基于DoDAF與QFD的武器作戰(zhàn)能力評(píng)估

熊 奇，張 翀，韓潤(rùn)繁，常雷雷，廖天俊

(1.火箭軍工程大學(xué) 裝備管理工程系， 西安 710025； 2.火箭軍駐材研所軍代室， 四川 綿陽(yáng) 621000； 3.北京系統(tǒng)工程研究所 復(fù)雜系統(tǒng)仿真總體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100015)

【后勤保障與裝備管理】

基于DoDAF與QFD的武器作戰(zhàn)能力評(píng)估

熊 奇1，張 翀2，韓潤(rùn)繁1，常雷雷1，廖天俊3

(1.火箭軍工程大學(xué) 裝備管理工程系， 西安 710025； 2.火箭軍駐材研所軍代室， 四川 綿陽(yáng) 621000； 3.北京系統(tǒng)工程研究所 復(fù)雜系統(tǒng)仿真總體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100015)

針對(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估中各指標(biāo)生成以及各指標(biāo)權(quán)重確定缺乏任務(wù)需求牽引的問(wèn)題，提出基于DoDAF與QFD武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估方法，利用DoDAF體系框架分析思路對(duì)武器裝備進(jìn)行分析，建立作戰(zhàn)目標(biāo)—作戰(zhàn)活動(dòng)—子能力映射，確定武器裝備評(píng)估指標(biāo)要素，在此基礎(chǔ)上利用QFD質(zhì)量屋建立活動(dòng)—子能力關(guān)系矩陣，確定各指標(biāo)要素模糊權(quán)重并進(jìn)行合理量化。最后以某型導(dǎo)彈武器裝備為例進(jìn)行分析，驗(yàn)證所提算法的有效性。

作戰(zhàn)能力評(píng)估；重要度；映射；矩陣

在武器裝備論證工作中，為評(píng)價(jià)裝備設(shè)計(jì)方案，通常采用作戰(zhàn)能力這一尺度去度量系統(tǒng)方案的優(yōu)劣[1]，作戰(zhàn)能力是武器裝備的固有屬性，由裝備類型、數(shù)量與技術(shù)性能指標(biāo)決定[2]。由于未來(lái)軍事需求的不確定性、模糊性和作戰(zhàn)目標(biāo)的多樣性，評(píng)價(jià)武器裝備作戰(zhàn)能力應(yīng)當(dāng)考慮作戰(zhàn)適用性，注重任務(wù)需求，全面考慮影響因素，增強(qiáng)其動(dòng)態(tài)特性[3]，簡(jiǎn)單地通過(guò)聚合武器裝備性能參數(shù)分析作戰(zhàn)能力缺乏評(píng)估的針對(duì)性和有效性。因此，面向武器裝備對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)，結(jié)合軍事需求生成武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)，獲取并科學(xué)量化各能力評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，最后確定武器裝備的評(píng)估模型，可以有效地將作戰(zhàn)能力評(píng)估與軍事需求緊密結(jié)合起來(lái)。

基于以上問(wèn)題，為了綜合全面反映武器裝備的作戰(zhàn)能力，本文利用美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)，模糊質(zhì)量功能展開QFD(Quality Function Deployment)法[4]，給出了一種基于DoDAF與QFD的武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估的通用方法。

1 DoDAF映射和QFD方法

1.1 基于DoDAF作戰(zhàn)活動(dòng)到能力的映射

美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具的典型代表。作為一項(xiàng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，它解決了從多個(gè)方面按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范描述復(fù)雜系統(tǒng)的難題[5]。不僅啟示工業(yè)界，同時(shí)在軍事界、學(xué)術(shù)界引起了極大的重視。隨著武器裝備軍事需求越來(lái)越多樣，裝備結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，集成度越來(lái)越高，單件武器裝備也可以包含若干子系統(tǒng)，這使其具備了體系的特征。因此可以利用DoDAF體系結(jié)構(gòu)分析思路對(duì)裝備進(jìn)行分析，通過(guò)作戰(zhàn)目標(biāo)—作戰(zhàn)活動(dòng)—子能力的映射關(guān)系可以由作戰(zhàn)目標(biāo)分析出作戰(zhàn)活動(dòng)以及子能力，如圖1。

