基于QFD的舰载武器系统军事需求研究

李伟波 杨大伟 戚学文

（海军航空大学航空基础学院 烟台 264001）

1 引言

舰载导弹电磁垂直发射器（Electromagnetic Vertical Launcher for Shipborne Missile，EMVLSM）是一种基于电磁发射的新概念导弹垂直发射器。系统采用电磁感应力作为发射导弹的驱动力，具有多用途共架发射能力、理论效率高、隐身性和安全性好等诸多优点。受发射系统效率和能量来源等因素的制约，系统的实用化进程受到了一定局限。

武器装备军事需求属于系统工程，是开展武器装备研发首先要研究的问题［1］。军事需求分析的目的是将提取的用户需求映射为系统的能力需求，并对系统各项能力的关键性进行评估，以指导后续的装备需求和总体设计方案的制定［2］。军事需求分析的过程实质上是通过装备需求的映射和评估逐步得到对系统功能结构需求的过程［3］。因此军事需求分析是EMVLSM发展研究的重要环节，文中采用质量功能展开方法，对提取的需求进行整合和量化分析，并对EMVLSM系统军事需求分析进行建模和评估。

2 基于指标化的EMVLSM系统军事需求提取

2.1 EMVLSM系统军事需求指标化设计

如何将用户要求转化为系统的、有层次、有条理的要求，并且具有可操作性和良好的辨识度，是开展需求提取工作的重要前提。

对需求进行提取的方法很多，但其主要目的都在于能够清晰、系统地搜集用户需求并且使用户能够直观了解需求提取的规则［4］。在需求提取中采用指标化需求提取设计是目前各领域比较通用的做法，指标化设计具有标准统一、规范，需求内容严谨清晰［5］，涵盖广泛的优点，在军事领域具有广泛的应用。

武器装备需求包含的指标很多，而且不同的武器装备相互间也存在着差别，但归纳起来可分为特征性指标和通用性指标两种类型。

1）特征性指标

根据武器装备构成特点和完成作战使命任务需要，提出能反映新研武器装备类别和自身特点的特征性指标项目。

2）通用性指标

通用性指标涵盖的范围比较广。通过总结提炼武器装备共有特性，主要是依据装备在综合能力、使用及维护等方面的共性需求，提出其应当具有的共性指标。通用性指标项目通常包括以下部分：

可靠性、保障性、机动性、反应能力、生存能力、兼容性、安全性、环境适应性、人-机-环境系统工程要求、尺寸和重量要求。

2.2 EMVLSM系统军事需求指标化提取

EMVLSM系统是电磁线圈发射技术应用于舰载平台的导弹垂直发射装置，是一种新概念武器装备。由于对该领域武器系统的研究现在处于理论研究和演示验证阶段，和常规的武器装备需求分析关注的指标有所不同，需要重点考虑发射系统的任务能力、过载控制能力、适配性等因素。并且该系统需要依托舰载平台实现其功能，因此在选取提取需求指标时需要根据实际情况进行筛选，比如对于机动性，对该系统就没有需求，因为系统属于舰载平台基础之上，所以根据EMVLSM系统实际，对EMVLSM系统军事需求提取的指标进行了设计，提取需求的指标具体要求如下：

1）特征性指标

发射任务能力、过载控制能力。

2）通用性指标分析

体积和重量、反应时间、系统可靠性、系统安全性、人-机-环境系统工程要求、系统综合保障性、系统兼容性、系统扩容性。

EMVLSM系统军事需求提取的指标化设计具有弹性，还可根据用户的需求进行适当的剪裁或者添加，以增强用户与需求分析人员之间的在需求认识上的契合度。

3 基于QFD的EMVLSM系统军事需求建模与评估

质量功能展开（Quatity Function Deployment，QFD）方法最早用于制造业，特点是通过构造“质量屋”将市场或者用户的需求逐步映射为系统功能需求，进而指导产品的结构需求和制造需求，有效解决了由于需求不明确导致产品无法满足用户需要的瓶颈［6］。用户需求及其重要度（左墙）、系统功能特性（天花板）、关系矩阵（房间）、功能特性的指标及重要度（地板）、功能特性相关矩阵（屋顶）、市场竞争能力评估（右墙）、技术竞争能力评估矩阵（地下室）。

EMVLSM系统军事需求分析的目的是将提取的用户需求映射为系统的能力需求，并对系统各项能力的关键性进行评估，以指导后续的装备需求和总体设计方案的制定。EMVLSM系统军事需求分析的过程实质上是通过需求域间的映射和评估逐步得到对系统功能结构需求的过程。因此采用QFD作为需求分析的解决方案具有很好的适用性。

3.1 基于QFD的EMVLSM系统军事需求建模

在进行需求量化分析之前，要建立组成“房屋”各参数的设计规范，然后联合用户和专家对参数进行设置，再根据关系矩阵计算得到相关数据进行评估。图1是构建的基于QFD的EMVLSM系统军事需求分析的质量屋的各参数。

图1 EMVLSM系统质量屋基本参数

上一节已经通过需求指标化设计提取得到了用户需求，但是如果不对需求指标进行整合，可能就会导致系统功能特性出现交集，这将导致关系矩阵的数据冲突或者使需求分析计算量无意义的增大，从而影响对竞争力和功能的评价，最终将影响对系统功能特性的设计。因此有必要对提取的用户需求整合，尽可能去除交集，形成合理、简洁的用户需求域和功能域。

