基于F-AHP貼近度計(jì)算的判別船舶IETM系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)體系

訾一諾， 俞 翔， 孔慶福

(1. 海軍工程大學(xué) 研究生院， 湖北 武漢 430000； 2. 解放軍91202部隊(duì)， 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(duì)裝備保障的實(shí)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(cè)(Interactive Electronic Technical Manual, IETM)的研究。我國在逐步推進(jìn)IETM研究的同時(shí)，對(duì)IETM的評(píng)估工作也隨之展開，通過對(duì)船舶IETM的評(píng)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(duì)船舶裝備評(píng)估的眾多方法中，綜合模糊評(píng)判法較為常用[2]，其評(píng)判步驟為采用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論建立評(píng)估指標(biāo)體系，確定權(quán)重系數(shù)并收集評(píng)估數(shù)據(jù)。評(píng)估數(shù)據(jù)是影響最終評(píng)估結(jié)論的直接因素，對(duì)評(píng)估數(shù)據(jù)的處理方法雖然具有科學(xué)性與合理性，但對(duì)評(píng)估數(shù)據(jù)的采集過程卻缺少必要的客觀性與科學(xué)性證明。

參與打分的評(píng)判人員基本由研發(fā)人員、相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、使用人員等3類組成，他們知識(shí)層次不同，對(duì)被評(píng)估裝備的認(rèn)知角度也不同，通過對(duì)各層次人員所打分?jǐn)?shù)進(jìn)行貼近度計(jì)算，進(jìn)而對(duì)評(píng)估指標(biāo)體系展開判別，有助于建立更加客觀、科學(xué)、有效的指標(biāo)體系，優(yōu)化最終評(píng)估結(jié)果，增強(qiáng)評(píng)估過程的說服力，指導(dǎo)后續(xù)評(píng)估打分人員的組成。

1 建立指標(biāo)體系

所謂模糊識(shí)別，是指以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)從待識(shí)別對(duì)象中識(shí)別出哪些對(duì)象模式與已知模式相近或相同的識(shí)別方法，也稱為F-AHP[3]。對(duì)某型船舶裝備IETM評(píng)估打分?jǐn)?shù)據(jù)的貼近度計(jì)算是建立在對(duì)該型船舶裝備IETM的綜合模糊評(píng)估基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

對(duì)船舶裝備IETM開展評(píng)估，指標(biāo)體系的建立直接影響評(píng)估結(jié)果，總結(jié)以往指標(biāo)體系設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合船舶IETM系統(tǒng)的實(shí)際情況，主要從裝備IETM系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)效果、船舶總體說明書實(shí)現(xiàn)效果、系統(tǒng)級(jí)裝備實(shí)現(xiàn)效果、設(shè)備級(jí)裝備實(shí)現(xiàn)效果等4方面進(jìn)行指標(biāo)體系的建立[4]。

(1) 裝備IETM系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)效果評(píng)估指標(biāo)體系主要從系統(tǒng)試用總體反映指標(biāo)、軟件平臺(tái)開發(fā)效果指標(biāo)、對(duì)用戶需求滿足程度指標(biāo)等3方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

系統(tǒng)試用總體反映指標(biāo)由3個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成：對(duì)本裝備IETM系統(tǒng)的總體評(píng)價(jià)、對(duì)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(tái)開發(fā)效果指標(biāo)由6個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成：系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范性、軟件平臺(tái)內(nèi)容模塊的全面性、信息表現(xiàn)方式設(shè)計(jì)的豐富性、軟件界面設(shè)計(jì)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(hù)保障設(shè)計(jì)的便捷性。

對(duì)用戶需求滿足程度指標(biāo)由3個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成：對(duì)用戶開展裝備知識(shí)學(xué)習(xí)工作的需求滿足程度、對(duì)用戶開展裝備使用操作工作的需求滿足程度和對(duì)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(píng)估時(shí)主要從2個(gè)二級(jí)指標(biāo)即內(nèi)容權(quán)威性和表達(dá)方式的豐富性和有效性等2方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3) 系統(tǒng)級(jí)裝備IETM的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容主要由6個(gè)二級(jí)指標(biāo)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(jí)裝備IETM的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容主要由8個(gè)二級(jí)指標(biāo)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(xì)則模塊、設(shè)備圖冊(cè)模塊以及設(shè)備器材保障模塊。

