李偉波 楊大偉 戚學(xué)文

（海軍航空大學(xué)航空基礎(chǔ)學(xué)院 煙臺(tái) 264001）

1 引言

艦載導(dǎo)彈電磁垂直發(fā)射器（Electromagnetic Vertical Launcher for Shipborne Missile，EMVLSM）是一種基于電磁發(fā)射的新概念導(dǎo)彈垂直發(fā)射器。系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)力作為發(fā)射導(dǎo)彈的驅(qū)動(dòng)力，具有多用途共架發(fā)射能力、理論效率高、隱身性和安全性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。受發(fā)射系統(tǒng)效率和能量來(lái)源等因素的制約，系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程受到了一定局限。

武器裝備軍事需求屬于系統(tǒng)工程，是開(kāi)展武器裝備研發(fā)首先要研究的問(wèn)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(tǒng)的能力需求，并對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)能力的關(guān)鍵性進(jìn)行評(píng)估，以指導(dǎo)后續(xù)的裝備需求和總體設(shè)計(jì)方案的制定［2］。軍事需求分析的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是通過(guò)裝備需求的映射和評(píng)估逐步得到對(duì)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)需求的過(guò)程［3］。因此軍事需求分析是EMVLSM發(fā)展研究的重要環(huán)節(jié)，文中采用質(zhì)量功能展開(kāi)方法，對(duì)提取的需求進(jìn)行整合和量化分析，并對(duì)EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析進(jìn)行建模和評(píng)估。

2 基于指標(biāo)化的EMVLSM系統(tǒng)軍事需求提取

2.1 EMVLSM系統(tǒng)軍事需求指標(biāo)化設(shè)計(jì)

如何將用戶要求轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的、有層次、有條理的要求，并且具有可操作性和良好的辨識(shí)度，是開(kāi)展需求提取工作的重要前提。

對(duì)需求進(jìn)行提取的方法很多，但其主要目的都在于能夠清晰、系統(tǒng)地搜集用戶需求并且使用戶能夠直觀了解需求提取的規(guī)則［4］。在需求提取中采用指標(biāo)化需求提取設(shè)計(jì)是目前各領(lǐng)域比較通用的做法，指標(biāo)化設(shè)計(jì)具有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、規(guī)范，需求內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)清晰［5］，涵蓋廣泛的優(yōu)點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

武器裝備需求包含的指標(biāo)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(lái)可分為特征性指標(biāo)和通用性指標(biāo)兩種類型。

1）特征性指標(biāo)

根據(jù)武器裝備構(gòu)成特點(diǎn)和完成作戰(zhàn)使命任務(wù)需要，提出能反映新研武器裝備類別和自身特點(diǎn)的特征性指標(biāo)項(xiàng)目。

2）通用性指標(biāo)

通用性指標(biāo)涵蓋的范圍比較廣。通過(guò)總結(jié)提煉武器裝備共有特性，主要是依據(jù)裝備在綜合能力、使用及維護(hù)等方面的共性需求，提出其應(yīng)當(dāng)具有的共性指標(biāo)。通用性指標(biāo)項(xiàng)目通常包括以下部分：

可靠性、保障性、機(jī)動(dòng)性、反應(yīng)能力、生存能力、兼容性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程要求、尺寸和重量要求。

2.2 EMVLSM系統(tǒng)軍事需求指標(biāo)化提取

EMVLSM系統(tǒng)是電磁線圈發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于艦載平臺(tái)的導(dǎo)彈垂直發(fā)射裝置，是一種新概念武器裝備。由于對(duì)該領(lǐng)域武器系統(tǒng)的研究現(xiàn)在處于理論研究和演示驗(yàn)證階段，和常規(guī)的武器裝備需求分析關(guān)注的指標(biāo)有所不同，需要重點(diǎn)考慮發(fā)射系統(tǒng)的任務(wù)能力、過(guò)載控制能力、適配性等因素。并且該系統(tǒng)需要依托艦載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)其功能，因此在選取提取需求指標(biāo)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行篩選，比如對(duì)于機(jī)動(dòng)性，對(duì)該系統(tǒng)就沒(méi)有需求，因?yàn)橄到y(tǒng)屬于艦載平臺(tái)基礎(chǔ)之上，所以根據(jù)EMVLSM系統(tǒng)實(shí)際，對(duì)EMVLSM系統(tǒng)軍事需求提取的指標(biāo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提取需求的指標(biāo)具體要求如下：

1）特征性指標(biāo)

發(fā)射任務(wù)能力、過(guò)載控制能力。

2）通用性指標(biāo)分析

體積和重量、反應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)安全性、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程要求、系統(tǒng)綜合保障性、系統(tǒng)兼容性、系統(tǒng)擴(kuò)容性。

EMVLSM系統(tǒng)軍事需求提取的指標(biāo)化設(shè)計(jì)具有彈性，還可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)募舨没蛘咛砑?，以增?qiáng)用戶與需求分析人員之間的在需求認(rèn)識(shí)上的契合度。

