基于三角直覺模糊層次分析法的國產CPU產品成熟度評價軟件開發

武 陽 李雪巍

(中國航天系統科學與工程研究院 北京 100048)

0 引 言

CPU是電子設備的“大腦”，其重要性不言而喻，然而CPU的研制也極其困難。在CPU領域，我國也一直受美英日等科技大國的鉗制，CPU市場也被國外壟斷。近年來，經過各方的共同努力，我國在CPU領域已經完成部分關鍵技術攻關，并涌現出了大量具備我國自主知識產權的核心產品，比如龍芯3A2000芯片、兆芯的CPU、飛騰的FT-1500A以及申威CPU。面對琳瑯滿目的國產CPU產品，如何選取性能完備、質量穩定、產品成熟的CPU成為市場面臨的問題。

對于成熟度的研究最早起源于美國，美國專家Sadin[1]在20世紀70年代提出了技術成熟度的概念，并于20世紀90年代趨于成熟。技術成熟度包含9個度量的等級，涉及到一項新的技術從概念到實際應用的全生命周期。但是在采辦管理過程中，美國國防部發現難以用技術成熟度來控制生產系統的經濟性，因此在技術成熟度的基礎上發展起來了制造成熟度，其目的是降低技術轉化過程中的制造風險，從而節約成本提高生產系統的經濟性。然而兩者均是以管理者和客戶為出發點，沒有考慮到產品的具體研發難度，對產品的生產缺乏指導作用，因此在技術成熟度和制造成熟度的基礎上產品成熟度概念便衍生而來，但現在對產品成熟度的研究并沒有形成體系[2-3]。王衛東等[4]參考軟件能力成熟度模型，建立了空間產品成熟度模型以及產品成熟度提升程序，以此來提高航天空間飛行器的產品成熟度。袁家軍[5]針對航天產品小子樣、高可靠、高風險的特點，提出了航天產品成熟度理論框架，并給出了提高航天產品成熟度的措施。王文炎等[6]給出了宇航元器件產品成熟度等級劃分以及劃分等級的依據，并提出了詳細的評估方法來確定宇航元器件產品的成熟度等級。目前國內對產品成熟度的研究大多集中在航天產品，對國產CPU這種更為通用的產品不具有一般指導性。

本文基于以上研究，定義了國產CPU產品成熟度的等級，依據用戶需求展開表構建了國產CPU產品成熟度評價指標體系，并采用三角直覺模糊層次分析法來確定指標的權重。本文以此理論為支撐研發了基于三角直覺模糊層次分析法的國產CPU產品成熟度評價系統，可為用戶選用國產CPU提供可信的依據，讓國產CPU在我國軍事化建設中真正的發揮作用。

1 國產CPU產品成熟度等級及指標體系

1.1 國產CPU產品成熟度等級劃分

評價國產CPU產品成熟度應當包含國產CPU的全生命周期，具體來講，國產CPU產品成熟度是從三個角度對其展開評價：一是基本能力，二是配套能力，三是保障能力。對于國產CPU產品成熟度等級的劃分，本著簡化級別、清晰等級定義的原則，制定為5個級別，如表1所示。

表1 國產CPU產品成熟度等級劃分

續表1

其中：(1)A表示基本能力，B表示配套能力，C表示保障能力；(2)等級特征的三個指標項之間為“與”的關系，即如果三個指標項有一個不滿足本級特征要求，則成熟度等級歸為下一個等級。

1.2 國產CPU產品成熟度評價指標體系

構建國產CPU產品成熟度評價指標體系是評價國產CPU產品成熟度等級必不可少的一步。在國產CPU產品成熟度評價指標體系的構建過程中，不僅要考慮國產CPU產品本身，還需綜合考評供應商能力、市場接受度等因素。對于CPU產品本身，其考評重點是功能完備性、產品性能、穩定性、跟相應配套產品的適配能力以及與同類產品的兼容性[7]。對于供應商的能力考評，應當從企業的科研能力、工藝水平、生產線數量及質量、品質控制能力、原材料獲取能力、服務保障能力等指標出發[8]，此外對于市場接受度，應從與主流產品的相似程度、當前用戶認可程度等作為考評的主要依據。

