基于指标体系架构的国产电子器件应用效果评估方法

摘要

本发明涉及基于指标体系架构的国产电子器件应用效果评估方法，属于元器件自主可控技术领域。该方法为：(1)、获取国产电子器件应用效果通用指标体系架构；(2)、针对每个评估维度，应用主、客观权重信息的最优组合赋权方法对原始评分矩阵进行赋权，开展评价，得到每个评估维度的评估向量；(3)、将评估表征项作为评估对象，将每个评估维度的评估向量，当作评估对象指标要素，基于判断矩阵计算评估表征项对应的主观权重，并对评估维度评估结果进行赋权得到评估向量；(4)、将评估效果作为评估对象，将每个评估表征项的评估向量，当作评估表征项的指标要素，基于判断矩阵计算应用效果对应的主观权重，对评估表征项评估结果进行赋权，获得国产电子器件应用效果评估结果。

说明书

技术领域

本发明涉及基于指标体系架构的国产电子器件应用效果评估方法，属于元器件自主可控技术领域。

背景技术

随着载人航天、北斗导航、重型运载火箭、深空探测等国家重大专项对电子器件自主可控的要求不断提升，通过型号专项推动及相关专项的支持，国产电子器件的研制及应用得到长足发展，数字集成电路如DSP、FPGA、FLASH、SRAM等器件已初具规模并形成系列。在全面完成地面验证的基础上，部分电子器件逐渐在武器装备、卫星、飞船上开展实战应用。

在工程实际中，影响国产元器件大规模使用的因素众多，为了了解并掌握已在型号中使用的元器件的应用效果，使其满足工程使用需求，需对其做出评估与评价。

然而，在器件应用范围越来越广、应用对象越来越多的形势下，缺乏通用的国产电子器件应用效果评价体系，无法客观准确的评价器件在型号中的应用效果，使器件应用各方无法全面获得器件已开展应用项目的应用效果，制约了国产化器件在各型号的推广使用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于通用指标体系的国产电子器件应用效果评估方法，为器件的持续推广应用提供量化的数据支撑。

本发明解决技术问题的方案是：基于指标体系架构的国产电子器件应用效果评估方法，该方法包括如下步骤：

(1)、获取国产电子器件应用效果通用指标体系架构；所述国产电子器件应用效果通用指标体系架构自上而下包括四层，最顶层为应用效果，第二层为评估表征项；第三层为每个评估表征项对应的评估维度，最底层为器件研制过程和应用任务过程中与每个评估表征项对应的每种评估维度相关的指标要素；

(2)、针对每个评估维度执行步骤(2.1)～步骤(2.2)，得到每个评估维度的评估向量；

(2.1)、将评估维度作为评估对象，获取该评估对象对应的原始评分矩阵和判断矩阵，所述原始评分矩阵包括n位专家针对每个指标要素给出的表示专家对该项指标要素在相关产品上实现的认可程度，可以百分制分值、相对比值等形式给出；所述判断矩阵包括n位专家给出的各指标要素之间的重要度排序，n大于等于1；

(2.2)、基于评估对象的判断矩阵，计算评估对象对应的主观权重向量；基于评估对象原始评分矩阵，通过信息熵值法计算得到客观权重向量；分别通过主观权重向量和客观权重向量及原始评分矩阵计算得到主、客观评价结果，计算主客观评价结果的标准差，如果该标准差大于等于预设门限，则对主观权重向量和客观权重向量进行组合权重计算，得到组合权重向量，将组合权重向量记为评估维度的评估向量；否则，将主观权重向量记为评估维度的评估向量；

(3)、将评估表征项作为评估对象，将每个评估维度的评估向量，当作评估对象指标要素，基于判断矩阵计算评估表征项对应的主观权重向量，并对评估维度评估结果进行赋权得到评估向量；

(4)、将评估效果作为评估对象，将每个评估表征项的评估向量，当作评估表征项的指标要素，基于判断矩阵计算应用效果对应的主观权重，对评估表征项评估结果进行赋权，获得国产电子器件应用效果评估结果。