圖1 DoDAF作戰(zhàn)目標(biāo)分解示意圖

1.2 基于QFD的分解

QFD (quality function deployment)這一概念由日本質(zhì)量專家赤尾洋二于1966年首次提出[6]，目的是為了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就確定出制造過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)，減少生產(chǎn)初期錯(cuò)誤的發(fā)生。QFD方法是一種面向用戶需求的產(chǎn)品開發(fā)決策方法[7]，可將顧客需求逐級(jí)分解為有關(guān)的技術(shù)特性，并且通過(guò)對(duì)各級(jí)技術(shù)要求等項(xiàng)目的重要度加權(quán)評(píng)價(jià)找出對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及其關(guān)鍵作用的影響因素。通過(guò)利用圖2的質(zhì)量屋(HOQ)清晰直觀地、定性定量相結(jié)合地把用戶需求多層次的展開到產(chǎn)品工程特性、零部件特性、工藝要求和生產(chǎn)操作等各階段。利用QFD逐級(jí)分解并對(duì)重要度加權(quán)原理，運(yùn)用質(zhì)量屋分析工具建立總目標(biāo)分解出的作戰(zhàn)活動(dòng)和子能力的關(guān)系矩陣，最后得到武器裝備各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。

2 裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估流程

2.1 基于DoDAF作戰(zhàn)目標(biāo)分解

根據(jù)武器裝備的作戰(zhàn)總目標(biāo)，利用DoDAF分析工具中目標(biāo)到作戰(zhàn)活動(dòng)映射關(guān)系矩陣、作戰(zhàn)活動(dòng)到子能力映射關(guān)系矩陣，分析出武器裝備完成作戰(zhàn)總目標(biāo)需要經(jīng)過(guò)m項(xiàng)作戰(zhàn)活動(dòng)(M1,M2,…，Mm)，完成這些活動(dòng)應(yīng)具備n項(xiàng)子能力(Q1,Q2,….，Qn)。

圖2 質(zhì)量屋

2.2 建立質(zhì)量屋

建立如圖3所示質(zhì)量屋，首先確定各作戰(zhàn)活動(dòng)對(duì)于總目標(biāo)的重要度Wi，其次確定各項(xiàng)子能力對(duì)于各項(xiàng)作戰(zhàn)活動(dòng)的重要度矩陣Rij，最后得出武器裝備各子能力綜合重要度Xj。

圖3 作戰(zhàn)活動(dòng)質(zhì)量屋

2.3 處理重要度

作戰(zhàn)活動(dòng)與子能力之間的相互關(guān)系是由專家根據(jù)自己的背景知識(shí)和所處的觀察角度所確定的，對(duì)某一需求的評(píng)估勢(shì)必會(huì)有不同的看法，另外讓專家以精確的數(shù)值描述兩者之間的關(guān)系，不太容易實(shí)現(xiàn)。因此專家對(duì)于重要度的評(píng)估結(jié)果是一個(gè)模糊值，利用基于α-截集的模糊加權(quán)平均方法合理地處理模糊的專家評(píng)價(jià)結(jié)果，可以得到科學(xué)準(zhǔn)確的權(quán)重系數(shù)，建立可靠的效能評(píng)估模型。

1) 數(shù)學(xué)模型

(3)

式中Dkj是子能力自相關(guān)對(duì)稱矩陣。定義第j項(xiàng)子能力重要度為

….,n

(4)

2) 基于α-截集模糊加權(quán)平均

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

式(9)、(10)中i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;t,vi≥0。

j=1,2,….,n

(11)

