基于GQFD的智能化弹药保障装备能力需求分析

李 凯,刘铁林,高 健,辜会宁

(1. 陆军工程大学石家庄校区,河北 石家庄 051000;2. 中国人民解放军32670部队,辽宁 朝阳 122000;3. 中国人民解放军32683部队,辽宁 沈阳 110000)

无人智能技术发展迅猛并广泛应用于军事领域,进而引发新一轮新军事革命。打造智能化作战力量、建设智能化保障体系已成为世界主要国家军队的发展目标。相比传统弹药保障装备,智能化装备更具机动、灵活、快速、安全等优势,更能够满足平战时各种保障需求[1-2]。为紧跟时代要求,紧随战争特点,紧贴部队需求,有效应对未来复杂多变的战场环境,加强智能化弹药保障能力尤为重要。构建战略战役战术层次衔接、运用灵活、保障高效的智能化弹药保障体系,对于建设强大的弹药保障能力及作战支援能力具有重要意义。智能化弹药保障装备发展规划需求分析过程较为复杂,传统的基于质量功能展开(QFD)的能力需求分析论证存在主观性强，不够科学，可靠性差等缺陷,难以满足未来智能化弹药保障能力精准化建设要求。为改善需求论证环节存在的缺陷,本文在对传统QFD分析方法改进和优化的基础上,运用基于灰色关联分析的质量功能展开(GQFD)方法,从更客观的角度对智能化弹药保障装备能力需求进行探索。GQFD在兼具一般QFD优势的基础上,还可大大降低人的主观认知所产生的不良影响,使得到的结果更加客观、准确、可信[3]。

1 需求分析思路

弹药保障服务于军事行动,这就决定了弹药保障装备能力需求分析必须以弹药保障任务为源头,以保障任务分析为基本起点,按照“保障对象作战任务分析—智能化弹药保障装备任务分析—智能化弹药保障装备能力需求分析”的逻辑主线进行。基于上述思路,选用IDEF建模语言对保障对象任务进行分解,建立如图1所示的智能化弹药保障装备能力需求分析模型。

图1 智能化弹药保障装备能力需求分析模型

智能化弹药保障装备能力需求分析关键在于将保障任务需求转化为保障能力需求。在确定智能化弹药保障装备任务需求矩阵和能力需求矩阵的基础上,采用GQFD映射分析,得到智能化弹药保障装备任务需求与能力需求间的灰关联矩阵和智能化弹药保障装备任务需求的重要度,以灰关联矩阵置换QFD中的关联矩阵,构建基于灰关联矩阵的智能化弹药保障装备“保障任务—保障能力”质量屋(如图2所示),确定二者之间的映射关系,再结合传统的QFD分析法进行质量功能展开,求得智能化弹药保障装备能力重要度排序[4-7]。

图2 智能化弹药保障装备GQFD映射关系图

2 GQFD需求分析过程

2.1 GQFD方法简述

GQFD是把灰色系统理论与QFD有机融合使用的成果。该方法可以有效排除人的主观认知所产生的干扰,提高结果的可信度,在陆军装备实际需求论证中应用效果较好。GQFD方法的基本流程:系统输入智能化弹药保障装备任务需求指标与能力需求指标，以及专家对二者的打分,运用灰关联矩阵分析的方法分析智能化弹药保障装备任务需求指标的优势,然后根据智能化弹药保障装备任务需求指标优势的序关系确定其重要度,依据灰关联矩阵和任务需求重要度构建“任务—能力”质量屋,再运用QFD方法计算出弹药保障装备能力需求的重要度。其需求分析过程如图3所示。

图3 基于GQFD的需求分析过程图

传统的QFD与GQFD区别在于，前者是对任务需求的重要度与关联矩阵直接打分,在此基础上建立任务需求与能力需求的多维映射,从而得到能力评价模型;后者则是对任务需求和保障能力分别打分,经过灰色关联分析处理后,求得灰关联矩阵和弹药保障装备任务需求的重要度权值。相比较而言,GQFD显得更加客观,较好地减少了人为因素的干扰,使得结果更加具有说服力。