判断矩阵的构建方法如下：

(1)、构建评估对象判断矩阵元素a

(2)、任意两个指标要素X

所述主观权重评估向量计算步骤如下：

(1a)、求解判断矩阵的最大特征根和其对应的特征向量；

(2a)、将判断矩阵最大特征根对应的特征向量归一化，获得主观权重向量；

(3a)、将原始评分矩阵与主观权重向量相乘，获得主观权重评估向量。

所述客观权重评估向量计算步骤如下：

(1b)、将原始评分矩阵转换成规范化矩阵X＝(x

(2b)、根据规范化矩阵，计算指标要素的信息熵值：

式中，当x

(3b)、根据信息熵值，计算指标要素的变异系数；

d

(4b)、计算指标要素的客观权重向量：

(5b)、将原始评分矩阵和客观权重向量相乘，获得客观权重评估向量。

所述规范化矩阵构建标准为：

指标要素是效益型指标时，即指标值越大越好时，用以下公式进行规范化：

指标要素是成本型指标时，即指标值越小越好时，用以下公式进行规范化；

指标要素是区间型指标时，用以下公式进行规范化：

其中，[q

组合权重评估向量的计算方法如下：

(1c)、将主观权重W

(2c)、求规范化矩阵X的非负定方阵B

其中，x

(3c)、计算对称矩阵W

(4c)、计算对称矩阵W

(5c)、将最大特征根对应的特征向量归一化，得到归一化的特征列向量T

(6c)、计算组合赋权系数W

(7c)、对组合赋权系数W

(8c)、将原始评分矩阵和组合权重向量相乘，获得组合权重评估向量。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过对器件应用效果评价的指标体系相关特点的分析，形成指标体系的构建方法及流程，据此，应用主观和客观权重最优最和赋权的方法开展指标赋权、开展评价，为器件的使用及推广应用提供了依据。

(2)、本发明使用基于离差平方和的最优组合赋权方法，既兼顾各位专家对指标属性的偏好认知，又力争减小主观随意性，使对指标属性的赋权达到主观与客观的统一。

(3)、本发明器件应用效果综合评价指标体系制定的指标不仅反映了器件的功能性能，也反映了器件在不同环境下的适应能力以及可靠性能力。该指标体系是结合器件的全寿命周期、不同阶段使用者的感受，以及器件在不同使用条件下而制定的评估指标体系。

(4)、本发明器件应用效果综合评价系统的研究方法，也可广泛的推广应用到类似的单机、系统使用效果的评价中。

附图说明

图1为本发明实施例国产电子器件指标体系构建方法及流程；

图2为本发明实施例国产电子器件应用效果指标体系；

图3为本发明实施例国产电子器件综合评价方法及流程；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

1、国产化器件应用效果评价特点分析

国产化电子器件应用效果综合评价时间维度涉及器件的全寿命周期，其应用过程包括设计、生产、测试试验和在轨运行，因此应用效果综合评价须覆盖其使用的所有阶段，并综合得出器件应用好用度和适用度，作为器件大面积推广使用的依据。

元器件在全面完成芯片级的地面使用验证后，在性能水平稳定性和一致性达到一定水平的基础上，进入到型号应用阶段。型号使用新的器件，通过地面和在轨两个阶段的大量工作获得器件的性能及可靠性表现，作为应用效果评价的依据。通常，器件在型号的使用过程包括器件保证、电路设计、生产制造、调试试验、在轨测试等阶段过程，因此，应用效果评价应针对器件在型号中应用的一系列过程而开展，目的是考核器件不同应用过程的效果表现。由此可看出，应用效果评价具有以下显著特征：(1)应用效果的全过程性。应用效果评价的目标是器件是否达到型号在各阶段工作的应用要求，阶段工作需要对元器件保证、型号设计、型号生产、型号地面验证、型号飞行验证等多个应用过程进行全方位评价，因此，构建的指标体系需要覆盖元器件保证、型号设计、生产、验证、应用等过程；(2)应用效果的跨领域性。电子器件应用效果评价包含多个阶段，必然横跨多个领域，如器件保证、型号生产阶段涉及元器件可靠性保证、项目管理、质量管理等领域，型号设计涉及电路设计、系统电磁兼容性设计等，地面验证涉及可靠性验证、抗辐照验证等多个领域。因此在指标体系构建的过程中，需要广泛集结相关领域专家的经验和知识。

