基于多目標變梯度技術(shù)的產(chǎn)品成熟度分析

常笑霓++蘇國營

基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目（SS2012AA040104）

摘 要：為了獲得近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度評價體系，以獨自研發(fā)的近場超聲自懸浮導軌為研究對象，基于云模型的多目標變梯度評價方法，構(gòu)建近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度評價體系框架，計算了功能、設(shè)計、工藝等準則的量化值并對準則層的權(quán)重進行了確定，并用比較矩陣進行了一致性檢驗。采用多元線性模型計算近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度，結(jié)論表明該近場超聲自懸浮導軌技術(shù)達到了可以進行利用和推廣的發(fā)展成熟期。

關(guān)鍵詞：技術(shù)成熟度；多目標變梯度；近場超聲自懸?。欢嘣€性模型；云模型

一、引言

在產(chǎn)品發(fā)展過程中，概念設(shè)計是產(chǎn)品特性設(shè)計的基礎(chǔ)。無論設(shè)計的產(chǎn)品多么智能，配套設(shè)施多么完善，也難免存在著一些瑕疵，這樣以來，概念設(shè)計理念就顯得尤為重要。應(yīng)用多目標變梯度技術(shù)對近場超聲自懸浮導軌成熟度進行對產(chǎn)品完善和設(shè)計優(yōu)化有著重要的指導意義。技術(shù)成熟度（TRL），也稱做“技術(shù)完備等級”、“技術(shù)就緒水平”，它是一種標準化尺度，是用來衡量技術(shù)對裝備產(chǎn)品使用期望目標值的滿足程度。早在上世紀70年代，美國國家航空航天局（NASA）就已提出了技術(shù)成熟度的概念。之后受美國國防部的委托，美國卡內(nèi)基·梅?。–arnegie Mellon）大學軟件工程研究所最先在行業(yè)從軟件過程能力的角度提出了軟件過程成熟度模型。通過分析了美國26個裝備項目的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，使用技術(shù)成熟的項目，從最初研究到發(fā)展以及后期的試驗與評估費用平均只增長了2.6%，項目進度推遲不超過1個月；而未采用成熟技術(shù)的項目，費用平均增加高達32.3%，進度推遲達20個月，嚴重增加了項目整體成本，不利于產(chǎn)品的繼續(xù)推進。

Kerzner早在2001年就提出了項目管理成熟度模型（Project Management Maturity Model，PMMM），他們用項目管理成熟度模型來研究和規(guī)劃項目型社會項目活動以來達成項目目標，之后在許多國家推廣實施的一種軟件評估標準，用于評價軟件承包能力并幫助其提升軟件質(zhì)量的方法，其主要用于軟件開發(fā)過程以及軟件開發(fā)能力的評價和改進，更側(cè)重于開發(fā)軟件過程的管理及工程能力的提高與評估?，F(xiàn)已成為軟件業(yè)最權(quán)威的評估認證體系。項目管理成熟度模型經(jīng)過多年的蓬勃發(fā)展，統(tǒng)計表明，迄今為止出現(xiàn)的項目管理成熟度模型已超過40種，其中最具典型的的有如下幾種：項目管理成熟度模型K-P3M（Kerzner-Project Management Maturity Model），該模型是由著名項目管理專家Harold Kerzner博士提出的；PMS-PM3（Project Management Solutions-Project Management Maturity Model），該模型是由美國著名項目管理解決方案公司（Project Management Solutions，Inc.）提出的；伯克利項目管理過程成熟度模型（Berkeley Project Management Process Maturity Model），簡稱（PM）2模型，該模型是由美國加州大學伯克利分校（University of California at Berkeley）的Young Hoon Kwak博士和C.William tbbs博士共同開發(fā)的；OPM3（Organizational Project Management Maturity Model），該模型由美國項目管理協(xié)會PMI（Project Management Institute）開發(fā)的。如何將成熟度理論和創(chuàng)新方法應(yīng)用于具體裝備產(chǎn)品中，是現(xiàn)代管理學發(fā)展的重要課題。如何將成熟度理論和創(chuàng)新方法應(yīng)用于具體裝備產(chǎn)品中，是現(xiàn)代管理學發(fā)展的重要課題。