本文采用親和圖(KJ)法在管理機關、生產廠商、評測機構、咨詢機構征求意見后，逐項確認各個需求是否正確，以及是否有遺漏，最后獲得比較全面且具有一定層次性的用戶需求展開表，并依據此表來構建國產CPU產品成熟度評價指標體系。

評價國產CPU產品成熟度的三個一級指標分別為：基本能力、配套能力和保障能力。一級指標是評判級別的對照標準，最終的產品成熟度等級將以一級指標的滿足程度確定，每個一級指標分別由不同的二級指標進行支撐，二級指標下的三級指標為產品評價的落地項，且各三級指標的設定與評測機構的評測能力相結合，三級指標均為實際可測評項。表2給出了國產CPU產品成熟度評價指標體系，其中基本能力和配套能力下的三級指標得分均由測評報告給出，保障能力下的三級指標得分由調查報告給出。

表2 國產CPU評價指標體系

2 基于三角直覺模糊層次分析法的指標權值確定

國產CPU產品成熟度評價過程涉及的評價指標較多，屬于多準則決策問題范疇，而傳統的評價方法層次分析法僅考慮專家判斷的兩種極端情況，沒有考慮專家判斷的模糊性，主觀性較強，且兩兩指標對比的重要程度難以客觀地用確切的數字表現[9]。Atanassov等[10]研究了模糊集理論，在此基礎上進行了拓展，將決策者對決策問題看法的猶豫程度引入到決策系統中，提出了直覺模糊集理論。Xu等[11]將直覺模糊集與層次分析法、模糊層次分析法相結合，提出了直覺模糊層次分析法，并使用直覺模糊數來構建模糊判斷矩陣。本文將三角直覺模糊數與層次分析法相結合構建三角直覺模糊層次分析法，該方法能夠充分反映評判專家對評價指標的判斷情況以及評判專家的偏好信息，使評價更加客觀真實，從而進一步提高指標權重計算的精確性和適用性。

2.1 三角直覺模糊數的相關知識

定義1設α是實數集上的一個直覺模糊集,其隸屬函數為：

非隸屬函數為：

(1)

其中，設λ∈[0,1]，λ反映決策者偏好信息的權重。若λ>0.5，表明決策者更喜歡確定性或積極情緒；若λ<0.5，表明決策者更喜歡不確定性或消極情緒；若λ=0.5，決策者是中立型，一般情況下取λ=0.5[13]。

2.2 基于三角直覺模糊層次分析法的指標權重計算

基于三角直覺模糊層次分析法的指標權重具體計算步驟如下：

步驟1確定模糊判斷矩陣，通過向專家發放調查問卷來獲取模糊判斷矩陣。兩兩指標通過表3數值體現兩兩對比程度。

表3 TIFNs比值標度的含義

獲得的模糊判斷矩陣的形式如下：

步驟2計算去模糊的判斷矩陣，如果i

(3)

步驟3得到判斷矩陣之后，求出矩陣的最大特征值λmax和最大特征值對應的特征向量W。

步驟4對計算結果進行一致性檢驗。

① 一致性指標CI的計算：

② 一致性比率CR的計算：

③RI的取值見表4。

表4 隨機一致性指標指數

若CR<0.1，則矩陣B通過一致性檢驗，反之則聯系專家，讓專家重新打分，重新構造模糊判斷矩陣，直到最終矩陣通過檢驗。

對于N位專家的調查表單，本文采用算數平均的方法對權重進行計算，公式如下：

(7)

