基于GQFD航天装备维修保障能力需求分析

2020-08-05秦海峰侯兴明廖兴禾张琳琳

兵器装备工程学报 2020年7期

秦海峰，侯兴明，廖兴禾，杨超，张琳琳，许庆

(1.航天工程大学，北京 102206；2.陆军装甲兵学院士官学校，长春 130117)

航天装备是新质武器装备，在联合作战中发挥着至关重要的作用。航天装备维修保障是装备维修保障的重要组成部分，是航天装备发挥最佳效能的前提和基础。航天装备维修保障能力决定着航天装备战斗力的生成与保持。新时期，装备体系和维修保障力量体系都发生了较大变化，新的形势对航天装备维修保障能力提出了新要求。

航天装备维修保障力量建设规划中，需求分析是一个复杂的过程。传统质量功能展开(quality function deployment，QFD)方法存在主观性强、可靠性差等问题。基于灰关联分析的质量功能展开(grey QFD)方法不仅具有传统QFD方法以顾客需求为牵引、将定性分析转换成定量分析等特点，还能减少人为因素带来的干扰[1-2]。目前GQFD方法多用于装备性能需求分析，通过装备的任务需求来探寻其各关键性能的重要程度排序[3-5]。采用GQFD方法，对航天装备维修保障任务需求进行探索性关联分析，得到航天装备维修保障能力需求重要度排序。为基于能力的航天装备保障力量建设提供理论与决策支持。

1 GQFD需求分析方法

基于灰关联分析的QFD方法，简称GQFD，是原装甲兵工程学院郭齐胜团队，在基于邓聚龙、刘思峰等学者研究和发展的灰色系统理论[6]，将传统的QFD方法进行改进而产生的。这种方法已经应用到陆军装备需求论证中，并取得了较好的效果[7]。GQFD方法是在QFD方法的基础上，通过灰关联矩阵法对任务的需求重要度进行排序，根据任务需求之间的关系来确定任务需求的绝对权值。同时用灰关联矩阵代替质量屋中的关系矩阵，之后再进行质量功能展开，最终得到关键技术需求。能够很好的排除人为因素的干扰，得到的结果更加客观、准确、可信度高[8-9]。

灰关联分析就是通过灰关联度计算，对系统特征及相关因素做灰关联排序，并进行优势分析，进而找出关键特征和因素[10]。即从系统的特征行为数据出发，根据数据序列几何形状的相似程度对系统整体行为进行分析。曲线越离散，相应序列之间的关联度越小，反之越大。灰关联分析模型不是函数模型，是序关系模型。系统特征行为数据可以是实际采集的数据，也可以是统一按统一标准处理的其他数据，灰关联着眼的不是数值的本身，而是数值大小所表示的序关系[11]。

QFD方法[12-13]，即质量功能展开法，是一种将顾客需求转化为质量要求，驱动产品设计的开发方法。其实质是从质量需求和质量特征等不同角度对产品进行描述，通过质量需求和质量特征构成的二维质量表展开其相互间的关系，从保证质量方面分析、设计质量。质量屋(HOQ)是QFD方法的基础和核心。HOQ的核心是用户需求和技术需求的关系映射矩阵。HOQ由7部分组成，其结构如图1所示。

图1 质量屋模型示意图

基于灰关联分析QFD方法的一般流程步骤是：系统输入顾客需求与工程措施重要度评判，经过灰关联分析处理，输出关键措施和瓶颈技术，如图2所示。

图2 GQFD方法一般流程框图

航天装备维修保障力量建设发展规划与产品设计有许多相似点：一是都是有顾客需求决定“产品”的设计特点；二是顾客的需求都是有层次的，随着设计的不断进展，顾客的需求不断具体化和明确化，因此，可以用GQFD方法像设计产品一样来对航天装备维修保障力量进行建设规划。

基于灰关联分析QFD方法的关键是用灰关联矩阵代替QFD方法中的关系矩阵，具体的计算步骤如下[14]。设Ai=(ai(1),ai(2),…,ai(n),i=1,2,…,s)为保障任务需求序列；Bj=(bj(1),bj(2),…,bj(n),j=1,2,…,m)为航天装备维修保障能力序列，εij为Ai与Bj的灰色绝对关联度，γij为Ai与Bj的灰色相对关联度，ρij为Ai与Bj的灰色综合关联度。

① 计算灰色绝对关联度εij

(1)

(2)

(3)

式(1)～(3)中，|Asi|为第i项任务需求序列经过始点零化处理后累加生成数的绝对值。|Bsj| 为第j项保障能力序列经过始点零化处理后累加生成数的绝对值。|Bsj-Asi|为第j项保障能力序列与第i项任务需求序列对应元素的绝对差值。上标“0”表示数据经过始点零化的处理。Ai与Bj的灰色绝对关联度为

