任 旭， 杜占龍， 高 崎

(1. 陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū) 裝備指揮與管理系， 河北 石家莊 050003；2. 中國人民解放軍32183部隊， 遼寧 錦州 121000； 3. 中國人民解放軍32200部隊， 遼寧 錦州 121000)

0 引 言

裝備試驗鑒定工作轉(zhuǎn)型后， 作戰(zhàn)試驗作為全壽命試驗周期的重要環(huán)節(jié)， 主要用于檢驗裝備體系的作戰(zhàn)使命任務(wù)完成度、 作戰(zhàn)效能、 作戰(zhàn)適用性等[1]. 在裝備作戰(zhàn)試驗中， 待檢驗裝備體系的評估指標(biāo)體系構(gòu)建是試驗設(shè)計中的一項重要工作[2-4]. 如何通過構(gòu)建合理、 準(zhǔn)確的評估指標(biāo)體系， 保證對裝備體系滿足作戰(zhàn)需求的程度作出科學(xué)全面的評價， 是試驗設(shè)計的一個重難點問題. 現(xiàn)行的指標(biāo)體系建立通常由專家直接確定， 此種方式包含許多不確定性、 隨機性和模糊性， 直接影響評估結(jié)果的準(zhǔn)確性. 為此需要探索定性與定量相結(jié)合的指標(biāo)體系分析方法， 指導(dǎo)指標(biāo)體系的構(gòu)建.

質(zhì)量功能展開(Quality Function Deployment， QFD)是一種用戶驅(qū)動的產(chǎn)品開發(fā)方法[5]， 目前已被應(yīng)用于武器裝備需求論證中[6-8]， 具體做法是將使命任務(wù)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分析得到對武器裝備的功能結(jié)構(gòu)需求， 是一種由作戰(zhàn)空間到武器裝備空間轉(zhuǎn)化的重要方法. 與裝備需求論證過程相似， 裝備體系檢驗指標(biāo)體系的構(gòu)建同樣是一種從回答滿足作戰(zhàn)使命任務(wù)程度等檢驗需求到檢驗指標(biāo)的映射過程， 可以探索將QFD理論應(yīng)用于裝備檢驗需求論證過程， 提高檢驗內(nèi)容和指標(biāo)體系設(shè)計的科學(xué)性和合理性.

1 QFD理論基礎(chǔ)

QFD的核心內(nèi)容是以滿足客戶需求為目標(biāo)， 在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計等階段考慮生產(chǎn)問題， 盡量將產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)過程中可能遇到的問題提前揭露出來， 從而將客戶的需求很好地融入產(chǎn)品設(shè)計過程中， 并最終完成客戶的需求轉(zhuǎn)換. 通過研究“做什么”和“怎么做”， 將“模糊”的客戶需求轉(zhuǎn)化為容易理解的產(chǎn)品特性或指標(biāo)， 并將其應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計中， 使所開發(fā)的產(chǎn)品符合客戶需求. 該方法的核心內(nèi)容是需求轉(zhuǎn)換， 采用的是質(zhì)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[9-10]， 由于其結(jié)構(gòu)形式很像房屋而得名， 它由7個部分組成， 結(jié)構(gòu)如圖 1 所示， 具體含義為：

1) A： 左墻， 表示需求， 可以為檢驗需求論證中的作戰(zhàn)使命任務(wù)(或待檢驗作戰(zhàn)能力等)；

2) B： 左墻， 表示需求重要度， 可以為檢驗需求論證中的作戰(zhàn)使命任務(wù)(或待檢驗作戰(zhàn)能力等)的權(quán)重；

3) C： 天花板， 表示需求的對應(yīng)措施， 可以為與作戰(zhàn)使命任務(wù)對應(yīng)的具體待檢驗作戰(zhàn)能力(或與待檢驗作戰(zhàn)能力對應(yīng)的檢驗指標(biāo)等)；

4) D： 房間， 表示需求與對應(yīng)措施的關(guān)系矩陣， 可以為作戰(zhàn)使命任務(wù)與對應(yīng)的具體待檢驗作戰(zhàn)能力(或待檢驗作戰(zhàn)能力與對應(yīng)的檢驗指標(biāo)等)之間的關(guān)聯(lián)矩陣；

5) E： 屋頂， 表示對應(yīng)措施的自相關(guān)矩陣， 可以為作戰(zhàn)使命任務(wù)(或待檢驗作戰(zhàn)能力等)的自相關(guān)矩陣；

6) F： 地板， 表示對應(yīng)措施的重要度， 可以為計算得出的作戰(zhàn)使命任務(wù)(或待檢驗作戰(zhàn)能力等)的重要度；

7) G： 右墻， 可行性評價矩陣.

