孫 靜，杜 綱

(天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072)

基于TOPSIS的一類(lèi)復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)研究

孫 靜，杜 綱

(天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300072)

復(fù)雜產(chǎn)品由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、技術(shù)、制造過(guò)程、項(xiàng)目管理的繁雜性，難以全面、有效地評(píng)估其成熟度水平。在借鑒國(guó)內(nèi)外成熟度評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，以一類(lèi)面向高可靠性能要求的復(fù)雜產(chǎn)品為研究對(duì)象，引入模塊的概念對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，提出了復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的三個(gè)關(guān)鍵維度：技術(shù)成熟度、制造成熟度和應(yīng)用成熟度，建立了復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的模型及指標(biāo)體系。采用TOPSIS算法與專(zhuān)家打分相結(jié)合對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)，為復(fù)雜產(chǎn)品的快速成熟提供依據(jù)。

復(fù)雜產(chǎn)品;成熟度;TOPSIS算法;模塊

0 引言

復(fù)雜產(chǎn)品是指客戶(hù)需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造過(guò)程復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜的一類(lèi)產(chǎn)品。典型的復(fù)雜產(chǎn)品有航天器、飛機(jī)、復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品、汽車(chē)、武器系統(tǒng)等［1］。大型復(fù)雜產(chǎn)品在工業(yè)制造中非常廣泛，由于其內(nèi)部的復(fù)雜性，研制過(guò)程易發(fā)生性能調(diào)整、進(jìn)度延遲、成本增加等問(wèn)題?；诖?，研究復(fù)雜產(chǎn)品的成熟度評(píng)價(jià)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義［2］。

現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，針對(duì)技術(shù)成熟度和制造成熟度的研究相對(duì)較多，研究系統(tǒng)成熟度和產(chǎn)品成熟度的相對(duì)較少。技術(shù)成熟度方面，Gregory F.Dubos［3］等人提出了技術(shù)成熟度的進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)曲線(xiàn)。Mr.William［4］開(kāi)發(fā)了一種計(jì)算器，用來(lái)自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)品的技術(shù)成熟度。朱毅麟［5］研究了技術(shù)成熟度對(duì)航天器研制進(jìn)度的影響。關(guān)于制造成熟度，高原［6］等闡述了影響制造成熟度風(fēng)險(xiǎn)的因素及評(píng)價(jià)流程在軍品和民品方面的應(yīng)用。何益海、常文兵［7］等提出了基于制造成熟度與模糊層析分析方法的制造風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。系統(tǒng)成熟度方面，丁茹［8］等人得出了系統(tǒng)成熟度等級(jí)確定的一般方法。劉靖東等提出了評(píng)價(jià)復(fù)雜產(chǎn)品的系統(tǒng)成熟度評(píng)估方法。中國(guó)航天企業(yè)為了實(shí)施產(chǎn)品工程較早地提出了產(chǎn)品成熟度的概念。袁家軍［9］闡述了航天產(chǎn)品成熟度快速提升的途徑和方法。王衛(wèi)東［10］等人構(gòu)建了單機(jī)產(chǎn)品成熟度模型。

綜上所述，目前針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少，且主要存在以下來(lái)三點(diǎn)不足。①產(chǎn)品成熟度的評(píng)估應(yīng)該是面向產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、應(yīng)用的整個(gè)成熟周期，僅以技術(shù)成熟度與制造成熟度作為產(chǎn)品成熟度的評(píng)價(jià)技術(shù)存在一定的不足［11］。②現(xiàn)有文獻(xiàn)未對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。③現(xiàn)存研究對(duì)技術(shù)成熟度和制造成熟度等級(jí)的描述相對(duì)籠統(tǒng)，評(píng)價(jià)專(zhuān)家不能準(zhǔn)確地判斷其成熟度的水平。

本文以一類(lèi)面向高可靠性能要求的復(fù)雜產(chǎn)品為研究對(duì)象，提出評(píng)價(jià)復(fù)雜產(chǎn)品成熟度的三個(gè)關(guān)鍵維度，構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)模型及指標(biāo)體系對(duì)成熟度進(jìn)行評(píng)估。

