基于F-AHP貼近度計算的判別船舶IETM系統(tǒng)評估指標體系

訾一諾， 俞 翔， 孔慶福

(1. 海軍工程大學 研究生院， 湖北 武漢 430000； 2. 解放軍91202部隊， 遼寧 葫蘆島 125000)

0 引 言

現(xiàn)代船舶裝備結(jié)構(gòu)組成日益復(fù)雜、信息化程度越來越高，與之配套的技術(shù)資料數(shù)量成倍增加，給技術(shù)資料的使用和管理帶來了很大的挑戰(zhàn)。為滿足現(xiàn)代高技術(shù)、信息化船舶裝備對裝備保障的實際需求，提高裝備保障信息化水平，各國逐一開展了船舶裝備交互式電子技術(shù)手冊(Interactive Electronic Technical Manual, IETM)的研究。我國在逐步推進IETM研究的同時，對IETM的評估工作也隨之展開，通過對船舶IETM的評估，可掌握船舶IETM系統(tǒng)的技術(shù)性能、工作狀態(tài)和適用情況[1]。

在對船舶裝備評估的眾多方法中，綜合模糊評判法較為常用[2]，其評判步驟為采用層次分析法和模糊數(shù)學理論建立評估指標體系，確定權(quán)重系數(shù)并收集評估數(shù)據(jù)。評估數(shù)據(jù)是影響最終評估結(jié)論的直接因素，對評估數(shù)據(jù)的處理方法雖然具有科學性與合理性，但對評估數(shù)據(jù)的采集過程卻缺少必要的客觀性與科學性證明。

參與打分的評判人員基本由研發(fā)人員、相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜摇⑹褂萌藛T等3類組成，他們知識層次不同，對被評估裝備的認知角度也不同，通過對各層次人員所打分數(shù)進行貼近度計算，進而對評估指標體系展開判別，有助于建立更加客觀、科學、有效的指標體系，優(yōu)化最終評估結(jié)果，增強評估過程的說服力，指導(dǎo)后續(xù)評估打分人員的組成。

1 建立指標體系

所謂模糊識別，是指以模糊數(shù)學為基礎(chǔ)從待識別對象中識別出哪些對象模式與已知模式相近或相同的識別方法，也稱為F-AHP[3]。對某型船舶裝備IETM評估打分數(shù)據(jù)的貼近度計算是建立在對該型船舶裝備IETM的綜合模糊評估基礎(chǔ)上進行的。

對船舶裝備IETM開展評估，指標體系的建立直接影響評估結(jié)果，總結(jié)以往指標體系設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合船舶IETM系統(tǒng)的實際情況，主要從裝備IETM系統(tǒng)整體實現(xiàn)效果、船舶總體說明書實現(xiàn)效果、系統(tǒng)級裝備實現(xiàn)效果、設(shè)備級裝備實現(xiàn)效果等4方面進行指標體系的建立[4]。

(1) 裝備IETM系統(tǒng)整體實現(xiàn)效果評估指標體系主要從系統(tǒng)試用總體反映指標、軟件平臺開發(fā)效果指標、對用戶需求滿足程度指標等3方面進行評價。

系統(tǒng)試用總體反映指標由3個二級指標組成：對本裝備IETM系統(tǒng)的總體評價、對船員工作的幫助程度和IETM技術(shù)在船舶上推廣使用的建議。

軟件平臺開發(fā)效果指標由6個二級指標組成：系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范性、軟件平臺內(nèi)容模塊的全面性、信息表現(xiàn)方式設(shè)計的豐富性、軟件界面設(shè)計的合理性、系統(tǒng)使用的交互性和便捷性以及系統(tǒng)后期維護保障設(shè)計的便捷性。

對用戶需求滿足程度指標由3個二級指標組成：對用戶開展裝備知識學習工作的需求滿足程度、對用戶開展裝備使用操作工作的需求滿足程度和對用戶開展裝備維修保障工作的需求滿足程度。

