基于QFD的艦艇指控系統綜合評價方法

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任務滿足度的評價方法。在建立艦艇指控系統能力指標體系基礎上,分析了不同指揮任務與艦艇指控系統基本能力的對應關系,利用質量功能展開(QFD)方法,分析了QFD用于指控系統評價的基本思路,建立了艦艇指控系統綜合評價模型,應用舉例表明了該方法的合理性和可行性。

艦艇; 指控系統; 綜合評價; QFD

Class Number TP309

1 引言

艦艇指控系統是現代艦艇的核心裝備,承擔著全艦對空、對海及對水下等攻防作戰指揮任務,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]。隨著海戰場環境的復雜多變及武器裝備信息化程度的不斷提高,艦艇的指揮作戰任務繁重,艦艇指控系統的地位和重要性日益提高,相應地,科學評價艦艇指控系統的作戰有效性顯得尤為重要。目前,對艦艇指控系統綜合評價研究較少,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的基本性能進行逐一試驗考核,并沒有從系統完成任務的視角,給出綜合性評價結論,對裝備的采辦決策和實際使用指導意義不強。本文通過分析指控系統主要能力指標及承擔的作戰指揮任務,采用QFD理論,建立了基于QFD理論的艦載指控系統綜合評價模型,對科學地評估艦艇指控進行了有意義的探索。

2 艦艇指控系統綜合評價指標體系分析

2.1 艦艇指控系統能力指標

艦艇指控系統能力指標是指控系統的設計指標,根據現代艦載指控系統一般功能分配,可將指控系統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,艦艇指控系統能力指標體系見表1。

情報收集能力是指組織全艦各類傳感器探測目標信息及通過數據鏈接收艦外發送目標信息的能力。情報收集能力可通過目標信息類型、信息傳遞時間等二級指標體現；

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、識別并形成綜合戰場態勢的能力。綜合處理能力可通過目標處理容量、目標處理時間、目標識別的正確率、態勢顯示的正確性等二級指標體現；

指揮決策能力是指根據作戰任務和戰場態勢,輔助指揮員完成作戰指揮決策的能力。指揮決策能力可通過作戰方案制定能力、威脅估計正確性和輔助戰術計算合理性可行性等二級指標體現；

武器控制能力是指控制艦艇所屬武器實施攻防作戰的能力。武器控制能力可通過控制武器類型、目標指示批數及精度及武器發射控制能力等二級指標體現；

使用可用性作為通用質量特性是指指控系統在任務剖面中處于正常工作狀態的程度。使用可用性與系統可靠性、維修性有關。

表1 艦艇指控系統能力指標體系

2.2 艦艇指控任務分析

一般情況下,艦艇具有對空、對海、對水下作戰任務,相應地,艦艇指控系統擔負著輔助艦艇對空、對海、對水下作戰指揮任務。每類作戰指揮任務基本上按照信息獲取、指揮決策和交戰控制三和環節進行,但不同的指揮作戰任務對艦艇指控系統能力要求是有差別的。例如對空作戰指揮任務強調的快速反應和多目標攔截的能力,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；對海作戰指揮任務方面,導彈的攻擊任務重點是目標信息的保障,因此,更關注情報收集能力；對水下作戰指揮任務,包括魚雷攻潛和魚雷防御,除了目標信息保障外,對戰術保障要求較高,因此,主要關注情報收集能力和指揮決策能力。可用性方面,可以認為,防御作戰任務對可用性要求更高。

