基于灰關聯分析的疆區多功能無人機作戰能力需求分析

朱虎　胡錦強

【摘 要】質量功能展開方法（Quality Function Deployment，QFD）是實現裝備任務需求到能力需求的映射轉換的有效手段。傳統QFD質量屋（House of Quality，HOQ）中任務需求重要度和關聯系數通常依賴專家直接打分，主觀性強、準確性差。將灰色系統理論引入QFD，首先利用灰關聯分析方法計算任務序列與能力序列的灰關聯度并構建關聯矩陣，其次利用優勢分析得到任務需求重要度。建立QFD質量屋，計算無人機作戰能力的重要度并排序，得到重要度最大即最關鍵的作戰能力為“可見光/熱紅外實時外攝錄能力”和“大容量/長距離通信能力”，研究結論與疆區反恐部隊對于無人機的現實能力需求一致，驗證了本文方法的有效性。

【關鍵詞】灰關聯分析；質量功能展開；無人機；能力需求

中圖分類號：E277 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0056-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.023

Requirement Analysis of Multifunctional UAV's Fighting Capability for Xinjiang Region Based on Gray Relational Analysis

ZHU Hu1，2 HU Jin-qiang1

（1.College of Equipment Support and Management， Engineering University of CAPF， Xian Shanxi 710086， China；

2.Second Motorized Detachment， Second Motorized Corps of CAPF， Wuxi Jiangsu 214000， China）

【Abstract】Quality Function Deployment （QFD）is an effective method to achieve the mapping transformation from equipments mission requirement to capability requirement. The mission requirement and correlation coefficient in traditional QFDs house of quality（HOQ） depend on the experts marking， thus， the objectivity and precision is low. Firstly ， the gray theory is introduced into QFD ， the gray correlation degree between mission sequence and capability sequence is calculated with gray relational analysis， the incidence matrix is established. Secondly， the importance degree of mission requirement is obtained with the advantage analysis. The importance degree of capability requirement is calculated based on the HOQ， by means of ranking， we can see that the key Fighting Capability is “real-time thermal/infrared record capability” and “high capacity and long distance communication capacity”， the research result conforms to Xinjiang troops practical requirement of Multifunctional UAV. Therefore the effectiveness of this method is proved.

【Key words】Gray relational analysis； Quality Function Deployment； UAV； Capability requirement

反恐多功能無人機因其低成本、高機動性、高安全性、便捷實用等優勢，反恐任務領域中扮演著越來越重要的角色[1-2]。我國新疆地域廣闊，地形復雜，氣候多變，民族、宗教問題尖銳，反恐維穩形勢嚴峻。針對疆區獨特的地理、氣候和社會環境，現階段研究多功能、多任務、單架次、低小慢無人機仍然具有現實的社會和軍事效益[3-4]，也是針對疆區多任務無人機群研究的基礎。

傳統QFD方法通常采用層次分析法、主觀賦權、直接打分等方法確定顧客需求的重要度，存在主觀性強、準確性差的缺陷。針對此問題，國內外許多學者對傳統QFD方法的改進做了許多探索和研究，主要有：QFD與模糊綜合評判法相結合[5]，QFD與網絡層次分析法相結合[6-7]，QFD與TRIZ方法相結合[8]等。這些方法在一定程度上提高了顧客需求重要度的準確性，但計算過程都比較繁瑣，實用性不強。文獻[9]、文獻[10]利用GQFD對反恐裝備戰技性能進行了需求分析，但其專家調查樣本較小，功能任務和戰技性能指標也不能完全反映裝備的現實需求。本文利用基于灰關聯分析的質量功能展開（Quality Function Deployment，QFD）方法 —GQFD（Gray QFD），將低小慢無人機的多功能、多任務需求通過映射分析，轉換成具體的作戰能力需求，通過灰關聯分析方法計算出各項能力需求的重要度，從而進行合理排序，為疆區多功能無人機的進一步研制提供決策依據。GQFD不僅具有傳統QFD方法以任務需求為牽引、把定性分析轉換為定量分析的優點，而且能有效地減少人為評價因素帶來的干擾。

1 基于產品顧客需求/裝備任務驅動的QFD

質量功能展開（Quality Function Deployment，QFD）于1966年首次提出。QFD是把產品顧客需求經過多層次演繹分析，轉化為產品的設計要求、零部件特性、工藝要求等的質量工程工具，并確定出決定產品質量的關鍵技術特性，其本質是一種從顧客需求到工程措施的映射轉化方法[11-13]。目前QFD已成為企業產品開發的一個強有力的工具，廣泛應用于產品開發、服務改進、戰略規劃等領域，在軍事領域特別是裝備需求分析中發揮了重要作用。

