基于QFD的艦載武器系統軍事需求研究

李偉波 楊大偉 戚學文

（海軍航空大學航空基礎學院 煙臺 264001）

1 引言

艦載導彈電磁垂直發射器（Electromagnetic Vertical Launcher for Shipborne Missile，EMVLSM）是一種基于電磁發射的新概念導彈垂直發射器。系統采用電磁感應力作為發射導彈的驅動力，具有多用途共架發射能力、理論效率高、隱身性和安全性好等諸多優點。受發射系統效率和能量來源等因素的制約，系統的實用化進程受到了一定局限。

武器裝備軍事需求屬于系統工程，是開展武器裝備研發首先要研究的問題［1］。軍事需求分析的目的是將提取的用戶需求映射為系統的能力需求，并對系統各項能力的關鍵性進行評估，以指導后續的裝備需求和總體設計方案的制定［2］。軍事需求分析的過程實質上是通過裝備需求的映射和評估逐步得到對系統功能結構需求的過程［3］。因此軍事需求分析是EMVLSM發展研究的重要環節，文中采用質量功能展開方法，對提取的需求進行整合和量化分析，并對EMVLSM系統軍事需求分析進行建模和評估。

2 基于指標化的EMVLSM系統軍事需求提取

2.1 EMVLSM系統軍事需求指標化設計

如何將用戶要求轉化為系統的、有層次、有條理的要求，并且具有可操作性和良好的辨識度，是開展需求提取工作的重要前提。

對需求進行提取的方法很多，但其主要目的都在于能夠清晰、系統地搜集用戶需求并且使用戶能夠直觀了解需求提取的規則［4］。在需求提取中采用指標化需求提取設計是目前各領域比較通用的做法，指標化設計具有標準統一、規范，需求內容嚴謹清晰［5］，涵蓋廣泛的優點，在軍事領域具有廣泛的應用。

武器裝備需求包含的指標很多，而且不同的武器裝備相互間也存在著差別，但歸納起來可分為特征性指標和通用性指標兩種類型。

1）特征性指標

根據武器裝備構成特點和完成作戰使命任務需要，提出能反映新研武器裝備類別和自身特點的特征性指標項目。

2）通用性指標

通用性指標涵蓋的范圍比較廣。通過總結提煉武器裝備共有特性，主要是依據裝備在綜合能力、使用及維護等方面的共性需求，提出其應當具有的共性指標。通用性指標項目通常包括以下部分：

可靠性、保障性、機動性、反應能力、生存能力、兼容性、安全性、環境適應性、人-機-環境系統工程要求、尺寸和重量要求。

2.2 EMVLSM系統軍事需求指標化提取

EMVLSM系統是電磁線圈發射技術應用于艦載平臺的導彈垂直發射裝置，是一種新概念武器裝備。由于對該領域武器系統的研究現在處于理論研究和演示驗證階段，和常規的武器裝備需求分析關注的指標有所不同，需要重點考慮發射系統的任務能力、過載控制能力、適配性等因素。并且該系統需要依托艦載平臺實現其功能，因此在選取提取需求指標時需要根據實際情況進行篩選，比如對于機動性，對該系統就沒有需求，因為系統屬于艦載平臺基礎之上，所以根據EMVLSM系統實際，對EMVLSM系統軍事需求提取的指標進行了設計，提取需求的指標具體要求如下：

1）特征性指標

發射任務能力、過載控制能力。

2）通用性指標分析

體積和重量、反應時間、系統可靠性、系統安全性、人-機-環境系統工程要求、系統綜合保障性、系統兼容性、系統擴容性。

EMVLSM系統軍事需求提取的指標化設計具有彈性，還可根據用戶的需求進行適當的剪裁或者添加，以增強用戶與需求分析人員之間的在需求認識上的契合度。

3 基于QFD的EMVLSM系統軍事需求建模與評估

質量功能展開（Quatity Function Deployment，QFD）方法最早用于制造業，特點是通過構造“質量屋”將市場或者用戶的需求逐步映射為系統功能需求，進而指導產品的結構需求和制造需求，有效解決了由于需求不明確導致產品無法滿足用戶需要的瓶頸［6］。用戶需求及其重要度（左墻）、系統功能特性（天花板）、關系矩陣（房間）、功能特性的指標及重要度（地板）、功能特性相關矩陣（屋頂）、市場競爭能力評估（右墻）、技術競爭能力評估矩陣（地下室）。

EMVLSM系統軍事需求分析的目的是將提取的用戶需求映射為系統的能力需求，并對系統各項能力的關鍵性進行評估，以指導后續的裝備需求和總體設計方案的制定。EMVLSM系統軍事需求分析的過程實質上是通過需求域間的映射和評估逐步得到對系統功能結構需求的過程。因此采用QFD作為需求分析的解決方案具有很好的適用性。

3.1 基于QFD的EMVLSM系統軍事需求建模

在進行需求量化分析之前，要建立組成“房屋”各參數的設計規范，然后聯合用戶和專家對參數進行設置，再根據關系矩陣計算得到相關數據進行評估。圖1是構建的基于QFD的EMVLSM系統軍事需求分析的質量屋的各參數。

圖1 EMVLSM系統質量屋基本參數

上一節已經通過需求指標化設計提取得到了用戶需求，但是如果不對需求指標進行整合，可能就會導致系統功能特性出現交集，這將導致關系矩陣的數據沖突或者使需求分析計算量無意義的增大，從而影響對競爭力和功能的評價，最終將影響對系統功能特性的設計。因此有必要對提取的用戶需求整合，盡可能去除交集，形成合理、簡潔的用戶需求域和功能域。

