基于质量功能展开的舰艇消防指挥信息化设计及优化*

张国旗 侯 岳

（海军工程大学动力工程学院 武汉 430034）

1 引言

现代舰艇携带有各类油料、弹药、电气设备等众多火灾危险源，并且舰艇舱室通道复杂，火灾烟气会向多个维度蔓延，这给舰艇消防指挥带来了很大的压力。舰艇消防战术包括的要素众多，指挥员需要考虑器材应用、兵力布设、攻击路径、舱室种类、危险影响、任务影响等诸多要素。在极其紧张的消防战斗活动中，指挥员仅仅依靠几张图、几部电话以及火灾报警台等机械化手段，很难准确地开展消防指挥。因此，如何面向消防指挥的战术业务流程，开展消防指挥的信息化设计，缩短指挥决策的时间，提升消防指挥的效率，是目前迫切需要解决的实际问题。

劳森-摩斯环是1981 年Joel S.Lawson 提出的一种基于控制过程的指挥控制模型，目前在舰艇作战领域应用广泛［1～2］。本文利用该模型，结合消防指挥的业务活动，建立了消防指控流程，明确了消防指挥的用户需求。然后，使用质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）方法对消防指挥的信息化设计要素进行了分析，以保证满足舰艇一线指挥员的使用需求。QFD 是一套以用户需求为导向的质量功能配置方法，目的是创造更高的使用者满意度［3］。最后使用C#语言开发了消防指挥信息化软件，有效解决了舰艇消防指挥决策的关键问题。

2 舰艇消防指挥的劳森-摩斯环模型

劳森-摩斯认为，指挥官会对环境进行“感知”和“比较”，然后将解决方案转换成所期望的状态并影响战场环境。劳森-摩斯环由五个步骤组成：感知、处理、比较、决策和行动，可将多传感器数据处理为可行的知识。劳森-摩斯环模型如图1所示［4］。

图1 劳森-摩斯环指控模型

下面结合舰艇消防的业务流程，结合劳森-摩斯环模型，建立消防指挥的指控模型，如图2所示。

图2 基于劳森-摩斯环的消防指控模型

下面对基于劳森-摩斯环的消防指控模型的各个要素详细介绍如下。

1）“环境”，即是舰艇舱室环境。舰艇舱室环境复杂，并且是垂直交通制。舰艇舱室环境不仅影响了火灾的发展和蔓延，还将影响消防攻击路径以及人员安全撤离路径。

2）“己方兵力”，即是舰艇的损管力量。舰艇损管力量体系性比较强，包括：损管队（消防队）、现场人员、区划损管人员、损管指挥员等。

3）“传感器”，即是火灾状态调查。舰艇上的火情获取一般有三种方式：各种火灾传感器、舱室现场的人员报警以及消防人员的侦查。

4）“处理”，即是火灾态势的研判。指挥员获取火情信息后，需要对当前的火灾态势进行研判，这是制定消防目标以及开展消防指挥的基础。火灾态势的研判要素包括：火灾的规模、火灾的蔓延方向、危险的蔓延方向、当前火情可能造成的损失、对舰艇安全的影响程度、对舰艇任务能力的影响程度等。

5）“比较”，即是制定消防目标。就是参照期望状态，检查当前环境状况，帮助指挥官做出决策。对于舰艇而言，消防目标需要结合当前舰艇的作战任务需求，合理调配人力资源，以做出最佳的判断和决策。

6）“决策”，即是制定消防指挥方案，包括：灭火攻击路径、灭火的方法、灭火人力分配方案、防火边界设置方案、防控烟方案、排烟方案等。

7）“行动”，即是现场的灭火战术行为，包括：使用各类灭火器材、灭火设备灭火，火场破拆、火场搜救、喷淋降温，布设防烟排烟器材等。

值得提出的是，消防指挥决策是一个不断循环的反馈过程。例如，行动（Act）实施之后，将会对当前的火灾态势造成影响，会继续反馈到“环境”要素中，形成新的态势，并按照劳森-摩斯环模型进行循环，直到火灾完全被消除。

3 基于QFD 理论的消防指挥信息化设计

根据前文建立的消防指控“劳森-摩斯环”模型，根据消防损管指挥员的用户需求，使用QFD 理论对消防指挥的信息化设计进行分析。通过QFD理论的应用，使消防指挥信息化工具在需求分析阶段就紧贴用户需求，进一步将用户需求转化为系统开发人员能够理解的具体信息，能准确、有效、快速地实现部队需求与研发人员的转换。

