基于QFD的装备检验指标体系构建方法研究

任 旭， 杜占龙， 高 崎

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

0 引 言

装备试验鉴定工作转型后， 作战试验作为全寿命试验周期的重要环节， 主要用于检验装备体系的作战使命任务完成度、 作战效能、 作战适用性等[1]. 在装备作战试验中， 待检验装备体系的评估指标体系构建是试验设计中的一项重要工作[2-4]. 如何通过构建合理、 准确的评估指标体系， 保证对装备体系满足作战需求的程度作出科学全面的评价， 是试验设计的一个重难点问题. 现行的指标体系建立通常由专家直接确定， 此种方式包含许多不确定性、 随机性和模糊性， 直接影响评估结果的准确性. 为此需要探索定性与定量相结合的指标体系分析方法， 指导指标体系的构建.

质量功能展开(Quality Function Deployment， QFD)是一种用户驱动的产品开发方法[5]， 目前已被应用于武器装备需求论证中[6-8]， 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分析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. 与装备需求论证过程相似， 装备体系检验指标体系的构建同样是一种从回答满足作战使命任务程度等检验需求到检验指标的映射过程， 可以探索将QFD理论应用于装备检验需求论证过程， 提高检验内容和指标体系设计的科学性和合理性.

1 QFD理论基础

QFD的核心内容是以满足客户需求为目标， 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， 从而将客户的需求很好地融入产品设计过程中， 并最终完成客户的需求转换. 通过研究“做什么”和“怎么做”， 将“模糊”的客户需求转化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客户需求. 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[9-10]， 由于其结构形式很像房屋而得名， 它由7个部分组成， 结构如图 1 所示， 具体含义为：

1) A： 左墙， 表示需求， 可以为检验需求论证中的作战使命任务(或待检验作战能力等)；

2) B： 左墙， 表示需求重要度， 可以为检验需求论证中的作战使命任务(或待检验作战能力等)的权重；

3) C： 天花板， 表示需求的对应措施， 可以为与作战使命任务对应的具体待检验作战能力(或与待检验作战能力对应的检验指标等)；

4) D： 房间， 表示需求与对应措施的关系矩阵， 可以为作战使命任务与对应的具体待检验作战能力(或待检验作战能力与对应的检验指标等)之间的关联矩阵；

5) E： 屋顶， 表示对应措施的自相关矩阵， 可以为作战使命任务(或待检验作战能力等)的自相关矩阵；

6) F： 地板， 表示对应措施的重要度， 可以为计算得出的作战使命任务(或待检验作战能力等)的重要度；

7) G： 右墙， 可行性评价矩阵.

图1 质量屋结构图Fig.1 Structure of quality house

2 基于QFD的指标体系构建方法

指标体系的构建通常采用分层次的结构， 是一种基于需求自上而下逐层分解映射的综合集成论证方法， 指标体系构建过程与QFD方法中由需求到措施的映射过程相同， 可以利用QFD方法构建此种分层结构的指标体系.

2.1 指标体系分解

首先将检验需求论证逐层分解为几个域， 并与QFD方法中的域对应. 图 2 所示为按照“使命任务—待检验作战能力—检验指标”顺序逐层分解的指标体系， 映射过程为： 第1个域用于将待检验装备的使命任务映射到待检验的作战能力， 即完成装备的使命任务需要具备哪些作战能力； 第2个域用于将第1个域的待检验作战能力映射到具体的检验指标； 第3个域的使用时机为： 若检验指标较多， 需要分级分层， 则需要将第2个域的检验指标分解映射为次级检验指标； 根据需要， 可继续向下进行映射. 需要说明的是， 只有第1个域中的需求重要度B通过专家赋权或层次分析法确定， 其他重要度均通过计算获取， 不需人为确定， 减少主观因素的影响.

下面以图 2 中第1个域的使命任务映射到待检作战能力为例， 说明基于QFD方法的指标体系分解步骤， 具体如下. 第2、 3个域的分解步骤参照第1个域执行.

1) 映射域指标集确定

确定质量屋左墙A中的n个具体使命任务， 以及天花板C中的可以回答使命任务完成度的m个待检作战能力.

图2 基于QFD的3个域映射过程

2) 需求重要度确定

通过层次分析、 专家赋权等方法确定左墙B中需求重要度W=(w1,w2,…,wn)， 其中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， 只需通过人工方式确定第1个域的左墙B中需求重要度， 第2、 3个域的左墙需求重要度不需要人工方式确定， 而是通过计算获取， 具体计算过程见步骤4). 需要人工确定的内容包括第1个域的使命任务重要度、 使命任务与待检验作战能力的关系矩阵， 第2个域的待检验作战能力与检验指标的关系矩阵， 第3个域的检验指标与次级检验指标的关系矩阵.