圖1 質(zhì)量屋結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of quality house

2 基于QFD的指標(biāo)體系構(gòu)建方法

指標(biāo)體系的構(gòu)建通常采用分層次的結(jié)構(gòu)， 是一種基于需求自上而下逐層分解映射的綜合集成論證方法， 指標(biāo)體系構(gòu)建過程與QFD方法中由需求到措施的映射過程相同， 可以利用QFD方法構(gòu)建此種分層結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系.

2.1 指標(biāo)體系分解

首先將檢驗需求論證逐層分解為幾個域， 并與QFD方法中的域?qū)?yīng). 圖 2 所示為按照“使命任務(wù)—待檢驗作戰(zhàn)能力—檢驗指標(biāo)”順序逐層分解的指標(biāo)體系， 映射過程為： 第1個域用于將待檢驗裝備的使命任務(wù)映射到待檢驗的作戰(zhàn)能力， 即完成裝備的使命任務(wù)需要具備哪些作戰(zhàn)能力； 第2個域用于將第1個域的待檢驗作戰(zhàn)能力映射到具體的檢驗指標(biāo)； 第3個域的使用時機為： 若檢驗指標(biāo)較多， 需要分級分層， 則需要將第2個域的檢驗指標(biāo)分解映射為次級檢驗指標(biāo)； 根據(jù)需要， 可繼續(xù)向下進行映射. 需要說明的是， 只有第1個域中的需求重要度B通過專家賦權(quán)或?qū)哟畏治龇ù_定， 其他重要度均通過計算獲取， 不需人為確定， 減少主觀因素的影響.

下面以圖 2 中第1個域的使命任務(wù)映射到待檢作戰(zhàn)能力為例， 說明基于QFD方法的指標(biāo)體系分解步驟， 具體如下. 第2、 3個域的分解步驟參照第1個域執(zhí)行.

1) 映射域指標(biāo)集確定

確定質(zhì)量屋左墻A中的n個具體使命任務(wù)， 以及天花板C中的可以回答使命任務(wù)完成度的m個待檢作戰(zhàn)能力.

圖2 基于QFD的3個域映射過程

2) 需求重要度確定

通過層次分析、 專家賦權(quán)等方法確定左墻B中需求重要度W=(w1,w2,…,wn)， 其中n為左墻需求的數(shù)量，wi為第i個需求的權(quán)重. 這里需要注意的是， 只需通過人工方式確定第1個域的左墻B中需求重要度， 第2、 3個域的左墻需求重要度不需要人工方式確定， 而是通過計算獲取， 具體計算過程見步驟4). 需要人工確定的內(nèi)容包括第1個域的使命任務(wù)重要度、 使命任務(wù)與待檢驗作戰(zhàn)能力的關(guān)系矩陣， 第2個域的待檢驗作戰(zhàn)能力與檢驗指標(biāo)的關(guān)系矩陣， 第3個域的檢驗指標(biāo)與次級檢驗指標(biāo)的關(guān)系矩陣.

3) 關(guān)系矩陣確定

通過分析確定需求(使命任務(wù))與對應(yīng)措施(待檢驗作戰(zhàn)能力)的關(guān)系矩陣D

(1)

式中：dij為需求i與對應(yīng)措施j之間的相關(guān)度；dij為p級標(biāo)度， 通常取p=9， 也可用符號表示關(guān)系度等級， 依次用“△”“◇”“□”“☆”“▲”“◆”“■”“★”“●”表示1～9， 空白表示0， 數(shù)值越大， 相關(guān)度越高.