在全面分析器件在型号使用特点的基础上，建立适用方法，应用于指标体系构建。

2、应用效果评价指标体系特点分析

上述电子器件应用效果评价的特点决定了构建的指标体系应满足以下要求：

(1)指标体系的复杂性。器件在型号的应用涉及产品研制的各个链条，指标的选择既要突出阶段特点，又要保证指标之间的相对独立性，因此指标体系的构建工作相对复杂；

(2)指标层次结构性。指标体系的构建不是单一层级结构，而是具有一定层次结构的指标体系。如抗辐照能力是地面试验验证阶段要验证的指标，而抗辐照又需要从器件本身的抗辐照能力、系统结构设计、系统的防锁死设计、防单粒子打翻设计等多层级、多方面进行分析。

通过上述分析，指标体系构建需要解决的问题有：

(1)建立专家遴选方法。筛选满足指标体系构建所需的专家群体，为应用效果评价影响因素的识别和指标体系的构建提供有效的智力支持；

(2)有效识别评价要素。通过分析，识别影响器件各过程应用的诸多要素，进行重要度排序；

(3)指标的独立性。尽可能降低各要素之间的相互影响，构建出层次清晰、结构简练的应用验证综合评价指标体系。

3、指标体系构建方法及流程

如图1所示，指标体系构建流程分四个步骤：

(1)、确定评价目标。评价目标直接决定了指标体系中指标要素的选择，指标体系和评价目标是相互关联的。

(2)、评价维度及影响因素分析。根据评价目标，从器件应用任务和过程出发，多维度、多角度开展影响因素分析，广泛识别和评价维度相关的评价要素。

(3)、指标体系构建。将评价维度和识别的影响因素相关联。

(4)、指标要素重要度、影响域权衡分析。对梳理识别的评价要素对评价目标的重要性、影响大小、要素的可量化评价情况等进行分析，尽可能保证各指标要素的独立性和要素的可量化评价性，据此形成可评价指标体系。

通过应用上述方法，识别出的电子器件应用效果评价主要影响因素包括：

(1)器件保证阶段识别出的主要因素包括：筛选合格率、供货能力等。

(2)型号设计阶段识别出的主要因素包括：冗余设计、降额设计、机电热一体化设计；

(3)型号生产阶段识别出的主要因素包括：工艺成熟度、装配复杂度、生产合格率。

(4)地面试验验证阶段的识别出的主要因素包括：

1)功能性能方面：容差分析、电路匹配性；

2)环境适应性方面：噪声、正弦+随机振动、温度冲击、温度循环、热平衡、热真空、电磁兼容；

3)系统适应性方面：电源拉偏、输入特性、输出特性、频率特性、参数一致性、主要参数变化、主要参数一致性、软硬件匹配性；

4)抗辐射效应：总剂量、单粒子翻转、单粒子锁定。

(5)飞行阶段主要影响因素包括关键参数变化、关键参数一致性和在轨失效情况三方面。

基于上述内容，本发明构建了电子器件应用效果评价综合评价指标体系基本结构，如图2所示。

所述国产电子器件应用效果通用指标体系架构自上而下包括四层，最顶层为应用效果，第二层为评估表征项；第三层为每个评估表征项对应的评估维度，最底层为器件研制过程和应用任务过程中与每个评估表征项对应的每种评估维度相关的指标要素；