3 基于QFD的EMVLSM系統(tǒng)軍事需求建模與評(píng)估

質(zhì)量功能展開(kāi)（Quatity Function Deployment，QFD）方法最早用于制造業(yè)，特點(diǎn)是通過(guò)構(gòu)造“質(zhì)量屋”將市場(chǎng)或者用戶的需求逐步映射為系統(tǒng)功能需求，進(jìn)而指導(dǎo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)需求和制造需求，有效解決了由于需求不明確導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法滿足用戶需要的瓶頸［6］。用戶需求及其重要度（左墻）、系統(tǒng)功能特性（天花板）、關(guān)系矩陣（房間）、功能特性的指標(biāo)及重要度（地板）、功能特性相關(guān)矩陣（屋頂）、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力評(píng)估（右墻）、技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力評(píng)估矩陣（地下室）。

EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析的目的是將提取的用戶需求映射為系統(tǒng)的能力需求，并對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)能力的關(guān)鍵性進(jìn)行評(píng)估，以指導(dǎo)后續(xù)的裝備需求和總體設(shè)計(jì)方案的制定。EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是通過(guò)需求域間的映射和評(píng)估逐步得到對(duì)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)需求的過(guò)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(tǒng)軍事需求建模

在進(jìn)行需求量化分析之前，要建立組成“房屋”各參數(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)范，然后聯(lián)合用戶和專家對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，再根據(jù)關(guān)系矩陣計(jì)算得到相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。圖1是構(gòu)建的基于QFD的EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析的質(zhì)量屋的各參數(shù)。

圖1 EMVLSM系統(tǒng)質(zhì)量屋基本參數(shù)

上一節(jié)已經(jīng)通過(guò)需求指標(biāo)化設(shè)計(jì)提取得到了用戶需求，但是如果不對(duì)需求指標(biāo)進(jìn)行整合，可能就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能特性出現(xiàn)交集，這將導(dǎo)致關(guān)系矩陣的數(shù)據(jù)沖突或者使需求分析計(jì)算量無(wú)意義的增大，從而影響對(duì)競(jìng)爭(zhēng)力和功能的評(píng)價(jià)，最終將影響對(duì)系統(tǒng)功能特性的設(shè)計(jì)。因此有必要對(duì)提取的用戶需求整合，盡可能去除交集，形成合理、簡(jiǎn)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(tǒng)有良好的兼容性；

結(jié)構(gòu)合理：尺寸和重量符合艦載要求，結(jié)構(gòu)緊湊；系統(tǒng)人機(jī)交互友好，易于操作；

發(fā)射能力強(qiáng)：具備通用發(fā)射能力，能夠完成對(duì)多個(gè)型號(hào)導(dǎo)彈、魚(yú)雷的發(fā)射能力，反應(yīng)時(shí)間短；

可靠性高：系統(tǒng)穩(wěn)定，發(fā)射裝置壽命長(zhǎng)，易于維修保障；

具備擴(kuò)展性：系統(tǒng)具備可擴(kuò)展能力；

安全性好：系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，具備自動(dòng)保護(hù)功能；同時(shí)考慮發(fā)射時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度的因素，系統(tǒng)具有一定的電磁兼容能力，能夠控制發(fā)射過(guò)載保證發(fā)射導(dǎo)彈的安全。

2）系統(tǒng)功能域

兼容性能、維修保障性能、發(fā)射性能、可靠性能、艦載結(jié)構(gòu)適配性能、安全性能、擴(kuò)展性能。

下面要對(duì)各部分參數(shù)的指標(biāo)進(jìn)行描述，對(duì)每項(xiàng)權(quán)值及其含義進(jìn)行規(guī)范，以便于用戶或者需求分析人員對(duì)其進(jìn)行量化研究。

（1）用戶需求重要度 Ki(i=1，2，…，m)

構(gòu)成質(zhì)量屋的“左墻”，采用五級(jí)權(quán)值；

（2）關(guān)系矩陣

關(guān)系指數(shù)rij填入質(zhì)量屋的“房間”中，采用五級(jí)權(quán)值；

（3）相關(guān)矩陣

相關(guān)矩陣構(gòu)成質(zhì)量屋的房間中的“房頂”；

○、◎、╳分別代表正相關(guān)、強(qiáng)相關(guān)和負(fù)相關(guān)；

（4）EMVLSM系統(tǒng)的裝備競(jìng)爭(zhēng)力

構(gòu)成質(zhì)量屋的右墻，對(duì)第i項(xiàng)用戶需求其競(jìng)爭(zhēng)力為Mi，采用五級(jí)權(quán)值；

（5）EMVLSM系統(tǒng)功能的重要度

此部分是構(gòu)成EMVLSM系統(tǒng)質(zhì)量屋的地板，設(shè)EMVLSM系統(tǒng)第j項(xiàng)系統(tǒng)功能的重要程度為hj：

（6）EMVLSM系統(tǒng)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力

技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力Tj表示第j項(xiàng)系統(tǒng)功能的高科技含量和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用五級(jí)權(quán)值；

（7）EMVLSM系統(tǒng)的裝備競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)

對(duì)EMVLSM系統(tǒng)的裝備競(jìng)爭(zhēng)力Mi進(jìn)行綜合后，求出EMVLSM系統(tǒng)的裝備競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)M；