3) 关系矩阵确定

通过分析确定需求(使命任务)与对应措施(待检验作战能力)的关系矩阵D

(1)

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， 依次用“△”“◇”“□”“☆”“▲”“◆”“■”“★”“●”表示1～9， 空白表示0， 数值越大， 相关度越高.

考虑对应措施(待检验作战能力)的自相关矩阵A

(2)

式中：aij表示对应措施i与对应措施j之间的相关度， “+”表示1， 为正相关， “-”表示-1， 为负相关， 空白表示0， 为不相关.经过自相关矩阵A修正后的关系矩阵D*为

(3)

4) 对应措施的重要度计算

m个待检作战能力的重要度T=(t1,t2,…,tm)为

T=W×D*，

(4)

其中， 第j个待检作战能力的重要度为

(5)

得到的m个待检作战能力的重要度即为其对应的权重系数， 可为各级指标的重要度排序提供参考， 从而确定关键指标. 将第1个域计算得到的措施重要度T作为第2个域的需求重要度， 重复步骤1)～4)， 即可完成第2个域的指标体系分解映射.

2.2 指标体系合理性检验

指标体系构建过程包含了需求论证人员的主观因素， 不同需求论证人员可能会构建不同的需求分解树， 导致需求表述不一致. 在指标体系构建过程中检查需求分解的合理性， 确保对检验需求描述的一致性， 是保证QFD方法正确应用的关键. 需求论证人员利用QFD构建需求映射质量屋后， 通过对质量屋进行检验来辅助分析需求分解的合理性. 质量屋的不合理性表现可以总结为10条现象， 若发现不合理性现象， 应分析需求分解中的不合理问题， 重新调整质量屋的左墙需求、 天花板对应措施、 需求与对应措施的关系矩阵. 下面以使命任务映射到待检作战能力为例， 10条不合理现象如图 3 所示.

图3 QFD质量屋关系矩阵的合理性检验图例Fig.3 Legend of rationality test for QFD quality houserelation matrix

1) 关系矩阵中存在空行. 如图 3(a) 所示， 表示能力指标中没有可以满足使命任务4的相应能力， 说明在能力需求分解过程中缺少了相应的能力指标， 应有针对性得重新构建能力需求分解空间.

2) 关系矩阵中存在空列. 如图 3(b) 所示， 表示能力需求空间中的能力6对于使命任务空间而言是多余的， 能力6这一需求指标应删除.

3) 关系矩阵中无“强相关”符号. 如图 3(c) 所示， 说明当前能力指标空间很难满足作战使命任务需求， 应该重新对能力需求进行分解， 重新构建能力指标.

4) 关系矩阵中符号集中于对角线上. 如图 3(d) 所示， 在能力需求分解过程中误把使命任务需求当做能力需求， 应该分析是否存在上述问题， 如果存在需重新确定能力需求空间.

5) 关系矩阵中某几行关系符号完全相同. 如图 3(e) 所示， 在使命任务需求分解过程中， 产生了相同的任务基本单元， 出现这种情况应该删除一个重复的任务基本单元.

6) 关系矩阵中某几列关系符号完全相同. 如图 3(f) 所示， 在能力分解过程中， 产生了相同的能力单元， 出现这种情况应该删除或合并重复的能力元. 这里需要注意的是， 对于底层指标分解， 通常需要多个检验指标回答同一个作战能力或上级检验指标， 若关系符号相同列的检验指标无法合并或删除时， 可不处理.

7) 关系矩阵中某行关系符号太多. 如图 3(g) 所示， 为使命任务需求分解不一致造成， 如示例中的使命任务2并没有分解到最小的基本使命任务， 其可能包含若干其他基本任务， 导致同时多个能力指标与其相互关联. 出现这种情况应该对使命任务2进行进一步分解.

8) 关系矩阵中某列关系符号太多. 如图 3(h) 所示， 为能力需求分解不一致造成， 如示例中的能力5并没有分解到最小能力单元， 其可能包含若干最小能力单元， 导致同时多项使命任务与其相互关联. 出现这种情况应对能力5进行进一步分解.

9) 关系矩阵中“弱相关”符号太多. 如图 3(i) 所示， 在能力需求分解与描述过程中并没有把装备作战使命任务紧密相关的能力指标分解出来， 应该至少保证一项基本使命任务与一项能力指标“强相关”.

10) 关系矩阵中关系符号太少. 如图 3(j) 所示， 使命任务需求没有完全覆盖能力需求空间， 应该检验作战使命任务需求分解与描述是否完整.

