装备保障任务能力的多级 QFD需求建模

吴小良,陈春良,左文涛

(装甲兵工程学院,北京 100072)

装备保障任务能力的多级 QFD需求建模

吴小良,陈春良,左文涛

(装甲兵工程学院,北京 100072)

根据任务决定需求能力的原则,从装备保障任务入手分析了部队装备保障任务与任务能力之间的关系,利用Q FD方法原理,着重对任务与能力的关系矩阵进行求解,建立了保障任务与能力需求的质量屋,得出各能力的相对权重和绝对权重,并对质量屋进行本质分析,最后 ,根据部队装备保障成系统建设的要求,拓展建立了信息反馈的保障目标-任务-能力-能力指标-结构的多级 QFD模型,为优化装备保障系统建设提供了理论参考。

QFD,需求建模,装备保障,任务能力

引 言

装备保障是为满足部队遂行各项任务需要,对装备采取的一系列保证性措施以及进行的相应活动。装备保障能力是指装备保障系统有效履行使命任务和相关活动的能力,它反应的是系统综合保障功能水平。因此,装备保障能力需求分析对于确定系统的结构及其优化有着直接的连接作用。本文通过利用任务-能力的关系,通过多级 QFD模型,建立了装备保障任务能力需求的模型,为确定与优化系统的能力建设提供参考。

1 装备保障任务分析

装备保障任务能力需求的依据是装备保障任务,保障任务决定了装备保障能力的需求。对保障任务进行科学区分、分配和分解,目的就是要建立对应研究对象的任务指标体系,从而为能力需求分析时建立能力需求体系。

从任务的性质和功能特征对部队保障任务进行分解而形成的部队保障任务体系,是对部队在未来作战中可能实施的各种保障行动的高度概括,是构建部对保障能力体系的基本依据。因此建立部队保障任务体系,主要目的是通过对任务的刻画牵引出对能力体系的需求,并根据能力需求提出系统结构需求,从而实现以保障任务-能力牵引的装备保障系统的发展建设。

本文在“从战略到任务(The Strategy to Task Technique STT)”的装备保障任务分析框架下,采用任务元形式对装备保障任务进行分解。STT基本模型如图 1所示。

图 1 STT框架图示意图

在进行装备保障任务分解与描述时,可以从已经确定的目标向下分解。在分析部队装备保障任务时,可以从保障任务总体目标向下分解。根据目前作战条件下装备保障活动过程,在 STT框架下,可以得到装备保障任务需求元分析树如图 2所示。

2 任务与能力需求的关系

任务能力需求是指保障力量在保障过程中为有效完成作战保障任务而应具备的保障能力的最低要求,是从保障任务需要的角度提出装备保障系统需求的关键。能力需求分析就是要把用任务指标描述的任务需要转化为用能力指标描述的能力需求,其关键是找到由任务指标到能力指标之间的对应转换关系。其实,当一个任务项较具体时,实质上就是对任务承担者在能力上的一种约束和需求。与任务分析思路相反,能力需求分析将采用由微观到宏观、由具体到抽象的分析思路,如图 3所示。

保障任务分解和区分的结果,都是要形成要素齐全、格式规范的任务项和任务要求指标,当任务很明确时,任务到能力的转换实际上就是任务指标到能力指标的转换,这种转换关系实际上就是一种映射,如图 4所示。

这两个指标集合可能是“一对一”的映射关系,也可能是“一对多”的映射关系。能力指标分析以定性为主,必要时可以辅以一定的定量分析,由论证人员的逻辑思维和形象思维来实现,其描述方法可以是文字描述法,也可以是图形描述法、德尔菲方法等。

3 QFD的原理

基于 QFD的分析方法对装备保障系统能力需求进行分析,其目的主要是根据装备保障系统任务科学提出相应指标要求。运用 QFD的方法对系统能力需求进行分析,实际上是运用质量屋工具将系统能力需求进行权重排序并转化到装备保障系统建设方案设计过程中。其中,构造合适的质量屋是能力需求分析的关键。

