的流動方向，節(jié)點表示一定的功能。其中，方形節(jié)點包含可調(diào)參數(shù)，這些可調(diào)參數(shù)一同組成了自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)參數(shù)集；圓形節(jié)點不包含可調(diào)參數(shù)，只執(zhí)行特定的節(jié)點功能。將企業(yè)生產(chǎn)中實施六西格瑪項目的經(jīng)驗數(shù)據(jù)用于所建模型的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，就是調(diào)整這些可調(diào)參數(shù)的取值，從而使模型對于質(zhì)量監(jiān)督效益評價的描述與現(xiàn)實情況更加吻合。

基于ANFIS的軍品質(zhì)量監(jiān)督效益評價模型中模糊推理屬T-S型，其輸出的綜合評價結(jié)果是軍品質(zhì)量監(jiān)督效益指標評價值的線性函數(shù)，1階T-S型模糊推理規(guī)則如式（2）、式（3）所示。

第1層為模糊化層，包含自適應(yīng)節(jié)點。節(jié)點參數(shù)即確定隸屬度函數(shù)的形狀的參數(shù)，稱為前件參數(shù)。這一層的作用是將企業(yè)對質(zhì)量監(jiān)督效益的每個測量指標的評價值變換為對每一個模糊集的隸屬函數(shù)，完成模糊化工作。

其中，Oji表示第j層第i個節(jié)點的輸出。x1是對節(jié)點i的輸入，即質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標的評價值。Ai和Bi是模糊集，其隸屬函數(shù)可以是任意合適的參數(shù)化隸屬函數(shù)，其形狀隨參數(shù)的改變而改變。這些隸屬函數(shù)的參數(shù)叫做前件參數(shù)，調(diào)整其數(shù)值就能改變隸屬函數(shù)形狀。是Ai的隸屬度函數(shù)值，表示x1屬于Ai的程度。

第2層為模糊規(guī)則的強度釋放層，表示每一條模糊規(guī)則對于質(zhì)量監(jiān)督效益綜合評價結(jié)果的影響。該層僅僅執(zhí)行制定的節(jié)點功能，沒有參數(shù)需要調(diào)整，Π表示將由第1層模糊化后的信號取交，然后輸出。wi'表示第i個節(jié)點的模糊規(guī)則的強度。

第3層對規(guī)則強度進行歸一化，對第i個節(jié)點計算模糊規(guī)則的強度與所有規(guī)則的強度之和的比值。表示這條規(guī)則對應(yīng)的輸出對質(zhì)量監(jiān)督效益綜合評價結(jié)果的影響權(quán)重，計算如式（6）所示。

第4層模糊規(guī)則的輸出，表示按照某一條模糊規(guī)則，輸入一組質(zhì)量監(jiān)督效益指標評價值后得到的結(jié)果。每個節(jié)點是自適應(yīng)節(jié)點，節(jié)點參數(shù){pi，qi，ri}稱為后件參數(shù)，輸出如式（7）所示。

第5層計算所有輸入信號的總輸出，即各項指標評分值確定的項目綜合效益，計算式如式（8）所示。

ANFIS是典型的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，在前件參數(shù)確定時，所有信號輸入的總輸出可用后件參數(shù)的線性組合來表示，如式（9）所示。

3.2 模型的實施

構(gòu)建基于ANFIS的軍品質(zhì)量監(jiān)督效益評價模型后，需要通過學(xué)習(xí)確定前件參數(shù)和后件參數(shù)，才能使該模型更加準確地描述質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標評價值與評價結(jié)果之間的映射關(guān)系。ANFIS的學(xué)習(xí)算法采用混合學(xué)習(xí)算法，運用BP法調(diào)整前件參數(shù)，運用最小二乘法（LSE）調(diào)整后件參數(shù)。具體過程是：前向?qū)W習(xí)到達ANFIS的第4層，由LSE法求得后件參數(shù)。信號繼續(xù)順著網(wǎng)絡(luò)正向傳到第5層并得到輸出誤差。通過BP法反向?qū)W習(xí)，固定輸出層參數(shù)，向減少輸出誤差的方向?qū)χ虚g層或輸入層的參數(shù)自尋優(yōu)調(diào)整，根據(jù)返回誤差的變化改變前件參數(shù)，直到使樣本數(shù)據(jù)集的均方差達到規(guī)定的精度要求［7］。

