余燎原 倪楓 劉姜 周奕寧 張敬鴻 拓開慧

(上海理工大學(xué)管理學(xué)院，上海 200093)

0 引言

中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年，我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)首次突破萬(wàn)億元，銷售額達(dá)10 458.3億元，同比增長(zhǎng)18.2%。其中設(shè)計(jì)業(yè)銷售額達(dá)4519億元，同比增長(zhǎng)19.6%；制造業(yè)銷售額達(dá)3176億元，同比增長(zhǎng)24.1%；封測(cè)行業(yè)銷售額達(dá)2763億元，同比增長(zhǎng)10.1%。

然而，集成電路產(chǎn)業(yè)仍面臨產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、高端芯片供給不足等問(wèn)題。從全球范圍看，企業(yè)體量較小，企業(yè)創(chuàng)新能力受規(guī)模、盈利能力等限制，特別是在芯片研發(fā)企業(yè)中面臨的不確定風(fēng)險(xiǎn)因素較多，進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理十分必要[1-2]。

1 基于FMEA拓展的模糊綜合評(píng)價(jià)方法

1.1 FMEA方法概述

首先，需建立一個(gè)跨職能的團(tuán)隊(duì)，并通過(guò)進(jìn)行系統(tǒng)的頭腦風(fēng)暴識(shí)別產(chǎn)品、過(guò)程或系統(tǒng)所有潛在故障模式；其次，風(fēng)險(xiǎn)測(cè)量需要根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)數(shù)(Risk Priority Number，RPN)進(jìn)行分析，風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)數(shù)由三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素相乘而得，其中包括發(fā)生率(O)或故障發(fā)生的概率；嚴(yán)重性(S)或故障的嚴(yán)重程度；檢測(cè)(D)或故障發(fā)生前的故障檢測(cè)能力(RPN=O×S×D)；最后，將RPN值進(jìn)行由高到底的排序，值最高的風(fēng)險(xiǎn)最大，然后針對(duì)O、S、D三個(gè)方面采取措施來(lái)降低RPN值，從而降低風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)數(shù)。FMEA是一種工具，用于識(shí)別和消除已知或潛在故障，以提高系統(tǒng)的可靠性，并為風(fēng)險(xiǎn)管理決策提供信息。FMEA優(yōu)點(diǎn)包括遵循邏輯和結(jié)構(gòu)化的方法確定所關(guān)注的領(lǐng)域；允許早期識(shí)別故障點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)功能單元故障的風(fēng)險(xiǎn)分析的改進(jìn)[3]?；贔MEA的研發(fā)項(xiàng)目分解圖如圖1所示。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)方法原理和步驟

FMEA方法的缺點(diǎn)是依賴專家的主觀性比較強(qiáng)，考慮到專家的個(gè)人狀況以及專家意見的一致程度和信任程度，本文采用層次分析法確定各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。此外，針對(duì)芯片研發(fā)項(xiàng)目存在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估難以量化、FMEA評(píng)估方法主觀和無(wú)法評(píng)價(jià)項(xiàng)目總風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，采用模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。下面具體介紹其原理和步驟[3]。

1.2.1 確定因素集A

用FMEA方法在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別后，得到風(fēng)險(xiǎn)因素集A，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分層圖如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分層圖

第一層風(fēng)險(xiǎn)因素集A=(A1，A2，…，Am)。

第二層風(fēng)險(xiǎn)因素子集A=(Ai1，Ai2，…，Ain)(i=1，2，…，m)。

1.2.2 確定因素的權(quán)重集W

采用層次分析法確定比較矩陣，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)主因素進(jìn)行重要性比較。重要性判斷標(biāo)準(zhǔn)見表1。如果因素Ai比Aj比較重要，則打分為aij；如果因素Aj比Ai比較重要，則打分為1/aij，得到因素比較矩陣公式如下

表1 重要性判斷標(biāo)準(zhǔn)表

表2 主因素層判斷矩陣及權(quán)重表

依次計(jì)算各比較矩陣最大特征根λmax及特征向量，其特征向量是對(duì)應(yīng)因素的權(quán)重矩陣Wi。對(duì)矩陣Wi進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性指標(biāo) CI=(λmax-n)/(n-1)，n為矩陣階數(shù)。一致性比例CR=(CI)/(RI)，當(dāng)CR<0.1時(shí)，則說(shuō)明該權(quán)重矩陣合理；當(dāng)CR>0.1時(shí)，則重新修改比較矩陣，直到CR<0.1。其中RI的值可通過(guò)查表獲得。

1.2.3 確定評(píng)判集及評(píng)判矩陣

評(píng)判集是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素模糊評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于難以量化的因素，通過(guò)用模糊性語(yǔ)言進(jìn)行評(píng)判，本文將評(píng)判等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)，V1、V2、V3、V4、V5，分別對(duì)應(yīng)很大、較大、一般、較小、很小，并確定每個(gè)等級(jí)的數(shù)值。項(xiàng)目評(píng)判組成員對(duì)所有風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)判，數(shù)值=每個(gè)等級(jí)的選中人數(shù)/總的人數(shù)。例如，評(píng)判因素A1的風(fēng)險(xiǎn)為“很大”的人數(shù)是m，參與評(píng)判人數(shù)為n，則該風(fēng)險(xiǎn)因素等級(jí)“很大”的評(píng)判值為m/n。

對(duì)第二層每個(gè)子集的每個(gè)因素進(jìn)行模糊評(píng)判，得到模糊評(píng)判矩陣公式如下

1.2.4 綜合評(píng)價(jià)