1）用户需求域

兼容性好：与舰上其他系统有良好的兼容性；

结构合理：尺寸和重量符合舰载要求，结构紧凑；系统人机交互友好，易于操作；

发射能力强：具备通用发射能力，能够完成对多个型号导弹、鱼雷的发射能力，反应时间短；

可靠性高：系统稳定，发射装置寿命长，易于维修保障；

具备扩展性：系统具备可扩展能力；

安全性好：系统运行安全可靠，具备自动保护功能；同时考虑发射时电场和磁场强度的因素，系统具有一定的电磁兼容能力，能够控制发射过载保证发射导弹的安全。

2）系统功能域

兼容性能、维修保障性能、发射性能、可靠性能、舰载结构适配性能、安全性能、扩展性能。

下面要对各部分参数的指标进行描述，对每项权值及其含义进行规范，以便于用户或者需求分析人员对其进行量化研究。

（1）用户需求重要度 Ki(i=1，2，…，m)

构成质量屋的“左墙”，采用五级权值；

（2）关系矩阵

关系指数rij填入质量屋的“房间”中，采用五级权值；

（3）相关矩阵

相关矩阵构成质量屋的房间中的“房顶”；

○、◎、╳分别代表正相关、强相关和负相关；

（4）EMVLSM系统的装备竞争力

构成质量屋的右墙，对第i项用户需求其竞争力为Mi，采用五级权值；

（5）EMVLSM系统功能的重要度

此部分是构成EMVLSM系统质量屋的地板，设EMVLSM系统第j项系统功能的重要程度为hj：

（6）EMVLSM系统的技术竞争力

技术竞争力Tj表示第j项系统功能的高科技含量和技术优势，采用五级权值；

（7）EMVLSM系统的装备竞争力指数

对EMVLSM系统的装备竞争力Mi进行综合后，求出EMVLSM系统的装备竞争力指数M；

（8）EMVLSM系统的技术竞争力指数

EMVLSM系统的技术竞争力Tj进行综合后，求出EMVLSM系统的竞争力指数T；

（9）综合竞争能力指数C

C值越高代表装备综合竞争力越强，说明装备无论在技术还是经济或其他综合方面具有很高的价值。

两项竞争力的对象除了EMVLSM系统本身，还有国内某型导弹垂直发射系统H和美国公布的类似电磁发射导弹系统EMML，选择的依据是对比现有常规垂直发射系统和国外正在研究的最先进的电磁导弹垂直发射系统，目的是通过三个系统对比，分析评估EMVLSM系统的竞争力，以此来确定其发展的可行性和必要性，构建的军事需求分析质量屋如图2所示。

图2 EMVLSM系统军事需求分析质量屋

3.2 EMVLSM系统军事需求的评估

1）EMVLSM系统研发的可行性和必要性

EMVLSM系统军事需求分析的重要目的是要通过需求分析评估系统的可行性和必要性及关键技术。在QFD中可以通过装备竞争力指数和技术竞争力指数以及最终的综合竞争力指数来分析新研发的EMVLSM系统在技术先进性、国际竞争力和装备发展的必要性。

选取的竞争对象采用了国内某型常规导弹垂直发射系统H和美国公布的类似电磁导弹弹射系统EMML。通过竞争力指数分析可以看出：

在装备竞争能力指数Mi的评估得分：

H系统：MH=0.65

EMVLSM系统：MS=0.86

EMML系统：ME=0.90

ME＞MS＞MH其中EMVLSM系统和EMML系统得分相差不多且都远超过H系统，说明发展EMVLSM系统将会显著提高该类型装备的国际竞争力。

在技术竞争能力指数Tj的计算中：

H系统：TH=0.68

EMVLSM系统：TS=0.89

EMML系统：TE=0.94

TE＞TS＞TH在技术竞争力上可以看出EMVLSM系统的技术优势明显高于常规的导弹发射方式，相比美国在研的EMML系统由于研究基础和其他技术原因略有差距，但是也已经达到国际先进水平。

综合竞争指数是两项乘积CE＞CS＞CH，以上评估可以得出结论：发展EMVLSM系统具有很好的技术先进性，能够明显提高该型装备在国际的竞争力，使系统处于国际领先水平。

2）EMVLSM系统关键功能

军事需求分析的另一项重要功能在于通过评估分析装备系统的功能重要读排序，以找出系统关键功能和制约装备发展的瓶颈。

由系统功能特性的重要度hj的计算可知，排在前三名的是：

分别对应的EMVLSM系统功能特性为

发射性能；

舰载结构适配性能；

安全性能。

从系统功能重要性矩阵分析的结果可以看出EMVLSM系统中的关键技术和重要核心功能为系统发射功能、舰载结构适配性和系统安全性能。因此在系统总体结构方案设计和技术攻关方面，对于提高系统的发射能力，尽量采用合理紧凑的结构设计以适应舰载导弹发射系统空间布局需求以及保证系统的安全性是EMVLSM系统需要解决的关键技术。

4 结语

本文以系统论的观点建立了EMVLSM系统军事需求分析研究框架，并针对EMVLSM系统军事需求提取进行了指标化设计，采用了基于质量功能展开（QFD）的军事需求建模与分析。计算得到系统功能特性的重要度hj、装备竞争能力指数Mi和在技术竞争能力指数Tj三个重要指标，通过指标分析确定了EMVLSM系统的可行性及系统的关键功能。EMVLSM系统军事需求分析的完成，为EMVLSM系统的方案设计和系统功能结构提供了支持。