智能化無人裝備供應鏈質量控制模型及應用?

管壯根 黃 棟 周 樂

（1.海軍工程大學服務保障中心 武漢 430033）（2.海軍工程大學管理工程與裝備經(jīng)濟系 武漢 430033）（3.中國人民解放軍91395部隊 北京 102443）

1 引言

在新一輪科技革命的推動下，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、量子通信等前沿科技在軍事領域的廣泛應用，各種無人化、智能化無人裝備呈現(xiàn)出井噴式發(fā)展勢頭，在未來戰(zhàn)爭中將發(fā)揮著越來重要的作用，甚至改變戰(zhàn)場勝負規(guī)則［1］。無人智能化武器等各類高技術武器裝備的加速發(fā)展，對傳統(tǒng)的武器裝備質量和安全管理帶來嚴峻挑戰(zhàn)。在機械化、信息化戰(zhàn)爭時代，武器裝備的智能化程度嚴格限制在“物”的水平，裝備質量和安全管理的重心主要是控制好“物”——單個元器件、組件、設備、分系統(tǒng)或產(chǎn)品的質量。而在人工智能技術飛速發(fā)展的智能化戰(zhàn)爭時代，武器裝備已經(jīng)基本脫離傳統(tǒng)“物”的范疇與束縛，成為具有不同類型智能的“智慧體”。此時，武器裝備一旦失去控制或者出現(xiàn)各種意想不到的質量問題，就有可能對自身和戰(zhàn)爭勝負帶來嚴重后果［2］。因此現(xiàn)代高技術武器裝備相較于常規(guī)武器裝備，對其自身固有的質量特性以及供應鏈質量保證能力等均提出了更高的標準和更嚴苛的要求。在經(jīng)濟全球化和市場經(jīng)濟不斷深入的供應鏈環(huán)境下，產(chǎn)業(yè)分工越來越精細，面對新形勢的發(fā)展需求，做好智能化無人裝備研制、生產(chǎn)和使用保障全過程的供應鏈質量保證體系需求分析與論證，對提高裝備質量與可靠性水平有非常重要意義［3］。

當前智能化無人裝備供應鏈質量控制存在過程管理滯后和精度不高的問題，對此，本文提出基于QFD 和體系工程“雙V”模型理論的智能化無人裝備供應鏈質量控制模型，首先分析了智能化無人裝備供應鏈質量管理需求，然后采用優(yōu)化尋優(yōu)方法，將質量控制模型引入到智能化無人裝備采購全過程的質量逐級轉化體系中，實現(xiàn)為對裝備總體、分系統(tǒng)、零組件及基礎元素的設計技術特性及質量要求，最后進行仿真測試分析，展示了本文方法在提高智能化無人裝備供應鏈質量控制精度方面的優(yōu)越性能。

2 基于QFD 模型的供應鏈質量管理需求分析

質量功能展開（Quality Function Deployment，QFD），亦稱“質量屋”，它是一種從質量保證的角度出發(fā)，按照一定程序獲取并理解用戶需求，然后將需求分解到產(chǎn)品開發(fā)的各個階段和職能部門，再通過協(xié)調各個部門的工作來保證最終產(chǎn)品質量的質量控制方法。該理論于20世紀70年代由日本的赤尾洋二、水野滋教授提出，后來逐步受到歐美發(fā)達國家的重視并得到廣泛應用。QFD 理論的核心特征是傾聽和理解用戶的要求，該方法將用戶需求的分解過程優(yōu)化改進為4 個階段，即產(chǎn)品規(guī)劃、零件配置、工藝設計和生產(chǎn)控制，被稱作美國ASI 模式（如圖1）。QFD 理論通過將傳統(tǒng)的后期質量管理提前到產(chǎn)品的設計開發(fā)階段，融合了宏觀的質量理念，成功得將前端的市場需求轉化為技術框架，進而展開為具體的供應鏈質量管理要求。

圖1 ASI四階段模式

ASI 四階段模式作為一種有效識別用戶需求，并進行系統(tǒng)轉化、分解展開的多層次演繹分析方法，有助于人們理解上下游間的決策及資源配置關系，已經(jīng)成為企業(yè)和軍方開展并行工程研究，加強裝備供應鏈質量管理，實現(xiàn)質量保證的一種有效手段。長期以來，我國在武器裝備的研制方面缺乏明確的需求牽引，頂層軍事戰(zhàn)略的引導作用發(fā)揮不明顯。以往的武器裝備體系更多是以技術創(chuàng)新為主要驅動力，并由工業(yè)部門的技術與產(chǎn)品經(jīng)“自下而上”的堆積而形成，造成系統(tǒng)集成協(xié)調不暢，難以實現(xiàn)互聯(lián)互通及體系化，裝備質量保證體系整體建設水平同國外相比有較大差距［4］。基于ASI四階段模式，可以對智能化無人裝備進行“自上而下”的展開分解，構建智能化無人裝備的供應鏈質量要求傳導模型，如圖2所示。