MATLAB軟件提供了基于Sugeno模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)算法和Anfis以及ANFIS Editor圖形化編輯工具。因此，開展軍品質(zhì)量監(jiān)督效益評價的步驟如下：

Step1：產(chǎn)生訓(xùn)練數(shù)據(jù)對和檢驗數(shù)據(jù)對。將實施六西格瑪管理的歷史數(shù)據(jù)進行整理，建立質(zhì)量監(jiān)督效益指標評價值與評價結(jié)果的數(shù)據(jù)對。將一組一部分數(shù)據(jù)對作為檢驗數(shù)據(jù)對，其余作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)對。

Step2：用genfis函數(shù)生成初始的FIS結(jié)構(gòu)模型。在生成初始FIS之前，相關(guān)參數(shù)的選取采用默認值。在Anfis編輯界面下，選擇Generate FI編輯區(qū)的Sub.clustering（相減聚類法）。

Step3：利用anfis函數(shù)訓(xùn)練ANFIS。用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對生成的初始FIS進行訓(xùn)練，以修正和調(diào)整前件參數(shù)和后件參數(shù)的取值，使模型擬合結(jié)果更加符合實際情況。

Step4：用檢驗數(shù)據(jù)驗證得到的ANFIS的性能。若所得結(jié)果滿足誤差要求，則認為該ANFIS系統(tǒng)能夠很好地建立質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標評價值與評價結(jié)果之間的映射。

Step5：將候選項目的質(zhì)量監(jiān)督效益測量指標的評價值輸入訓(xùn)練好的ANFIS，得到項目的質(zhì)量監(jiān)督效益綜合評價結(jié)果。

4 軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容與主體評價模型

由于軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容與主體兩個維度的指標缺乏歷史數(shù)據(jù)，因此，可以從軍代表開展六西格瑪質(zhì)量監(jiān)督價值需求出發(fā)，引入證據(jù)理論以解決專家對于六西格瑪項目認識不夠全面的問題。專家只需對自己認識充分的指標進行評價，然后將各個專家的評價意見進行綜合，即可得到對于同一問題的比較全面的可信度高的評價結(jié)果。

候選六西格瑪項目的集合用證據(jù)理論中的識別框架Θ表示，Θ中的所有元素是兩兩互斥的，表示為：

設(shè)A表示識別框架Θ的任一子集，記作A?Θ，且滿足：

其中，m（A）稱為事件A的基本信任分配函數(shù)，表示證據(jù)對A的信任程度。專家對于候選項目認知存在不確定性，為保證評價信息的可靠性，要求專家對單個項目進行評價。

對于多個信任分配函數(shù)m1，m2，…，mn可以用正交和運算合成得到一個信任分配函數(shù)。設(shè)m1，m2，…，mn是同一識別框架Θ上的n個基本信任函數(shù)，分別對應(yīng)的獨立證據(jù)為E1，E2，…，En，焦元分別為Aji（i=1，2，…，n；j=1，2，…），則證據(jù)合成規(guī)則［8］為

式中，

由式（10）～ 式（12）可知，證據(jù)理論的合成規(guī)則是確定的，評價結(jié)果由證據(jù)的信度決定，信度賦值的可靠性直接決定了評價結(jié)果的可靠性。因此，監(jiān)督內(nèi)容與主體評價模型主要分為兩個步驟：

第1步 證據(jù)信度賦值。專家可以從自己熟悉的領(lǐng)域，參照認識充分的指標對候選項目進行評價，然后將每一位專家的評價意見綜合。專家對于每一個候選項目的評價就是專家對于項目優(yōu)先程度認識的信度。