QFD的原理就是质量屋(House of Quality,HOQ)形式的信息模型,而质量屋的实质是各种复杂的关系矩阵,用以量化分析任务指标与能力指标的关系度,其结构如图 5所示。

图 5 质量屋的结构图

质量屋采用的是一种直观的矩阵框架表达形式。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。一般情况下,质量屋由以下几部分组成:

(1)W HATS矩阵

表示需要什么,以装备保障为例,即保障任务需求以及重要度,对于需求的重要度可以使用加权评分法或模糊综合评判法来确定,可取 1个～ 5个等级,具体见表 1。

表 1 系统需求重要度 Ki的等级及描述

(2)HOWS矩阵

表示针对任务怎样去做,也就是所采取的任务能力。这一部分,要从已获取的保障任务需求的要素中抽取,是为满足保障任务而采取的一系列任务能力。

(3)WHATS与 HOWS的相关关系矩阵

表示保障任务与任务能力之间的关系。其关系分为强相关、一般相关和弱相关,一般用符号和数值表示其关联程度,具体见表 2。

(4)HOW S的相互关系矩阵

表示 HOW S矩阵中任务能力之间的关联关系。它们之间的关系有正相关、负相关和不相关三种。当一项能力的改进会对另一项能力的改进产生负面影响时,它们之间的关系为负相关,反之,它们为正相关,一般用符号或数值来表示它们之间关系,见表 3。

表 2 关系矩阵的符号和数值意义

表 3 HOWS的相互关系矩阵符号和数值意义

(5)HOWS的评价矩阵

任务能力的指标及其重要度、目标值,用来确定优先配置的任务能力等。

(6)可行性评价矩阵

可行性评价是指从系统的角度对能力期望值在满足保障任务需求方面的评估。它反映了现有任务能力需求方案的优势和弱点以及需要改进的地方。可行性评价矩阵主要包含:需求权重、关键点、绝对权重等基础矩阵构成。

3 装备保障任务能力需求的 QFD分析

3.1 确定保障任务需求及其重要度

根据图 2,装备保障任务主要包括态势感知任务、指挥控制任务、维修保障任务、供应保障任务、快速机动任务和保障防护任务。这些保障任务可以直接填入质量屋中,也可采用类似于分层式调查表的方式,设保障任务集为 U={u1,u2,… ,u6}。

保障任务重要程度基本数据的获取是通过发放调查问卷的形式获得,对基本数据按照一定的规范分析整理得到保障任务的重要度。设保障任务的重要度 Ki(i=1,2,3,… ,m),Ki取值对应 5个等级。经专家经验法评判,通过比较各任务之间的重要性,确定保障任务的重要度,或者采用层次分析法、模糊综合评判等方法进行确定,其重要度见表 4。

表 4 系统任务需求重要性及权重

采用模糊综合评判分析步骤方法如下:

1)设评语集 V={v1,v2,v3,v4,v5}= {不重要,一般重要,比较重要,重要,非常重要},其分值依次取为 1,2,3,4,5。

2)设保障任务为 U={u1,u2,… ,un},并对 ui进行评判,得评判向量 ri= {ri1,ri2,… ,ri5},在此基础上构建评判矩阵,并请各类专家进行评判。

考虑评判过程中ui的作用,由相关专家给出ui作用模糊集,用 Aj表示,记为:

3.2 任务能力需求的确定

能力需求的确定应满足以下原则:

1)针对性,即任务能力需求要针对所提出的保障任务。

2)可测量性,便于对任务能力的控制,任务能力应尽可能测定。

根据图 2和图 3,一共包括 6大类能力,但最终能力的描述尽可能要细化,装备保障任务所对应的能力体系如图 6所示。设能力需求集为 T={t1,t2,…,tm}

3.3 相关矩阵

相关矩阵是质量屋的屋顶,是任务能力与能力之间的关系描述。屋顶中的内容不需要计算,一般用符号直接标注(见表 3),作为各需求能力的具体技术参数的参考信息,相关矩阵可采用专家判断法来确定。

