基于質量功能展開的艦艇消防指揮信息化設計及優化*

張國旗 侯 岳

（海軍工程大學動力工程學院 武漢 430034）

1 引言

現代艦艇攜帶有各類油料、彈藥、電氣設備等眾多火災危險源，并且艦艇艙室通道復雜，火災煙氣會向多個維度蔓延，這給艦艇消防指揮帶來了很大的壓力。艦艇消防戰術包括的要素眾多，指揮員需要考慮器材應用、兵力布設、攻擊路徑、艙室種類、危險影響、任務影響等諸多要素。在極其緊張的消防戰斗活動中，指揮員僅僅依靠幾張圖、幾部電話以及火災報警臺等機械化手段，很難準確地開展消防指揮。因此，如何面向消防指揮的戰術業務流程，開展消防指揮的信息化設計，縮短指揮決策的時間，提升消防指揮的效率，是目前迫切需要解決的實際問題。

勞森-摩斯環是1981 年Joel S.Lawson 提出的一種基于控制過程的指揮控制模型，目前在艦艇作戰領域應用廣泛［1～2］。本文利用該模型，結合消防指揮的業務活動，建立了消防指控流程，明確了消防指揮的用戶需求。然后，使用質量功能展開（Quality Function Deployment，QFD）方法對消防指揮的信息化設計要素進行了分析，以保證滿足艦艇一線指揮員的使用需求。QFD 是一套以用戶需求為導向的質量功能配置方法，目的是創造更高的使用者滿意度［3］。最后使用C#語言開發了消防指揮信息化軟件，有效解決了艦艇消防指揮決策的關鍵問題。

2 艦艇消防指揮的勞森-摩斯環模型

勞森-摩斯認為，指揮官會對環境進行“感知”和“比較”，然后將解決方案轉換成所期望的狀態并影響戰場環境。勞森-摩斯環由五個步驟組成：感知、處理、比較、決策和行動，可將多傳感器數據處理為可行的知識。勞森-摩斯環模型如圖1所示［4］。

圖1 勞森-摩斯環指控模型

下面結合艦艇消防的業務流程，結合勞森-摩斯環模型，建立消防指揮的指控模型，如圖2所示。

圖2 基于勞森-摩斯環的消防指控模型

下面對基于勞森-摩斯環的消防指控模型的各個要素詳細介紹如下。

1）“環境”，即是艦艇艙室環境。艦艇艙室環境復雜，并且是垂直交通制。艦艇艙室環境不僅影響了火災的發展和蔓延，還將影響消防攻擊路徑以及人員安全撤離路徑。

2）“己方兵力”，即是艦艇的損管力量。艦艇損管力量體系性比較強，包括：損管隊（消防隊）、現場人員、區劃損管人員、損管指揮員等。

3）“傳感器”，即是火災狀態調查。艦艇上的火情獲取一般有三種方式：各種火災傳感器、艙室現場的人員報警以及消防人員的偵查。

4）“處理”，即是火災態勢的研判。指揮員獲取火情信息后，需要對當前的火災態勢進行研判，這是制定消防目標以及開展消防指揮的基礎?；馂膽B勢的研判要素包括：火災的規模、火災的蔓延方向、危險的蔓延方向、當前火情可能造成的損失、對艦艇安全的影響程度、對艦艇任務能力的影響程度等。

5）“比較”，即是制定消防目標。就是參照期望狀態，檢查當前環境狀況，幫助指揮官做出決策。對于艦艇而言，消防目標需要結合當前艦艇的作戰任務需求，合理調配人力資源，以做出最佳的判斷和決策。

6）“決策”，即是制定消防指揮方案，包括：滅火攻擊路徑、滅火的方法、滅火人力分配方案、防火邊界設置方案、防控煙方案、排煙方案等。

7）“行動”，即是現場的滅火戰術行為，包括：使用各類滅火器材、滅火設備滅火，火場破拆、火場搜救、噴淋降溫，布設防煙排煙器材等。

值得提出的是，消防指揮決策是一個不斷循環的反饋過程。例如，行動（Act）實施之后，將會對當前的火災態勢造成影響，會繼續反饋到“環境”要素中，形成新的態勢，并按照勞森-摩斯環模型進行循環，直到火災完全被消除。

3 基于QFD 理論的消防指揮信息化設計

根據前文建立的消防指控“勞森-摩斯環”模型，根據消防損管指揮員的用戶需求，使用QFD 理論對消防指揮的信息化設計進行分析。通過QFD理論的應用，使消防指揮信息化工具在需求分析階段就緊貼用戶需求，進一步將用戶需求轉化為系統開發人員能夠理解的具體信息，能準確、有效、快速地實現部隊需求與研發人員的轉換。

