基于灰关联分析的疆区多功能无人机作战能力需求分析

朱虎　胡锦强

【摘 要】质量功能展开方法（Quality Function Deployment，QFD）是实现装备任务需求到能力需求的映射转换的有效手段。传统QFD质量屋（House of Quality，HOQ）中任务需求重要度和关联系数通常依赖专家直接打分，主观性强、准确性差。将灰色系统理论引入QFD，首先利用灰关联分析方法计算任务序列与能力序列的灰关联度并构建关联矩阵，其次利用优势分析得到任务需求重要度。建立QFD质量屋，计算无人机作战能力的重要度并排序，得到重要度最大即最关键的作战能力为“可见光/热红外实时外摄录能力”和“大容量/长距离通信能力”，研究结论与疆区反恐部队对于无人机的现实能力需求一致，验证了本文方法的有效性。

【关键词】灰关联分析；质量功能展开；无人机；能力需求

中图分类号：E277 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0056-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.023

Requirement Analysis of Multifunctional UAV's Fighting Capability for Xinjiang Region Based on Gray Relational Analysis

ZHU Hu1，2 HU Jin-qiang1

（1.College of Equipment Support and Management， Engineering University of CAPF， Xian Shanxi 710086， China；

2.Second Motorized Detachment， Second Motorized Corps of CAPF， Wuxi Jiangsu 214000， China）

【Abstract】Quality Function Deployment （QFD）is an effective method to achieve the mapping transformation from equipments mission requirement to capability requirement. The mission requirement and correlation coefficient in traditional QFDs house of quality（HOQ） depend on the experts marking， thus， the objectivity and precision is low. Firstly ， the gray theory is introduced into QFD ， the gray correlation degree between mission sequence and capability sequence is calculated with gray relational analysis， the incidence matrix is established. Secondly， the importance degree of mission requirement is obtained with the advantage analysis. The importance degree of capability requirement is calculated based on the HOQ， by means of ranking， we can see that the key Fighting Capability is “real-time thermal/infrared record capability” and “high capacity and long distance communication capacity”， the research result conforms to Xinjiang troops practical requirement of Multifunctional UAV. Therefore the effectiveness of this method is proved.

【Key words】Gray relational analysis； Quality Function Deployment； UAV； Capability requirement

反恐多功能无人机因其低成本、高机动性、高安全性、便捷实用等优势，反恐任务领域中扮演着越来越重要的角色[1-2]。我国新疆地域广阔，地形复杂，气候多变，民族、宗教问题尖锐，反恐维稳形势严峻。针对疆区独特的地理、气候和社会环境，现阶段研究多功能、多任务、单架次、低小慢无人机仍然具有现实的社会和军事效益[3-4]，也是针对疆区多任务无人机群研究的基础。

传统QFD方法通常采用层次分析法、主观赋权、直接打分等方法确定顾客需求的重要度，存在主观性强、准确性差的缺陷。针对此问题，国内外许多学者对传统QFD方法的改进做了许多探索和研究，主要有：QFD与模糊综合评判法相结合[5]，QFD与网络层次分析法相结合[6-7]，QFD与TRIZ方法相结合[8]等。这些方法在一定程度上提高了顾客需求重要度的准确性，但计算过程都比较繁琐，实用性不强。文献[9]、文献[10]利用GQFD对反恐装备战技性能进行了需求分析，但其专家调查样本较小，功能任务和战技性能指标也不能完全反映装备的现实需求。本文利用基于灰关联分析的质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）方法 —GQFD（Gray QFD），将低小慢無人机的多功能、多任务需求通过映射分析，转换成具体的作战能力需求，通过灰关联分析方法计算出各项能力需求的重要度，从而进行合理排序，为疆区多功能无人机的进一步研制提供决策依据。GQFD不仅具有传统QFD方法以任务需求为牵引、把定性分析转换为定量分析的优点，而且能有效地减少人为评价因素带来的干扰。

1 基于產品顾客需求/装备任务驱动的QFD

质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）于1966年首次提出。QFD是把产品顾客需求经过多层次演绎分析，转化为产品的设计要求、零部件特性、工艺要求等的质量工程工具，并确定出决定产品质量的关键技术特性，其本质是一种从顾客需求到工程措施的映射转化方法[11-13]。目前QFD已成为企业产品开发的一个强有力的工具，广泛应用于产品开发、服务改进、战略规划等领域，在军事领域特别是装备需求分析中发挥了重要作用。

QFD的核心模型是“质量屋”（House of Quality，HOQ），通过量化分析确定顾客需求与工程措施之间的关系矩阵，质量屋主要由7个部分组成，基本框架如图1所示，其中代码分别为：

武器装备的需求分析和民用产品的需求定型分析具有相似之处，都是由需求驱动，将任务需求/顾客需求的模糊的定性描述转化为较为具体明确的能力需求/产品特性，从而指导装备/产品的设计、生产，QFD方法应用在装备需求分析时，以作战任务需求为输入，经过映射转化，输出装备的作战能力需求，其过程如图2所示。

2 GQFD方法

传统QFD方法中顾客需求重要度的确定存在主观性强、准确性差的缺点，而且工程措施与顾客需求之间的关联系数依赖于专家打分，受人为因素的影响较大。GQFD是通过灰关联分析对任务的需求重要度进行排序，以序关系确定重要度，而不过分关注关联度数值的大小，以灰关联矩阵替代HOQ中的关联矩阵，能有效地减少人为因素带来的干扰，使需求分析结果更客观、精确，提高可信度。

