基于质量功能展开的舰艇消防指挥信息化设计及优化_张国旗.pdf

总第345期1引言现代舰艇携带有各类油料、弹药、电气设备等众多火灾危险源，并且舰艇舱室通道复杂，火灾烟气会向多个维度蔓延，这给舰艇消防指挥带来了很大的压力。舰艇消防战术包括的要素众多，指挥员需要考虑器材应用、兵力布设、攻击路径、舱室种类、危险影响、任务影响等诸多要素。在极其紧张的消防战斗活动中，指挥员仅仅依靠几张图、几部电话以及火灾报警台等机械化手段，很难准确地开展消防指挥。因此，如何面向消防指挥的战术业务流程，开展消防指挥的信息化设计，缩短指挥决策的时间，提升消防指挥的效率，是目前迫切需要解决的实际问题。劳森-摩斯环是 1981年Joel S.Lawson 提出的一种基于控制过程的指挥控制模型，目前在舰艇作战领域应用广泛12。本文利用该模型，结合消防指挥的业务活动，建立了消防指控流程，明确了消防指挥的用户需求。然后，使用质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）方法对消防指挥的信息化设计要素进行了分析，以保证满足舰艇一线指挥员的使用需求。QFD是一套以用户需求收稿日期：2022年9月11日，修回日期：2022年10月26日基金项目：国家自然科学基金项目（编号：51409255）资助。作者简介：张国旗，男，硕士研究生，研究方向：舰船生命力。侯岳，男，博士，副教授，研究方向：舰船生命力与损管组织。舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 345 期2023 年第 3 期Vol.43 No.3基于质量功能展开的舰艇消防指挥信息化设计及优化张国旗侯岳（海军工程大学动力工程学院武汉430034）摘要由于舰艇火灾危险源众多，且舱室通道复杂，因而消防指挥要素多、难度大，目前信息化水平不高。为解决该问题，首先建立了舰艇消防的“劳森-摩斯环”指控模型，并形成了消防指挥的战术流程；然后使用质量功能展开理论，采用面向消防指挥业务流程的方法，分析了消防指挥的信息化需求以及信息关联度，并据此开发了舰艇消防指挥的信息化平台，有效提升了舰艇消防指挥的效率。关键词舰艇消防指挥；质量功能展开；劳森-摩斯环；关联度分析；信息化平台中图分类号U662DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.03.023Design and Optimization of Warship Firefighting CommandingInformatization Based on QFDZHANG GuoqiHOU Yue（College of Power Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan430034）AbstractThere are various dangerous resources and complex compartment onboard，therefore firefighting commanding is various and difficult.The information level of firefighting command is low relatively at present.To solve the problem，the commandmodel of Lawson of warship firefighting is established，and the corresponding tactical procedure is put forward.Based on the QualityFunction Deployment（QFD）theory，the information requirement and relevance of firefighting commanding are analyzed by orienting firefighting commanding procedure.The efficiency of warship firefighting commanding is promoted by developing the informationplatform.Key Wordswarship firefighting command，quality function deployment，Lawsons model，relationship analysis，informationplatformClass NumberU662108舰 船 电 子 工 程2023 年第 3 期为导向的质量功能配置方法，目的是创造更高的使用者满意度3。