2.2 GQFD具体计算步骤

GQFD方法的关键在于以灰关联矩阵将QFD中的关系矩阵进行替换,再按照QFD方法完成相关计算,并对结果进行分析。具体步骤如下。设Ai=(ai(1),ai(2),…,ai(n),i=1,2,…,s)、Bj=(bj(1),bj(2),…,bj(m),j=1,2,…,m)分别为智能化弹药保障装备保障任务和能力序列。在下列公式中,上标为“0”的数据表示该数据是始点零化处理后得到的,其中,εij为Ai与Bj的灰色绝对关联度,γij为Ai与Bj的灰色相对关联度,ρij为Ai与Bj的灰色综合关联度。

步骤1：计算灰色绝对关联度

(1)

(2)

(3)

式(1)～(3)中,|Asi|、|Bsj|分别表示第i项任务需求序列和第j项保障能力序列经始点零化处理后累加生成数的绝对值。|Bsj-Asi|为第j项保障能力序列与第i项任务需求序列对应元素的绝对差值。Ai与Bj的灰色绝对关联度为

(4)

步骤2：计算灰色相对关联度γij

(5)

(6)

(7)

Ai与Bj的灰色相对关联度为

(8)

步骤3：计算灰色综合关联矩阵ψ

Ai与Bj的灰色综合关联度为ρij=θεij+(1-θ)γij,通常取θ=0.5,通过步骤1、2中的公式进行计算,可求得灰色综合关联矩阵ψ:

(9)

步骤4：计算任务需求的绝对值

若∃k,i∈{1,2,…,s}满足ρkj≥ρij,j=1,2,…,m,则称Ak优于Ai,记为Ak≥Ai;

依据以上条件,可求得弹药保障任务需求的重要度排序,该排序为偏序关系。Ai1∘Ai2∘…∘Ais,∘∈{>,≥},然后求绝对值。

若Ail>Ail+1,则任务需求的重要度权值为

λil=n-l+1

(10)

若Ail≥Ail+1,则任务需求的重要度权值为

λil=n-l+μ

(11)

式中，μ为任务需求重要度分辨因子,其取值范围为[0,1],μ的值与优势程度和分辨重要度能力成正相关关系,一般取μ=0.5。

步骤5：分析关键能力及其重要度排序

经过式(1)～(11)完成计算,将灰色综合关联矩阵和相关权值分别代入质量屋,求得弹药保障任务和弹药保障能力重要度,得到相关需求分析结论。

3 实例分析

3.1 智能化弹药保障装备任务需求指标确定

依据不同阶段弹药保障装备保障任务,智能化弹药保障装备可分为智能化弹药装卸载装备、智能化地面运输投送装备、智能化空中运输投送装备、智能化水上运输投送装备、智能化弹药配送装备、智能化弹药搬运装备等6类[8-9]，见表1所示。

表1 智能化弹药保障装备任务需求

3.2 弹药保障能力指标确定

智能化弹药保障装备能力需求分析就是要建立保障任务与保障能力的相互映射关系,因此,对16名来自科研机构、院校的从事弹药保障及智能化无人保障装备相关领域专家进行了咨询,确定了智能化弹药保障装备能力需求指标,见表2。

表2 智能化弹药保障装备保障能力需求

3.3 GQFD需求分析

按照9级标度法,邀请相关专家分别对智能化弹药保障装备保障任务需求和能力需求重要度进行评分。Ai=(ai(1),ai(2),…,ai(16),i=1,2,…,6)、Bj=(bj(1),bj(2),…,bj(16),j=1,2,…,6)分别表示智能化弹药保障装备任务需求和保障能力需求,具体打分数据见表3。

表3 专家打分表

根据式(9),在Matlab中运行程序完成相关计算,可得到智能化弹药保障装备任务需求Ai和保障能力Bj的灰色综合关联矩阵ψ:

经计算可得

表4 智能化弹药保障装备“任务需求—保障能力”质量表

从表4中可以看出:智能化弹药保障装备保障能力重要度排序为

B3>B4>B1>B6>B2>B5

由此可知,在智能化弹药保障装备能力需求中,自主协同能力最重要,其后依次为支援防护能力、态势感知能力、数据分析能力、直达配送能力、指挥决策能力。

4 结束语

本文运用IDEF建模语言构建了智能化弹药保障装备能力需求分析模型,运用GQFD方法,建立了智能化弹药保障装备“任务需求—能力需求”相互映射关系,并对智能化弹药保障装备能力需求重要度进行了排序,参照智能化弹药保障装备任务及保障能力排序,可为智能化弹药保障装备发展规划和能力建设提供科学参考,具有重要的现实意义。