基于三角直觉模糊层次分析法的国产CPU产品成熟度评价软件开发

武 阳 李雪巍

(中国航天系统科学与工程研究院 北京 100048)

0 引 言

CPU是电子设备的“大脑”，其重要性不言而喻，然而CPU的研制也极其困难。在CPU领域，我国也一直受美英日等科技大国的钳制，CPU市场也被国外垄断。近年来，经过各方的共同努力，我国在CPU领域已经完成部分关键技术攻关，并涌现出了大量具备我国自主知识产权的核心产品，比如龙芯3A2000芯片、兆芯的CPU、飞腾的FT-1500A以及申威CPU。面对琳琅满目的国产CPU产品，如何选取性能完备、质量稳定、产品成熟的CPU成为市场面临的问题。

对于成熟度的研究最早起源于美国，美国专家Sadin[1]在20世纪70年代提出了技术成熟度的概念，并于20世纪90年代趋于成熟。技术成熟度包含9个度量的等级，涉及到一项新的技术从概念到实际应用的全生命周期。但是在采办管理过程中，美国国防部发现难以用技术成熟度来控制生产系统的经济性，因此在技术成熟度的基础上发展起来了制造成熟度，其目的是降低技术转化过程中的制造风险，从而节约成本提高生产系统的经济性。然而两者均是以管理者和客户为出发点，没有考虑到产品的具体研发难度，对产品的生产缺乏指导作用，因此在技术成熟度和制造成熟度的基础上产品成熟度概念便衍生而来，但现在对产品成熟度的研究并没有形成体系[2-3]。王卫东等[4]参考软件能力成熟度模型，建立了空间产品成熟度模型以及产品成熟度提升程序，以此来提高航天空间飞行器的产品成熟度。袁家军[5]针对航天产品小子样、高可靠、高风险的特点，提出了航天产品成熟度理论框架，并给出了提高航天产品成熟度的措施。王文炎等[6]给出了宇航元器件产品成熟度等级划分以及划分等级的依据，并提出了详细的评估方法来确定宇航元器件产品的成熟度等级。目前国内对产品成熟度的研究大多集中在航天产品，对国产CPU这种更为通用的产品不具有一般指导性。

本文基于以上研究，定义了国产CPU产品成熟度的等级，依据用户需求展开表构建了国产CPU产品成熟度评价指标体系，并采用三角直觉模糊层次分析法来确定指标的权重。本文以此理论为支撑研发了基于三角直觉模糊层次分析法的国产CPU产品成熟度评价系统，可为用户选用国产CPU提供可信的依据，让国产CPU在我国军事化建设中真正的发挥作用。

1 国产CPU产品成熟度等级及指标体系

1.1 国产CPU产品成熟度等级划分

评价国产CPU产品成熟度应当包含国产CPU的全生命周期，具体来讲，国产CPU产品成熟度是从三个角度对其展开评价：一是基本能力，二是配套能力，三是保障能力。对于国产CPU产品成熟度等级的划分，本着简化级别、清晰等级定义的原则，制定为5个级别，如表1所示。

表1 国产CPU产品成熟度等级划分

续表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)等级特征的三个指标项之间为“与”的关系，即如果三个指标项有一个不满足本级特征要求，则成熟度等级归为下一个等级。

1.2 国产CPU产品成熟度评价指标体系

构建国产CPU产品成熟度评价指标体系是评价国产CPU产品成熟度等级必不可少的一步。在国产CPU产品成熟度评价指标体系的构建过程中，不仅要考虑国产CPU产品本身，还需综合考评供应商能力、市场接受度等因素。对于CPU产品本身，其考评重点是功能完备性、产品性能、稳定性、跟相应配套产品的适配能力以及与同类产品的兼容性[7]。对于供应商的能力考评，应当从企业的科研能力、工艺水平、生产线数量及质量、品质控制能力、原材料获取能力、服务保障能力等指标出发[8]，此外对于市场接受度，应从与主流产品的相似程度、当前用户认可程度等作为考评的主要依据。

本文采用亲和图(KJ)法在管理机关、生产厂商、评测机构、咨询机构征求意见后，逐项确认各个需求是否正确，以及是否有遗漏，最后获得比较全面且具有一定层次性的用户需求展开表，并依据此表来构建国产CPU产品成熟度评价指标体系。

评价国产CPU产品成熟度的三个一级指标分别为：基本能力、配套能力和保障能力。一级指标是评判级别的对照标准，最终的产品成熟度等级将以一级指标的满足程度确定，每个一级指标分别由不同的二级指标进行支撑，二级指标下的三级指标为产品评价的落地项，且各三级指标的设定与评测机构的评测能力相结合，三级指标均为实际可测评项。表2给出了国产CPU产品成熟度评价指标体系，其中基本能力和配套能力下的三级指标得分均由测评报告给出，保障能力下的三级指标得分由调查报告给出。

表2 国产CPU评价指标体系

2 基于三角直觉模糊层次分析法的指标权值确定

国产CPU产品成熟度评价过程涉及的评价指标较多，属于多准则决策问题范畴，而传统的评价方法层次分析法仅考虑专家判断的两种极端情况，没有考虑专家判断的模糊性，主观性较强，且两两指标对比的重要程度难以客观地用确切的数字表现[9]。Atanassov等[10]研究了模糊集理论，在此基础上进行了拓展，将决策者对决策问题看法的犹豫程度引入到决策系统中，提出了直觉模糊集理论。Xu等[11]将直觉模糊集与层次分析法、模糊层次分析法相结合，提出了直觉模糊层次分析法，并使用直觉模糊数来构建模糊判断矩阵。本文将三角直觉模糊数与层次分析法相结合构建三角直觉模糊层次分析法，该方法能够充分反映评判专家对评价指标的判断情况以及评判专家的偏好信息，使评价更加客观真实，从而进一步提高指标权重计算的精确性和适用性。