隨著半導體技術(shù)和超聲波技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，科研人員逐漸開始重視超聲近場懸浮理論現(xiàn)象的研究。Salbu描述了一個平面對象的懸浮系統(tǒng)；與此同時伊利諾伊大學Whymark教授在這方面也做了許多研究。耶魯大學的Chu和Apfelt兩人以圓柱形活塞縱向振動產(chǎn)生的聲場為研究對象，計算了理想氣體中超聲波作用在剛性表面上發(fā)生全反射而產(chǎn)生的瑞利輻射壓力的計算公式。Romdhance提出了一種使用超聲波熱學效應(yīng)進行聲場測量的方案。超聲波近場懸浮為是指使用具有高功率密度的超聲波作用于固態(tài)物體，使物體懸浮在超聲輻射器輻射表面上方附近的一種懸浮現(xiàn)象。相比于其他懸浮類型，超聲近場懸浮具有較強的抗電磁和抗靜電干擾的能力，同時更為適合精華與超凈化作業(yè)要求。本文選取獨自研發(fā)的近場超聲自懸浮導軌，基于云模型的多目標變梯度評價方法，構(gòu)建近場超聲自懸浮導軌，技術(shù)成熟度評價體系框架，計算了功能、設(shè)計、工藝等準則的量化值并對準則層的權(quán)重進行了確定，并用比較矩陣進行了一致性檢驗，最后對應(yīng)用該技術(shù)的實例進行了技術(shù)成熟度評價方法的驗證研究，其應(yīng)用的多目標性。

二、技術(shù)成熟度等級劃分

技術(shù)成熟度等級是將裝備系統(tǒng)研制中所使用的關(guān)鍵技術(shù)從發(fā)現(xiàn)并掌握原理到該技術(shù)在系統(tǒng)中的成功應(yīng)用劃分為不同的等級，它可以清晰描述武器系統(tǒng)的開發(fā)狀態(tài)和技術(shù)風險，從而對研制項目的科學管理和決策起到重要的參考作用。目前，美國、英國等國家在國防采辦中特別強調(diào)對技術(shù)成熟度的評估。目前，我國技術(shù)成熟度普遍采用了9級標準，其中，1級最低，9級最高，逐級遞進。具體的等級劃分如表1所示：

由表1可以看出，等級1～3為前期的基礎(chǔ)預言階段；等級4為論證階段；等級5～6為方案驗證階段；7～8為工程應(yīng)用階段；當達到9級時，標志著關(guān)鍵技術(shù)在實際裝備系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，可進入產(chǎn)品定型和生產(chǎn)階段，甚至將關(guān)鍵技術(shù)推廣到其他裝備領(lǐng)域中。

在裝備項目研究過程中，影響技術(shù)成熟度等級的因素有很多，在前期調(diào)研階段中，產(chǎn)品的設(shè)計要求以及設(shè)計方案；在論證階段中，制造水平及原材料的儲備情況；工程應(yīng)用階段中經(jīng)濟成本直接影響著后期批量生產(chǎn)及推廣應(yīng)用；還有參研人員的技術(shù)水平對技術(shù)成熟度的等級評價的影響也至關(guān)重要。因此，技術(shù)成熟度的評價是一個多因素綜合的評價體系。

三、近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度評價體系框架

依據(jù)層次分析法的結(jié)構(gòu)分層思想和WBS的要素分解思想，可以把近場超聲自懸浮導軌的技術(shù)成熟度評價體系框架依次分成目標層、準則層和關(guān)鍵技術(shù)要素層三層。關(guān)鍵技術(shù)要素層之后可以根據(jù)實際情況繼續(xù)向下細分一至兩層作為評價要素層。第一層為目標層，即近場超聲自懸浮導軌的技術(shù)成熟度，其技術(shù)成熟度評價是一項結(jié)構(gòu)復雜的系統(tǒng)工程；第二層為準則層，包括功能準則、設(shè)計準則、工藝準則、材料準則和環(huán)境適應(yīng)性準則，電裝準則，長期可靠性準則。準則層從屬于目標層，其中，A、B、C、D、E、F、G分別代表功能、設(shè)計、工藝、材料和環(huán)境適應(yīng)性，電裝，長期可靠性7個準則；第三層為關(guān)鍵技術(shù)要素層：關(guān)鍵技術(shù)要素層從屬于準則層，由準則層的7個準則進一步劃分得到。第四層為評價要素層：評價要素層從屬于關(guān)鍵技術(shù)要素層，由某些關(guān)鍵技術(shù)要素進一步細分得到，這一層的存在主要是為了使得技術(shù)要素的量化更加清晰、具體且有效。評價要素層的每一評價要素，往往會隨著待評價元器件不同而不同。