所述国产电子器件应用效果评估表征项包括好用度、适应度。从器件好用度和适应度两个维度对其应用过程进行评价。其中，好用度主要是从应用器件的设计、生产和可靠性三个角度对技术要素的合理性、完备性等进行评价，表征器件在各应用环节的效果；适用度主要从器件对内部环境和外部环境的适应效果对器件的使用能力和使用一致性进行评价，表征器件在各种使用环境条件下自身能力的实现情况。

对于好用度而言，所述评估维度至少包括功能性能维度、生产装配维度、可靠性维度。

功能性能维度的指标要素至少包括设计阶段功能性能维度和使用阶段功能性能维度；

设计阶段的功能性能维度相关的指标要素至少包括设计复杂度、功能性能指标满足度；

使用阶段的功能性能维度相关的指标要素至少包括接口匹配性、指标满足率。

生产装配维度至少包括工艺维度和装配维度；

工艺维度相关的指标要素至少包括现有工艺的满足率、新工艺成熟度；

装配维度相关的指标要素至少包括产品一次生产装配合格率。

对于适应度而言，所述评估维度包括外因适应效果维度、内因适应效果维度。

外因适应效果维度至少包括环境适应性维度；

环境适应性维度相关的指标要素至少包括空间环境适应性、电磁兼容适应性、振动环境适应性。

内因适应效果维度至少包括性能一致性维度；

性能一致性维度相关的指标要素包括组批产品性能的一致性、试验前后性能的一致度、单元测试和综合测试的性能一致度。

通过对器件应用效果评价的指标体系相关特点的分析，构建了器件应用效果评价的指标体系，为国产化器件应用效果评价提供基础。

4、基于指标体系架构国产电子器件应用效果评估方法

如图3所示，本发明还提供了基于上述指标体系架构国产电子器件应用效果评估方法，该方法包括如下步骤：

(1)、获取国产电子器件应用效果通用指标体系架构；所述国产电子器件应用效果通用指标体系架构自上而下包括四层，最顶层为应用效果，第二层为评估表征项；第三层为每个评估表征项对应的评估维度，最底层为器件研制过程和应用任务过程中与每个评估表征项对应的每种评估维度相关的指标要素；

(2)、针对每个评估维度执行步骤(2.1)～步骤(2.2)，得到每个评估维度的评估向量；

(2.1)、将评估维度作为评估对象，获取该评估对象对应的原始评分矩阵和判断矩阵，所述原始评分矩阵包括n位专家针对每个指标要素给出的表示专家对该项指标要素在相关产品上实现的认可程度，可以百分制分值、相对比值等形式给出；所述判断矩阵包括n位专家给出的各指标要素之间的重要度排序，n大于等于1；

判断矩阵的构建方法如下：

(1)、构建评估对象判断矩阵元素a

(2)、任意两个指标要素X

(2.2)、基于评估对象的判断矩阵，计算评估对象对应的主观权重向量；基于评估对象原始评分矩阵，通过信息熵值法计算得到客观权重向量；分别通过主观权重向量和客观权重向量及原始评分矩阵计算得到主、客观评价结果，计算主客观评价结果的标准差，如果该标准差大于等于预设门限，则对主观权重向量和客观权重向量进行组合权重计算，得到组合权重向量，将组合权重向量记为评估维度的评估向量；否则，将主观权重向量记为评估维度的评估向量；

