基于QFD的裝備體系使命任務需求滿足度評估方法

杜占龍， 任 旭

(1.中國人民解放軍32200部隊，遼寧 錦州 121000； 2.中國人民解放軍32183部隊，遼寧 錦州 121000；3.陸軍工程大學石家莊校區，河北 石家莊 050003)

裝備作戰試驗相比傳統性能試驗更加貼近實戰場景，能夠檢驗裝備體系在實戰背景下的使命任務完成程度、作戰效能和適應性等[1-3]。評估是作戰試驗中的一項重要工作[4-7]，對能否完成試驗目的起到關鍵作用。如何客觀、準確地評價裝備體系的使命任務完成度，發現裝備體系在作戰運用中出現的問題，是評估的一個重難點問題。文獻[8]提出構建武器系統作戰能力指標體系，對能力指標與作戰任務進行映射關系匹配，并建立解析數學模型，從貼近度與關聯度對作戰能力滿足度進行評估。文獻[9]提出考慮不同種類的仿真輸入，采用“性能-效果-效能”分層思路，搭建了基于仿真的復雜武器系統作戰效能評估指標體系框架，并進行形式化研究，將其應用于彈道導彈作戰效能評估，并通過案例進行說明。文獻[10]從情報獲取、裝備性能和指揮協同等3個層面建立評價指標體系和評估模型，采用層次分析法確定各評價指標權重，繼而評估重型合成營城市進攻作戰效能。但上述方法不能直觀地展現上級指標與下級指標的關聯關系，導致得出評估結論后，不便對影響評估結論的原因開展分析。質量功能展開(Quality Function Deployment，QFD)是一種用戶驅動的產品開發方法[11]，目前已被應用于武器裝備需求論證中[12-14]，文獻[12]系統地介紹了QFD及改進算法灰色QFD映射方法的基本原理，并說明了QFD在裝備論證需求分解、需求分解合理性檢驗、需求映射、需求優化等方面的具體應用方法。文獻[13]闡述了QFD基本原理方法，并以陸軍電子對抗裝備為研究對象，將QFD方法引用到裝備作戰需求論證過程中，在一定程度上改善了當前需求論證方法的不足，提高了作戰需求在需求論證中的主導地位。QFD具體做法是將使命任務需求映射到能力需求，再由能力需求映射到武器裝備需求，即通過需求之間的層層映射，得到對武器裝備的功能結構需求，是一種由作戰空間到武器裝備空間轉化的重要方法。評估可以看作是上述裝備需求論證的逆映射過程，即由底層指標開始，向上逐層計算，最終得到使命任務的評估結果。為此，探索將QFD理論應用于裝備體系使命任務完成度評估過程，提高評估結論的客觀性、準確性。

1 QFD理論基礎

QFD的核心內容是以滿足用戶需求為目標，在產品的開發設計等階段考慮生產問題，盡量將產品生產開發過程中可能遇到的問題提前揭露出來，從而將用戶的需求很好地融入產品設計過程中，并最終完成用戶的需求轉換。通過研究“做什么”和“怎么做”，將“模糊”的用戶需求轉化成為容易理解的產品特性或指標，并將其應用到產品開發和設計中，使所開發的產品符合用戶需求。該方法的核心內容是需求轉換，采用的是質量屋形式，它是一種直觀的矩陣框架表達形式，是QFD方法的工具[14-15]，由于其結構形式很像房屋而得名，它由7個部分組成。

為利用QFD評估裝備體系使命任務完成度，需要梳理QFD質量屋中各結構與評估中各項內容的對應關系，梳理后的質量屋結構如圖1所示，具體含義如下。

圖1 質量屋結構圖

① A為左墻，表示需求，對應評估中的作戰使命任務(或待檢驗作戰能力)。

② B為左墻，表示需求重要度，對應作戰使命任務權重(或待檢驗作戰能力權重)。

③ C為天花板，表示需求的對應措施，對應作戰使命任務包含的各項具體待檢驗作戰能力(或待檢驗作戰能力包含的各項檢驗指標)。

④ D為房間，表示需求與對應措施的關系矩陣，對應作戰使命任務與待檢驗作戰能力之間的關聯矩陣(或待檢驗作戰能力與檢驗指標之間的關聯矩陣)。

⑤ E為屋頂，表示對應措施的自相關矩陣，對應作戰使命任務的自相關矩陣(或待檢驗作戰能力的自相關矩陣)，通常該矩陣可設定為單位矩陣。

⑥ F為地板，表示對應措施的重要度，對應為計算得出的待檢驗作戰能力重要度(或檢驗指標重要度)。

⑦ G為右墻，表示可行性評價矩陣，通常使命任務完成度評估不需要該項內容。

2 基于QFD的評估方法

首先建立檢驗需求與檢驗指標之間的映射關系，如使命任務與待檢驗作戰能力之間的映射、待檢驗作戰能力與檢驗指標之間的映射等，當獲取各檢驗指標結果后，可以根據已經建立的映射關系，計算檢驗評估結果，如根據檢驗指標的結果評估各待檢驗作戰能力的結果，根據待檢驗作戰能力結果評估使命任務需求滿足程度等。下面以“使命任務-待檢驗作戰能力-檢驗指標”共2個質量屋為例(如圖2所示)，說明基于QFD的2個域映射過程。

圖2 基于QFD的2個域映射過程

(1) 確定映射域指標集。

確定第1個域的n個具體使命任務，以及可以回答使命任務完成度的m個待檢作戰能力；確定第2個域的l個與待檢驗作戰能力對應的檢驗指標。

(2) 確定需求重要度。

通過層次分析、專家賦權等方法確定第1個域的n個使命任務的需求重要度W=(w1,w2,…,wn)。式中n為左墻需求的數量；wi為第i個需求的權重。這里需要注意的是，只需人為確定第1個域的左墻B中需求重要度，第2個域的m個待檢作戰能力的左墻需求重要度按下式計算。