(2) 總體說明書主要采用圖文并茂的方式說明船舶的總體情況，評估時主要從2個二級指標即內(nèi)容權(quán)威性和表達方式的豐富性和有效性等2方面進行評價。

(3) 系統(tǒng)級裝備IETM的實現(xiàn)內(nèi)容主要由6個二級指標組成：安全警告模塊、系統(tǒng)概況模塊、系統(tǒng)主要功能特性和工作原理模塊、系統(tǒng)組成布置及接口情況模塊、系統(tǒng)操作使用模塊以及系統(tǒng)維修指導(dǎo)模塊。

(4) 設(shè)備級裝備IETM的實現(xiàn)內(nèi)容主要由8個二級指標組成：安全警告模塊、設(shè)備基本情況模塊、設(shè)備工作原理及接口關(guān)系模塊、設(shè)備使用操作指導(dǎo)模塊、設(shè)備維修工作指導(dǎo)模塊、設(shè)備調(diào)試細則模塊、設(shè)備圖冊模塊以及設(shè)備器材保障模塊。

2 貼近度計算對指標體系的判別

2.1 貼近度對模糊評判的影響

對船舶裝備IETM進行評估，在指標體系建立后，需要由相關(guān)人員結(jié)合評估指標體系，對評估對象進行逐項打分評判，所得的分數(shù)經(jīng)一系列處理后，可以直觀地反映評估的結(jié)果。因?qū)Υ把b備IETM的評估打分人員不只是IETM的開發(fā)人員與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥€包括試用IETM的系統(tǒng)船舶工作人員。各層次打分測評人員對IETM的認識不同，看待角度不同，對接下來的改進意見也不同。對該型船舶IETM進行打分，參與評估的專家類人員主要由科研院校高級職稱人員、從事相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的企業(yè)研發(fā)人員組成，普遍知識層次高，理解程度深，對該型船舶裝備IETM掌握全面；參與評估的另一部分人員由船員組成，主要為該型IETM的直接使用者，并且為首次使用，知識層次較一般，對該型IETM系統(tǒng)掌握不全面。因此，需要對不同層次人員的打分進行貼近度計算，判斷不同層次人員對船舶裝備IETM系統(tǒng)的熟悉掌握狀況與對評估指標體系的認識了解情況。通過貼近度計算，其結(jié)果直觀科學地反映出不同層次人員對IETM評估的貼近程度，總結(jié)評估指標體系設(shè)計的完整性和全面性，為后續(xù)船舶IETM系統(tǒng)評估工作提供改進方向，也為船舶工作人員的培養(yǎng)提供科學有效的意見與建議[5]。

2.2 權(quán)重計算方法

對裝備系統(tǒng)評估的權(quán)重計算較難，且該方法目前還在逐步完善中。目前多采用層次分析法，該方法是系統(tǒng)工程中對非定量事件作定量分析的一種簡單方法，具有較強的科學性與說服力，是對人主觀判斷作客觀描述的一種有效方法。本文為確保權(quán)系數(shù)的科學性和準確性，設(shè)一級指標權(quán)系數(shù)為wi(i=1,2,…，m),二級指標權(quán)系數(shù)為wij(j=1,2,…，n),采用1～9比例標度的層次分析法構(gòu)造A-U判斷矩陣，計算過程為

(1) 設(shè)因素集

U={u1,u2,…,un}(1)

(2) 構(gòu)造判斷矩陣

以A標識目標，ui、uj表示評價因素，ui∈U,uj∈U,其中i，j=1,2,…，n。uij表示因素ui對因素uj的相對重要性數(shù)值，uij取值如表1所示。

表1 判斷矩陣標度及其含義

根據(jù)上述符號得到判斷矩陣為

(2)

稱之為A-U判斷矩陣。

(3) 計算重要性排序

在A-U判斷矩陣中，求出最大特征值所對應(yīng)的特征向量，所求特征向量即為各評價因素的權(quán)系數(shù)。

用和積法計算重要性排序，首先將每一列歸一化

(3)

