給定置信水平下信息系統(tǒng)體系成熟度的灰色聚類方法

柯宏發(fā)， 祝冀魯， 黃彥昌

(1. 航天工程大學(xué)航天保障系, 北京 102206; 2. 陸軍試驗(yàn)訓(xùn)練基地第一試驗(yàn)區(qū), 吉林 白城 137001)

目前，國(guó)內(nèi)外武器裝備管理部門都將成熟度理論作為一種裝備發(fā)展?fàn)顟B(tài)控制的管理手段，并將成熟度水平作為裝備發(fā)展建設(shè)的決策依據(jù)[1-6]。因此，研究信息系統(tǒng)體系成熟度評(píng)價(jià)方法，對(duì)信息系統(tǒng)的研制開發(fā)具有極大的軍事價(jià)值。

信息系統(tǒng)體系成熟度研究主要集中在體系成熟度描述模型和評(píng)價(jià)方法2個(gè)方面。有關(guān)技術(shù)成熟度、系統(tǒng)成熟度、體系成熟度的研究成果較多[4-8]，其中：技術(shù)成熟度評(píng)估大多數(shù)均側(cè)重于單一技術(shù)的評(píng)估；系統(tǒng)成熟度評(píng)估通常借鑒集成技術(shù)成熟度評(píng)估方法，但未考慮各單項(xiàng)技術(shù)之間的相對(duì)重要性。在成熟度評(píng)價(jià)方法方面，現(xiàn)有的矩陣計(jì)算法、因子計(jì)算法等均采用確定性參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，忽視了成熟度等級(jí)類別之間存在的界限不清晰、等級(jí)要素考慮不完全等不確定性問題，在一定程度上導(dǎo)致出現(xiàn)評(píng)價(jià)信息的遺漏或評(píng)價(jià)結(jié)論片面等問題?；疑到y(tǒng)是研究和處理不完全信息和不確定信息的有效工具[9-11]，因此，筆者利用灰色聚類方法，研究給定置信水平下基于中心點(diǎn)白化權(quán)函數(shù)的信息系統(tǒng)體系成熟度聚類評(píng)價(jià)方法，并通過某防空裝備信息系統(tǒng)建設(shè)的體系成熟度聚類評(píng)價(jià)示例對(duì)所提方法的有效性和可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 體系成熟度評(píng)價(jià)框架和成熟度等級(jí)模型

1.1 體系成熟度評(píng)價(jià)框架

信息系統(tǒng)綜合性強(qiáng)、復(fù)雜度高，一般其各組成分系統(tǒng)的論證、研制較難同步進(jìn)行。由于各分系統(tǒng)可能由多項(xiàng)不同的關(guān)鍵技術(shù)來支撐，因此，各分系統(tǒng)之間的集成、互操作水平也制約著信息系統(tǒng)的成熟度水平，且不同分系統(tǒng)的成熟度水平對(duì)信息系統(tǒng)體系成熟度的貢獻(xiàn)度也不相同。筆者從信息系統(tǒng)互操作成熟度、互認(rèn)知成熟度、技術(shù)成熟度3個(gè)方面來評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)體系成熟度，建立信息系統(tǒng)體系成熟度評(píng)價(jià)框架，如圖1所示。

設(shè)ISRL為信息系統(tǒng)體系成熟度水平，則

ISRL=f(IORL,MKRL,STRL)，

(1)

式中：f為3個(gè)分量的聚合函數(shù)；

IORL=f1(SIORLi),i=1,2，…，n,

(2)

為信息系統(tǒng)的互操作成熟度水平，其中，SIORLi為第i個(gè)分系統(tǒng)的互操作成熟度水平，f1為分系統(tǒng)互操作成熟度水平聚合函數(shù)；

MKRL=f2(SMKRLi)，

(3)

為信息系統(tǒng)的互認(rèn)知成熟度水平，其中，SMKRLi為第i個(gè)分系統(tǒng)的互認(rèn)知成熟度水平，f2為分系統(tǒng)互認(rèn)知成熟度水平聚合函數(shù)；

STRL=f3(SSTRLi)，

(4)

為信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平，其中，SSTRLi為第i個(gè)分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度水平，f3為分系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平聚合函數(shù)，且STRL通過聚合分系統(tǒng)技術(shù)集成成熟度和涉及的單項(xiàng)技術(shù)成熟度得到，因此筆者采用文獻(xiàn)[4]中的系統(tǒng)成熟度評(píng)價(jià)方法對(duì)分系統(tǒng)技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