式中：N為調查表單數，Q屬性k為某一指標的權重。

3 國產CPU產品成熟度評價軟件的設計與實現

3.1 設計思想

在設計本軟件時，考慮到評測需在廠商或專用評測場所進行等實際情況，故采用單機運行的方式。在系統支撐數據庫軟件方面，兼顧安裝便利性、性能、穩定性等多方面考慮，本軟件數據庫采用SqlLite數據庫系統軟件。本軟件應能支撐國產CPU產品成熟度評價指標的體系建立及后續的評價實施，因此建議劃分成評估體系、評估實施以及系統管理等三大功能模塊。

3.2 軟件功能框架

由設計思路及在產品成熟度評價工作中設想工具軟件擔當的任務，設計本軟件提供的功能架構如圖1所示。

圖1 軟件功能框架

3.3 軟件功能模塊說明

評估體系模塊包括模型管理、調查問卷、權值計算、模型發布等模塊。模型管理模塊是指對系統內產品成熟度評估模型以及模型指標的管理，包括對模型的增刪改查，在后續模型修改及添加時行使模型層面的數據管理及維護功能。該模塊還包含發放模型權值專家問卷功能，當評價指標模型建立之后，由此生成專家問卷調查表單。調查問卷模塊是對各個評估模型下錄入的調查問卷的管理。收集的專家問卷調查表單打分由此錄入，通過內置的三角直覺模糊層次分析算法，進行數值計算。對不滿足一致性要求的調查表單，通知專家修改相應分值。當有效回饋調查表單滿足一致性閾值要求后，將專家調查表單計算結果的指標權值保存到系統。權值計算模塊將所有專家調查表單中指標的權值求平均得到指標的權值。模型發布模塊包括權值校準、模型發布等功能，將各個指標進行校準得到最終指標權重，之后方可發布模型。

評估實施模塊包括待評產品、指標集、證明材料、測評報告得分、調查表單得分、成熟度計算等模塊。待評產品模塊實現對待評測產品的增刪改查以及確定待評測產品的適用模型等功能。指標集模塊可實現對評價模型中不適用于該產品的指標的裁剪。證明材料模塊顯示待測產品的全部電子證明材料列表，可直接查閱電子證明材料內容。測評報告得分模塊實現對本待測產品指標中，屬于測評報告范圍的指標項進行打分功能。調查表單得分模塊實現對本待測產品指標中屬于調查表單范圍的指標項進行打分功能。成熟度計算模塊基于測評報告的各項產品指標得分、調查表單的各項指標得分情況，計算出待評價產品的成熟度等級并生成評估報告。

系統管理包括系統用戶、專家庫模塊。系統用戶模塊管理使用本系統的用戶，包括用戶信息、密碼設置修改等管理功能。專家庫模塊實現對專家信息的管理，可設定相應的名稱、工作單位、技術職稱、聯系電話等。

3.4 實例研究

本次評價的產品為申威1610國產CPU，此次評測向三位專家發放了專家問卷調查表單進行打分，最終的評測結果如圖2所示。

圖2 產品成熟度評價結果

該產品的基本能力得分為0.834，配套能力得分為0.620，保障能力得分為0.596，產品成熟度等級為實用級(三級)，可以采用。但是產品的配套能力及保障能力得分不高，廠家可從這兩方面進行改善以提高產品成熟度等級。

4 結 語

本文給出了國產CPU產品成熟度的5級等級劃分，并構建了國產CPU產品成熟度評價指標體系作為評價軟件的理論依據。本文提出的三角直覺模糊層次分析法引入了隸屬度和非隸屬度以及專家的偏好信息，可使評價更加客觀，指標權重更加精確。基于此方法研發的評價軟件經過實際應用，獲得了用戶的認可。且該評價軟件的評價指標體系建立可由用戶自己定義，故該評價軟件不僅適用于國產CPU產品的成熟度評價，還適用于操作系統、數據庫、嵌入式CPU等國產關鍵軟硬件的產品成熟度評價。