基于QFD的舰艇指控系统综合评价方法

谢德光

(92493部队 葫芦岛 125000)

基于QFD的舰艇指控系统综合评价方法

谢德光

(92493部队 葫芦岛 125000)

论文提出一种舰艇指控系统任务满足度的评价方法。在建立舰艇指控系统能力指标体系基础上,分析了不同指挥任务与舰艇指控系统基本能力的对应关系,利用质量功能展开(QFD)方法,分析了QFD用于指控系统评价的基本思路,建立了舰艇指控系统综合评价模型,应用举例表明了该方法的合理性和可行性。

舰艇; 指控系统; 综合评价; QFD

Class Number TP309

1 引言

舰艇指控系统是现代舰艇的核心装备,承担着全舰对空、对海及对水下等攻防作战指挥任务,一般具有情报收集、综合处理、指挥决策和武器控制等功能[1]。随着海战场环境的复杂多变及武器装备信息化程度的不断提高,舰艇的指挥作战任务繁重,舰艇指控系统的地位和重要性日益提高,相应地,科学评价舰艇指控系统的作战有效性显得尤为重要。目前,对舰艇指控系统综合评价研究较少,且主要是针对指控自身的能力进行评价[2～3],工程实践中,主要是围绕指控系统的基本性能进行逐一试验考核,并没有从系统完成任务的视角,给出综合性评价结论,对装备的采办决策和实际使用指导意义不强。本文通过分析指控系统主要能力指标及承担的作战指挥任务,采用QFD理论,建立了基于QFD理论的舰载指控系统综合评价模型,对科学地评估舰艇指控进行了有意义的探索。

2 舰艇指控系统综合评价指标体系分析

2.1 舰艇指控系统能力指标

舰艇指控系统能力指标是指控系统的设计指标,根据现代舰载指控系统一般功能分配,可将指控系统能力分为情报收集能力、综合处理能力、指挥决策能力、武器控制能力及工作可靠性,舰艇指控系统能力指标体系见表1。

情报收集能力是指组织全舰各类传感器探测目标信息及通过数据链接收舰外发送目标信息的能力。情报收集能力可通过目标信息类型、信息传递时间等二级指标体现；

综合处理能力是指对收集到的各类传感器信息进行融合处理、识别并形成综合战场态势的能力。综合处理能力可通过目标处理容量、目标处理时间、目标识别的正确率、态势显示的正确性等二级指标体现；

指挥决策能力是指根据作战任务和战场态势,辅助指挥员完成作战指挥决策的能力。指挥决策能力可通过作战方案制定能力、威胁估计正确性和辅助战术计算合理性可行性等二级指标体现；

武器控制能力是指控制舰艇所属武器实施攻防作战的能力。武器控制能力可通过控制武器类型、目标指示批数及精度及武器发射控制能力等二级指标体现；

使用可用性作为通用质量特性是指指控系统在任务剖面中处于正常工作状态的程度。使用可用性与系统可靠性、维修性有关。

表1 舰艇指控系统能力指标体系

2.2 舰艇指控任务分析

一般情况下,舰艇具有对空、对海、对水下作战任务,相应地,舰艇指控系统担负着辅助舰艇对空、对海、对水下作战指挥任务。每类作战指挥任务基本上按照信息获取、指挥决策和交战控制三和环节进行,但不同的指挥作战任务对舰艇指控系统能力要求是有差别的。例如对空作战指挥任务强调的快速反应和多目标拦截的能力,因此,对情报收集能力、综合处理能力和武器控制能力有较高的要求；对海作战指挥任务方面,导弹的攻击任务重点是目标信息的保障,因此,更关注情报收集能力；对水下作战指挥任务,包括鱼雷攻潜和鱼雷防御,除了目标信息保障外,对战术保障要求较高,因此,主要关注情报收集能力和指挥决策能力。可用性方面,可以认为,防御作战任务对可用性要求更高。

3 基于QFD的指控系统综合评价模型

3.1 QFD基本原理

质量功能展开(Quality Function Deployment,QFD)[4]理论首创于日本,并于20世纪80年代传到美国。美国国防部1988 年颁布的DoDD5000.51中明确规定QFD为研制军用产品的承包商必须采用的技术,与田口方法、试验设计并列成为重要的产品开发策略和技术手段。《美国空军R&M2000大纲》中对QFD的说明是：QFD是保证用户、消费者需求,并能推动产品设计和生产工序设计改进的一种方法,即把用户、消费者需求变换成产品特性和工序特性,并由企业来完成这些要求的系统方怯。QFD基本工作原理是：在识别顾客需求的基础上,采用矩阵图解法将顾客需求分解到产品开发的各个阶段和各职能部门中,并通过协调各部门的工作来保证最终产品的质量,使设计和制造的产品能真正满足顾客的需求。QFD的主体是由一系列矩阵和图表构成的质量屋(House of Quality, HOQ),其结构如图1。HOQ主要有以下几部分组成。

其中,左墙(A)为顾客需求和重要程度,即评价目标和目标重要度；天花板(B)为产品设计特性；屋顶(C)为产品特性之间的相关矩阵；房间(D)为需求与产品特性的关系矩阵；右墙(E)为评价矩阵,产品特性对目标的满足程度；地板(F)为产品特性的指标。