T=W×D1

(1)

式中：T=(t1,t2,…,tm)；D1為使命任務與待檢驗作戰能力的關系矩陣，見式(2)。

(3) 確定關系矩陣。

分析確定第1個域的使命任務與待檢驗作戰能力的關系矩陣D1和第2個域的待檢驗作戰能力與檢驗指標的關系矩陣D2。

(2)

(3)

式中：dij為需求i與對應措施j之間的相關度；dij為p級標度；通常取p= 9，也可用符號表示關系度等級，如用○表示0，△表示1，□表示3，☆表示9等，數值越大，相關度越高。

(4) 計算使命任務滿足度。

① 計算實際檢驗結果。

按照由底層域向上層域的順序，計算使命任務檢驗結果。

對于第2個域，首先對獲取的檢驗指標結果進行規范化(歸一化、無量綱化)處理，通常變換至[0，1]或[0，100]區間，對于規范化后的指標結果R2=(r1,r2,…,rl)，將其與關系矩陣D2相乘，計算待檢驗作戰能力的結果F2=[f1,f2,…,fm]T。

(4)

對于第1個域，將計算得出的待檢驗作戰能力結果F2與關系矩陣D1相乘，計算n個使命任務實際檢驗結果F1。

(5)

② 計算期望檢驗結果。

為整體評價裝備體系對檢驗需求的滿足程度，需要確定期望狀態下裝備體系的檢驗結果，將其作為評價參考值。利用檢驗指標期望規范化結果代替檢驗指標實際規范化結果，其他與①中計算過程相同，最終得到n個使命任務期望檢驗結果Fi*。

③ 計算使命任務滿足程度。

各單項使命任務滿足度按式(5)計算為

(6)

使命任務綜合滿足度按式(6)計算：

F=W×K

(7)

式中：W=(w1,w2,…,wn)為n個使命任務的需求重要度。

這里需要說明的是，利用QFD進行評估屬于逆向過程，QFD質量屋的構建過程(包括需求重要度、關系矩陣等)與傳統用法相同，不同之處在于，為實現評估目的，計算過程額外增加式(4)～式(7)。

3 QFD在裝備體系評估的應用

以某合成部隊裝備體系檢驗評估任務為例，以該次檢驗評估任務采集的測試數據為基礎，說明基于QFD方法進行評估的具體過程。

(1) 計算實際檢驗結果。

首先由本領域專家確定4個使命任務的需求重要度W、使命任務與待檢驗作戰能力的關系矩陣D1、待檢驗作戰能力與檢驗指標的關系矩陣D2。然后根據實際獲取的檢驗指標結果，經過規范化處理，代入QFD矩陣中，最終計算各檢驗需求結果。

① 規范化處理。

將各檢驗指標結果進行規范化處理，變換到[0，1]區間，其中數值越大，表示指標結果越好，檢驗指標實際規范化結果如圖3所示。

② 計算待檢作戰能力結果。

將規范化后的檢驗指標結果與圖3中的關系矩陣D2相乘，利用式(3)計算待檢作戰能力的結果F2，如圖3中待檢作戰能力實際結果所示。

圖3 待檢作戰能力與檢驗指標映射

③ 計算檢驗需求結果。

將計算得出的待檢作戰能力結果F2與圖4中的關系矩陣D1相乘，利用式(4)計算4個檢驗需求的實際結果F1=(516.8,606.3,272.1,289.8)，如圖4中檢驗需求實際結果所示。

圖4 檢驗需求與待檢作戰能力映射

(2) 計算期望檢驗結果。

(3) 計算需求滿足度。

各檢驗需求滿足度按式(5)計算，則得到使命任務1的滿足度為0.62、使命任務2的滿足度為0.67、使命任務3的滿足度為0.61、使命任務4的滿足度為0.77，如圖3所示。檢驗需求綜合滿足度按式(6)計算，計算得綜合需求滿足度為0.65。對比以往檢驗評估任務得到的評估結論，以及部隊指揮員的主觀評價，使命任務滿足度符合實際情況，說明提出方法可以有效評估使命任務完成度。

(4) 評估結果分析。

通過圖4的需求滿足程度可以看出，0.65這個得分并不算高，主要是由于該裝備體系的使命任務1(0.62)、使命任務2(0.67)、使命任務3(0.61)滿足程度較低，利用圖4中的單項待檢作戰能力滿足度分析可知，導致使命任務1、使命任務2、使命任務3評估結果較差的原因為作戰能力1(0.55)、作戰能力2(0.60)、作戰能力3(0.45)、作戰能力5(0.53)、作戰能力8(0.68)評估值低。根據評估結果，建議裝備體系總體上應進行使命任務1、使命任務2、使命任務3這3個方面的改進升級，具體解決措施上應重點提高作戰能力1、作戰能力2、作戰能力3、作戰能力5、作戰能力8等，以提高合成部隊裝備體系整體作戰效能。

4 結束語

基于QFD構建的指標體系可以建立作戰使命任務到檢驗指標的映射關系，利用QFD方法的這個特點，提出了基于QFD的裝備體系評估方法，檢驗裝備體系的使命任務完成程度。所提方法還具備發現裝備體系問題的能力，為裝備體系檢驗評估提供新思路，適用于裝備作戰試驗評估環節，同時也可為在役考核評估提供參考。此外，以使命任務完成程度為檢驗目的開展評估，本方法還可擴展至以作戰效能等為檢驗目的的評估過程，只需將使命任務換成不同作戰能力，并對應調整檢驗指標即可。