基于GQFD 的智能化裝備保障能力需求分析*

姜相爭，劉鐵林，崔帥博，李凱

（1.陸軍工程大學 石家莊校區，河北 石家莊 050000；2.邯寶鋼鐵有限公司，河北 邯鄲 056010）

0 引言

裝備保障能力需求分析是裝備保障力量建設與運用的前提和基礎。隨著裝備保障向智能化、專業化、精細化方向不斷發展，亟需通過運用合理的方法確定裝備保障能力需求，促進裝備保障質量和效益的提升。目前，保障能力需求論證主要采用的質量功能展開方法QFD（quality function deployment）存在主觀性強、可靠性差等問題，難以滿足當前裝備保障智能化建設對需求分析的精準化要求［1-3］。為改善需求論證環節存在的問題，本文在對傳統QFD 分析方法改進和優化的基礎上，采用基于灰色關聯分析的質量功能展開方法GQFD（grey quality function deployment），通過構建灰色關聯矩陣進一步降低主觀因素對分析結果帶來的影響，從更客觀的角度對智能化裝備保障能力需求進行探索，使得到的結論更加客觀、準確、可靠。

1 智能化裝備保障“任務-能力”分析

裝備保障是為作戰服務的，這就決定了裝備保障需求分析必須以作戰任務為需求源，以作戰任務分析為邏輯起點，按照“作戰任務分析-裝備保障任務分析-裝備保障能力需求分析”的邏輯主線展開。基于上述思路，運用IDEF（ICAM DEFinition method）方法，遵循一定的準則從高層到低層對任務進行分解，建立如圖1 所示的智能化裝備保障需求分析模型。在需求分析過程中，根據特定的智能化作戰任務，結合作戰與保障的內在邏輯關系，依次通過各任務分析環節，確定智能化裝備保障任務需求指標和裝備保障能力需求指標，作為需求分析的落腳點。智能化裝備保障能力分析是整個分析過程的目的與核心，各環節的分析活動都是圍繞這個核心服務的。在智能化作戰任務分析和裝備保障任務分析中，生成作戰和保障任務清單，為抽象出智能化裝備保障能力需求奠定基礎。

圖1 智能化裝備保障需求分析模型Fig.1 Intelligent equipment support demand analysis model

作戰任務是保障需求產生的根源。深入分析智能化作戰任務，針對特定作戰環境下的安全威脅，依據軍事規則、戰略意圖和作戰想定，通過作戰任務的分解，得到智能化作戰任務清單。裝備保障任務在具體作戰行動的基礎上，通過映射方法實現作戰任務向保障任務的有效轉化，其關鍵是建立對應轉化關系，最終確定智能化裝備保障任務清單。

裝備保障能力分析的關鍵是將裝備保障任務需求轉化為裝備保障能力需求。在確定任務需求矩陣和能力需求矩陣的基礎上，通過采用GQFD 的映射分析方法，得到任務需求與能力需求之間的灰關聯矩陣和任務需求重要度，用灰關聯矩陣替代經典QFD 方法中的關聯矩陣，構建基于灰關聯矩陣的“裝備保障任務-裝備保障能力”質量屋（如圖2 所示），確定二者之間的映射關系，再結合傳統的QFD分析法進行質量功能展開，確定裝備保障能力需求指標的重要度排序［4-5］。

圖2 是典型的質量屋模型，主要用于量化描述任務需求與能力指標之間的關系。其中，模型左墻矩陣表示任務需求集，是模型的輸入部分；右墻任務需求指標重要度表示對需求集的權重分配；天花板矩陣表示保障能力指標集，是經過分析得出的；屋頂相互關系矩陣表示保障能力指標之間的相互影響關系；房間灰色關聯矩陣表示任務需求指標與能力需求指標之間的關系；地板能力指標重要度表示經過計算得出的保障能力指標的權重比例，是模型的輸出部分。質量屋模型的計算是將右墻任務指標重要度的每一個元素與房間相互關系矩陣中的每個元素相乘后相加，結果即為地板能力需求指標重要度，用百分數表示，某項得分越高表示該指標的重要度越大［6-7］。

圖2 “裝備保障任務-裝備保障能力”質量屋模型Fig.2 “Equipment support task-equipment support capability”HOQ model