第2步 證據(jù)合成。將各個專家對于候選項目賦予的信度值代入式（11）和式（12），所得結(jié)果即為專家組對于候選項目的綜合評價結(jié)果。

5 示例分析

以XXX廠艦船建造過程質(zhì)量監(jiān)督為例，軍代表對于在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題通常以意見通知單的形式告知生產(chǎn)部門。筆者將某車間2個月內(nèi)意見通知單匯總，集中出現(xiàn)的質(zhì)量問題為：焊接問題（θ1）、涂裝問題（θ2）、圖紙問題（θ3）和精度問題（θ4），并將這些問題作為備選的六西格瑪項目。g1～g9分別代表指標體系中的指標。B1、B2、B3、B4為 4 位專家。

5.1 軍品質(zhì)量監(jiān)督效益評價

將XXX廠在生產(chǎn)中實施六西格瑪項目的歷史數(shù)據(jù)進行整理，得到數(shù)據(jù)對如表1所示。訓(xùn)練數(shù)據(jù)對為1組～15組，檢驗數(shù)據(jù)對為第16組。專家組對于候選項目的質(zhì)量監(jiān)督效益指標的評價如表2所示。

表1 軍品質(zhì)量監(jiān)督效益歷史數(shù)據(jù)

表2 候選項目質(zhì)量監(jiān)督效益指標的評價

由3.2中實施步驟及表1和表2數(shù)據(jù)，得到專家對候選項目的評價結(jié)果，如表3所示。

表3 備選項目質(zhì)量監(jiān)督效益指標的評價結(jié)果

5.2 軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容與主體評價

參照軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容與主體指標（g4～g9），根據(jù)專家的知識和經(jīng)驗等對于候選項目的信度賦值如下頁表4所示，由軍品質(zhì)量監(jiān)督內(nèi)容與主體評價模型及實施步驟，得到證據(jù)合成結(jié)果，如表5所示。

表4 專家對于候選項目證據(jù)信度賦值

表5 證據(jù)合成結(jié)果

5.3 軍品質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項目綜合評價

以上分別從軍品質(zhì)量監(jiān)督六西格瑪項目的效益、內(nèi)容與主體等3個維度進行了評價。由于“效益維度”同“內(nèi)容與主體維度”相比可信度更高，專家組分別賦予其0.65和0.35的權(quán)重，得到綜合評價結(jié)果如表6所示。

表6 綜合評價結(jié)果

經(jīng)綜合評價，應(yīng)選擇焊接項目優(yōu)先實施。艦艇焊接技術(shù)在艦艇制造中有著極其重要的地位，它是艦艇整體密性和強度的重要保證，是保證艦艇安全航行和作業(yè)的關(guān)鍵。焊接質(zhì)量和效率對艦船質(zhì)量、周期和成本有重要影響。能夠在眾多候選六西格瑪項目中將焊接項目選擇出來作為優(yōu)先實施的項目，說明了方法的正確性與有效性。

6 結(jié)論

針對軍品質(zhì)量監(jiān)督中如何合理選擇六西格瑪項目這一難題，筆者應(yīng)用平衡計分卡，創(chuàng)造性地從軍品質(zhì)量監(jiān)督效益、內(nèi)容和成本3個維度構(gòu)建了六西格瑪項目選擇的指標體系。為融合軍工企業(yè)實施六西格瑪管理經(jīng)驗和軍代表開展六西格瑪質(zhì)量監(jiān)督價值需求，綜合利用ANFIS和證據(jù)理論構(gòu)建了融合軍工企業(yè)歷史經(jīng)驗和艦船裝備質(zhì)量監(jiān)督價值需求的六西格瑪項目選擇評價模型，為下一步有效實施六西格瑪項目，實現(xiàn)軍品質(zhì)量的主動式、聚焦式監(jiān)督，提高質(zhì)量監(jiān)督效益奠定堅實的基礎(chǔ)。

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