將每一列經(jīng)正規(guī)化后的判斷矩陣按行相加

(4)

對向量W′=(W1′,W2′,…,Wn′)T作正規(guī)化

(5)

根據(jù)式(5)得到的W=(W1,W2,…，Wn)T即為所求特征向量。

(4) 計算最大特征根λmax

(6)

最后進行權(quán)系數(shù)分配合理性檢驗，檢驗公式為CR=CI/RI，其中CR稱為判斷矩陣的隨機一致性比率，CI稱為判斷矩陣的一致性指標。

(7)

RI稱為判斷矩陣的平均隨機一致性指標，對于1～9階判斷矩陣，RI值如表2所示。

表2 1～9階RI值

當CR<0.1時，認為判斷矩陣具有一致性，說明權(quán)系數(shù)分配合理。

2.3 貼近度計算方法

貼近度反映不同模糊集合之間的貼近程度，常用的有格貼近度、海明貼近度、歐氏貼近度等計算方法[6]。

設(shè)A、B是有限論域上的2個模糊向量，有

A=(a1,a2,…,an)

B=(b1,b2,…,bn)

則格貼近度為

N(A,B)=(A·B)∧(A⊙B)c(8)

σ(A·B)=1-c(d(A·B))α(9)

式(9)為A,B的閔可夫斯基距離貼近度，其中p是一個變參數(shù)，p的取值不同，閔可夫斯基距離可表示一類的距離，c、α是兩個適當選擇的參數(shù)。

(10)

(11)

σ(A·B)的值越接近1，其2個模糊集就越靠近，本文結(jié)合實際，選擇貼近度較好的海明貼近度進行計算。

3 實例分析

基于上述方法，對某型船舶裝備IETM系統(tǒng)的模糊綜合評價值進行貼近度計算，并對專家和船員的打分數(shù)據(jù)經(jīng)過貼近度計算后的結(jié)果進行分析比較。

3.1 建立模糊集

以“試用情況總體反映”為模型舉例，進行評估打分并計算模糊評價矩陣貼近度和單因素評價結(jié)果貼近度，文中其余指標因素的貼近度計算方法以及結(jié)果分析過程同此舉例模型一致。建立因素集，U={IETM系統(tǒng)的總體評價U1，對船員工作的幫助程度U2，IETM技術(shù)在船舶上推廣使用的建議U3}，模糊評語集{很大，較大，一般}，其對應(yīng)分數(shù)為{100，80，60}。

3.2 貼近度計算

對總體試用情況打分進行分類，專家打分為Ai,二級指標各項分數(shù)為Aij,A1=(A11，A12，…，A1m)，A2=(A21，A22，…，A2m),Ai=(Ai1,Ai2,…，Anm),i=(1,2,3，…，n),j=(1,2,3,…，m)。船員打分為Bi,二級指標各項分數(shù)為Bij,B1=(B11，B12，…，B1m)，B2=(B21，B22，…，B2m),Bi=(Bi1,Bi2,…，Bnm),i=(1,2,3，…，n),j=(1,2,3,…，m)。對專家、船員打分進行數(shù)據(jù)處理，建立統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 總體試用情況專家、船員打分數(shù)據(jù)

由表3可得“總體試用情況”綜合評價矩陣R1和R2為

根據(jù)上文，依據(jù)層次分析法求其權(quán)系數(shù)，可得A-U判斷矩陣P為

按列歸一化后得判斷矩陣R為

得特征向量W=(0.443,0.450,0.128)T。最終對判斷矩陣進行一致性檢驗，根據(jù)檢驗公式得CR=0.056 9<0.100 0，表明判斷矩陣具有一致性，即W=(0.443,0.450,0.128)T可作為權(quán)向量。

根據(jù)上文所得數(shù)據(jù)，設(shè)評估結(jié)果為B，則專家B1、船員B2等2類人員模糊評價結(jié)果為B1=W⊙R1和B2=W⊙R2，即