2 貼近度計(jì)算對(duì)指標(biāo)體系的判別

2.1 貼近度對(duì)模糊評(píng)判的影響

對(duì)船舶裝備IETM進(jìn)行評(píng)估，在指標(biāo)體系建立后，需要由相關(guān)人員結(jié)合評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)評(píng)估對(duì)象進(jìn)行逐項(xiàng)打分評(píng)判，所得的分?jǐn)?shù)經(jīng)一系列處理后，可以直觀地反映評(píng)估的結(jié)果。因?qū)Υ把b備IETM的評(píng)估打分人員不只是IETM的開發(fā)人員與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，還包括試用IETM的系統(tǒng)船舶工作人員。各層次打分測(cè)評(píng)人員對(duì)IETM的認(rèn)識(shí)不同，看待角度不同，對(duì)接下來的改進(jìn)意見也不同。對(duì)該型船舶IETM進(jìn)行打分，參與評(píng)估的專家類人員主要由科研院校高級(jí)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(shí)層次高，理解程度深，對(duì)該型船舶裝備IETM掌握全面；參與評(píng)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(shí)層次較一般，對(duì)該型IETM系統(tǒng)掌握不全面。因此，需要對(duì)不同層次人員的打分進(jìn)行貼近度計(jì)算，判斷不同層次人員對(duì)船舶裝備IETM系統(tǒng)的熟悉掌握狀況與對(duì)評(píng)估指標(biāo)體系的認(rèn)識(shí)了解情況。通過貼近度計(jì)算，其結(jié)果直觀科學(xué)地反映出不同層次人員對(duì)IETM評(píng)估的貼近程度，總結(jié)評(píng)估指標(biāo)體系設(shè)計(jì)的完整性和全面性，為后續(xù)船舶IETM系統(tǒng)評(píng)估工作提供改進(jìn)方向，也為船舶工作人員的培養(yǎng)提供科學(xué)有效的意見與建議[5]。

2.2 權(quán)重計(jì)算方法

對(duì)裝備系統(tǒng)評(píng)估的權(quán)重計(jì)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(duì)非定量事件作定量分析的一種簡(jiǎn)單方法，具有較強(qiáng)的科學(xué)性與說服力，是對(duì)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(xué)性和準(zhǔn)確性，設(shè)一級(jí)指標(biāo)權(quán)系數(shù)為wi(i=1,2,…，m),二級(jí)指標(biāo)權(quán)系數(shù)為wij(j=1,2,…，n),采用1～9比例標(biāo)度的層次分析法構(gòu)造A-U判斷矩陣，計(jì)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(biāo)識(shí)目標(biāo)，ui、uj表示評(píng)價(jià)因素，ui∈U,uj∈U,其中i，j=1,2,…，n。uij表示因素ui對(duì)因素uj的相對(duì)重要性數(shù)值，uij取值如表1所示。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

根據(jù)上述符號(hào)得到判斷矩陣為

(2)

稱之為A-U判斷矩陣。

(3) 計(jì)算重要性排序

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

用和積法計(jì)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(duì)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(jì)算最大特征根λmax

(6)

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

(7)

RI稱為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，對(duì)于1～9階判斷矩陣，RI值如表2所示。

表2 1～9階RI值

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)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(jì)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(jì)算方法[6]。

設(shè)A、B是有限論域上的2個(gè)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(gè)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(gè)適當(dāng)選擇的參數(shù)。

(10)

(11)

σ(A·B)的值越接近1，其2個(gè)模糊集就越靠近，本文結(jié)合實(shí)際，選擇貼近度較好的海明貼近度進(jìn)行計(jì)算。

3 實(shí)例分析

基于上述方法，對(duì)某型船舶裝備IETM系統(tǒng)的模糊綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行貼近度計(jì)算，并對(duì)專家和船員的打分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過貼近度計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)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(jìn)行評(píng)估打分并計(jì)算模糊評(píng)價(jià)矩陣貼近度和單因素評(píng)價(jià)結(jié)果貼近度，文中其余指標(biāo)因素的貼近度計(jì)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(píng)價(jià)U1，對(duì)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(píng)語集{很大，較大，一般}，其對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)為{100，80，60}。