2.1 三角直觉模糊数的相关知识

定义1设α是实数集上的一个直觉模糊集,其隶属函数为：

非隶属函数为：

(1)

其中，设λ∈[0,1]，λ反映决策者偏好信息的权重。若λ>0.5，表明决策者更喜欢确定性或积极情绪；若λ<0.5，表明决策者更喜欢不确定性或消极情绪；若λ=0.5，决策者是中立型，一般情况下取λ=0.5[13]。

2.2 基于三角直觉模糊层次分析法的指标权重计算

基于三角直觉模糊层次分析法的指标权重具体计算步骤如下：

步骤1确定模糊判断矩阵，通过向专家发放调查问卷来获取模糊判断矩阵。两两指标通过表3数值体现两两对比程度。

表3 TIFNs比值标度的含义

获得的模糊判断矩阵的形式如下：

步骤2计算去模糊的判断矩阵，如果i

(3)

步骤3得到判断矩阵之后，求出矩阵的最大特征值λmax和最大特征值对应的特征向量W。

步骤4对计算结果进行一致性检验。

① 一致性指标CI的计算：

② 一致性比率CR的计算：

③RI的取值见表4。

表4 随机一致性指标指数

若CR<0.1，则矩阵B通过一致性检验，反之则联系专家，让专家重新打分，重新构造模糊判断矩阵，直到最终矩阵通过检验。

对于N位专家的调查表单，本文采用算数平均的方法对权重进行计算，公式如下：

(7)

式中：N为调查表单数，Q属性k为某一指标的权重。

3 国产CPU产品成熟度评价软件的设计与实现

3.1 设计思想

在设计本软件时，考虑到评测需在厂商或专用评测场所进行等实际情况，故采用单机运行的方式。在系统支撑数据库软件方面，兼顾安装便利性、性能、稳定性等多方面考虑，本软件数据库采用SqlLite数据库系统软件。本软件应能支撑国产CPU产品成熟度评价指标的体系建立及后续的评价实施，因此建议划分成评估体系、评估实施以及系统管理等三大功能模块。

3.2 软件功能框架

由设计思路及在产品成熟度评价工作中设想工具软件担当的任务，设计本软件提供的功能架构如图1所示。

图1 软件功能框架

3.3 软件功能模块说明

评估体系模块包括模型管理、调查问卷、权值计算、模型发布等模块。模型管理模块是指对系统内产品成熟度评估模型以及模型指标的管理，包括对模型的增删改查，在后续模型修改及添加时行使模型层面的数据管理及维护功能。该模块还包含发放模型权值专家问卷功能，当评价指标模型建立之后，由此生成专家问卷调查表单。调查问卷模块是对各个评估模型下录入的调查问卷的管理。收集的专家问卷调查表单打分由此录入，通过内置的三角直觉模糊层次分析算法，进行数值计算。对不满足一致性要求的调查表单，通知专家修改相应分值。当有效回馈调查表单满足一致性阈值要求后，将专家调查表单计算结果的指标权值保存到系统。权值计算模块将所有专家调查表单中指标的权值求平均得到指标的权值。模型发布模块包括权值校准、模型发布等功能，将各个指标进行校准得到最终指标权重，之后方可发布模型。

评估实施模块包括待评产品、指标集、证明材料、测评报告得分、调查表单得分、成熟度计算等模块。待评产品模块实现对待评测产品的增删改查以及确定待评测产品的适用模型等功能。指标集模块可实现对评价模型中不适用于该产品的指标的裁剪。证明材料模块显示待测产品的全部电子证明材料列表，可直接查阅电子证明材料内容。测评报告得分模块实现对本待测产品指标中，属于测评报告范围的指标项进行打分功能。调查表单得分模块实现对本待测产品指标中属于调查表单范围的指标项进行打分功能。成熟度计算模块基于测评报告的各项产品指标得分、调查表单的各项指标得分情况，计算出待评价产品的成熟度等级并生成评估报告。

系统管理包括系统用户、专家库模块。系统用户模块管理使用本系统的用户，包括用户信息、密码设置修改等管理功能。专家库模块实现对专家信息的管理，可设定相应的名称、工作单位、技术职称、联系电话等。

3.4 实例研究

本次评价的产品为申威1610国产CPU，此次评测向三位专家发放了专家问卷调查表单进行打分，最终的评测结果如图2所示。

图2 产品成熟度评价结果

该产品的基本能力得分为0.834，配套能力得分为0.620，保障能力得分为0.596，产品成熟度等级为实用级(三级)，可以采用。但是产品的配套能力及保障能力得分不高，厂家可从这两方面进行改善以提高产品成熟度等级。

4 结 语

本文给出了国产CPU产品成熟度的5级等级划分，并构建了国产CPU产品成熟度评价指标体系作为评价软件的理论依据。本文提出的三角直觉模糊层次分析法引入了隶属度和非隶属度以及专家的偏好信息，可使评价更加客观，指标权重更加精确。基于此方法研发的评价软件经过实际应用，获得了用户的认可。且该评价软件的评价指标体系建立可由用户自己定义，故该评价软件不仅适用于国产CPU产品的成熟度评价，还适用于操作系统、数据库、嵌入式CPU等国产关键软硬件的产品成熟度评价。