圖2 智能化無人裝備供應鏈質量要求傳導模型

該模型實質是一種系統(tǒng)質量保證的方法，明確了裝備內各系統(tǒng)要素間的關系，并且把這種關系定量化。通過“質量屋”層級矩陣將軍方對武器裝備的質量需求準確得轉化為對裝備的系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設備、零組件及元器件等中間產(chǎn)品的技術、工藝與質量要求，實現(xiàn)裝備層級質量要求在供應鏈的逆向傳導［5］。

3 智能化無人裝備供應鏈質量控制的“3V”模型

3.1 模型總體構架

工程實踐中，為更好地把握智能化無人裝備全壽命周期過程的供應鏈質量保證要求，需要綜合運用體系工程理論與方法，建立智能化無人裝備供應鏈質量控制模型，采用“自上而下”的分解模式，以效能為目標，流程為紐帶，把供應鏈中的各承制單位、分系統(tǒng)串聯(lián)起來，實現(xiàn)不同系統(tǒng)集成質量的最優(yōu)化［6］。本文基于QFD 理論與體系工程“雙V”模型，利用各模型的特征優(yōu)勢進行集成創(chuàng)新，構建智能化無人裝備供應鏈質量體系需求“3V”模型。該模型從智能化無人裝備供應鏈質量保證體系的分解與集成、要求與驗證、傳導與形成的全過程，以更立體的視角更清晰地展現(xiàn)在供應鏈生產(chǎn)環(huán)境中，體系需求與測試驗證工作及質量管理工作的一體化，從而方便裝備發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃與研制設計部門把握智能化無人裝備供應鏈質量需求體系的重點，提高智能化無人裝備供應鏈質量保證體系的規(guī)劃設計水平，如圖3所示。

圖3 智能化無人裝備供應鏈質量控制“3V”模型示意圖

3.2 無人裝備供應鏈質量控制實體V模型

實體V 模型描述了裝備各個層級產(chǎn)品的設計開發(fā)的全過程，展現(xiàn)了每個具體要素和單元的功能是如何實現(xiàn)的。每一層產(chǎn)品的承制單位或企業(yè)根據(jù)任務分工，首先進行層級需求的定義，分析具體的功能、性能要求及戰(zhàn)技術指標；然后開展技術的規(guī)范工作，明確相應的標準及接口要求；最后開展產(chǎn)品的詳細設計，深入到本層級的單個具體獨立構成單元，各層級產(chǎn)品間以一定的接口進行信息的交互，經(jīng)結合實現(xiàn)特定的功能［7］，如圖4所示。

圖4 實體“V”模型示意圖

3.3 智能化無人裝備供應鏈質量控制質量V模型

質量V模型（見圖5）描述了裝備供應鏈質量要求在供應鏈中的傳導與綜合形成過程。在裝備體系規(guī)劃層主要是由軍方主導，負責對裝備體系集成質量的綜合評估，在系統(tǒng)層、分（子）系統(tǒng)層、單機設備層及零組件層等，其開發(fā)過程主要由工業(yè)部門主導，并由承制單位和企業(yè)具體負責層級產(chǎn)品的質量。企業(yè)間質量需求體系通過對分布在整個供應鏈范圍內產(chǎn)品質量的實現(xiàn)過程進行整合和協(xié)同管理，能夠協(xié)調供應鏈各方的質量管理活動，互相監(jiān)督和觀測體系內成員單位的行為，提升最終產(chǎn)品質量控制和質量保證能力，降低成本，提高管理效率［8］，改進績效并達到顧客滿意。

圖5 質量“V”模型示意圖

在應用該模型時，首先需要明確供應鏈質量體系的映射、層次關系，對供應鏈體系質量的生成規(guī)律、演化規(guī)律有深刻的認識。其次在體系質量形成前，將體系需求映射到體系的功能和性能要求，再分解到對各系統(tǒng)的研制質量要求，這其中必然涉及到多個專家集群、多種學科專業(yè)及多類組織機構。最后是進行多系統(tǒng)質量的綜合集成，通過采用“自下而上”的模式來設計集成架構，協(xié)調控制模式及兼容接口，實現(xiàn)在供應鏈體系質量目標下的各系統(tǒng)分工協(xié)作及能力的綜合實現(xiàn)。