需要指出的是：式(1)-(4)的各個(gè)聚合模型中，需要考慮n個(gè)分系統(tǒng)之間的相對(duì)重要性，以及分系統(tǒng)互操作成熟度要素、互認(rèn)知成熟度要素之間的相對(duì)重要性。

1.2成熟度等級(jí)模型

對(duì)于分系統(tǒng)技術(shù)成熟度，借鑒美國(guó)國(guó)防部的系統(tǒng)成熟度度量等級(jí)，筆者提出分系統(tǒng)技術(shù)成熟度(SSTRL)的6個(gè)度量等級(jí)，如表1所示。

表1 分系統(tǒng)技術(shù)成熟度等級(jí)及含義

對(duì)于分系統(tǒng)互操作成熟度和互認(rèn)知成熟度，采用文獻(xiàn)[7-8]中的6個(gè)等級(jí)度量模型進(jìn)行度量。

信息系統(tǒng)是物理域、信息域、認(rèn)知域、社會(huì)域內(nèi)軍事活動(dòng)的載體，集成于信息系統(tǒng)的各個(gè)武器裝備之間可交換信息并能夠共享、認(rèn)知和利用所交換的信息，依據(jù)信息系統(tǒng)在上述4域內(nèi)的行動(dòng)特征，筆者提出體系成熟度的6個(gè)度量等級(jí)，如表2所示。

表2 信息系統(tǒng)體系成熟度等級(jí)及含義

2 中心點(diǎn)白化權(quán)函數(shù)模型

其中：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

3 體系成熟度灰色聚類評(píng)價(jià)步驟

根據(jù)信息系統(tǒng)組成，基于改進(jìn)型中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的體系成熟度灰色聚類評(píng)價(jià)步驟如圖3所示。

1) 設(shè)信息系統(tǒng)由n個(gè)分系統(tǒng)組成，邀請(qǐng)專家對(duì)n個(gè)分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度、互操作成熟度和互認(rèn)知成熟度的各要素進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用百分制確定其評(píng)價(jià)值。

2) 基于層次分析法等權(quán)重確定方法，確定n個(gè)分系統(tǒng)，以及分系統(tǒng)互操作成熟度要素、互認(rèn)知成熟度要素的權(quán)重。

針對(duì)不同灰類的信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平隸屬度

(11)

根據(jù)最大隸屬度原則，可得信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平分量

STRL=max{SSTRL6,SSTRL5,…,SSTRL1}。

(12)

(13)

(14)

6) 計(jì)算信息系統(tǒng)互操作成熟度水平(IORL)。根據(jù)分系統(tǒng)互操作成熟度水平向量和分系統(tǒng)的權(quán)重，對(duì)所屬的灰類隸屬度值進(jìn)行加權(quán)求和，可得信息系統(tǒng)互操作成熟度所屬的灰類隸屬度值及灰類隸屬度向量，取其最大值，即可得信息系統(tǒng)互操作成熟度水平分量，即

(15)

8) 進(jìn)行信息系統(tǒng)體系成熟度的粗分類評(píng)價(jià)。設(shè)信息系統(tǒng)互操作成熟度、互認(rèn)知成熟度、系統(tǒng)技術(shù)成熟度對(duì)信息系統(tǒng)體系成熟度的影響是獨(dú)立的，則根據(jù)木桶原理，可得信息系統(tǒng)體系成熟度水平評(píng)價(jià)模型

ISRL=min(IORL,MKRL,STRL)，

(16)

9) 在給定置信度水平下進(jìn)行信息系統(tǒng)體系成熟度的精評(píng)估。同樣假設(shè)信息系統(tǒng)互操作成熟度、互認(rèn)知成熟度、系統(tǒng)技術(shù)成熟度相互獨(dú)立，對(duì)于給定的置信水平α，針對(duì)不同灰類的信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平隸屬度SSTRLk，若

(17)

成立，則判別系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平屬于灰類k*。類似地，對(duì)信息系統(tǒng)互操作成熟度、互認(rèn)知成熟度進(jìn)行判別，最后，根據(jù)式(16)判定信息系統(tǒng)體系成熟度水平。