式中，α1、.α2….、αN是不同的α截集水平，滿足α1<….<αN=1。由式(11)計(jì)算子能力不同α-截去模糊值。

2.4 武器裝備子能力聚合

子能力到作戰(zhàn)能力的聚合采用加權(quán)聚合的方法獲得[9]。加權(quán)聚合包括加權(quán)積與加權(quán)和兩類聚合方法。加權(quán)積適用于評(píng)價(jià)武器裝備組合的整體能力，強(qiáng)調(diào)裝備的所有能力均衡發(fā)展才能達(dá)到整體能力最大，其公式表示

(12)

其中，j=1,2,…,m。

加權(quán)和適用于評(píng)價(jià)子能力相互獨(dú)立的武器裝備，強(qiáng)調(diào)裝備各種能力的一個(gè)綜合評(píng)估值。其公式表示

(13)

其中，k=1,2,…，l。

3 實(shí)例分析

3.1 某型號(hào)導(dǎo)彈D的作戰(zhàn)活動(dòng)分析

利用某型導(dǎo)彈對(duì)某戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施遠(yuǎn)程精確打擊，通過(guò)DoDAF體系框架分析方法對(duì)該型號(hào)導(dǎo)彈作戰(zhàn)目標(biāo)進(jìn)行分解，如圖4所示：T0～T1時(shí)間段接到命令點(diǎn)火發(fā)射后，導(dǎo)彈在大氣層內(nèi)飛行；T1～T2時(shí)間段穿過(guò)大氣層進(jìn)入中段飛行，T2～T3時(shí)間段到達(dá)目標(biāo)區(qū)域之后進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整，而后T3～T4時(shí)間段鎖定目標(biāo)，做好再入大氣層準(zhǔn)備，T4～T5時(shí)間段對(duì)敵軍防御體系進(jìn)行突破。T5～T6時(shí)間段戰(zhàn)斗部引爆摧毀目標(biāo)。

圖4 作戰(zhàn)活動(dòng)分解示意圖

導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)活動(dòng)分解視圖共6項(xiàng)作戰(zhàn)活動(dòng)，分析各項(xiàng)活動(dòng)需要的子能力，得到如圖5所示的活動(dòng)到能力映射關(guān)系視圖。

作戰(zhàn)活動(dòng)子能力加速能力通信能力時(shí)序控制能力制導(dǎo)能力姿態(tài)調(diào)整能力目標(biāo)鎖定能力機(jī)動(dòng)變軌能力信息處理能力彈頭穩(wěn)定能力毀傷能力M1M2M3M4M5M6

圖5 作戰(zhàn)活動(dòng)—子能力映射關(guān)系

3.2 子能力重要度處理

首先利用專家經(jīng)驗(yàn)確定作戰(zhàn)活動(dòng)的權(quán)重，專家使用語(yǔ)言變量描述需求重要度，具有模糊性和不確定性，可以把它們表達(dá)成三角模糊數(shù)，進(jìn)行模糊加權(quán)平均[10]。將重要度分為5個(gè)等級(jí)：幾乎不重要、較不重要、重要、較重要、非常重要。定義相應(yīng)的三角模糊數(shù)分別為(0,0,0.2)、(0,0.25,0.5)、(0.3,0.5,0.7)、(0.6,0.8,1)和(0.8,1,1)。根據(jù)三角模糊數(shù)運(yùn)算法則計(jì)算8位軍事專家對(duì)6項(xiàng)作戰(zhàn)活動(dòng)重要度的評(píng)估，計(jì)算公式見式(13)，計(jì)算結(jié)果見表2。

i=1,2,…,6

(15)