(4)

② 计算灰色相对关联度γij

(5)

(6)

(7)

式(5)～(7)中，上标“0”表示数据经过始点零化的处理。Ai与Bj的灰色相对关联度为

(8)

③ 计算灰色综合关联矩阵ψ

Ai与Bj的灰色综合关联度为ρij=θεij+(1-θ)γij，通常取θ=0.5，经过上述计算，可得灰色综合关联矩阵ψ：

(9)

④ 计算任务需求的绝对权值

若∃k,i∈{1,2,…,s}满足ρkj≥ρij,j=1,2,…,m,则称Ak优于Ai,记为Ak≥Ai；

据此，可以得到任务需求重要度排序(偏序关系)为Ai1∘Ai2∘ …∘Ais, ∘ ∈{≻,≥}，然后求绝对权值。

若Ail>Ail+1，则任务需求的重要度权值为

λil=n-l+1

(10)

若Ail≥Ail+1，则任务需求的重要度权值为

λil=n-l+μ

(11)

μ越大，表示重要程度越大，分辨重要度能力越强，通常取μ=0.5。

⑤ 分析关键保障能力极其重要度排序

在步骤①～步骤④的基础上，针对具体问题，把灰色综合关联矩阵和相关权值分别带入质量屋进行质量功能展开，确定保障任务和保障能力重要度，最终得出基于GQFD方法的需求分析结论。其需求分析过程如图3所示。专家打分与传统QFD的专家打分有所区别：传统的QFD是直接对任务需求的重要度和关联矩阵进行打分，而基于GQFD的专家打分是任务需求和保障能力进行独立打分。这也是GQFD方法和QFD方法相比，能更好地排除人为因素干扰的原因之一。

图3 基于GQFD的需求分析过程框图

2 基于GQFD的航天装备维修保障能力需求分析

2.1 任务需求确定

维修保障任务需求对应的是质量屋中的顾客需求，也就是部队的实际需求，是质量屋最原始的输入内容，也是GQFD得以成功运用的驱动。航天装备根据使命任务分为天基信息支援装备、太空态势感知装备、太空攻防对抗装备、航天发射与回收装备、跟踪测量与控制装备、支持保障等6类装备。航天装备维修保障任务主要是针对这6类航天装备的维修保障任务。

根据航天装备分类，将航天装备维修保障任务需求归纳为6点(表1)。

表1 航天装备维修保障任务需求

2.2 航天装备维修保障能力确定

航天装备维修保障力量作为维修保障活动的主体，是生成、保持、恢复和提高航天装备战斗力的重要保障。随着时代的发展、科技的进步，未来的航天装备维修保障力量需要信息处理、指挥决策、维护修理、供应保障、勤务保障等多种能力。

结合航天装备维修保障实际情况，对16名来自装备机关、生产厂家、科研单位、院校机构、基层部队等不同部门，经验丰富的航天装备保障专家进行了问卷调查。通过汇总调查结果，认为航天装备维修保障力量体系应满足以下主要能力需求(表2)。

表2 航天装备维修保障能力需求

2.3 GQFD需求分析

在此邀请16名专家，按照图3所示的过程进行打分、计算、分析。对航天装备维修保障的任务需求Ai=(ai(1),ai(2),…,ai(16),i=1,2,…,6)和航天装备维修保障能力Bj=(bj(1),bj(2),…,bj(16),j=1,2,…,5)，采用9级标度法(1完全不重要、3不重要、5两者都不是、7重要、9非常重要)进行打分，对航天装备维修保障任务需求和航天装备维修保障能力进行重要度打分，具体数据见表3。

表3 专家打分表Ai

根据式(9)，可求得保障任务需求Ai和保障能力Bj的灰色综合关联矩阵ψ：

经计算可得：

从而可以得出A4≥A1≥A2≥A3≥A5≥A6；根据式(11)，取μ=0.5，求得Ai的绝对权值λi：(λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6)=(4.5,3.5,2.5,5.5,1.5,0.5)将Ai的绝对权值(λ1,λ2,λ3,λ4,λ5,λ6)与灰色综合关联矩阵ψ填入质量屋，按照传统QFD方法，计算可得航天装备维修保障能力重要度，如表4所示。

表4 航天装备“任务需求-保障能力”重要度

从表4中可以看出：B3>B2>B4>B1>B5，即航天装备维修保障能力B3最为关键，B2次之，B5最弱，也就是说，在航天装备维修保障任务需求中，航天装备维修保障力量的维护修理能力最为关键，指挥决策能力次之，供应保障能力再次。这为发展航天装备维修保障力量建设，提高其维修保障能力，以及下一步航天装备维修保障相关研究提供了决策参考与技术指导，也对现实工作提供了智力支持，具有重要意义。