3.2 貼近度計(jì)算

對(duì)總體試用情況打分進(jìn)行分類，專家打分為Ai,二級(jí)指標(biāo)各項(xiàng)分?jǐn)?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(jí)指標(biāo)各項(xiàng)分?jǐn)?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(duì)專家、船員打分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 總體試用情況專家、船員打分?jǐn)?shù)據(jù)

由表3可得“總體試用情況”綜合評(píng)價(jià)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(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)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(píng)估結(jié)果為B，則專家B1、船員B2等2類人員模糊評(píng)價(jià)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(jì)算2類綜合評(píng)估結(jié)果的海明貼近度為

δ(B1，B2)=0.856 7

再計(jì)算專家、船員等2類人員單因素評(píng)估數(shù)據(jù)貼近度，設(shè)B1i為專家評(píng)價(jià)結(jié)果，B2i為船員評(píng)價(jià)結(jié)果，B11為專家對(duì)因素U1評(píng)價(jià)結(jié)果，B12為專家對(duì)因素U2評(píng)價(jià)結(jié)果，B1n為專家對(duì)Un評(píng)價(jià)結(jié)果(i=1,2,…，n)。同理，B2i為船員對(duì)因素Ui的評(píng)價(jià)結(jié)果。計(jì)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(duì)比曲線(見圖1)，可明顯觀察到對(duì)于因素U3，專家與船員的評(píng)估數(shù)據(jù)貼近度為0.44，與1對(duì)比有較大差異。結(jié)合所得模糊綜合評(píng)估矩陣貼近度及最終評(píng)估結(jié)果隸屬類型，可得如下結(jié)論：

圖1 貼近度對(duì)比曲線

(1) 專家、船員總體上對(duì)該型船舶裝備IETM系統(tǒng)評(píng)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(shí)用性。

(2) 專家與船員就“IETM系統(tǒng)的總體評(píng)價(jià)”打分?jǐn)?shù)據(jù)貼近度計(jì)算結(jié)果接近1，表明指標(biāo)體系設(shè)計(jì)在試用情況總體反映評(píng)價(jià)上較為合理，沒有出現(xiàn)較大偏差，指標(biāo)體系設(shè)計(jì)充分考慮到專家與船員對(duì)該型IETM系統(tǒng)主觀與客觀上的認(rèn)識(shí)差距，科學(xué)地建立指標(biāo)體系。

(3) 專家與船員在單因素評(píng)估打分上存在個(gè)別較大差異，其明顯體現(xiàn)為對(duì)“IETM技術(shù)在船舶上推廣使用的建議”這一評(píng)價(jià)因素上，專家普遍認(rèn)為“很大”，其推廣意愿強(qiáng)烈，而船員在評(píng)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(jì)算數(shù)據(jù)，經(jīng)對(duì)比分析，可給出該型船舶IETM就“試用情況總體反映”方面改進(jìn)的意見與建議。通過貼近度計(jì)算結(jié)果的直觀反映，可知無論船員與專家，對(duì)該型船舶IETM系統(tǒng)對(duì)船員的幫助程度均評(píng)價(jià)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(rèn)識(shí)程度較淺，對(duì)該型船舶裝備IETM系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)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(jì)價(jià)值，僅認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單的船舶輔助工具且該船舶IETM系統(tǒng)并未較長(zhǎng)時(shí)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(cè)試的某船的相關(guān)崗位工作人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)高科技、信息化維修保障裝備對(duì)經(jīng)濟(jì)效益提升的相關(guān)知識(shí)，并了解其對(duì)船舶整體的重要意義，為后續(xù)相關(guān)船舶裝備的測(cè)試評(píng)估提供更科學(xué)、更有效的評(píng)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(píng)估指標(biāo)體系、評(píng)估方法和貼近度計(jì)算方法能夠滿足某型船舶裝備IETM系統(tǒng)評(píng)估工作。與常見模糊評(píng)估相比，評(píng)估人員組成多元化，貼近度計(jì)算結(jié)果分析更能反映評(píng)估數(shù)據(jù)的客觀性與評(píng)估結(jié)果的合理性，為后續(xù)該型設(shè)備的改進(jìn)和其他設(shè)備的試用評(píng)估提供參考。