表2 作戰(zhàn)活動(dòng)權(quán)重

接著利用質(zhì)量屋建立作戰(zhàn)活動(dòng)—子能力關(guān)系矩陣。作戰(zhàn)活動(dòng)與子能力之間的相關(guān)性度量以及子能力之間的自相關(guān)度用5等級(jí)的語(yǔ)言變量描述，分別為很弱、較弱、中度、較強(qiáng)、強(qiáng)。定義相應(yīng)的三角模糊數(shù)分別為(0,0,0.2)，(0,0.25,0.5)、(0.3,0.5,0.7)、(0.6,0.8,1)和(0.8,1,1)。如圖6所示。

通過(guò)專家打分法構(gòu)建作戰(zhàn)活動(dòng)相關(guān)關(guān)系矩陣，再利用式(16)綜合專家的評(píng)估結(jié)果，計(jì)算結(jié)果省略。

i=1,2,…,6;j=1,2,…,9

(16)

應(yīng)用式(9)和式(10)計(jì)算子能力重要度的α-截集的上、下限，見表3。表3所列之值暗示了獲取信息的可能性水平和不確定程度。值越大可能性越大，不確定程度越低。

圖6 作戰(zhàn)活動(dòng)質(zhì)量屋

子能力α-截集α00．10．20．30．40．50．60．70．80．91．0Q1(Yj)Lα0．29010．32100．35310．38090．41130．44010．47230．50340．53680．56430．5931(Yj)Uα0．90040．87240．84010．81830．78440．75410．72040．68820．65790．62520．5931Q2(Yj)Lα0．48420．52640．56870．61110．65360．69610．73860．78120．82380．86660．9095(Yj)Uα1．31211．27251．23281．19291．15291．11271．07241．03190．99120．95040．9095Q3(Yj)Lα0．35660．38670．41690．44710．47720．50730．53750．56760．59780．62790．6580(Yj)Uα0．93500．90810．88090．85360．82620．79860．77080．74280．71470．68640．6580Q4(Yj)Lα0．47360．51380．55130．59430．63970．67450．72130．76320．80120．85010．8902(Yj)Uα1．24631．20951．19541．15681．11081．07341．03040．99040．95010．92060．8902Q5(Yj)Lα0．28180．31090．34210．37120．40340．43230．46340．49230．52560．55340．5801(Yj)Uα0．89560．86230．83770．80630．75230．74670．71450．67340．64430．61520．5801Q6(Yj)Lα0．44150．48000．51830．55640．59470．63310．67170．71050．74940．78850．8278(Yj)Uα1．17831．14461．11051．07621．04151．00660．97140．93590．90010．86410．8278Q7(Yj)Lα0．41030．44100．48150．52090．55430．59260．62040．66140．69510．73010．7693(Yj)Uα1．10421．07191．04031．00620．97150．93890．90010．86030．83340．80090．7693Q8(Yj)Lα0．35070．38170．41270．44380．47490．50610．53730．56850．59980．63110．6625(Yj)Uα0．98040．94960．91860．88740．85600．82430．79240．76020．72790．69530．6625Q9(Yj)Lα0．13370．15250．17150．19050．20960．22880．24800．26740．28680．30630．3259(Yj)Uα0．55910．55180．54450．51720．48990．46250．43520．40790．38060．35320．3259Q10(Yj)Lα0．38660．41670．44690．47710．50720．53730．56750．59760．62780．65790．6890(Yj)Uα0．97500．94810．91090．88360．85620．83860．80080．77280．74470．71640．6890

由式(11)計(jì)算出每個(gè)子能力的去模糊值，并進(jìn)行歸一處理，得到如表4所示結(jié)果。

表4 子能力權(quán)重

3.3 導(dǎo)彈武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估

導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力依靠各子能力共同支撐，各子能力必須協(xié)同發(fā)揮才能使導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力達(dá)到最佳。因此該型號(hào)導(dǎo)彈武器裝備的作戰(zhàn)能力為

(17)

4 結(jié)論

1) 結(jié)合作戰(zhàn)目標(biāo)，利用QFD質(zhì)量屋工具可以建立武器裝備作戰(zhàn)活動(dòng)與子能力關(guān)系矩陣，得出子能力模糊權(quán)重，建立起緊貼作戰(zhàn)目標(biāo)的武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)。