Vi表示第二層每個(gè)因素子集的評(píng)判矩陣，Wi表示第二層每個(gè)因素子集的權(quán)重矩陣，得到第二層第i子集的評(píng)價(jià)矩陣公式如下

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的總評(píng)模糊矩陣公式如下

B=(B1B2…Bm)

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的總的評(píng)價(jià)向量公式如下

B=W×B

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的綜合隸屬度公式如下

P=D×V

綜合隸屬度為該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的總評(píng)結(jié)果，對(duì)比風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可得該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)情況。

2 案例分析

F公司是上海一家高新技術(shù)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。組織項(xiàng)目專家評(píng)判小組進(jìn)行基于失效模式的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，可以得出項(xiàng)目的主要風(fēng)險(xiǎn)為外部風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)和安全風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)方面，芯片研發(fā)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)匯總圖如圖3所示。

2.1 確定因素集

該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)共分為兩層，第一層為4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)主因素，即

A={A1(外部風(fēng)險(xiǎn))A2(技術(shù)風(fēng)險(xiǎn))A3(管理風(fēng)險(xiǎn))A4(安全風(fēng)險(xiǎn))}

每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)主因素的子集分別為

A1=(A11，A12，A13，A14)

A2=(A21，A22，A23，A24，A25，A26，A27)

A3=(A31，A32，A33，A34)

A4=(A41，A42，A43，A44)

2.2 確定權(quán)重集

根據(jù)圖3所示，本項(xiàng)目共有4個(gè)主風(fēng)險(xiǎn)因素和19個(gè)具體風(fēng)險(xiǎn)因素，采用層次分析法分別確定其權(quán)重。對(duì)4個(gè)主風(fēng)險(xiǎn)因素及其子集分別進(jìn)行兩兩比較，得到因素比較矩陣，分別求出最大特征根λmax及特征向量，其特征向量就是對(duì)應(yīng)因素的權(quán)重矩陣，然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[4]。

外部風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)及安全風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分別為

W1=(0.356 2 0.325 0 0.193 7 0.125 1)

W2=(0.235 1 0.308 9 0.086 1 0.077 5 0.091 5 0.068 9 0.132 1)

W3=(0.292 3 0.379 7 0.212 8 0.115 1)

W4=(0.367 6 0.339 8 0.178 1 0.114 5)

主因素風(fēng)險(xiǎn)層權(quán)重為

W=(0.293 9 0.479 0 0.133 4 0.093 7)

2.3 確定評(píng)判集、評(píng)判矩陣及綜合評(píng)價(jià)

芯片研發(fā)項(xiàng)目采用高新技術(shù)較多，項(xiàng)目研發(fā)經(jīng)驗(yàn)較少，難以定量評(píng)判。因此，本項(xiàng)目選取5個(gè)等級(jí)的模糊語(yǔ)言，即V={很大，較大，一般，較小，很小}，作為每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)判向量，Vi(i=1，2，3，4)分別表示外部風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)判矩陣。

各個(gè)因素的評(píng)價(jià)矩陣為Bi=Wi×Vi(i=1，2，3，4)

外部風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣為

B1=W1×V1

=(0.356 2 0.325 0 0.193 7 0.125 1)×

=(0.139 4 0.416 9 0.309 4 0.134 4 0.000 0)

同理可以得到

B2=(0.302 9 0.207 3 0.200 0 0.204 0 0.085 9)

B3=(0.336 0 0.336 0 0.216 3 0.111 6 0.046 0)

B4=(0.000 0 0.034 3 0.215 9 0.544 3 0.205 5)

項(xiàng)目總的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣公式如下

D=W×(B1B2B3B4)T

=(0.293 9 0.479 0 0.133 4 0.0937)×

=(0.230 9 0.269 9 0.235 8 0.203 1 0.066 5)

綜上可得項(xiàng)目總的評(píng)判結(jié)果、4個(gè)主風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)判結(jié)果及評(píng)判集V=(0.9，0.7，0.5，0.3，0.1)，風(fēng)險(xiǎn)隸屬度為P=Bi×VT

外部風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度為

C1=B1×VT

=(0.139 4 0.416 9 0.309 4 0.134 4 0.000 0)×

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度為C2=B2×VT=0.587 5

管理風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度為C3=B3×VT=0.683 8

安全風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度為C4=B4×VT=0.315 8

項(xiàng)目總的風(fēng)險(xiǎn)隸屬度為C=D×VT=0.582 2

項(xiàng)目專家組根據(jù)芯片研發(fā)項(xiàng)目情況制定該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尺度，本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)狀況共分為5級(jí)，見表3。

表3 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

經(jīng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較，本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為三級(jí)，項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中偶爾會(huì)出現(xiàn)較大問(wèn)題，但基本在可控范圍內(nèi)。管理風(fēng)險(xiǎn)對(duì)項(xiàng)目影響最大，其次是外部風(fēng)險(xiǎn)，再次是安全風(fēng)險(xiǎn)。外部、技術(shù)和管理三方面都應(yīng)采取措施盡量使項(xiàng)目總風(fēng)險(xiǎn)降到二級(jí)及以下。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用擴(kuò)展FMEA的模糊綜合評(píng)價(jià)方法，結(jié)合芯片研發(fā)項(xiàng)目的行業(yè)背景，針對(duì)芯片研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到項(xiàng)目總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以及外部、技術(shù)、管理和安全4個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并通過(guò)案例驗(yàn)證擴(kuò)展后的FMEA方法在芯片研發(fā)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理中的有效性。