基于模糊QFD 的防空反导装备系统建设决策研究

2022-03-08黎开颜张灏龙

火力与指挥控制 2022年1期

王娜，黎开颜，张灏龙

（中国航天系统科学与工程研究院，北京 100048）

0 引言

战略防御和国土防空是国家安全的重要保障，如何探测、拦截和毁伤来袭的飞机、导弹等空中目标，是这一保障的技术手段。目前，装备建设决策环节仍存在一些不足，主要是缺乏有效的定量分析方法，分析结果与决策人员的主观价值联系紧密。传统的层次分析法作为一种决策方法，不能准确地反映武器装备作战任务与关键技术之间的关系［1］。基于此，本文从防空反导装备建设方案优选出发，利用质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）方法，结合模糊理论，定量研究装备的防空反导能力需求，建立能力需求与相关技术指标的关系矩阵，通过装备对技术的满足度来科学合理地筛选装备建设方案，为装备建设节约资源、提高效率提供有力支撑。

1 方法概述

1.1 质量功能展开方法

QFD 是一种图形化的分析方法，以用户需求作为产品开发的驱动，通过“需要什么”和“如何进行”建立质量屋［2］。QFD 的基本原理是用“质量屋”多面体的形式，从不同方面量化分析顾客需求与技术措施间的关系，通过数据分析处理后，找出最能满足顾客需求的方案。质量屋的结构如图1 所示。基于客户对需求的描述，归纳提炼出相应的需求要素，并结合客户的期望确定各要素权重；利用相关分析明确实现需求的技术指标，并建立需求要素与技术指标的关系矩阵，得出各技术指标的评估值，以此作为评判方案优劣的基础。

图1 QFD 质量屋基本结构

在QFD 方法中，需求转换是整个决策过程的核心，决定了决策的目标、期望和最终的方案选择，是后续进行决策分析的基础。装备发展战略关乎未来装备体系的长远建设与发展，未来战略环境、军事威胁等因素的多变化性，决定了在面向装备发展战略的决策中需要充分准确理解各方的需求，因此，QFD 方法适合当前装备建设决策分析研究。

在装备建设决策中，根据建立QFD 质量屋中的系列关系矩阵，明确用户需求及其重要度、技术特性指标及其重要度等完成装备从作战任务、作战能力、相关技术的逐步映射，将作战目标转化为拟发展装备的技术需求，实现需求内容的具体化和明确化。通过对各方案在相关技术指标下的综合评价，确定相应装备的发展方案［3］。

1.2 三角模糊数

1.2.1 三角模糊数概述

为了解决不确定环境下的问题，Zadeh 在1965年提出模糊集的概念，主要应用于绩效评价、质量管理等方面。三角模糊数是将模糊的不确定语言变量转化为确定数值的一种方法，能很好地解决被评价对象性能无法准确度量而只能用自然语言模糊描述的矛盾。三角模糊数是模糊数的一种，其基本形式为A=（a，b，c），其中，a≤b≤c，a、c 分别为A 的左、右边界，（c-a）反映了A 的模糊程度，且（c-a）越大，表明模糊性越强。特别地，若a=b=c，则A 为一实数［4］。

1.2.2 三角模糊数计算准则

1.3 三角模糊数在质量屋模型中的应用

在质量屋模型中，其中一项关键技术是确定需求要素权重，但是顾客需求属于定性描述变量，具有一定的模糊性，无法用精确值来衡量，很大程度上依靠专家个人经验判断，而不同专家在装备建设方面的知识水平存在较大差异，导致分析结果缺乏正确性。因此，本文在传统QFD 的实施基础上，引入模糊理论中的三角模糊数进行需求定量研究。

选取基数为9 的自然语言集合，各项需求之间的比较可以用非常不重要、不重要、重要、非常重要等来表示，建立各层次的模糊互补判断矩阵［5］，如下页表1 所示。

表1 重要度判断的模糊函数

在装备建设决策中，除了比较各项需求之间的重要性，还要关注技术指标是否满足所提出的能力需求，以及满足程度如何。因此，建立了满足度判断的模糊函数，如表2 所示。

表2 满足度判断的模糊函数

模糊数用直观的数字表达决策者的定性评估，较好地将定性与定量相结合，又避免了决策主观性过强的问题，使决策结果更趋于客观合理，为最终的方案选择提供数据支撑。

2 基于模糊QFD 的防空反导装备发展方案优选框架

装备的价值在于其实现作战任务的能力，因此，装备发展决策要从使命目标出发，通过对使命目标和作战任务分析得到相应的能力列表，即相应的能力需求。利用分解过程将军事目标转化为能够量化研究的能力需求，而如何满足这些需求，还需要靠装备或装备体系，因此，要实现“任务-能力-技术-装备”的映射关系。

