基于QFD的装备体系使命任务需求满足度评估方法

杜占龙， 任 旭

(1.中国人民解放军32200部队，辽宁 锦州 121000； 2.中国人民解放军32183部队，辽宁 锦州 121000；3.陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050003)

装备作战试验相比传统性能试验更加贴近实战场景，能够检验装备体系在实战背景下的使命任务完成程度、作战效能和适应性等[1-3]。评估是作战试验中的一项重要工作[4-7]，对能否完成试验目的起到关键作用。如何客观、准确地评价装备体系的使命任务完成度，发现装备体系在作战运用中出现的问题，是评估的一个重难点问题。文献[8]提出构建武器系统作战能力指标体系，对能力指标与作战任务进行映射关系匹配，并建立解析数学模型，从贴近度与关联度对作战能力满足度进行评估。文献[9]提出考虑不同种类的仿真输入，采用“性能-效果-效能”分层思路，搭建了基于仿真的复杂武器系统作战效能评估指标体系框架，并进行形式化研究，将其应用于弹道导弹作战效能评估，并通过案例进行说明。文献[10]从情报获取、装备性能和指挥协同等3个层面建立评价指标体系和评估模型，采用层次分析法确定各评价指标权重，继而评估重型合成营城市进攻作战效能。但上述方法不能直观地展现上级指标与下级指标的关联关系，导致得出评估结论后，不便对影响评估结论的原因开展分析。质量功能展开(Quality Function Deployment，QFD)是一种用户驱动的产品开发方法[11]，目前已被应用于武器装备需求论证中[12-14]，文献[12]系统地介绍了QFD及改进算法灰色QFD映射方法的基本原理，并说明了QFD在装备论证需求分解、需求分解合理性检验、需求映射、需求优化等方面的具体应用方法。文献[13]阐述了QFD基本原理方法，并以陆军电子对抗装备为研究对象，将QFD方法引用到装备作战需求论证过程中，在一定程度上改善了当前需求论证方法的不足，提高了作战需求在需求论证中的主导地位。QFD具体做法是将使命任务需求映射到能力需求，再由能力需求映射到武器装备需求，即通过需求之间的层层映射，得到对武器装备的功能结构需求，是一种由作战空间到武器装备空间转化的重要方法。评估可以看作是上述装备需求论证的逆映射过程，即由底层指标开始，向上逐层计算，最终得到使命任务的评估结果。为此，探索将QFD理论应用于装备体系使命任务完成度评估过程，提高评估结论的客观性、准确性。

1 QFD理论基础

QFD的核心内容是以满足用户需求为目标，在产品的开发设计等阶段考虑生产问题，尽量将产品生产开发过程中可能遇到的问题提前揭露出来，从而将用户的需求很好地融入产品设计过程中，并最终完成用户的需求转换。通过研究“做什么”和“怎么做”，将“模糊”的用户需求转化成为容易理解的产品特性或指标，并将其应用到产品开发和设计中，使所开发的产品符合用户需求。该方法的核心内容是需求转换，采用的是质量屋形式，它是一种直观的矩阵框架表达形式，是QFD方法的工具[14-15]，由于其结构形式很像房屋而得名，它由7个部分组成。

为利用QFD评估装备体系使命任务完成度，需要梳理QFD质量屋中各结构与评估中各项内容的对应关系，梳理后的质量屋结构如图1所示，具体含义如下。

图1 质量屋结构图

① A为左墙，表示需求，对应评估中的作战使命任务(或待检验作战能力)。

② B为左墙，表示需求重要度，对应作战使命任务权重(或待检验作战能力权重)。

③ C为天花板，表示需求的对应措施，对应作战使命任务包含的各项具体待检验作战能力(或待检验作战能力包含的各项检验指标)。

④ D为房间，表示需求与对应措施的关系矩阵，对应作战使命任务与待检验作战能力之间的关联矩阵(或待检验作战能力与检验指标之间的关联矩阵)。

⑤ E为屋顶，表示对应措施的自相关矩阵，对应作战使命任务的自相关矩阵(或待检验作战能力的自相关矩阵)，通常该矩阵可设定为单位矩阵。

⑥ F为地板，表示对应措施的重要度，对应为计算得出的待检验作战能力重要度(或检验指标重要度)。

⑦ G为右墙，表示可行性评价矩阵，通常使命任务完成度评估不需要该项内容。

2 基于QFD的评估方法

首先建立检验需求与检验指标之间的映射关系，如使命任务与待检验作战能力之间的映射、待检验作战能力与检验指标之间的映射等，当获取各检验指标结果后，可以根据已经建立的映射关系，计算检验评估结果，如根据检验指标的结果评估各待检验作战能力的结果，根据待检验作战能力结果评估使命任务需求满足程度等。下面以“使命任务-待检验作战能力-检验指标”共2个质量屋为例(如图2所示)，说明基于QFD的2个域映射过程。

图2 基于QFD的2个域映射过程

(1) 确定映射域指标集。

确定第1个域的n个具体使命任务，以及可以回答使命任务完成度的m个待检作战能力；确定第2个域的l个与待检验作战能力对应的检验指标。

(2) 确定需求重要度。

通过层次分析、专家赋权等方法确定第1个域的n个使命任务的需求重要度W=(w1,w2,…,wn)。式中n为左墙需求的数量；wi为第i个需求的权重。这里需要注意的是，只需人为确定第1个域的左墙B中需求重要度，第2个域的m个待检作战能力的左墙需求重要度按下式计算。