3.1 QFD的基本理论模型

质量功能展开（QFD）可以说是“一种有系统的技术方法，从掌握顾客需求，转换成代用特性，来制定产品设计的标准［5～6］。QFD 的核心内容是需求转换，采用的是质量屋（House of Quality）形式，它是一种直观的矩阵框架表达形式，是QFD 方法的工具［7～9］。典型的质量屋如图3所示。

图3 质量屋结构形式

通过建立质量屋的基本框架，给以输入信息，通过分析评价得到输出信息，从而实现一种需求转换［10］。在使用质量屋时，可以根据需求对结构进行适当的裁剪。

3.2 基于QFD 的消防指挥信息化工具需求分析方法

结合本工具的开发，主要分析方案设计质量屋的以下几个要素：需求指标及权重、性能要求及关联度、关系矩阵［11～12］。建立的方案设计质量屋，如表1 所示。根据消防指控“劳森-摩斯环”模型，将火灾状态调查、火灾态势的研判、制定消防目标、制定消防指挥方案、组织现场灭火行动五个要素作为消防指挥员的需求指标［13～14］。

表1 消防指挥信息化设计质量屋

使用QFD 分析法，得出消防指挥信息化工具的特性设计包括：火灾报警信息管理设计、消防器材管理信息化设计、舱室总布置信息化设计、消防系统监控点信息化设计、平台网监控点信息化设计、消防兵力管理信息化设计以及损管条令应用的信息化设计7个方面［15］。表1中的取值是根据对消防指挥员调查分析得到。

根据QFD 的基本理论，需求指标重要度Ki（i=1，2，…，5）可取下列5个等级，如表2所示。

表2 需求指标重要度分级

关系矩阵即关系度rij（i=1，2，…，5，j=1，2，…，6）可以采用1，3，5，7，9等关系度等级，如表3所示。

表3 关系度分级

针对各个性能要求，通过加权可以得出其对应的重要度hj。

hj=∑（Ki·rij）（i=1，2，…，5，j=1，2，…，7）。各个信息化设计要素的重要度在表1 中的括号内都有表示。

根据计算结果，发现舱室总布置信息化设计最为重要（重要度为124），其次是火灾报警信息管理设计（重要度为118），这两个要素都是与消防指挥的空间态势相关。这说明，在消防指挥信息化系统设计时，要突出消防空间态势信息化的设计［16］。另外，损管兵力管理信息化设计的重要度水平也比较高，这是以往消防指挥信息化研究所忽略的。因为根据国外实战的消防指挥经验，多次出现消防人员不足的战术态势。因此，必须加强对消防兵力信息化的设计［17～18］。通过分析发现，损管器材管理信息化设计的重要度最低，这是因为舰艇消防人员都是训练有素的，对消防器材的布置位置很为熟悉，并且消防器材在现场的调度都是非常灵活的，需要指挥员现场进行调度，对信息化水平的要求较低，这也与对舰艇人员的调研结果一致。

根据QFD 的基本理论，对于性能要求的关联度而言，“相关”指的是两个（或多个）变量之间存在相关关系，不是完全的函数确定关系，并可以以相关度去表示相关的性质（正相关或负相关）和相关的程度（强相关或弱相关）［19～20］。性能指标的关联度如表4所示。

表4 性能关联度分析

通过QFD 的关联度分析发现，舱室总布置信息化设计与其他要素的关联性最强。这对信息数据库的设计优化具有重要的指导意义。舱室总布置信息化数据库字段包括：舱室火灾危险程度、舱室功能重要度、舱室消防器材、舱室固定式消防设备、舱室战位人员、舱室布置邻接关系以及封舱隔离遥控点。在实际开发时，以舱室总布置数据库为核心，各个字段与其他信息化模块之间的关系如图4所示。

图4 总布置信息化设计关联图

4 消防指挥信息化系统的实现案例

通过消防指控“劳森-摩斯环”模型和QFD 开发管理理论的综合应用，自主研制了舰艇消防指挥信息化系统，并取得了较好的应用效益。主要应用功能界面如图5所示。

图5 舰艇消防指挥信息化系统主界面

5 结语

由于舰艇火灾及消防指挥的特殊性，仅仅依靠人员进行指挥决策是比较困难的。在开发消防指挥信息化系统时，必须紧密结合消防指挥员的需求，准确的分析消防指挥任务与信息化设计之间的关系，以确保信息化系统的针对性和实用性。本文首先构建了消防指控“劳森-摩斯环”模型，明确了信息化系统设计的需求指标；然后，使用QFD 开发管理理论，建立了“需求指标-信息化设计”的质量屋，并且分析了信息化模块的重要度以及关联度，得出了指导信息化设计的重要结论，有效提高了信息化系统开发的效率，为系统的开发提供了有利的质量控制依据。