最后使用C#语言开发了消防指挥信息化软件，有效解决了舰艇消防指挥决策的关键问题。2舰艇消防指挥的劳森-摩斯环模型劳森-摩斯认为，指挥官会对环境进行“感知”和“比较”，然后将解决方案转换成所期望的状态并影响战场环境。劳森-摩斯环由五个步骤组成：感知、处理、比较、决策和行动，可将多传感器数据处理为可行的知识。劳森-摩斯环模型如图1所示4。图1劳森-摩斯环指控模型下面结合舰艇消防的业务流程，结合劳森-摩斯环模型，建立消防指挥的指控模型，如图2所示。图2基于劳森-摩斯环的消防指控模型下面对基于劳森-摩斯环的消防指控模型的各个要素详细介绍如下。1）“环境”，即是舰艇舱室环境。舰艇舱室环境复杂，并且是垂直交通制。舰艇舱室环境不仅影响了火灾的发展和蔓延，还将影响消防攻击路径以及人员安全撤离路径。2）“己方兵力”，即是舰艇的损管力量。舰艇损管力量体系性比较强，包括：损管队（消防队）、现场人员、区划损管人员、损管指挥员等。3）“传感器”，即是火灾状态调查。舰艇上的火情获取一般有三种方式：各种火灾传感器、舱室现场的人员报警以及消防人员的侦查。4）“处理”，即是火灾态势的研判。指挥员获取火情信息后，需要对当前的火灾态势进行研判，这是制定消防目标以及开展消防指挥的基础。火灾态势的研判要素包括：火灾的规模、火灾的蔓延方向、危险的蔓延方向、当前火情可能造成的损失、对舰艇安全的影响程度、对舰艇任务能力的影响程度等。5）“比较”，即是制定消防目标。就是参照期望状态，检查当前环境状况，帮助指挥官做出决策。对于舰艇而言，消防目标需要结合当前舰艇的作战任务需求，合理调配人力资源，以做出最佳的判断和决策。6）“决策”，即是制定消防指挥方案，包括：灭火攻击路径、灭火的方法、灭火人力分配方案、防火边界设置方案、防控烟方案、排烟方案等。7）“行动”，即是现场的灭火战术行为，包括：使用各类灭火器材、灭火设备灭火，火场破拆、火场搜救、喷淋降温，布设防烟排烟器材等。值得提出的是，消防指挥决策是一个不断循环的反馈过程。例如，行动（Act）实施之后，将会对当前的火灾态势造成影响，会继续反馈到“环境”要素中，形成新的态势，并按照劳森-摩斯环模型进行循环，直到火灾完全被消除。3基于QFD理论的消防指挥信息化设计根据前文建立的消防指控“劳森-摩斯环”模型，根据消防损管指挥员的用户需求，使用QFD理论对消防指挥的信息化设计进行分析。通过QFD理论的应用，使消防指挥信息化工具在需求分析阶段就紧贴用户需求，进一步将用户需求转化为系统开发人员能够理解的具体信息，能准确、有效、快速地实现部队需求与研发人员的转换。3.1QFD的基本理论模型质量功能展开（QFD）可以说是“一种有系统的技术方法，从掌握顾客需求，转换成代用特性，来制定产品设计的标准56。QFD的核心内容是需求转换，采用的是质量屋（House of Quality）形式，它是一种直观的矩阵框架表达形式，是QFD方法的工具79。典型的质量屋如图3所示。图3质量屋结构形式通过建立质量屋的基本框架，给以输入信息，109总第345期通过分析评价得到输出信息，从而实现一种需求转换10。在使用质量屋时，可以根据需求对结构进行适当的裁剪。3.2基于 QFD的消防指挥信息化工具需求分析方法结合本工具的开发，主要分析方案设计质量屋的以下几个要素：需求指标及权重、性能要求及关联度、关系矩阵1112。建立的方案设计质量屋，如表1所示。根据消防指控“劳森-摩斯环”模型，将火灾状态调查、火灾态势的研判、制定消防目标、制定消防指挥方案、组织现场灭火行动五个要素作为消防指挥员的需求指标1314。需求指标火灾状态调查火灾态势研判制定消防目标制定消防指挥方案组织现场灭火行动权重43452火灾报警信息管理设计（118）97573消防器材管理信息化设计（68）11377舱室总布置信息化设计（124）77595消防系统监控点信息化设计（82）33377平台网监控点信息化设计（78）55353消防兵力管理信息化设计（86）33575损管条令应用的信息化设计（76）33555表1消防指挥信息化设计质量屋使用 QFD分析法，得出消防指挥信息化工具的特性设计包括：火灾报警信息管理设计、消防器材管理信息化设计、舱室总布置信息化设计、消防系统监控点信息化设计、平台网监控点信息化设计、消防兵力管理信息化设计以及损管条令应用的信息化设计7个方面15。表1中的取值是根据对消防指挥员调查分析得到。