3 基于QFD的指控系統綜合評價模型

3.1 QFD基本原理

質量功能展開(Quality Function Deployment,QFD)[4]理論首創于日本,并于20世紀80年代傳到美國。美國國防部1988 年頒布的DoDD5000.51中明確規定QFD為研制軍用產品的承包商必須采用的技術,與田口方法、試驗設計并列成為重要的產品開發策略和技術手段。《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,并能推動產品設計和生產工序設計改進的一種方法,即把用戶、消費者需求變換成產品特性和工序特性,并由企業來完成這些要求的系統方怯。QFD基本工作原理是：在識別顧客需求的基礎上,采用矩陣圖解法將顧客需求分解到產品開發的各個階段和各職能部門中,并通過協調各部門的工作來保證最終產品的質量,使設計和制造的產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成的質量屋(House of Quality, HOQ),其結構如圖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,即評價目標和目標重要度；天花板(B)為產品設計特性；屋頂(C)為產品特性之間的相關矩陣；房間(D)為需求與產品特性的關系矩陣；右墻(E)為評價矩陣,產品特性對目標的滿足程度；地板(F)為產品特性的指標。

3.2 基于QFD的艦載指控系統綜合評價方法

QFD方法是將用戶需求轉化為產品設計質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,在產品研制出來后,關注的是產品質量是否滿足用戶的需求,因此,相對裝備需求論證,系統評估是一個逆過程。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應用機理的基礎上,提出基于QFD的艦載指控系統綜合評價方法,基本思想是以作戰指揮任務滿足度為評價目標,在獲取艦載指控系統基本能力數據基礎上,通過分析形成相關矩陣,構造質量屋,并進行相關矩陣計算,最終給出指控系統任務滿足度評價結果。

1) 建立總體評價流程,如圖2所示。

2) 確定任務權重

任務權重是指控系統承擔各類任務的重要程度,根據前面的作戰指揮任務分析,通過組織軍事領域專家打分,確定不同任務的權重,表示為

W=(w1,w2,…,wm)′

(1)

其中,m為指控系統的任務個數。

3) 建立指控系統一級指標之間的關系

指控系統一級指標之間的關系是指一級指標之間的相關性,表示指標之間的相互影響程度。指標之間的關系有負相關、不相關和正相關,負相關用-1～0表示,不相關用0表示,正相關用0～1表示。指標之間的所有關系構成關系矩陣

(2)

其中,n為指控系統一級能力指標的個數。

4) 建立指揮任務與指標之間的關系

根據前面的任務與能力指標分析,艦艇指控任務與能力指標存在一定的相關關系。不同指揮任務對指控系統能力指標的依賴性不同,分為強相關、中等相關、弱相關和不相關,分別用5,3,1,0表征,任務與能力指標的所有相關關系構成了相關關系矩陣。

(3)

在實際運用過程中,可針對具體的艦艇作戰任務分配,采用專家打分的辦法,對不同任務與不同能力的權重進行分配,構造關系矩陣,在此基礎上,利用指標之間的相關關系進行修正,即

(4)

計算指控系統單項任務對應能力的總相關量,形成任務指標相關和向量

U=(u1,u2,…,um)

(5)

5) 計算任務滿足度

設E=(e1,e2,…,em)′為指控系統任務滿足度目標向量,S=(s1,s2,…,sn)為指控系統一級能力結果向量,則指控系統單個任務滿足度為

E=(e1,e2,…,em)′=D*×S

(6)

計算單個任務的相對滿足度

(7)

則,歸一化任務滿足度向量為

(8)

考慮不同任務的重要程度,指控系統總的任務滿足度評價為

(9)

4 應用舉例

利用本文提出的方法,對某型艦艇指控系統的任務滿足度進行計算。

指控系統任務權重取w對空=0.4,w對海=0.25,w對水下=0.35,艦艇指控任務與能力指標的相關關系見表2。

表2 艦艇指控任務與能力指標的相關關系

對應的相關關系矩陣為

(10)

任務指標的相關和向量為

(11)

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

指控系統一級能力的計算根據試驗中獲取的指控系統二級能力指標數據,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到一級指標的計算過程,直接列出歸一化后的一級指標的計算結果為

(12)

根據上述的中間結果數據,利用前面的計算模型,計算艦艇指控系統單項任務的滿足度為

(13)

艦艇指控系統總的任務評價為

(14)

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

5 結語

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

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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：艦艇作戰系統試驗總體。

TP309

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.005