1 TOPSIS算法確定指標(biāo)權(quán)重

TOPSIS算法確定指標(biāo)權(quán)重的步驟如下:

①對(duì)指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［12］:

2 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)模型建立

2.1 復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分

本文研究一類(lèi)高可靠性復(fù)雜產(chǎn)品，這類(lèi)產(chǎn)品具有高成本、高可靠性要求、高風(fēng)險(xiǎn)的特征。為了對(duì)這類(lèi)復(fù)雜產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，引入模塊的概念。模塊可以定義為一個(gè)物質(zhì)產(chǎn)品的子結(jié)構(gòu)，它與產(chǎn)品的功能元素子集具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。模塊是由零部件聚合而成，它與產(chǎn)品中其他部分的連接通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)［13］。構(gòu)建出如圖1的復(fù)雜產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)圖。

圖1 復(fù)雜產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)圖

2.2 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度等級(jí)劃分

通常來(lái)講，復(fù)雜產(chǎn)品成熟度等級(jí)可以劃分成以下8 級(jí)，如表1 所示［9］。

表1 產(chǎn)品成熟度等級(jí)劃分

2.3 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的關(guān)鍵維度

產(chǎn)品成熟度(Product Maturity Level，簡(jiǎn)稱(chēng)PML)是指對(duì)產(chǎn)品在研制設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、使用與支持全壽命周期內(nèi)所有影響要素的可控制程度、實(shí)現(xiàn)程度，以及產(chǎn)品固有質(zhì)量、可靠性的完備程度與可應(yīng)用程度的綜合度量［9］。本文提出技術(shù)成熟度、制造成熟度和應(yīng)用成熟度三個(gè)關(guān)鍵維度來(lái)衡量產(chǎn)品的成熟水平。

技術(shù)成熟度是主要衡量技術(shù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中所達(dá)到的可用程度和完備程度。技術(shù)成熟度水平的表征要素有:①設(shè)計(jì)的完備性——技術(shù)設(shè)計(jì)原理、實(shí)施條件分析及驗(yàn)證的完備情況;②技術(shù)應(yīng)用的完備性——指技術(shù)的應(yīng)用滿(mǎn)足產(chǎn)品功能、性能及可靠性指標(biāo)的程度;③驗(yàn)證的充分性——指對(duì)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的環(huán)境與產(chǎn)品真實(shí)使用環(huán)境的吻合程度。

制造成熟度保證了制造出規(guī)范產(chǎn)品的能力及產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力。制造成熟度水平的表征要素有:①生產(chǎn)環(huán)節(jié)規(guī)范化程度——產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的識(shí)別及過(guò)程控制的規(guī)范化程度;②批量生產(chǎn)能力——產(chǎn)品能耐穩(wěn)定地連續(xù)生產(chǎn)，滿(mǎn)足規(guī)模效益。

應(yīng)用成熟度是衡量批量生產(chǎn)出的產(chǎn)品各模塊所發(fā)揮的集成效應(yīng)、用戶(hù)正確使用產(chǎn)品的能力以及產(chǎn)品滿(mǎn)足用戶(hù)需求的能力。應(yīng)用成熟度水平的表征要素有:①產(chǎn)品集成效應(yīng)——在真實(shí)作業(yè)狀態(tài)下模塊間的協(xié)同性能;②應(yīng)用方法識(shí)別與掌握的熟練程度及普及度——用戶(hù)能夠熟練掌握如何使用產(chǎn)品;③產(chǎn)品升級(jí)能力——產(chǎn)品滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，技術(shù)改革的創(chuàng)新能力。

2.4 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

基于復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的三個(gè)關(guān)鍵維度，考慮復(fù)雜產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出如圖2的復(fù)雜產(chǎn)品成熟度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型。

圖2 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系模型

2.5 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度的評(píng)語(yǔ)集

在評(píng)價(jià)成熟度之前，要對(duì)指標(biāo)情況賦予一個(gè)評(píng)語(yǔ)集［14］。給出如表2的評(píng)語(yǔ)集作為示例，其他評(píng)語(yǔ)集的構(gòu)建方法與此相同。