根据QFD的基本理论，需求指标重要度Ki（i=1，2，5）可取下列5个等级，如表 2所示。表 2需求指标重要度分级取值12345含义不影响功能实现的需求不影响主要功能实现的需求比较重要的影响功能实现的需求重要的影响功能实现的需求基本的、涉及安全的、特别重要的需求关系矩阵即关系度rij（i=1，2，5，j=1，2，6）可以采用1，3，5，7，9等关系度等级，如表 3所示。针对各个性能要求，通过加权可以得出其对应的重要度hj。hj=（Kirij）（i=1，2，5，j=1，2，7）。各个信息化设计要素的重要度在表1中的括号内都有表示。根据计算结果，发现舱室总布置信息化设计最为重要（重要度为124），其次是火灾报警信息管理设计（重要度为118），这两个要素都是与消防指挥的空间态势相关。这说明，在消防指挥信息化系统设计时，要突出消防空间态势信息化的设计16。另外，损管兵力管理信息化设计的重要度水平也比较高，这是以往消防指挥信息化研究所忽略的。因为根据国外实战的消防指挥经验，多次出现消防人员不足的战术态势。因此，必须加强对消防兵力信息化的设计1718。通过分析发现，损管器材管理信息化设计的重要度最低，这是因为舰艇消防人员都是训练有素的，对消防器材的布置位置很为熟悉，并且消防器材在现场的调度都是非常灵活的，需要指挥员现场进行调度，对信息化水平的要求较低，这也与对舰艇人员的调研结果一致。表3关系度分级取值13579含义该交点所对应的技术措施和顾客需求有微弱影响该交点所对应的技术措施和顾客需求有一定影响该交点所对应的技术措施和顾客需求存在比较密切的关系该交点所对应的技术措施和顾客需求存在密切的关系该交点所对应的技术措施和顾客需求存在非常密切的关系根据 QFD的基本理论，对于性能要求的关联度而言，“相关”指的是两个（或多个）变量之间存在相关关系，不是完全的函数确定关系，并可以以相关度去表示相关的性质（正相关或负相关）和相关的程度（强相关或弱相关）1920。性能指标的关联度如表 4所示。张国旗等：基于质量功能展开的舰艇消防指挥信息化设计及优化110舰 船 电 子 工 程2023 年第 3 期通过 QFD的关联度分析发现，舱室总布置信息化设计与其他要素的关联性最强。这对信息数据库的设计优化具有重要的指导意义。舱室总布置信息化数据库字段包括：舱室火灾危险程度、舱室功能重要度、舱室消防器材、舱室固定式消防设备、舱室战位人员、舱室布置邻接关系以及封舱隔离遥控点。在实际开发时，以舱室总布置数据库为核心，各个字段与其他信息化模块之间的关系如图4所示。图4总布置信息化设计关联图4消防指挥信息化系统的实现案例通过消防指控“劳森-摩斯环”模型和QFD开发管理理论的综合应用，自主研制了舰艇消防指挥信息化系统，并取得了较好的应用效益。主要应用功能界面如图5所示。图5舰艇消防指挥信息化系统主界面5结语由于舰艇火灾及消防指挥的特殊性，仅仅依靠人员进行指挥决策是比较困难的。在开发消防指挥信息化系统时，必须紧密结合消防指挥员的需求，准确的分析消防指挥任务与信息化设计之间的关系，以确保信息化系统的针对性和实用性。本文首先构建了消防指控“劳森-摩斯环”模型，明确了信息化系统设计的需求指标；然后，使用QFD开发管理理论，建立了“需求指标-信息化设计”的质量屋，并且分析了信息化模块的重要度以及关联度，得出了指导信息化设计的重要结论，有效提高了信息化系统开发的效率，为系统的开发提供了有利的质量控制依据。参 考 文 献1Lawson J S.Command and Control as a Process J.IEEEControl Systems Magazine（1066-033X），1981，10（3）：7-10.2孙瑞，王智学，姜志平，等.外军指挥控制过程模型剖析J.舰船电子工程，2012，32（05）：12-14，42.3孙曙光.基于 QFD 的加工中心可用性保障技术研究D.长春：吉林大学，2015.4Stanton N A，Walker G H，Jenkins D P，et al.Models ofcommand and controlC/Engineering Psychology andCognitiveErgonomics：7thInternationalConference，EPCE 2007，Held as Part of HCI International 2007，Beijing，China，July 22-27，2007.5Subbaiah K V，Prasad K 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