（8）EMVLSM系統(tǒng)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)

EMVLSM系統(tǒng)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力Tj進(jìn)行綜合后，求出EMVLSM系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)T；

（9）綜合競(jìng)爭(zhēng)能力指數(shù)C

C值越高代表裝備綜合競(jìng)爭(zhēng)力越強(qiáng)，說(shuō)明裝備無(wú)論在技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)或其他綜合方面具有很高的價(jià)值。

兩項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)力的對(duì)象除了EMVLSM系統(tǒng)本身，還有國(guó)內(nèi)某型導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)H和美國(guó)公布的類似電磁發(fā)射導(dǎo)彈系統(tǒng)EMML，選擇的依據(jù)是對(duì)比現(xiàn)有常規(guī)垂直發(fā)射系統(tǒng)和國(guó)外正在研究的最先進(jìn)的電磁導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)，目的是通過(guò)三個(gè)系統(tǒng)對(duì)比，分析評(píng)估EMVLSM系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，以此來(lái)確定其發(fā)展的可行性和必要性，構(gòu)建的軍事需求分析質(zhì)量屋如圖2所示。

圖2 EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析質(zhì)量屋

3.2 EMVLSM系統(tǒng)軍事需求的評(píng)估

1）EMVLSM系統(tǒng)研發(fā)的可行性和必要性

EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析的重要目的是要通過(guò)需求分析評(píng)估系統(tǒng)的可行性和必要性及關(guān)鍵技術(shù)。在QFD中可以通過(guò)裝備競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)以及最終的綜合競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)來(lái)分析新研發(fā)的EMVLSM系統(tǒng)在技術(shù)先進(jìn)性、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和裝備發(fā)展的必要性。

選取的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象采用了國(guó)內(nèi)某型常規(guī)導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)H和美國(guó)公布的類似電磁導(dǎo)彈彈射系統(tǒng)EMML。通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)分析可以看出：

在裝備競(jìng)爭(zhēng)能力指數(shù)Mi的評(píng)估得分：

H系統(tǒng)：MH=0.65

EMVLSM系統(tǒng)：MS=0.86

EMML系統(tǒng)：ME=0.90

ME＞MS＞MH其中EMVLSM系統(tǒng)和EMML系統(tǒng)得分相差不多且都遠(yuǎn)超過(guò)H系統(tǒng)，說(shuō)明發(fā)展EMVLSM系統(tǒng)將會(huì)顯著提高該類型裝備的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力指數(shù)Tj的計(jì)算中：

H系統(tǒng)：TH=0.68

EMVLSM系統(tǒng)：TS=0.89

EMML系統(tǒng)：TE=0.94

TE＞TS＞TH在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力上可以看出EMVLSM系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯高于常規(guī)的導(dǎo)彈發(fā)射方式，相比美國(guó)在研的EMML系統(tǒng)由于研究基礎(chǔ)和其他技術(shù)原因略有差距，但是也已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

綜合競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)是兩項(xiàng)乘積CE＞CS＞CH，以上評(píng)估可以得出結(jié)論：發(fā)展EMVLSM系統(tǒng)具有很好的技術(shù)先進(jìn)性，能夠明顯提高該型裝備在國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)力，使系統(tǒng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

2）EMVLSM系統(tǒng)關(guān)鍵功能

軍事需求分析的另一項(xiàng)重要功能在于通過(guò)評(píng)估分析裝備系統(tǒng)的功能重要讀排序，以找出系統(tǒng)關(guān)鍵功能和制約裝備發(fā)展的瓶頸。

由系統(tǒng)功能特性的重要度hj的計(jì)算可知，排在前三名的是：

分別對(duì)應(yīng)的EMVLSM系統(tǒng)功能特性為

發(fā)射性能；

艦載結(jié)構(gòu)適配性能；

安全性能。

從系統(tǒng)功能重要性矩陣分析的結(jié)果可以看出EMVLSM系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和重要核心功能為系統(tǒng)發(fā)射功能、艦載結(jié)構(gòu)適配性和系統(tǒng)安全性能。因此在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和技術(shù)攻關(guān)方面，對(duì)于提高系統(tǒng)的發(fā)射能力，盡量采用合理緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以適應(yīng)艦載導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)空間布局需求以及保證系統(tǒng)的安全性是EMVLSM系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以系統(tǒng)論的觀點(diǎn)建立了EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析研究框架，并針對(duì)EMVLSM系統(tǒng)軍事需求提取進(jìn)行了指標(biāo)化設(shè)計(jì)，采用了基于質(zhì)量功能展開(kāi)（QFD）的軍事需求建模與分析。計(jì)算得到系統(tǒng)功能特性的重要度hj、裝備競(jìng)爭(zhēng)能力指數(shù)Mi和在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力指數(shù)Tj三個(gè)重要指標(biāo)，通過(guò)指標(biāo)分析確定了EMVLSM系統(tǒng)的可行性及系統(tǒng)的關(guān)鍵功能。EMVLSM系統(tǒng)軍事需求分析的完成，為EMVLSM系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)提供了支持。