考慮對應(yīng)措施(待檢驗作戰(zhàn)能力)的自相關(guān)矩陣A

(2)

式中：aij表示對應(yīng)措施i與對應(yīng)措施j之間的相關(guān)度， “+”表示1， 為正相關(guān)， “-”表示-1， 為負(fù)相關(guān)， 空白表示0， 為不相關(guān).經(jīng)過自相關(guān)矩陣A修正后的關(guān)系矩陣D*為

(3)

4) 對應(yīng)措施的重要度計算

m個待檢作戰(zhàn)能力的重要度T=(t1,t2,…,tm)為

T=W×D*，

(4)

其中， 第j個待檢作戰(zhàn)能力的重要度為

(5)

得到的m個待檢作戰(zhàn)能力的重要度即為其對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)， 可為各級指標(biāo)的重要度排序提供參考， 從而確定關(guān)鍵指標(biāo). 將第1個域計算得到的措施重要度T作為第2個域的需求重要度， 重復(fù)步驟1)～4)， 即可完成第2個域的指標(biāo)體系分解映射.

2.2 指標(biāo)體系合理性檢驗

指標(biāo)體系構(gòu)建過程包含了需求論證人員的主觀因素， 不同需求論證人員可能會構(gòu)建不同的需求分解樹， 導(dǎo)致需求表述不一致. 在指標(biāo)體系構(gòu)建過程中檢查需求分解的合理性， 確保對檢驗需求描述的一致性， 是保證QFD方法正確應(yīng)用的關(guān)鍵. 需求論證人員利用QFD構(gòu)建需求映射質(zhì)量屋后， 通過對質(zhì)量屋進行檢驗來輔助分析需求分解的合理性. 質(zhì)量屋的不合理性表現(xiàn)可以總結(jié)為10條現(xiàn)象， 若發(fā)現(xiàn)不合理性現(xiàn)象， 應(yīng)分析需求分解中的不合理問題， 重新調(diào)整質(zhì)量屋的左墻需求、 天花板對應(yīng)措施、 需求與對應(yīng)措施的關(guān)系矩陣. 下面以使命任務(wù)映射到待檢作戰(zhàn)能力為例， 10條不合理現(xiàn)象如圖 3 所示.

圖3 QFD質(zhì)量屋關(guān)系矩陣的合理性檢驗圖例Fig.3 Legend of rationality test for QFD quality houserelation matrix

1) 關(guān)系矩陣中存在空行. 如圖 3(a) 所示， 表示能力指標(biāo)中沒有可以滿足使命任務(wù)4的相應(yīng)能力， 說明在能力需求分解過程中缺少了相應(yīng)的能力指標(biāo)， 應(yīng)有針對性得重新構(gòu)建能力需求分解空間.

2) 關(guān)系矩陣中存在空列. 如圖 3(b) 所示， 表示能力需求空間中的能力6對于使命任務(wù)空間而言是多余的， 能力6這一需求指標(biāo)應(yīng)刪除.

3) 關(guān)系矩陣中無“強相關(guān)”符號. 如圖 3(c) 所示， 說明當(dāng)前能力指標(biāo)空間很難滿足作戰(zhàn)使命任務(wù)需求， 應(yīng)該重新對能力需求進行分解， 重新構(gòu)建能力指標(biāo).

4) 關(guān)系矩陣中符號集中于對角線上. 如圖 3(d) 所示， 在能力需求分解過程中誤把使命任務(wù)需求當(dāng)做能力需求， 應(yīng)該分析是否存在上述問題， 如果存在需重新確定能力需求空間.

5) 關(guān)系矩陣中某幾行關(guān)系符號完全相同. 如圖 3(e) 所示， 在使命任務(wù)需求分解過程中， 產(chǎn)生了相同的任務(wù)基本單元， 出現(xiàn)這種情況應(yīng)該刪除一個重復(fù)的任務(wù)基本單元.

6) 關(guān)系矩陣中某幾列關(guān)系符號完全相同. 如圖 3(f) 所示， 在能力分解過程中， 產(chǎn)生了相同的能力單元， 出現(xiàn)這種情況應(yīng)該刪除或合并重復(fù)的能力元. 這里需要注意的是， 對于底層指標(biāo)分解， 通常需要多個檢驗指標(biāo)回答同一個作戰(zhàn)能力或上級檢驗指標(biāo)， 若關(guān)系符號相同列的檢驗指標(biāo)無法合并或刪除時， 可不處理.