4 示例分析

設(shè)某防空裝備信息系統(tǒng)包括信息偵察、收集、融合、指控和分發(fā)5個(gè)分系統(tǒng)。邀請(qǐng)專家組對(duì)各成熟度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以均值作為指標(biāo)的最終評(píng)價(jià)值，其中5個(gè)分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度的最終得分分別為78、87、92、83、93，各分系統(tǒng)互操作屬性和互認(rèn)知屬性的評(píng)價(jià)值分別如表3、4所示，其中：A1，A2，…，A6分別為分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用、設(shè)施、安全、運(yùn)維和數(shù)據(jù)6個(gè)互操作屬性；B1，B2，…，B5分別為分系統(tǒng)的制度/規(guī)則、態(tài)勢(shì)、決策、指控、監(jiān)察/評(píng)估5個(gè)互認(rèn)知屬性。

表3 分系統(tǒng)互操作屬性成熟度水平評(píng)價(jià)值

表4 分系統(tǒng)互認(rèn)知屬性成熟度水平評(píng)價(jià)值

設(shè)各分系統(tǒng)的權(quán)重向量W1=(0.25，0.18，0.18，0.25，0.14)，根據(jù)灰類的中心點(diǎn)白化權(quán)函數(shù)可得5個(gè)分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度水平評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣

則基于不同灰類的信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度水平向量σS=(0.647 3,0.352 7,0,0,0,0)，其最大值為0.647 3，故判別其技術(shù)成熟度水平屬于灰類“6”，該評(píng)價(jià)的置信水平為0.647 3。

設(shè)分系統(tǒng)互操作6個(gè)屬性的權(quán)重向量W2=(0.18，0.18，0.18，0.15，0.15，0.16)，根據(jù)步驟5)-6)，利用表3數(shù)據(jù)，得到5個(gè)分系統(tǒng)的互操作成熟度水平評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣

則基于不同灰類的信息系統(tǒng)互操作成熟度水平向量σI=(0.622 6,0.367 0,0.010 4,0,0,0)，類似地判別其互操作成熟度水平屬于灰類“6”，評(píng)價(jià)置信水平為0.622 6。

設(shè)分系統(tǒng)互認(rèn)知5個(gè)屬性的權(quán)重向量W3=(0.18，0.24，0.20，0.20，0.18)，根據(jù)步驟5)-6)，利用表4數(shù)據(jù)，得到分系統(tǒng)的互認(rèn)知成熟度水平評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣

則基于不同灰類的信息系統(tǒng)互認(rèn)知成熟度水平向量σM=(0.691 2,0.308 8,0,0,0,0)，類似地判別其互認(rèn)知成熟度水平屬于灰類“6”，評(píng)價(jià)置信水平為0.691 2。根據(jù)式(16)可知：該防空裝備信息系統(tǒng)的體系成熟度屬于灰類“6”水平。

將該評(píng)價(jià)結(jié)果與表2所示的體系成熟度含義進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出：體系成熟度的定性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況有一定的出入，實(shí)質(zhì)上，該評(píng)價(jià)結(jié)果的平均置信水平為(0.647 3+0.622 6+0.691 2)/3=0.653 7。假設(shè)給定評(píng)估置信水平0.85，則根據(jù)步驟9)可得：信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度、互認(rèn)知成熟度、互操作成熟度和體系成熟度水平均屬于灰類“5”水平，其與表2所示的體系成熟度含義較為一致，也與試驗(yàn)鑒定結(jié)果一致。

5 結(jié)論

信息系統(tǒng)體系成熟度評(píng)估為確定及控制信息系統(tǒng)體系發(fā)展?fàn)顟B(tài)提供了較精細(xì)的管理手段，筆者嘗試提出了一種體系成熟度等級(jí)模型，并基于中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)建立了體系成熟度評(píng)估模型。但是還存在以下問題需要進(jìn)一步研究改進(jìn)：1)體系成熟度等級(jí)模型和白化權(quán)函數(shù)中心點(diǎn)的選取，還需要在實(shí)踐中結(jié)合信息系統(tǒng)的演化和發(fā)展加以改進(jìn)；2)基于中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的評(píng)估方法，由于互操作成熟度、互認(rèn)知成熟度以及技術(shù)成熟度均采用了6個(gè)等級(jí)灰類，實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)灰類數(shù)量不一致的情況，需要針對(duì)不同灰類數(shù)量研究聚類評(píng)價(jià)方法；3)需要對(duì)基于中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)評(píng)估方法的可靠性進(jìn)一步加以研究，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可信性及其對(duì)信息系統(tǒng)管理的指導(dǎo)性。