1）用戶需求域

兼容性好：與艦上其他系統有良好的兼容性；

結構合理：尺寸和重量符合艦載要求，結構緊湊；系統人機交互友好，易于操作；

發射能力強：具備通用發射能力，能夠完成對多個型號導彈、魚雷的發射能力，反應時間短；

可靠性高：系統穩定，發射裝置壽命長，易于維修保障；

具備擴展性：系統具備可擴展能力；

安全性好：系統運行安全可靠，具備自動保護功能；同時考慮發射時電場和磁場強度的因素，系統具有一定的電磁兼容能力，能夠控制發射過載保證發射導彈的安全。

2）系統功能域

兼容性能、維修保障性能、發射性能、可靠性能、艦載結構適配性能、安全性能、擴展性能。

下面要對各部分參數的指標進行描述，對每項權值及其含義進行規范，以便于用戶或者需求分析人員對其進行量化研究。

（1）用戶需求重要度 Ki(i=1，2，…，m)

構成質量屋的“左墻”，采用五級權值；

（2）關系矩陣

關系指數rij填入質量屋的“房間”中，采用五級權值；

（3）相關矩陣

相關矩陣構成質量屋的房間中的“房頂”；

○、◎、╳分別代表正相關、強相關和負相關；

（4）EMVLSM系統的裝備競爭力

構成質量屋的右墻，對第i項用戶需求其競爭力為Mi，采用五級權值；

（5）EMVLSM系統功能的重要度

此部分是構成EMVLSM系統質量屋的地板，設EMVLSM系統第j項系統功能的重要程度為hj：

（6）EMVLSM系統的技術競爭力

技術競爭力Tj表示第j項系統功能的高科技含量和技術優勢，采用五級權值；

（7）EMVLSM系統的裝備競爭力指數

對EMVLSM系統的裝備競爭力Mi進行綜合后，求出EMVLSM系統的裝備競爭力指數M；

（8）EMVLSM系統的技術競爭力指數

EMVLSM系統的技術競爭力Tj進行綜合后，求出EMVLSM系統的競爭力指數T；

（9）綜合競爭能力指數C

C值越高代表裝備綜合競爭力越強，說明裝備無論在技術還是經濟或其他綜合方面具有很高的價值。

兩項競爭力的對象除了EMVLSM系統本身，還有國內某型導彈垂直發射系統H和美國公布的類似電磁發射導彈系統EMML，選擇的依據是對比現有常規垂直發射系統和國外正在研究的最先進的電磁導彈垂直發射系統，目的是通過三個系統對比，分析評估EMVLSM系統的競爭力，以此來確定其發展的可行性和必要性，構建的軍事需求分析質量屋如圖2所示。

圖2 EMVLSM系統軍事需求分析質量屋

3.2 EMVLSM系統軍事需求的評估

1）EMVLSM系統研發的可行性和必要性

EMVLSM系統軍事需求分析的重要目的是要通過需求分析評估系統的可行性和必要性及關鍵技術。在QFD中可以通過裝備競爭力指數和技術競爭力指數以及最終的綜合競爭力指數來分析新研發的EMVLSM系統在技術先進性、國際競爭力和裝備發展的必要性。

選取的競爭對象采用了國內某型常規導彈垂直發射系統H和美國公布的類似電磁導彈彈射系統EMML。通過競爭力指數分析可以看出：

在裝備競爭能力指數Mi的評估得分：

H系統：MH=0.65

EMVLSM系統：MS=0.86

EMML系統：ME=0.90

ME＞MS＞MH其中EMVLSM系統和EMML系統得分相差不多且都遠超過H系統，說明發展EMVLSM系統將會顯著提高該類型裝備的國際競爭力。

在技術競爭能力指數Tj的計算中：

H系統：TH=0.68

EMVLSM系統：TS=0.89

EMML系統：TE=0.94

TE＞TS＞TH在技術競爭力上可以看出EMVLSM系統的技術優勢明顯高于常規的導彈發射方式，相比美國在研的EMML系統由于研究基礎和其他技術原因略有差距，但是也已經達到國際先進水平。

綜合競爭指數是兩項乘積CE＞CS＞CH，以上評估可以得出結論：發展EMVLSM系統具有很好的技術先進性，能夠明顯提高該型裝備在國際的競爭力，使系統處于國際領先水平。

2）EMVLSM系統關鍵功能

軍事需求分析的另一項重要功能在于通過評估分析裝備系統的功能重要讀排序，以找出系統關鍵功能和制約裝備發展的瓶頸。

由系統功能特性的重要度hj的計算可知，排在前三名的是：

分別對應的EMVLSM系統功能特性為

發射性能；

艦載結構適配性能；

安全性能。

從系統功能重要性矩陣分析的結果可以看出EMVLSM系統中的關鍵技術和重要核心功能為系統發射功能、艦載結構適配性和系統安全性能。因此在系統總體結構方案設計和技術攻關方面，對于提高系統的發射能力，盡量采用合理緊湊的結構設計以適應艦載導彈發射系統空間布局需求以及保證系統的安全性是EMVLSM系統需要解決的關鍵技術。

4 結語

本文以系統論的觀點建立了EMVLSM系統軍事需求分析研究框架，并針對EMVLSM系統軍事需求提取進行了指標化設計，采用了基于質量功能展開（QFD）的軍事需求建模與分析。計算得到系統功能特性的重要度hj、裝備競爭能力指數Mi和在技術競爭能力指數Tj三個重要指標，通過指標分析確定了EMVLSM系統的可行性及系統的關鍵功能。EMVLSM系統軍事需求分析的完成，為EMVLSM系統的方案設計和系統功能結構提供了支持。