7) 關(guān)系矩陣中某行關(guān)系符號太多. 如圖 3(g) 所示， 為使命任務(wù)需求分解不一致造成， 如示例中的使命任務(wù)2并沒有分解到最小的基本使命任務(wù)， 其可能包含若干其他基本任務(wù)， 導(dǎo)致同時多個能力指標(biāo)與其相互關(guān)聯(lián). 出現(xiàn)這種情況應(yīng)該對使命任務(wù)2進行進一步分解.

8) 關(guān)系矩陣中某列關(guān)系符號太多. 如圖 3(h) 所示， 為能力需求分解不一致造成， 如示例中的能力5并沒有分解到最小能力單元， 其可能包含若干最小能力單元， 導(dǎo)致同時多項使命任務(wù)與其相互關(guān)聯(lián). 出現(xiàn)這種情況應(yīng)對能力5進行進一步分解.

9) 關(guān)系矩陣中“弱相關(guān)”符號太多. 如圖 3(i) 所示， 在能力需求分解與描述過程中并沒有把裝備作戰(zhàn)使命任務(wù)緊密相關(guān)的能力指標(biāo)分解出來， 應(yīng)該至少保證一項基本使命任務(wù)與一項能力指標(biāo)“強相關(guān)”.

10) 關(guān)系矩陣中關(guān)系符號太少. 如圖 3(j) 所示， 使命任務(wù)需求沒有完全覆蓋能力需求空間， 應(yīng)該檢驗作戰(zhàn)使命任務(wù)需求分解與描述是否完整.

3 QFD在構(gòu)建裝備體系檢驗指標(biāo)體系的應(yīng)用

以某合成部隊裝備體系為例， 說明指標(biāo)體系構(gòu)建過程. 根據(jù)該部隊裝備體系的建設(shè)目標(biāo)和實際任務(wù)， 確定包含4項使命任務(wù)， 為回答使命任務(wù)的完成程度， 逐層分解構(gòu)建“使命任務(wù)—待檢驗作戰(zhàn)能力—檢驗指標(biāo)”的指標(biāo)體系， 建立“使命任務(wù)—待檢驗作戰(zhàn)能力” “待檢驗作戰(zhàn)能力—檢驗指標(biāo)”2個 QFD映射域.

3.1 使命任務(wù)—待檢作戰(zhàn)能力的映射

3.1.1 映射域內(nèi)容確定

檢驗需求包括4項使命任務(wù)， 為回答檢驗需求， 通過分析確定對應(yīng)的待檢驗作戰(zhàn)能力共10項.

3.1.2 需求重要度確定

通過專家賦權(quán)方法， 確定歸一化后的使命任務(wù)的重要度W=(0.3,0.4,0.2,0.1).

3.1.3 關(guān)系矩陣確定

通過分析使命任務(wù)與待檢驗作戰(zhàn)能力之間的關(guān)聯(lián)程度， 確定關(guān)系矩陣D1， 如表 1 所示.

表 1 使命任務(wù)與待檢作戰(zhàn)能力關(guān)系矩陣(初始)Tab.1 Relationship matrix between mission and operational capability under testing (initial)

3.1.4 映射合理性檢驗

對于表 1 中的關(guān)系矩陣， 利用2.2節(jié)中列出的10條不合理現(xiàn)象， 逐條對照檢查， 發(fā)現(xiàn)檢驗需求與待檢作戰(zhàn)能力映射過程的不合理問題. 通過檢查， 發(fā)現(xiàn)存在10條不合理現(xiàn)象中的第6～8條問題， 問題現(xiàn)象及對應(yīng)修改如下：

1) 關(guān)系矩陣中我情掌控能力、 我情上報能力、 我情更新能力的關(guān)系符號完全相同， 敵情感知能力、 敵情上報能力、 敵情更新能力的關(guān)系符號完全相同， 應(yīng)該合并重復(fù)的能力單元， 為此， 將我情掌控能力、 我情上報能力、 我情更新能力合并為我情掌控能力， 將敵情感知能力、 敵情上報能力、 敵情更新能力合并為敵情感知能力.