T=W×D1

(1)

式中：T=(t1,t2,…,tm)；D1为使命任务与待检验作战能力的关系矩阵，见式(2)。

(3) 确定关系矩阵。

分析确定第1个域的使命任务与待检验作战能力的关系矩阵D1和第2个域的待检验作战能力与检验指标的关系矩阵D2。

(2)

(3)

式中：dij为需求i与对应措施j之间的相关度；dij为p级标度；通常取p= 9，也可用符号表示关系度等级，如用○表示0，△表示1，□表示3，☆表示9等，数值越大，相关度越高。

(4) 计算使命任务满足度。

① 计算实际检验结果。

按照由底层域向上层域的顺序，计算使命任务检验结果。

对于第2个域，首先对获取的检验指标结果进行规范化(归一化、无量纲化)处理，通常变换至[0，1]或[0，100]区间，对于规范化后的指标结果R2=(r1,r2,…,rl)，将其与关系矩阵D2相乘，计算待检验作战能力的结果F2=[f1,f2,…,fm]T。

(4)

对于第1个域，将计算得出的待检验作战能力结果F2与关系矩阵D1相乘，计算n个使命任务实际检验结果F1。

(5)

② 计算期望检验结果。

为整体评价装备体系对检验需求的满足程度，需要确定期望状态下装备体系的检验结果，将其作为评价参考值。利用检验指标期望规范化结果代替检验指标实际规范化结果，其他与①中计算过程相同，最终得到n个使命任务期望检验结果Fi*。

③ 计算使命任务满足程度。

各单项使命任务满足度按式(5)计算为

(6)

使命任务综合满足度按式(6)计算：

F=W×K

(7)

式中：W=(w1,w2,…,wn)为n个使命任务的需求重要度。

这里需要说明的是，利用QFD进行评估属于逆向过程，QFD质量屋的构建过程(包括需求重要度、关系矩阵等)与传统用法相同，不同之处在于，为实现评估目的，计算过程额外增加式(4)～式(7)。

3 QFD在装备体系评估的应用

以某合成部队装备体系检验评估任务为例，以该次检验评估任务采集的测试数据为基础，说明基于QFD方法进行评估的具体过程。

(1) 计算实际检验结果。

首先由本领域专家确定4个使命任务的需求重要度W、使命任务与待检验作战能力的关系矩阵D1、待检验作战能力与检验指标的关系矩阵D2。然后根据实际获取的检验指标结果，经过规范化处理，代入QFD矩阵中，最终计算各检验需求结果。

① 规范化处理。

将各检验指标结果进行规范化处理，变换到[0，1]区间，其中数值越大，表示指标结果越好，检验指标实际规范化结果如图3所示。

② 计算待检作战能力结果。

将规范化后的检验指标结果与图3中的关系矩阵D2相乘，利用式(3)计算待检作战能力的结果F2，如图3中待检作战能力实际结果所示。

图3 待检作战能力与检验指标映射

③ 计算检验需求结果。

将计算得出的待检作战能力结果F2与图4中的关系矩阵D1相乘，利用式(4)计算4个检验需求的实际结果F1=(516.8,606.3,272.1,289.8)，如图4中检验需求实际结果所示。

图4 检验需求与待检作战能力映射

(2) 计算期望检验结果。

(3) 计算需求满足度。

各检验需求满足度按式(5)计算，则得到使命任务1的满足度为0.62、使命任务2的满足度为0.67、使命任务3的满足度为0.61、使命任务4的满足度为0.77，如图3所示。检验需求综合满足度按式(6)计算，计算得综合需求满足度为0.65。对比以往检验评估任务得到的评估结论，以及部队指挥员的主观评价，使命任务满足度符合实际情况，说明提出方法可以有效评估使命任务完成度。

(4) 评估结果分析。

通过图4的需求满足程度可以看出，0.65这个得分并不算高，主要是由于该装备体系的使命任务1(0.62)、使命任务2(0.67)、使命任务3(0.61)满足程度较低，利用图4中的单项待检作战能力满足度分析可知，导致使命任务1、使命任务2、使命任务3评估结果较差的原因为作战能力1(0.55)、作战能力2(0.60)、作战能力3(0.45)、作战能力5(0.53)、作战能力8(0.68)评估值低。根据评估结果，建议装备体系总体上应进行使命任务1、使命任务2、使命任务3这3个方面的改进升级，具体解决措施上应重点提高作战能力1、作战能力2、作战能力3、作战能力5、作战能力8等，以提高合成部队装备体系整体作战效能。

4 结束语

基于QFD构建的指标体系可以建立作战使命任务到检验指标的映射关系，利用QFD方法的这个特点，提出了基于QFD的装备体系评估方法，检验装备体系的使命任务完成程度。所提方法还具备发现装备体系问题的能力，为装备体系检验评估提供新思路，适用于装备作战试验评估环节，同时也可为在役考核评估提供参考。此外，以使命任务完成程度为检验目的开展评估，本方法还可扩展至以作战效能等为检验目的的评估过程，只需将使命任务换成不同作战能力，并对应调整检验指标即可。