根据QFD 质量屋模型的特点及分析过程，其在防空反导装备建设中的应用主要分为3 个部分：

1）任务分析。防空反导装备发展决策首先要考虑国家在相关领域的军事战略以及相应的使命目标，在此大背景下，将防空反导使命任务分解成具体可执行的作战任务或作战活动，从而明确相应的能力需求，实现任务与能力的映射关系。

2）能力分析。任务分析中得到的能力需求项作为能力分析的输入，结合三角模糊数将专家经验判断转化为定量数据，确定能力的重要度；利用文献分析和专家提出的防空反导任务的关键技术，建立能力与技术的映射矩阵，实现能力与技术的映射关系。

3）技术分析。能力需求分析的输出作为技术需求分析的输入，同样利用定性与定量相结合的方式得到技术重要度排序；在防空反导装备被系统建设中，以备选装备建设方案与技术之间的关系，结合技术重要度，得出方案的综合得分，从而确定待发展的装备方案。

利用质量屋基本框架，在输入与输出中实现需求转换，将防空反导使命目标转化为明确具体的装备建设需求。综上，基于模糊QFD 的防空反导装备发展方案优选框架如图2 所示。

图2 基于模糊QFD 的防空反导装备发展方案优选框架

3 构建装备方案决策质量屋

3.1 防空反导目标能力需求及重要度确定

防空反导作战是指在作战指挥员及其指挥机关的统一指挥下，对敌来袭导弹实施拦截的作战。它是多任务集合，包括探测敌方目标、指挥控制通信及导弹拦截打击过程。防空反导体系能力需求分析如下页表3 所示，目的是获取给定作战背景条件下，防空反导体系完成相应使命任务，成功拦截来袭导弹目标应当具备的能力以及相关能力应当达到的水平［6］。一般而言，防空反导主要执行侦查预警、指挥控制和打击拦截任务，在这3 项具体作战任务中，可以明确相应参与作战活动的装备应当具备的能力。

表3 防空反导任务的能力需求要素

在确定防空反导目标的能力需求后，构建评价层次结构体系。以各能力要素为评价指标，邀请专家对各层评价指标的重要度分别进行两两比较，最终得到能力需求重要度如表4 所示。

由表4 重要度模糊数可知，“爆炸当量”是执行防空反导任务时首先要满足的能力需求；其次是“决策时间”，然后是“侦查范围”。

表4 能力需求重要度

3.2 防空反导关键技术满足度确定

为满足防空反导使命目标对装备能力提出的要求，需要有相应的技术作为重要支撑。刘力等学者在研究中介绍了防空反导过程所涉及的主要关键技术，包括防空反导总体技术、监视与跟踪技术、动能杀伤拦截器技术及战斗管理指挥等，并对防空反导技术未来发展作出了展望［7］。张杰等在战场态势预测分析的基础上，建立了基于预警探测系统、监视跟踪系统、动能武器系统、指挥控制系统的防空反导系统关键技术体系［8］。通过专家分析及文献资料查询，确定的技术指标如表5 所示。

表5 防空反导作战任务相关技术指标

利用各项能力需求的重要度，结合专家对技术指标与能力需求对应关系的认识，技术指标对能力需求的满足度矩阵，经过加权处理后如下页表6 所示。

表6 技术指标与能力需求关系

由最终的评估值可以看出，针对防空反导目标的各项关键技术的排序，即最终装备建设方案应该在“信息融合处理技术”、“计算机技术”和“探测技术”等方面有较好的满足。

3.3 方案优选

本文以服务装备建设发展决策为根本目标，通过模糊QFD 方法对装备及其系统方案满足军事使命、能力需求、作战需求进行评价，并得出相应结论，支撑方案的选择。以美国“爱国者”系统为原型［9］，根据其性能参数设置拟定两套武器装备X、Y 作为待评估装备，按照上述的方法和决策流程，对两型装备系统展开分析，进行方案筛选，以验证本文框架的逻辑有效性。根据两者对于上述技术需求的满足程度，采取专家打分的方式对两方案进行评估，从而选择出更优方案。装备系统X、Y 的性能参数如表7 所示。