4 供應鏈質量控制算法設計

在上述構建了智能化無人裝備供應鏈質量的3V 模型基礎上，以系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設備、零組件及元器件等中間產(chǎn)品的質量分布為約束指標對象，構建供應鏈中的業(yè)務流、物流、信息流的動態(tài)規(guī)劃模型［9］，得到一個有向圖模型δ(t-Tm-τmk)表示智能化無人裝備供應鏈質量狀態(tài)分布空間參數(shù)，其中V 為智能化無人裝備供應鏈質量的多域云組合特征量，采用智能化無人裝備供應鏈質量控制的幾何域重構，其中V={ν1，ν2，...，νN}，結合特征重建方法得到智能化無人裝備供應鏈質量的關聯(lián)規(guī)則集用aj表示，則智能化無人裝備供應鏈質量等級劃分的簡化數(shù)學模型可以用下述公式進行描述：

其中，Gj和Gk都具有較強的關聯(lián)性，表示智能化無人裝備供應鏈質量等級評價數(shù)據(jù)的偏差限制和諧波分量，Gj是智能化無人裝備供應鏈質量等級特征分布的主成分，根據(jù)對智能化無人裝備供應鏈質量等級分布的狀態(tài)參數(shù)，得到智能化無人裝備供應鏈質量分布的模糊聚類分布模型為

通過架構V 模型，能夠清晰地將智能化無人裝備供應鏈質量保證的模糊核函數(shù)，表示為k(xi，xj)，裝備供應鏈質量要求在供應鏈中的傳導等級劃分函數(shù)為

分析了智能化無人裝備供應鏈質量管理需求，構建了“3V”質量控制模型，建立智能化無人裝備供應鏈質量控制的約束指標體系，得到質量控制等級劃分的優(yōu)化函數(shù)為

采用優(yōu)化尋優(yōu)方法，將質量控制模型引入到智能化無人裝備采購全過程的質量逐級轉化體系中，實現(xiàn)為對裝備總體、分系統(tǒng)、零組件及基礎元素的設計技術特性及質量要求評價，對裝備體系集成質量的綜合評估［10～12］。

5 仿真測試與應用分析

以某無人隱身高速艇供應鏈質量控制為例，其研制生產(chǎn)是一個系統(tǒng)工程，需要供應鏈上各承制單位根據(jù)總方案要求分工合作，加強信息溝通，最后由總承制單位進行總裝、調試及試驗。運用QFD方法分別對不同承制單位和企業(yè)進行具體方案的設計及關鍵技術的聯(lián)合攻關，構建系統(tǒng)層次結構模型，進行智能化無人裝備供應鏈質量控制仿真，智能化無人裝備供應鏈質量控制的描述性統(tǒng)計分析結果見表1。

表1 智能化無人裝備供應鏈質量控制描述性統(tǒng)計分析結果

以表1 的數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計分析值，為保證高速艇研究設計直至生產(chǎn)使用全過程供應鏈質量的穩(wěn)定可靠，在艦載高速艇的工程樣機試制試驗及評審定型過程中，承制單位要嚴格按照研制任務書要求編制試驗與試訓大綱，并結合參數(shù)數(shù)據(jù)融合結果，得到智能化無人裝備供應鏈質量等級分布如圖6所示。

圖6 用戶信用等級分布

分析圖6 得知，本文方法能有效實現(xiàn)對智能化無人裝備供應鏈質量控制和等級劃分，測試控制收斂性，得到收斂曲線對比結果如圖7所示，分析圖7得知，本文方法對智能化無人裝備供應鏈質量等級控制的收斂性較好。

圖7 智能化無人裝備供應鏈質量等級控制的收斂性測試

6 結語

QFD 理論和體系工程“雙V”模型理論的綜合運用，改變了傳統(tǒng)的質量管理思想，將后期的反應式質量管理向早期的預防式質量管理轉變。通過構建智能化無人裝備供應鏈質量體系需求“質量屋”和“3V”控制模型，將“體系”要求通過質量屋在供應鏈上實現(xiàn)層級展開，逐步轉化為裝備各層級產(chǎn)品的詳細設計方案和具體工藝技術及質量要求。該模型能夠為確定系統(tǒng)總承包商、分系統(tǒng)承包商、核心零組件制造商、原材料供應商等上下游企業(yè)單位的責任歸屬，實現(xiàn)層級產(chǎn)品質量的預先控制提供科學依據(jù)，對加強智能化無人裝備的供應鏈質量保證體系建設具有重要意義。