QFD的核心模型是“質量屋”（House of Quality，HOQ），通過量化分析確定顧客需求與工程措施之間的關系矩陣，質量屋主要由7個部分組成，基本框架如圖1所示，其中代碼分別為：

武器裝備的需求分析和民用產品的需求定型分析具有相似之處，都是由需求驅動，將任務需求/顧客需求的模糊的定性描述轉化為較為具體明確的能力需求/產品特性，從而指導裝備/產品的設計、生產，QFD方法應用在裝備需求分析時，以作戰任務需求為輸入，經過映射轉化，輸出裝備的作戰能力需求，其過程如圖2所示。

2 GQFD方法

傳統QFD方法中顧客需求重要度的確定存在主觀性強、準確性差的缺點，而且工程措施與顧客需求之間的關聯系數依賴于專家打分，受人為因素的影響較大。GQFD是通過灰關聯分析對任務的需求重要度進行排序，以序關系確定重要度，而不過分關注關聯度數值的大小，以灰關聯矩陣替代HOQ中的關聯矩陣，能有效地減少人為因素帶來的干擾，使需求分析結果更客觀、精確，提高可信度。

GQFD方法將顧客需求與工程措施重要度分別作為系統特征行為序列與相關因素行為序列，計算得到灰關聯矩陣，再將所得灰關聯矩陣作為顧客需求與工程措施之間的相關關系矩陣[14]。GQFD質量屋構造如圖3所示。GQFD方法的核心在于用灰關聯矩陣替代傳統QFD方法中的關系矩陣，將灰關聯矩陣和任務重要度絕對權值填入HOQ，而后按照質量功能展開確定關鍵工程措施，其計算過程如圖4所示。

在完成步驟1到步驟4的基礎上，將Ψ和λ填入質量屋，按照傳統QFD方法進行需求分析，得到無人機作戰能力需求的重要度及其排序，從而確定關鍵能力。

從上述計算過程和圖4可以看出，傳統QFD是直接針對任務需求的重要度和關系矩陣進行打分，而GQFD的專家打分是對任務需求和作戰能力進行獨立打分，這也是GQFD方法較QFD方法能很好地減少人為因素干擾的原因。

3 多任務無人機的GQFD分析

3.1 任務需求和能力需求確定

新疆是我國反分裂、反滲透、反恐怖斗爭的前沿地區，也是暴恐事件頻發的熱點地區，反恐形勢嚴峻。其地域廣闊，地形地貌復雜多變，溫差變化大、風沙多，自然環境惡劣。武警部隊擔負著多樣化使命任務，深入疆區任務分隊進行問卷調查，并利用德爾菲法匯總專家和一線指揮員關于反恐無人機應承擔的作戰任務和應具備的具體作戰能力，從而提煉出8項主要作戰任務需求和12項作戰能力需求，如表1所示。

3.2 GQFD分析

邀請25名知名專家和任務分隊指揮員，按照無人機作戰任務和作戰能力需求的重要程度采用1～9的9級標度法對其進行分別打分，其中1表示不重要，9表示非常重要，從1到9表示重要程度逐漸遞增，如表2所示。

求出任務需求Yi和戰技性能Xj的灰色綜合關聯度矩陣ψ：

進行無人機任務需求重要度排序，得到灰關聯序關系：

從而可得：

根據所得的排序關系，按照式（11）定義的賦權方法，將灰關聯序轉換為任務需求重要度的絕對權值，取μ=0.5，可得：

構建作戰能力需求分析質量屋，填入任務需求重要絕對權值λi和灰關聯綜合矩陣ψ，而后按照傳統QFD方法進行質量功能展開，得到疆區多功能無人機作戰能力Xj的重要度及其序關系，如圖5所示。

由圖5計算結果可得疆區多功能無人機的戰技性能需求重要度排序：

無人機的X3和X7兩項作戰能力需求重要度最大，其他作戰能力雖然排序靠后，但重要度值相差不大。即“可見光/熱紅外實時外攝錄能力”和“大容量/長距離通信能力”最為關鍵，應列為核心技術問題加以突破，而其他作戰能力也應予以重視。同時這一結論也客觀反映出疆區無人機的首要作戰任務是“偵查”和“通信中繼”。

4 結束語

本文采用基于灰關聯分析的質量功能展開方法對疆區多功能、低小慢無人機的作戰能力需求進行了需求分析，在一定程度上克服了傳統QFD映射分析矩陣主觀性強、準確性差的缺陷。通過灰關聯度的計算和優勢分析，建立了作戰能力需求分析質量屋，分析得到重要度排序，其中“可見光/熱紅外實時外攝錄能力”和“大容量/長距離通信能力”最為關鍵，可指導疆區無人機研制中的核心技術問題的確定。研究結論符合疆區部隊對無人機作戰能力需求的客觀實際，說明了本文方法在裝備需求論證領域的實用性和有效性。

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