五、近場超聲自懸浮導軌準則層權(quán)重確定

1.確定準則層比較尺度

將該近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度評價準則層中的六個準則，按照對目標層的影響程度進行兩兩比較，A1～A6分別對應(yīng)功能、設(shè)計、工藝、材料、環(huán)境適應(yīng)性、長期可靠性等六個維度。比較結(jié)果分九個等級，其中五個明確的表述等級：Ai與Aj相比影響相同；Ai與Aj相比影響稍強；Ai與Aj相比影響強；Ai與Aj相比影響明顯強；Ai與Aj相比影響極端強；另外四個等級為介于上述兩個相鄰等級之間。比較結(jié)果如下表2所示：

2.確定準則層成對比較矩陣

構(gòu)建比較矩陣：以aij表示第i個要素與第j個要素相比影響的強弱程度，將各維度之間影響比較結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系量化如表3所示，并由此構(gòu)建成對比較矩陣：。

其中，i=1，2，3，4，5，6，7；j=1，2，3，4，5，6，7；i=j時，aij=1；aij×aji=1；

結(jié)合準則層比較尺度表和量化原則，可以得到準則層的成對比較矩陣A的值，如下所示：

3.采用算術(shù)平均法求取準則層權(quán)重向量

令i表示第i個準則的權(quán)重（i=1，2，3，4，5，6，7），由算術(shù)平均法公式：

可得1=0.1026，2=0.2197，3=0.1280，4=0.2497，5=0.0737，6=0.1781，7=0.0483；

式中：aij表示第i個要素與第j個要素相比影響的強弱程度；j=1，2，3，4，5，6，7；k=1，2，3，4，5，6，7；

因此，準則層權(quán)重向量：=（1，2，3，4，5，6，7）

=（0.1026，0.2197，0.1280，0.2497，0.0737，0.1781，0.0483）

4.比較矩陣一致性檢驗

如果要確定計算出來的權(quán)重向量真正可用，必須對其對應(yīng)的比較矩陣A進行一致性檢驗。通過MATLAB計算成對比較矩陣A的最大特征值λmax，可得：λmax=7.5767；

由于矩陣A的對角線之和為7，因此n=7，查表可知，RI=1.32

因此計算可得：

CR<0.1，表明成對矩陣A通過了一致性檢驗。

因此：=（0.1026，0.2197，0.1280，0.2497，0.0737，0.1781，0.0483）

可以作為技術(shù)成熟度評價體系準則層的權(quán)重向量。

六、多元線性模型計算近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度

食品生產(chǎn)線載用的近場超聲自懸浮導軌，輸出功率為10W，采用單端式晶體管連接方式，輸出電壓精度<1%，采用單路輸出調(diào)制，輸入電壓100V，輸出電壓1V。

通過對近場超聲自懸浮導軌準則層的量化研究，可以得到功能、設(shè)計、工藝、材料、環(huán)境適應(yīng)性和長期可靠性等六個準則的量化打分情況，也就是六個準則的技術(shù)成熟度量值，如表4所示：

各準則對最終產(chǎn)品技術(shù)成熟度的影響因子，可以依據(jù)專家評審原則，通過構(gòu)建各個準則之間的比較尺度表，從而得到準則層的成對比較矩陣?；诔蓪Ρ容^矩陣，由算術(shù)平均法公式：

求得準則層的權(quán)重向量：

=（1，2，3，4，5，6，7）

=（0.1026，0.2197，0.2497，0.0737，0.1781，0.0483）

該權(quán)重向量通過了一致性驗證，可以作為準則層的權(quán)重向量。

由多元線性模型，代入準則層權(quán)重向量和準則層量化結(jié)果，可得近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度的絕對量值：U=2.4639

技術(shù)成熟度T：

在TRL應(yīng)用于裝備型號中時，一般技術(shù)達到TRL7才可以轉(zhuǎn)入工程研制階段，在生命周期的模型中，同樣是技術(shù)發(fā)展達到0.7時，技術(shù)進入發(fā)展的成熟期可以進行應(yīng)用和推廣。因此，該近場超聲自懸浮導軌進入了可以進行利用和推廣的發(fā)展成熟期。

七、結(jié)論

基于云模型的標變梯度評價方法，以近場超聲自懸浮導軌為研究對象，構(gòu)建近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度評價體系框架；其次計算了功能、設(shè)計、工藝等準則的量化值，并對準則層的權(quán)重進行了確定，利用比較矩陣進行了一致性檢驗；最后，用多元線性模型計算近場超聲自懸浮導軌技術(shù)成熟度，產(chǎn)品的技術(shù)成熟度揭示了產(chǎn)品研究和發(fā)展的方向，證明了該近場超聲自懸浮導軌進入了可以進行利用和推廣的發(fā)展成熟期。

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作者簡介：常笑霓（1979- ），女，漢族，山東省青島市，助理研究員，博士研究生，研究方向：管理科學與工程