GQFD方法将顾客需求与工程措施重要度分别作为系统特征行为序列与相关因素行为序列，计算得到灰关联矩阵，再将所得灰关联矩阵作为顾客需求与工程措施之间的相关关系矩阵[14]。GQFD质量屋构造如图3所示。GQFD方法的核心在于用灰关联矩阵替代传统QFD方法中的关系矩阵，将灰关联矩阵和任务重要度绝对权值填入HOQ，而后按照质量功能展开确定关键工程措施，其计算过程如图4所示。

在完成步骤1到步骤4的基础上，将Ψ和λ填入质量屋，按照传统QFD方法进行需求分析，得到无人机作战能力需求的重要度及其排序，从而确定关键能力。

从上述计算过程和图4可以看出，传统QFD是直接针对任务需求的重要度和关系矩阵进行打分，而GQFD的专家打分是对任务需求和作战能力进行独立打分，这也是GQFD方法较QFD方法能很好地减少人为因素干扰的原因。

3 多任务无人机的GQFD分析

3.1 任务需求和能力需求确定

新疆是我国反分裂、反渗透、反恐怖斗争的前沿地区，也是暴恐事件频发的热点地区，反恐形势严峻。其地域广阔，地形地貌复杂多变，温差变化大、风沙多，自然环境恶劣。武警部队担负着多样化使命任务，深入疆区任务分队进行问卷调查，并利用德尔菲法汇总专家和一线指挥员关于反恐无人机应承担的作战任务和应具备的具体作战能力，从而提炼出8项主要作战任务需求和12项作战能力需求，如表1所示。

3.2 GQFD分析

邀请25名知名专家和任务分队指挥员，按照无人机作战任务和作战能力需求的重要程度采用1～9的9级标度法对其进行分别打分，其中1表示不重要，9表示非常重要，从1到9表示重要程度逐渐递增，如表2所示。

求出任务需求Yi和战技性能Xj的灰色综合关联度矩阵ψ：

进行无人机任务需求重要度排序，得到灰关联序关系：

从而可得：

根据所得的排序关系，按照式（11）定义的赋权方法，将灰关联序转换为任务需求重要度的绝对权值，取μ=0.5，可得：

构建作战能力需求分析质量屋，填入任务需求重要绝对权值λi和灰关联综合矩阵ψ，而后按照传统QFD方法进行质量功能展开，得到疆区多功能无人机作战能力Xj的重要度及其序关系，如图5所示。

由图5计算结果可得疆区多功能无人机的战技性能需求重要度排序：

无人机的X3和X7两项作战能力需求重要度最大，其他作战能力虽然排序靠后，但重要度值相差不大。即“可见光/热红外实时外摄录能力”和“大容量/长距离通信能力”最为关键，应列为核心技术问题加以突破，而其他作战能力也应予以重视。同时这一结论也客观反映出疆区无人机的首要作战任务是“侦查”和“通信中继”。

4 结束语

本文采用基于灰关联分析的质量功能展开方法对疆区多功能、低小慢无人机的作战能力需求进行了需求分析，在一定程度上克服了传统QFD映射分析矩阵主观性强、准确性差的缺陷。通过灰关联度的计算和优势分析，建立了作战能力需求分析质量屋，分析得到重要度排序，其中“可见光/热红外实时外摄录能力”和“大容量/长距离通信能力”最为关键，可指导疆区无人机研制中的核心技术问题的确定。研究结论符合疆区部队对无人机作战能力需求的客观实际，说明了本文方法在装备需求论证领域的实用性和有效性。

【参考文献】

[1]祁圣君，井立，王亚龙.无人机系统及发展趋势综述[J] . 飞航导弹，2018，04（05）：17-21.

[2]卢俊文，王倩营.无人机演变与发展研究综述[J]. 飞航导弹，2017，11（02）：45-48.

[3]梅传强，童春荣.总体国家安全观视角下的预防性反恐研究—以十九大报告为切入点[J].现代法学，2018，40（01）：145-156.

[4]Selim Zaim， Mehmet Sevkli， Hatice Camg？觟z-Akdagg， et. Use of ANP weighted crisp and fuzzy QFD for product development[J]. Expert Systems With Applications， 2014， 41（9） ：33-38.

[5]Chuanmin Mi， Weiguo Xia. Prioritizing technical requirements in QFD by integrating grey relational analysis method and analytic network process approach[J]. Grey Systems： Theory and Application， 2015， 5（1） ：117-126.

[6]Patil， Chandrashekhar K. Husain， M. Halegowda， N.V. Study of Quality Function Deployment Model Based on Artificial Neural Network with Optimization Techniques[J]. Journal of Advanced Manufacturing Systems，？2018，17 ： 119-136.

[7]Francia， D. Caligiana， G. Liverani， et. PrinterCAD： a QFD and TRIZ integrated design solution for large size open moulding manufacturing[J]. International Journal on Interactive Design and Manufacturing， 2018， 12： 81-94.

[8]邵云飞，杜欣，唐小我.基于6σ/QFD/TRIZ集成的产品创新设计方法[J].系统工程，2011，29（04）：77-83.

[9]陈毅雨.基于GQFD的警用反恐无人机战技性能需求分析[J]. 火力指挥与控制，2016，9（41）：142-150.

[10]何帆，黄东，李其祥，朱永杰.基于GQFD的新型装甲防暴车战技性能重要度分析[J].军械工程学院学报，2016，28（03）：1-5.

[11]樊延平，郭齐胜.面向装备发展形态的装备需求论证方法研究[J]. 论证与研究，2016，32（1）：10-14.

[12]董志明.装备需求论证工程化理论与方法研究[D]. 北京：装甲兵工程学院，2013.

[13]郭齐胜，樊延平，穆歌，等.装备需求论证理论与方法[M]. 北京：电子工业出版社，2017：61-65.

[14]張彤，张敏芳.基于灰色理论的设备状态趋势预测建模及应用研究[J].军械工程学院学报，2014，26（01）：21-26.