基于多目標變梯度技術的產品成熟度分析
2017-06-07 20:36:44常笑霓蘇國營
商場現代化 2017年9期
常笑霓++蘇國營
基金項目：國家高技術研究發展計劃資助項目（SS2012AA040104）
摘 要：為了獲得近場超聲自懸浮導軌技術成熟度評價體系，以獨自研發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，構建近場超聲自懸浮導軌技術成熟度評價體系框架，計算了功能、設計、工藝等準則的量化值并對準則層的權重進行了確定，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成熟度，結論表明該近場超聲自懸浮導軌技術達到了可以進行利用和推廣的發展成熟期。
關鍵詞：技術成熟度；多目標變梯度；近場超聲自懸??；多元線性模型；云模型
一、引言
在產品發展過程中，概念設計是產品特性設計的基礎。無論設計的產品多么智能，配套設施多么完善，也難免存在著一些瑕疵，這樣以來，概念設計理念就顯得尤為重要。應用多目標變梯度技術對近場超聲自懸浮導軌成熟度進行對產品完善和設計優化有著重要的指導意義。技術成熟度（TRL），也稱做“技術完備等級”、“技術就緒水平”，它是一種標準化尺度，是用來衡量技術對裝備產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）就已提出了技術成熟度的概念。之后受美國國防部的委托，美國卡內基·梅?。–arnegie Mellon）大學軟件工程研究所最先在行業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計數據發現，使用技術成熟的項目，從最初研究到發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，不利于產品的繼續推進。
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量的方法，其主要用于軟件開發過程以及軟件開發能力的評價和改進，更側重于開發軟件過程的管理及工程能力的提高與評估。現已成為軟件業最權威的評估認證體系。項目管理成熟度模型經過多年的蓬勃發展，統計表明，迄今為止出現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博士共同開發的；OPM3（Organizational Project Management Maturity Model），該模型由美國項目管理協會PMI（Project Management Institute）開發的。如何將成熟度理論和創新方法應用于具體裝備產品中，是現代管理學發展的重要課題。如何將成熟度理論和創新方法應用于具體裝備產品中，是現代管理學發展的重要課題。
隨著半導體技術和超聲波技術應用越來越廣泛，科研人員逐漸開始重視超聲近場懸浮理論現象的研究。Salbu描述了一個平面對象的懸浮系統；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生全反射而產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要求。本文選取獨自研發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，構建近場超聲自懸浮導軌，技術成熟度評價體系框架，計算了功能、設計、工藝等準則的量化值并對準則層的權重進行了確定，并用比較矩陣進行了一致性檢驗，最后對應用該技術的實例進行了技術成熟度評價方法的驗證研究，其應用的多目標性。
二、技術成熟度等級劃分
技術成熟度等級是將裝備系統研制中所使用的關鍵技術從發現并掌握原理到該技術在系統中的成功應用劃分為不同的等級，它可以清晰描述武器系統的開發狀態和技術風險，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對技術成熟度的評估。目前，我國技術成熟度普遍采用了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為工程應用階段；當達到9級時，標志著關鍵技術在實際裝備系統中得到成功應用，可進入產品定型和生產階段，甚至將關鍵技術推廣到其他裝備領域中。
在裝備項目研究過程中，影響技術成熟度等級的因素有很多，在前期調研階段中，產品的設計要求以及設計方案；在論證階段中，制造水平及原材料的儲備情況；工程應用階段中經濟成本直接影響著后期批量生產及推廣應用；還有參研人員的技術水平對技術成熟度的等級評價的影響也至關重要。因此，技術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成熟度評價體系框架
依據層次分析法的結構分層思想和WBS的要素分解思想，可以把近場超聲自懸浮導軌的技術成熟度評價體系框架依次分成目標層、準則層和關鍵技術要素層三層。關鍵技術要素層之后可以根據實際情況繼續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成熟度，其技術成熟度評價是一項結構復雜的系統工程；第二層為準則層，包括功能準則、設計準則、工藝準則、材料準則和環境適應性準則，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、設計、工藝、材料和環境適應性，電裝，長期可靠性7個準則；第三層為關鍵技術要素層：關鍵技術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鍵技術要素層，由某些關鍵技術要素進一步細分得到，這一層的存在主要是為了使得技術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分別對應功能、設計、工藝、材料、環境適應性、長期可靠性等六個維度。比較結果分九個等級，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。比較結果如下表2所示：
2.確定準則層成對比較矩陣
構建比較矩陣：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果的對應關系量化如表3所示，并由此構建成對比較矩陣：
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.采用算術平均法求取準則層權重向量
令
可得
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，準則層權重向量：
=（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重向量真正可用，必須對其對應的比較矩陣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：
可以作為技術成熟度評價體系準則層的權重向量。
六、多元線性模型計算近場超聲自懸浮導軌技術成熟度
食品生產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、設計、工藝、材料、環境適應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成熟度量值，如表4所示：
各準則對最終產品技術成熟度的影響因子，可以依據專家評審原則，通過構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，由算術平均法公式：
求得準則層的權重向量：
=（0.1026，0.2197，0.2497，0.0737，0.1781，0.0483）
該權重向量通過了一致性驗證，可以作為準則層的權重向量。
由多元線性模型，代入準則層權重向量和準則層量化結果，可得近場超聲自懸浮導軌技術成熟度的絕對量值：U=2.4639
技術成熟度T：
在TRL應用于裝備型號中時，一般技術達到TRL7才可以轉入工程研制階段，在生命周期的模型中，同樣是技術發展達到0.7時，技術進入發展的成熟期可以進行應用和推廣。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展成熟期。
七、結論
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，構建近場超聲自懸浮導軌技術成熟度評價體系框架；其次計算了功能、設計、工藝等準則的量化值，并對準則層的權重進行了確定，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成熟度，產品的技術成熟度揭示了產品研究和發展的方向，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