2) 利用三角模糊數(shù)可以科學(xué)地量化武器裝備子能力評(píng)估各指標(biāo)的權(quán)重。

3) 根據(jù)該方法建立起的武器裝備作戰(zhàn)能力評(píng)估模型，可以確定影響裝備作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵能力指標(biāo)。

[1] 吳堅(jiān),郭齊勝,穆歌,等.基于主成分分析方法的作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)能力生成研究[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào),2014(1):120-124.

[2] 樊延平,郭齊勝,王金良.面向任務(wù)的裝備體系作戰(zhàn)能力需求滿足度分析方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2016,38(8):1826-1832.

[3] 董健,胡海波,陳桂明,等.面向任務(wù)需求的武器裝備作戰(zhàn)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].價(jià)值工程,2013(26):312-313.

[4] 王雪崢,許雪梅.基于DoDAF的靶場(chǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2013,33(1):249-254.

[5] 劉通,王靜濱,張朝杰.裝備效能評(píng)估中加權(quán)求和模型的改進(jìn)與應(yīng)用[J].火力指揮與控制,2009,16(9):44-46.

[6] 劉鴻恩,張列平.質(zhì)量功能展開(QFD)理論與方法——研究進(jìn)展綜述[J].系統(tǒng)工程,2000,18(2):1-6.

[7] HAUSE M.The Unified Profile for DoDAF/MODAF (UPDM) enabling systems of systems on many levels[C]// Systems Conference.[S.l.]:[s.n.],2010:426-431.

[8] 赤尾,洋二.インタビュ- 赤尾洋二氏——「赤尾賞」はQFDが日本生まれのあかし[J].Nikkei Mechanical,1996.

[9] 面向客戶需求的精益產(chǎn)品開發(fā)方法研究[D].上海：上海交通大學(xué),2012.

[10] 韓朝超,黃樹彩.末端反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型研究[J].火力指揮與控制,2010,17(1):14-17.

EffectivenessEvaluationofMissileWeaponBasedonDoDAFandQFD

XIONG Qi1, ZHANG Chong2, HAN Runfan1, CHANG Leilei1, LIAO Tianjun3

(1.Department of Management, High-Tech Institute of Xi’an, Xian 710025, China; 2.The Office of Rocket Army stationed Material Institute of Military，Mianyang 621000, China; 3.Beijing Institute of System Engineering, State Key Laboratory of Complex System Simulation, Beijing 100015, China)

The index generation and weight determination of each index of weapon effectiveness evaluation are lack of traction of task demand, and the method based on department of Defense Architecture Framework (DoDAF) and Quality Function Deployment (QFD) is proposed to evaluate the efficiency of weapon. The analytic system of the DoDAF framework is used to analysis weapons and establish map of operational objectives-operational activities-sub capability to determinate evaluation index of weapon equipment. On this basis, the QFD quality housing is used to establish relationship matrix between activities and capacity so that the fuzzy weight of each index element is confirmed and reasonably quantifiable. Finally, A certain type of missile weapon equipment is taken as an example to verify the effectiveness of the proposed algorithm.

combat capability evaluation; importance; map; matrix

2017-05-12；

2017-06-10

熊奇(1992—)，男，碩士，主要從事國(guó)防工程與項(xiàng)目管理研究。

10.11809/scbgxb2017.10.019

本文引用格式：熊奇，張翀，韓潤(rùn)繁，等.基于DoDAF與QFD的武器作戰(zhàn)能力評(píng)估[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(10):91-96.

formatXIONG Qi, ZHANG Chong, HAN Runfan, et al.Effectiveness Evaluation of Missile Weapon Based on DoDAF and QFD [J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(10):91-96.

E917

A

2096-2304(2017)10-0091-06

(責(zé)任編輯楊繼森)