2) 關(guān)系矩陣中我情掌控能力、 通聯(lián)能力的列關(guān)系符號太多， 需要將能力進一步分解. 為此， 將我情掌控能力分解為我情掌控能力(作戰(zhàn))、 我情掌控能力(保障)2項； 將通聯(lián)能力分解為通聯(lián)能力(本級)、 通聯(lián)能力(協(xié)同)、 通聯(lián)能力(保障)3項.

3) 映射內(nèi)容經(jīng)過1), 2) 調(diào)整后， 關(guān)系矩陣中指揮控制的關(guān)系符號太多的問題消失.

經(jīng)過映射合理性檢驗后的關(guān)系矩陣如表 2 所示， 待檢作戰(zhàn)能力經(jīng)調(diào)整后由10項變?yōu)?項， 且部分內(nèi)容改變， 最終確定的待檢作戰(zhàn)能力共9項.

表 2 使命任務(wù)與待檢作戰(zhàn)能力關(guān)系矩陣(合理性檢驗后修改)Tab.2 Relationship matrix between mission and operational capability under testing (modified after rationality test)

3.1.5 待檢作戰(zhàn)能力重要度計算

3.2 待檢驗作戰(zhàn)能力—檢驗指標(biāo)的映射

3.2.1 映射域內(nèi)容確定

待檢作戰(zhàn)能力為表 2 中確定的9項作戰(zhàn)能力， 通過分析確定對應(yīng)的檢驗指標(biāo)， 見圖 5.

3.2.2 待檢作戰(zhàn)能力重要度確定

3.2.3 關(guān)系矩陣確定

通過分析確定待檢作戰(zhàn)能力與檢驗指標(biāo)的關(guān)系矩陣D2， 如圖 5 所示.

3.2.4 映射合理性檢驗

對于圖 5 中的關(guān)系矩陣， 利用2.2節(jié)中列出的10條不合理現(xiàn)象， 進行對照檢查， 僅出現(xiàn)“關(guān)系矩陣中某幾列關(guān)系符號完全相同”現(xiàn)象， 分析其原因為每個待檢作戰(zhàn)能力對應(yīng)多項檢驗指標(biāo)， 如我情掌控能力(作戰(zhàn))對應(yīng)我情態(tài)勢掌控率、 我情態(tài)勢掌控層級2個指標(biāo)， 即需要多個檢驗指標(biāo)反映同一個作戰(zhàn)能力， 針對這種現(xiàn)象不進行調(diào)整， 關(guān)系矩陣通過合理性檢驗.

圖4 檢驗需求向待檢作戰(zhàn)能力映射

圖5 待檢作戰(zhàn)能力向檢驗指標(biāo)映射Fig.5 Mapping of operational capability under testing to test index

3.2.5 檢驗指標(biāo)重要度計算

待檢作戰(zhàn)能力與檢驗指標(biāo)之間的質(zhì)量屋如圖 5 所示， 根據(jù)式(4)計算檢驗指標(biāo)的重要度， 并進行歸一化， 其中檢驗指標(biāo)敵情感知時間、 協(xié)同通聯(lián)時延、 火力反應(yīng)時間的重要度較高， 分別為0.13, 0.12, 0.18， 說明這些指標(biāo)需要重點采集， 與實際情況相符.

4 結(jié) 語

基于QFD的檢驗指標(biāo)體系構(gòu)建方法可以建立作戰(zhàn)需求到檢驗指標(biāo)的映射關(guān)系， 該方法操作簡便、 可理解性強. 相比于現(xiàn)有的基于專家知識構(gòu)建指標(biāo)體系的方法， 可以克服其主觀性強的問題， 為構(gòu)建基于作戰(zhàn)使命任務(wù)的檢驗指標(biāo)體系提供新思路， 適用于裝備體系作戰(zhàn)試驗設(shè)計中的指標(biāo)體系構(gòu)建環(huán)節(jié)， 同時也可為裝備性能試驗、 在役考核設(shè)計中的指標(biāo)體系構(gòu)建提供參考. 后續(xù)還需要在基于QFD方法評估裝備體系任務(wù)完成程度等方面開展研究.