3.1 QFD的基本理論模型

質量功能展開（QFD）可以說是“一種有系統的技術方法，從掌握顧客需求，轉換成代用特性，來制定產品設計的標準［5～6］。QFD 的核心內容是需求轉換，采用的是質量屋（House of Quality）形式，它是一種直觀的矩陣框架表達形式，是QFD 方法的工具［7～9］。典型的質量屋如圖3所示。

圖3 質量屋結構形式

通過建立質量屋的基本框架，給以輸入信息，通過分析評價得到輸出信息，從而實現一種需求轉換［10］。在使用質量屋時，可以根據需求對結構進行適當的裁剪。

3.2 基于QFD 的消防指揮信息化工具需求分析方法

結合本工具的開發，主要分析方案設計質量屋的以下幾個要素：需求指標及權重、性能要求及關聯度、關系矩陣［11～12］。建立的方案設計質量屋，如表1 所示。根據消防指控“勞森-摩斯環”模型，將火災狀態調查、火災態勢的研判、制定消防目標、制定消防指揮方案、組織現場滅火行動五個要素作為消防指揮員的需求指標［13～14］。

表1 消防指揮信息化設計質量屋

使用QFD 分析法，得出消防指揮信息化工具的特性設計包括：火災報警信息管理設計、消防器材管理信息化設計、艙室總布置信息化設計、消防系統監控點信息化設計、平臺網監控點信息化設計、消防兵力管理信息化設計以及損管條令應用的信息化設計7個方面［15］。表1中的取值是根據對消防指揮員調查分析得到。

根據QFD 的基本理論，需求指標重要度Ki（i=1，2，…，5）可取下列5個等級，如表2所示。

表2 需求指標重要度分級

關系矩陣即關系度rij（i=1，2，…，5，j=1，2，…，6）可以采用1，3，5，7，9等關系度等級，如表3所示。

表3 關系度分級

針對各個性能要求，通過加權可以得出其對應的重要度hj。

hj=∑（Ki·rij）（i=1，2，…，5，j=1，2，…，7）。各個信息化設計要素的重要度在表1 中的括號內都有表示。

根據計算結果，發現艙室總布置信息化設計最為重要（重要度為124），其次是火災報警信息管理設計（重要度為118），這兩個要素都是與消防指揮的空間態勢相關。這說明，在消防指揮信息化系統設計時，要突出消防空間態勢信息化的設計［16］。另外，損管兵力管理信息化設計的重要度水平也比較高，這是以往消防指揮信息化研究所忽略的。因為根據國外實戰的消防指揮經驗，多次出現消防人員不足的戰術態勢。因此，必須加強對消防兵力信息化的設計［17～18］。通過分析發現，損管器材管理信息化設計的重要度最低，這是因為艦艇消防人員都是訓練有素的，對消防器材的布置位置很為熟悉，并且消防器材在現場的調度都是非常靈活的，需要指揮員現場進行調度，對信息化水平的要求較低，這也與對艦艇人員的調研結果一致。

根據QFD 的基本理論，對于性能要求的關聯度而言，“相關”指的是兩個（或多個）變量之間存在相關關系，不是完全的函數確定關系，并可以以相關度去表示相關的性質（正相關或負相關）和相關的程度（強相關或弱相關）［19～20］。性能指標的關聯度如表4所示。

表4 性能關聯度分析

通過QFD 的關聯度分析發現，艙室總布置信息化設計與其他要素的關聯性最強。這對信息數據庫的設計優化具有重要的指導意義。艙室總布置信息化數據庫字段包括：艙室火災危險程度、艙室功能重要度、艙室消防器材、艙室固定式消防設備、艙室戰位人員、艙室布置鄰接關系以及封艙隔離遙控點。在實際開發時，以艙室總布置數據庫為核心，各個字段與其他信息化模塊之間的關系如圖4所示。

圖4 總布置信息化設計關聯圖

4 消防指揮信息化系統的實現案例

通過消防指控“勞森-摩斯環”模型和QFD 開發管理理論的綜合應用，自主研制了艦艇消防指揮信息化系統，并取得了較好的應用效益。主要應用功能界面如圖5所示。

圖5 艦艇消防指揮信息化系統主界面

5 結語

由于艦艇火災及消防指揮的特殊性，僅僅依靠人員進行指揮決策是比較困難的。在開發消防指揮信息化系統時，必須緊密結合消防指揮員的需求，準確的分析消防指揮任務與信息化設計之間的關系，以確保信息化系統的針對性和實用性。本文首先構建了消防指控“勞森-摩斯環”模型，明確了信息化系統設計的需求指標；然后，使用QFD 開發管理理論，建立了“需求指標-信息化設計”的質量屋，并且分析了信息化模塊的重要度以及關聯度，得出了指導信息化設計的重要結論，有效提高了信息化系統開發的效率，為系統的開發提供了有利的質量控制依據。