3 QFD在构建装备体系检验指标体系的应用

以某合成部队装备体系为例， 说明指标体系构建过程. 根据该部队装备体系的建设目标和实际任务， 确定包含4项使命任务， 为回答使命任务的完成程度， 逐层分解构建“使命任务—待检验作战能力—检验指标”的指标体系， 建立“使命任务—待检验作战能力” “待检验作战能力—检验指标”2个 QFD映射域.

3.1 使命任务—待检作战能力的映射

3.1.1 映射域内容确定

检验需求包括4项使命任务， 为回答检验需求， 通过分析确定对应的待检验作战能力共10项.

3.1.2 需求重要度确定

通过专家赋权方法， 确定归一化后的使命任务的重要度W=(0.3,0.4,0.2,0.1).

3.1.3 关系矩阵确定

通过分析使命任务与待检验作战能力之间的关联程度， 确定关系矩阵D1， 如表 1 所示.

表 1 使命任务与待检作战能力关系矩阵(初始)Tab.1 Relationship matrix between mission and operational capability under testing (initial)

3.1.4 映射合理性检验

对于表 1 中的关系矩阵， 利用2.2节中列出的10条不合理现象， 逐条对照检查， 发现检验需求与待检作战能力映射过程的不合理问题. 通过检查， 发现存在10条不合理现象中的第6～8条问题， 问题现象及对应修改如下：

1) 关系矩阵中我情掌控能力、 我情上报能力、 我情更新能力的关系符号完全相同， 敌情感知能力、 敌情上报能力、 敌情更新能力的关系符号完全相同， 应该合并重复的能力单元， 为此， 将我情掌控能力、 我情上报能力、 我情更新能力合并为我情掌控能力， 将敌情感知能力、 敌情上报能力、 敌情更新能力合并为敌情感知能力.

2) 关系矩阵中我情掌控能力、 通联能力的列关系符号太多， 需要将能力进一步分解. 为此， 将我情掌控能力分解为我情掌控能力(作战)、 我情掌控能力(保障)2项； 将通联能力分解为通联能力(本级)、 通联能力(协同)、 通联能力(保障)3项.

3) 映射内容经过1), 2) 调整后， 关系矩阵中指挥控制的关系符号太多的问题消失.

经过映射合理性检验后的关系矩阵如表 2 所示， 待检作战能力经调整后由10项变为9项， 且部分内容改变， 最终确定的待检作战能力共9项.

表 2 使命任务与待检作战能力关系矩阵(合理性检验后修改)Tab.2 Relationship matrix between mission and operational capability under testing (modified after rationality test)

3.1.5 待检作战能力重要度计算

3.2 待检验作战能力—检验指标的映射

3.2.1 映射域内容确定

待检作战能力为表 2 中确定的9项作战能力， 通过分析确定对应的检验指标， 见图 5.

3.2.2 待检作战能力重要度确定

3.2.3 关系矩阵确定

通过分析确定待检作战能力与检验指标的关系矩阵D2， 如图 5 所示.

3.2.4 映射合理性检验

对于图 5 中的关系矩阵， 利用2.2节中列出的10条不合理现象， 进行对照检查， 仅出现“关系矩阵中某几列关系符号完全相同”现象， 分析其原因为每个待检作战能力对应多项检验指标， 如我情掌控能力(作战)对应我情态势掌控率、 我情态势掌控层级2个指标， 即需要多个检验指标反映同一个作战能力， 针对这种现象不进行调整， 关系矩阵通过合理性检验.

图4 检验需求向待检作战能力映射

图5 待检作战能力向检验指标映射Fig.5 Mapping of operational capability under testing to test index

3.2.5 检验指标重要度计算

待检作战能力与检验指标之间的质量屋如图 5 所示， 根据式(4)计算检验指标的重要度， 并进行归一化， 其中检验指标敌情感知时间、 协同通联时延、 火力反应时间的重要度较高， 分别为0.13, 0.12, 0.18， 说明这些指标需要重点采集， 与实际情况相符.

4 结 语

基于QFD的检验指标体系构建方法可以建立作战需求到检验指标的映射关系， 该方法操作简便、 可理解性强. 相比于现有的基于专家知识构建指标体系的方法， 可以克服其主观性强的问题， 为构建基于作战使命任务的检验指标体系提供新思路， 适用于装备体系作战试验设计中的指标体系构建环节， 同时也可为装备性能试验、 在役考核设计中的指标体系构建提供参考. 后续还需要在基于QFD方法评估装备体系任务完成程度等方面开展研究.