2 GQFD 分析方法介紹

2.1 GQFD 方法流程及與QFD 方法的區別

GQFD 方法的基本流程是：系統輸入裝備保障任務需求指標、裝備保障能力需求指標以及專家對二者的打分；通過構建灰關聯矩陣，對裝備保障任務需求指標進行優勢分析；根據任務需求指標優勢的序關系確定其重要度；依據灰關聯矩陣和任務需求重要度構建“任務-能力”質量屋；運用傳統的QFD 方法計算出能力需求指標重要度。其需求分析過程如圖3 所示。

圖3 基于GQFD 的需求分析過程圖Fig.3 Demand analysis process diagram based on GQFD

GQFD 與QFD 的主要區別是確定關聯矩陣的流程不同［8］。QFD 方法是專家先對裝備保障任務需求指標進行打分，通過層次分析法、Delphi 專家調查法或加權平均法，確定裝備保障任務需求指標重要度，然后直接對裝備保障任務需求指標與裝備保障能力需求指標之間的相關程度進行打分，確定“裝備保障任務-裝備保障能力”的關聯矩陣；GQFD 方法是專家分別對裝備保障任務需求指標和裝備保障能力需求指標進行獨立打分，經過一系列的灰關聯分析處理，確定灰關聯矩陣和裝備保障任務需求指標的重要度權值。需要明確的是，灰關聯分析是通過對裝備保障能力的相關指標特征和因素進行灰關聯度計算，并作灰關聯排序，進而確定關鍵特征和因素［9-11］。灰關聯分析模型屬于序關系模型，其原理是根據指標特征數據的序列幾何形狀的相似程度，對其關聯緊密程度進行分析，分析的著眼點是特征數據大小所代表的序關系［12］。

2.2 GQFD 方法的計算過程

GQFD 方法的計算過程是在傳統QFD 方法的基礎上，構建灰關聯矩陣，對能力需求指標進行重要度排序，具體的計算步驟如下［13-14］：

設Xi=(xi(1)，xi(2)，…，xi(n))，（i=1，2，…，s）為任務需求指標序列；Yj=(yj(1)，yj(2)，…，yj(n))，（j=1，2，…，m）為能力需求指標序列，n為專家數，εij為Xi與Yj的灰色絕對關聯度，rij為Xi與Yj的灰色相對關聯，ρij為Xi與Yj的灰色綜合關聯度。

（1）計算灰色絕對關聯度εij

式中：上標“0”表示該數據經過始點零化的處理（始點零化具體是指每行的數減去該行的第1 個數）。Xi與Yj的灰色絕對關聯度為

（2）計算灰色相對關聯度rij

式中：上標“0′”表示該數據經過初值化之后再進行始點零化處理（初值化具體是指每行的數除以該行的第1 個數）。Xi與Yj的灰色相對關聯為

（3）計算灰色綜合關聯矩陣Ψ

Xi與Yj的灰色綜合關聯度為ρij=θεij+(1 -θ)rij，一般取θ=0.5，按照上述公式計算，得到灰色綜合關聯矩陣為

（4）計算任務需求指標重要度權值λ

若?k，t∈{1，2，…，s}，滿足ρkj≥ρtj，j=1，2，…，m，則稱Xk優于Xt，記為Xk＞Xt；

若?k，t∈{1，2，…，s}，滿足=1，2，…，m，則稱Xk準優于Xt，記為Xk≥Xt。

據此，可以得到任務需求指標Xi的重要度排序（序 關系）為Xa°Xb°Xc°Xd…，°∈{ ＞，≥}，其中，a，b，c，d，…分別屬于（1，2，3，…，s）中的某一項，然后求其重要度權值。

在任務需求Xi的重要度由大到小的排列中，若處于位置l的需求指標優于處于位置l+1 的需求指標，即Xil＞Xi(l+1)，則任務需求的重要度權值為

若處于位置l的需求指標準優于處于位置l+1的需求指標，即Xil≥Xi(l+1)，則任務需求的重要度權值為

式中：μ為任務需求重要度分辨因子，0 ≤μ≤1。μ越大，表示優勢程度越大，分辨重要度能力越強，通常情況下，可取μ=0.5。在確定灰關聯矩陣和任務需求指標重要度權值后，利用傳統的QFD 分析方法，得到關鍵能力指標重要度排序。