3.4 关系矩阵

关系矩阵描述的是装备保障任务与能力需求之间的关系,[rij]nm是关系矩阵的数学表达式,通过表2和专家决策,rij的取值见下页图 7的质量屋,用符号来表示。其中,n和m分别表示保障任务和需求能力的个数,rij(i=1,2,… ,6;j=1,2,… ,m)表示第 i个保障任务与第 j个需求能力之间的相关程度值,取值越大说明第 j个能力对第i个保障任务的影响或贡献值越大,反之则越小。

3.5 能力重要度评估

能力重要度评估主要是完成对各项需求能力的水平及其重要性的计算与评估,其任务是利用关系矩阵中的数据信息,计算需求能力的权重,主要分为绝对权重和相对权重。

1)确定各需求能力的绝对权重

根据简化处理后的任务-能力需求权重矩阵,可得任一需求能力 tj的绝对权重(A kj)为:

其中,Column(rj)表示需求能力 tj的列向量权重之和,计算完 A k j后,把结果填入质量屋中,如图7。

2)确定各需求能力的相对权重

各需求能力的相对权重(R kj)可以采用下式来确定,即:

其中,max(A kj)是由上述步骤所求得的各需求能力绝对权重值中的最大值。为方便计算,设定需求能力的最大相对权重值为 10,计算所得的 R k j填入质量屋中,如图 7。

A k j的值越小,说明该能力对保障任务的影响越小,在设计时可以将其放在次要或可以忽略的位置。反之,若 A kj的值较大,则要着重考虑该需求能力。从图 7可看出各需求能力重要度排名为 t22,t12,t32,t43,t23,t21,t52,t31,t41,t11,t13,t51,t63,t42,t61,t62,t33。

3.6 构建质量屋

根据以上的分析和评价结果,逐步搭建质量屋,通过质量屋,可以清楚地看出各需求能力对保障任务的影响程度和设计的侧重点与次重点,质量屋示意图如图 7所示。

图 7 任务-能力质量屋示意图

3.7 任务-能力质量屋分析

4 装备保障系统建设的多级 QFD

在具体的装备保障系统建设实施中,能力需求实现的最好方法是多级质量功能部署,如图 8所示,在质量功能展开过程中,每一个阶段和下一个阶段之间的数据交换就是矩阵数据之间的交换,第一个矩阵的“How”转换为第二个矩阵的“W hat”,通过这样的转换,系统需求信息从一个矩阵转移到另一个矩阵。把系统建设过程中的目标需求、任务需求和能力需求与结构需求联系在一起,反映了系统从规划、指标建设的全过程。这样做的目的是将重要的系统建设目标需求逐步展开为任务需求、任务能力需求、能力指标需求、系统结构需求,并确定出影响系统目标的关键能力指标和结构特性,为制定系统目标规划、能力建设规划、系统结构改进提供可靠的决策信息。考虑到系统建设过程中存在大量不确定性因素,加强各级 QFD实施中信息的交互与反馈,使 QFD的平衡点不断地从一个新的平衡点跃迁到另一个新的平衡点,从而快速响应系统结构、能力指标、保障任务和任务能力的变化,利用信息对各指标需求协同的影响关系,调整反馈信息的流向和强度,从而达到优化系统建设过程的资源配置的目的。

图 8 目标-任务-能力-能力指标-结构的多级 QFD

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Equipment Support Task Capability Requirement M odeling in M ultilevel QFD

WU Xiao-liang,CHEN Chun-liang,ZUOWen-tao
(Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072,China)

According to the principle,which task decides capability,from equipment support task,it analyzed the relation of task and capability,com puted their relation matrix,setted up house of quality of equipm ent support task and capability in QFD,and got every capability absolute weight and relative weight,then analyzed the essence of HOQ.In last,according to the systematization construction requirement,it setted up multilevel QFD model of objective-task-ability-structure base on information feedback.In summary,it can provide theory reference for optim izing equipment supporting capability development.

QFD,requirementmodeling,equipm ent supporting,task capability

O122

A

1002-0640(2011)01-0138-05

2009-10-15

2009-12-30

吴小良 (1979- ),男 ,浙江上虞人 ,博士研究生,研究方向:武器系统与运用工程,装备保障。