3.2 基于QFD的舰载指控系统综合评价方法

QFD方法是将用户需求转化为产品设计质量要求的一种有效方法,因此,军事上可用于装备需求论证[5～7]。对于一个评估问题,在产品研制出来后,关注的是产品质量是否满足用户的需求,因此,相对装备需求论证,系统评估是一个逆过程。文献[8～9]利用QFD理论,对装备的保障能力评价进行了研究,本文在分析QFD应用机理的基础上,提出基于QFD的舰载指控系统综合评价方法,基本思想是以作战指挥任务满足度为评价目标,在获取舰载指控系统基本能力数据基础上,通过分析形成相关矩阵,构造质量屋,并进行相关矩阵计算,最终给出指控系统任务满足度评价结果。

1) 建立总体评价流程,如图2所示。

2) 确定任务权重

任务权重是指控系统承担各类任务的重要程度,根据前面的作战指挥任务分析,通过组织军事领域专家打分,确定不同任务的权重,表示为

W=(w1,w2,…,wm)′

(1)

其中,m为指控系统的任务个数。

3) 建立指控系统一级指标之间的关系

指控系统一级指标之间的关系是指一级指标之间的相关性,表示指标之间的相互影响程度。指标之间的关系有负相关、不相关和正相关,负相关用-1～0表示,不相关用0表示,正相关用0～1表示。指标之间的所有关系构成关系矩阵

(2)

其中,n为指控系统一级能力指标的个数。

4) 建立指挥任务与指标之间的关系

根据前面的任务与能力指标分析,舰艇指控任务与能力指标存在一定的相关关系。不同指挥任务对指控系统能力指标的依赖性不同,分为强相关、中等相关、弱相关和不相关,分别用5,3,1,0表征,任务与能力指标的所有相关关系构成了相关关系矩阵。

(3)

在实际运用过程中,可针对具体的舰艇作战任务分配,采用专家打分的办法,对不同任务与不同能力的权重进行分配,构造关系矩阵,在此基础上,利用指标之间的相关关系进行修正,即

(4)

计算指控系统单项任务对应能力的总相关量,形成任务指标相关和向量

U=(u1,u2,…,um)

(5)

5) 计算任务满足度

设E=(e1,e2,…,em)′为指控系统任务满足度目标向量,S=(s1,s2,…,sn)为指控系统一级能力结果向量,则指控系统单个任务满足度为

E=(e1,e2,…,em)′=D*×S

(6)

计算单个任务的相对满足度

(7)

则,归一化任务满足度向量为

(8)

考虑不同任务的重要程度,指控系统总的任务满足度评价为

(9)

4 应用举例

利用本文提出的方法,对某型舰艇指控系统的任务满足度进行计算。

指控系统任务权重取w对空=0.4,w对海=0.25,w对水下=0.35,舰艇指控任务与能力指标的相关关系见表2。

表2 舰艇指控任务与能力指标的相关关系

对应的相关关系矩阵为

(10)

任务指标的相关和向量为

(11)

通过对指控系统能力形成的机理进行分析,一级能力指标之间的相关性不大,因此可假设指标之间相互独立,即C为单位阵,则D*=D。

指控系统一级能力的计算根据试验中获取的指控系统二级能力指标数据,可通过层次分析法[10]计算得到,为缩减篇幅,这里省略了二级指标到一级指标的计算过程,直接列出归一化后的一级指标的计算结果为

(12)

根据上述的中间结果数据,利用前面的计算模型,计算舰艇指控系统单项任务的满足度为

(13)

舰艇指控系统总的任务评价为

(14)

从指控系统单个任务满足度计算结果可以看出,由于对空指挥任务与信息收集和可用性相关性更强,而这两个指标偏低,从而导致指控系统对空任务满足度偏低。对水下指挥任务与指挥决策相关性更强,其任务满足度也受到了影响,由于对海指挥任务除了信息收集外,与其他相关性偏弱,因而影响较小,任务满足度结果最高。上述计算示例总体上反映了指控系统能力指标对作战指挥任务的影响情况,具有一定的合理性。

5 结语

本文将QFD理论用于舰艇指控系统综合评价,提出了面向任务的舰艇指控系统综合评价方法,从用户的角度更具有指导意义。文中的应用举例结果表明了该方法的合理性。通过分析方法的基本原理,可以发现,应用该方法不仅可以评价指控系统的任务价值,也可以进行任务对能力的敏感性分析、不同指控系统任务价值的比较等,从而对指控系统的设计进行指导,具有一定拓展应用价值。

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A Comprehensive Evaluation Method of Ship Command and Control System Based on QFD Theory

XIE Deguang

(No. 92493 Troops of PLA, Huludao 125000)

An approach for ship command and control system satisfactory degree is given in this paper. Based on index system of ship command and control system, the mapping relationship between mission and capability is discussed. By means of quality function deployment, the basic train of thought for comprehensive evaluation is analyzed, and a comprehensive evaluation model is studied and the example is carried out at last, and the rationality and feasibility of the method are demonstrated.

ship, command and control system, comprehensive evaluation, QFD

2016年7月10日,

2016年8月26日

谢德光,男,博士,高级工程师,研究方向：舰艇作战系统试验总体。

TP309

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.005