表2 技術(shù)成熟度水平中設(shè)計(jì)完備性的評(píng)語(yǔ)集

3 復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)方法

專(zhuān)家打分受評(píng)估專(zhuān)家的主觀(guān)因素影響較大，為此采用TOPSIS算法與專(zhuān)家打分法相結(jié)合確定權(quán)重，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合實(shí)際情況，由圖2可以看出，需要引入三層權(quán)重，迭代三次，具體步驟如下。

①根據(jù)圖2，建立第一層初始樣本矩陣Yij。以技術(shù)成熟度水平為例，表3依次為設(shè)計(jì)的完備性、技術(shù)應(yīng)用的完備性、驗(yàn)證充分性構(gòu)成的初始樣本矩陣。讓專(zhuān)家對(duì)y11到y(tǒng)N3進(jìn)行打分，其中y11代表模塊1設(shè)計(jì)的完備性程度，yN3代表模塊N驗(yàn)證的充分性程度，打分可依據(jù)如示例表2給出的評(píng)語(yǔ)集。由于該矩陣的打分量綱相同，所以矩陣不用進(jìn)行無(wú)量綱處理。

表3 技術(shù)成熟度水平的初始樣本矩陣(第一層)

②采用專(zhuān)家打分法，依據(jù)各指標(biāo)的重要程度，對(duì)技術(shù)成熟度水平的三個(gè)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行打分，分別賦予權(quán)重 α1，α2Kαn。

③利用TOPSIS算法對(duì)專(zhuān)家打分給出的權(quán)重進(jìn)行修正，可以得到修正后的權(quán)重向量，記為ωj。

④ωj與Yij矩陣的加和即為各模塊的技術(shù)成熟度水平，同理可求出各模塊的制造成熟度和應(yīng)用成熟度，即可得到第二層初始樣本矩陣Y'ij，如表4所示。

表4 模塊成熟度的初始樣本矩陣(第二層)

⑤讓專(zhuān)家對(duì)模塊的技術(shù)成熟度、制造成熟度、應(yīng)用成熟度在產(chǎn)品整個(gè)生命周期的重要程度進(jìn)行打分，利用TOPSIS對(duì)權(quán)重進(jìn)行修正，得出修正后的權(quán)重向量，記為。

表5 產(chǎn)品成熟度初始樣本矩陣(第三層)

⑦依據(jù)各模塊在產(chǎn)品中的重要程度，讓專(zhuān)家對(duì)其權(quán)重進(jìn)行打分，記為ω＊＊j，ω＊＊j與Yij”的加和為復(fù)雜產(chǎn)品成熟度的水平，記為Z，最終的成熟度值Z*=?Z」。求出Z*后，參照上表1，即可確定該復(fù)雜產(chǎn)品的成熟度等級(jí)水平及其外在表征，為改進(jìn)復(fù)雜產(chǎn)品以促進(jìn)產(chǎn)品的快速成熟提供建議。

4 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證文中提出的方法，選用某家用分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)實(shí)例，某家用分體式空調(diào)的室內(nèi)機(jī)根據(jù)功能可分成7個(gè)模塊，分別是供電模塊、控制模塊、通風(fēng)模塊、熱交換模塊、排水模塊、顯示模塊、殼體模塊［13］。

采用本文提出的復(fù)雜產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)方法對(duì)某家用分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)的成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)步驟如下:

①根據(jù)圖2，建立家用分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)的成熟度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型，如圖3所示。

建立第一層初始樣本矩陣Yij。針對(duì)技術(shù)成熟度，讓專(zhuān)家對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)完備性、技術(shù)應(yīng)用完備性、驗(yàn)證充分性進(jìn)行打分，得到樣本矩陣，如表6所示。同理，讓專(zhuān)家對(duì)制造成熟度和應(yīng)用成熟度的各指標(biāo)進(jìn)行打分，得到的樣本矩陣分別為:

⑤讓專(zhuān)家對(duì)各模塊的技術(shù)成熟度、制造成熟度、應(yīng)用成熟度在產(chǎn)品整個(gè)生命周期的重要程度進(jìn)行打分，得到的權(quán)重系數(shù)矩陣為[ 0 .4 0.3 0.3]，用TOPSIS修正后的權(quán)重矩陣為:

圖3 空調(diào)室內(nèi)機(jī)成熟度綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系模型

表6 空調(diào)室內(nèi)機(jī)的初始樣本矩陣(第一層)

②采用專(zhuān)家打分法，依據(jù)各指標(biāo)的重要程度，對(duì)模塊的技術(shù)成熟度、制造成熟度和應(yīng)用成熟度各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行打分，得到權(quán)重向量分別為:

③采用TOPSIS算法對(duì)專(zhuān)家打分給出的權(quán)重向量進(jìn)行修正，得出修正后的權(quán)重向量ωj分別為:

④ωj與Yij矩陣的加和即為各模塊的技術(shù)成熟度、制造成熟度及應(yīng)用成熟度水平。第二層的初始樣本矩陣Y'ij為:

⑦讓專(zhuān)家對(duì)七個(gè)模塊在某家用分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)中的重要性進(jìn)行打分，得到權(quán)重向量為[0.1 0.2 0.2 0.15 0.2 0.1 0.05]，最后得到的空調(diào)室內(nèi)機(jī)的產(chǎn)品成熟度水平矩陣為:

可以得出某家用分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)的成熟度水平Z為4.8657，最終的成熟度值z(mì)*為4。參照表1，即可知道該產(chǎn)品屬于高級(jí)工程產(chǎn)品，其外在表征為產(chǎn)品原型在真實(shí)使用環(huán)境下功能性能滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，完成設(shè)計(jì)定型，具備生產(chǎn)準(zhǔn)入條件。

通過(guò)計(jì)算，我們可以發(fā)現(xiàn)該家用分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)的殼體模塊最不成熟，影響了室內(nèi)機(jī)的整體成熟度水平，而在殼體模塊中技術(shù)成熟度的水平相對(duì)比較薄弱，建議對(duì)殼體模塊的技術(shù)成熟度水平加以改進(jìn)，以提高產(chǎn)品整體的成熟度水平。

5 結(jié)束語(yǔ)

在技術(shù)成熟度和制造成熟度不能全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)復(fù)雜產(chǎn)品成熟度水平的基礎(chǔ)上，引入應(yīng)用成熟度作為第三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)一類(lèi)面向高可靠性應(yīng)用要求的復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行研究。從模塊的角度對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，建立了復(fù)雜產(chǎn)品成熟度的評(píng)價(jià)模型及指標(biāo)體系，采用TOPSIS算法與專(zhuān)家打分法相結(jié)合，有效地避免了專(zhuān)家打分的主觀(guān)性，使結(jié)果更加科學(xué)合理。以某家用分體式空調(diào)的室內(nèi)機(jī)為例，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文提出的方法，并給出了使復(fù)雜產(chǎn)品快速成熟的合理化建議。

［1］吳延勛，秦現(xiàn)生.一種復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與流程設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33(1):52-53.

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(編輯 李秀敏)

Research on Maturity Evaluation of a Kind of Complex Product Based on TOPSISMethod

SUN Jing，DU Gang
(Department of Management and Eeonomics，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Because of the complex of internal structure，the technology，manufacturing process，the projectmanagement，it is difficult to evaluate thematurity level of complex products comprehensively and effectively.Based on the thought ofmaturity model from home and abroad，this paper studies on a kind of complex productwhich meet high reliability requirements and brings in the concept ofmodule for the structure division of complex product.Three key dimensions are put forward to evaluate thematurity of product，these are Technology Readiness Level，Manufacturing Readiness Level and Application Readiness Level.This paper establishes the evaluationmodel and index system of complex product’smaturity，uses TOPSIS algorithm combined w ith expert scoringmethod to evaluate thematurity of the products and provides the basis for the rapid mature of complex products.

complex product;maturity;TOPSIS algorithm;module

TH16;TG65

A

1001-2265(2013)03-0122-05

2012-08-24;

2012-09-16

孫靜(1988—)，女，遼寧葫蘆島人，天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部碩士研究生，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品成熟度，(E-mail)sssunjing_0808@163.com;杜綱(1954—)，女，湖北秭歸人，天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣芾硐到y(tǒng)分析與決策。