3 GQFD 方法在能力需求分析過程中的應用

3.1 智能化裝備保障任務需求指標確定

裝備保障任務是為有效完成作戰任務服務的，是從作戰任務角度提出的。智能化戰場是人機主導、虛實結合、信息對抗、新質毀傷的陸戰形態，戰場空間逐步向宏觀和微觀兩級拓展。根據對新時期作戰任務的分析，按照文中第2 部分“任務-能力”的分析過程，智能化裝備保障任務需求指標主要包括：裝備智能調配、信息智能處理、指揮智能決策、物資智能統籌、智能維修檢測、物資無人配送等6 類裝備保障任務需求指標［15-16］（見表1）。裝備保障任務需求對應的是質量屋中的用戶需求，是根據作戰任務確定的裝備保障實際需求，是質量屋最原始的輸入內容，也是驅動GQFD 方法得以運行的基礎。

表1 智能化裝備保障任務需求指標Table 1 Demand indicators for intelligent equipment support tasks

3.2 智能化裝備保障能力需求指標確定

根據智能化裝備保障任務，對完成任務所需要的智能化裝備保障能力進行分析。通過將裝備保障任務指標需求轉化為保障能力指標需求，其關鍵是確定任務與能力之間的映射關系。一個保障任務可能對應一種或多種智能化裝備保障能力，也可能多個保障任務對應一種保障能力。根據智能化裝備保障任務需求分析，智能化裝備保障能力需求指標主要包括：智能維修保障、智能運輸保障、智能指揮決策、智能信息共享、信息傳輸處理、態勢實時感知等6 項裝備保障能力需求指標［17］（見表2）。

表2 智能化裝備保障能力需求指標Table 2 Intelligent equipment support capability demand indicators

3.3 智能化裝備保障能力需求分析

依據智能化裝備保障能力指標要求，從科研院所、裝備生產/使用單位、裝備機關等裝備保障部門遴選15 位工作經驗豐富、知識儲備專業的專家，采取問卷調查、集中會審等方式，按照圖3 所示的過程分別對智能化裝備保障任務需求和能力需求指標進行打分、計算、分析。依據上述分析結果，對應的裝備保障的任務需求指標Xi=(Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(15))，(i=1，2，…，6)，裝備保障能力需求指標Yj=(Yj(1)，Yj(2)，…，Yj(15))，(j=1，2，…，6)，即n=15，s=6，m=6，采用1～9 級標度法，分別對其進行重要度打分（見表3）。

表3 專家打分表Table 3 Expert scoring sheet

根據公式（9），利用Matlab 可得裝備保障任務Xi和裝備保障能力Yj的灰色關聯矩陣為

經計算可得

從而可得出裝備保障任務需求指標序關系為X2≥X3≥X6≥X1≥X4≥X5；根據式（11），取μ=0.5，求得Xi的絕對權值λi為

（λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6）=（2.5，5.5，4.5，1.5，0.5，3.5），將灰色綜合關聯矩陣ψ與Xi的絕對權值(λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6)填入質量屋，按照傳統QFD 方法，計算可得智能化裝備保障能力需求指標Yj的重要度，如表4 所示。

從表4 中可以看出，Y5＞Y3＞Y6＞Y4＞Y2＞Y1，即智能化裝備保障能力需求指標Y5最為關鍵，Y3次之，Y1最弱。也就是說，在6 項智能化裝備保障能力需求指標中，信息智能處理能力最為關鍵，智能指揮決策能力次之。需要指出的是，在智能化裝備保障過程中，側重于對信息的智能處理與運用，而在信息化裝備保障階段側重于信息的搜集與傳輸，這符合當前智能化裝備保障發展規律，能夠為智能化裝備保障力量建設提供參考和技術指導。

表4 智能化裝備保障“任務需求-保障能力”質量表Table 4 Intelligent equipment support"mission requirements-support capability" quality

4 結束語

裝備保障能力需求分析對裝備保障力量的建設與完善起著導向、牽引、檢驗和增益的作用，直接影響著裝備保障效能的發揮。本文根據對QFD 方法的改進，提出了基于GQFD 的智能化裝備保障能力需求分析的質量控制方法，并將GQFD 方法應用到需求的權重計算和最優目標選取過程中，建立了基于灰關聯分析的智能化裝備保障能力需求分析的質量屋，得到了智能化裝備保障能力需求指標重要度排序，為基于能力的智能化裝備保障力量建設提供了理論與決策支持。