B1=(0.443,0.450,0.128)⊙

B2=(0.443,0.450,0.128)⊙

式(16)和式(17)中，⊙為模糊算子，為充分體現(xiàn)權(quán)系數(shù)與信息利用程度，采用M(+，·)模糊算子即

最終得出B1與B2分別為

B1=(0.370 4，0.605 6，0.040 5)

B2=(0.185 5，0.579 2，0.256 3)

計算2類綜合評估結(jié)果的海明貼近度為

δ(B1，B2)=0.856 7

再計算專家、船員等2類人員單因素評估數(shù)據(jù)貼近度，設(shè)B1i為專家評價結(jié)果，B2i為船員評價結(jié)果，B11為專家對因素U1評價結(jié)果，B12為專家對因素U2評價結(jié)果，B1n為專家對Un評價結(jié)果(i=1,2,…，n)。同理，B2i為船員對因素Ui的評價結(jié)果。計算貼近度為δ(B11，B21)=0.72，δ(B12，B22)=0.82，δ(B13，B23)=0.44。

通過貼近度對比曲線(見圖1)，可明顯觀察到對于因素U3，專家與船員的評估數(shù)據(jù)貼近度為0.44，與1對比有較大差異。結(jié)合所得模糊綜合評估矩陣貼近度及最終評估結(jié)果隸屬類型，可得如下結(jié)論：

圖1 貼近度對比曲線

(1) 專家、船員總體上對該型船舶裝備IETM系統(tǒng)評估結(jié)果為良好，證明該型船舶裝備IETM系統(tǒng)具有良好的實用性。

(2) 專家與船員就“IETM系統(tǒng)的總體評價”打分數(shù)據(jù)貼近度計算結(jié)果接近1，表明指標體系設(shè)計在試用情況總體反映評價上較為合理，沒有出現(xiàn)較大偏差，指標體系設(shè)計充分考慮到專家與船員對該型IETM系統(tǒng)主觀與客觀上的認識差距，科學地建立指標體系。

(3) 專家與船員在單因素評估打分上存在個別較大差異，其明顯體現(xiàn)為對“IETM技術(shù)在船舶上推廣使用的建議”這一評價因素上，專家普遍認為“很大”，其推廣意愿強烈，而船員在評語“較大”上所占比重較多，其推廣意愿較專家比較低。

根據(jù)上述結(jié)論以及計算數(shù)據(jù)，經(jīng)對比分析，可給出該型船舶IETM就“試用情況總體反映”方面改進的意見與建議。通過貼近度計算結(jié)果的直觀反映，可知無論船員與專家，對該型船舶IETM系統(tǒng)對船員的幫助程度均評價較高，而在推廣使用意愿上出現(xiàn)偏差，分析其原因有：船員認識程度較淺，對該型船舶裝備IETM系統(tǒng)的認識角度僅限于該船型，未考慮船舶整體裝配后提升的裝備保障效率與產(chǎn)生的經(jīng)濟價值，僅認為是一種簡單的船舶輔助工具且該船舶IETM系統(tǒng)并未較長時間投放于該船使用，其直觀效果不明顯，因此導(dǎo)致船員在推廣使用意愿上較專家比較低，可建議該艦或今后再次用于測試的某船的相關(guān)崗位工作人員加強學習高科技、信息化維修保障裝備對經(jīng)濟效益提升的相關(guān)知識，并了解其對船舶整體的重要意義，為后續(xù)相關(guān)船舶裝備的測試評估提供更科學、更有效的評估數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 論

本文提出的某型船舶裝備IETM系統(tǒng)評估指標體系、評估方法和貼近度計算方法能夠滿足某型船舶裝備IETM系統(tǒng)評估工作。與常見模糊評估相比，評估人員組成多元化，貼近度計算結(jié)果分析更能反映評估數(shù)據(jù)的客觀性與評估結(jié)果的合理性，為后續(xù)該型設(shè)備的改進和其他設(shè)備的試用評估提供參考。