主观权重评估向量计算如下：

(1a)、求解判断矩阵的最大特征根和其对应的特征向量；

(2a)、将判断矩阵最大特征根对应的特征向量归一化，获得主观权重向量；

(3a)、将原始评分矩阵与主观权重向量相乘，获得主观权重评估向量。

客观权重评估向量计算如下：

(1b)、将原始评分矩阵转换成规范化矩阵X＝(x

所述规范化矩阵构建标准为：

指标要素是效益型指标时，即指标值越大越好时，用以下公式进行规范化：

指标要素是成本型指标时，即指标值越小越好时，用以下公式进行规范化；

指标要素是区间型指标时，用以下公式进行规范化：

其中，[q

(2b)、根据规范化矩阵，计算指标要素的信息熵值：

式中，当x

(3b)、根据信息熵值，计算指标要素的变异系数；

d

(4b)、计算指标要素的客观权重向量：

(5b)、将原始评分矩阵和客观权重向量相乘，获得客观权重评估向量。

主客观评价结果的标准差std：

u为主观权重评估向量和客观权重评估向量的均值

组合权重评估向量的计算如下：

(1c)、将主观权重W

(2c)、求规范化矩阵X的非负定方阵B

其中，x

(3c)、计算对称矩阵W

(4c)、计算对称矩阵W

(5c)、将最大特征根对应的特征向量归一化，得到归一化的特征列向量T

(6c)、计算组合赋权系数W

(7c)、对组合赋权系数W

(8c)、将原始评分矩阵和组合权重向量相乘，获得组合权重评估向量。

(3)、将评估表征项作为评估对象，将每个评估维度的评估向量，当作评估对象指标要素，基于判断矩阵计算评估表征项对应的主观权重向量，并对评估维度评估结果进行赋权得到评估向量；

(4)、将评估效果作为评估对象，将每个评估表征项的评估向量，当作评估表征项的指标要素，基于判断矩阵计算应用效果对应的主观权重，对评估表征项评估结果进行赋权，获得国产电子器件应用效果评估结果。

实施例1

下面列举一个例子说明该方法的应用。

将电子器件应用效果评价分为好用度和适应度两个评价维度；好用度评价从功能性能、生产装配和可靠性三个层次进行评价，其中功能性能方面考虑4个指标，生产装配方面考虑4个指标，可靠性方面考虑5个指标；适应度评价从外因适应性和内因适应性两个层次进行评价，其中外因适应性方面考虑4个指标，内因适应性方面考虑3个指标。首先将电子器件综合应用效果作为总目标，基于层次分析方法，将总目标按层次结构分解，如图2所示。再基于主客观权重分配计算来确定是否采用组合权重。其中，主观权重计算需构建判断矩阵表示针对上一层次某因素，本层次与之有关因素之间相对重要性的比较。客观权重需构建规范化的标准决策矩阵，采用熵值计算，计算结果反映了针对上一层次某因素，本层次与之有关因素之间相对重要性的比较。

以图2好用度下可靠性评价为例，说明评估方法的应用。

原始评分矩阵为

判断矩阵为

1、主观权重评估向量计算

根据上述矩阵求得最大特征根及其对应的特征向量为

λ

[-0.6500 -0.6200 -0.2163 -0.3224 -0.2060]

特征向量进行归一化，得到主观权重向量为

W1＝[0.3226 0.3078 0.1073 0.1600 0.1023]

主观权重评估向量计算结果为

2客观权重评估向量的计算

规范化矩阵

求得的信息熵值为

[0.8418 0.8515 0.8515 0.6704 0.8550]

变异系数为

[0.1582 0.1485 0.1485 0.3296 0.1450]

客观权重向量为

W2＝[0.1701 0.1597 0.1597 0.3545 0.1560]

客观权重评估向量计算结果为：

3、主观权重评估向量和客观权重评估向量的标准差

[0.0111 0.0104 0.0106 0.0101]

满足std≥0.01的条件，因此用组合权重方法进行评价。

4、组合权重评估向量计算

计算非负定方阵

求上述矩阵的最大特征根为0.0922，它所对应的特征向量为

组合权重评估向量计算结果为

功能性能、生产装配、外因适应效果和内因适应效果参照可靠性的评价执行，给出这几个评价维度的评价结果。

功能性能评价结果矩阵：

生产装配评价结果矩阵：

可靠性评价解果矩阵

外因适应效果评价结果矩阵：

内因适应性评价结果矩阵

好用度评估向量的计算：

根据专家对功能性能、生产装配、可靠性三个评价要素的重要度排序和标度赋值表，建立判断矩阵

求取判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量

λ

[0.8571 0.2857 0.4286]

对特征向量归一化得到主观权重向量为[0.5455 0.1818 0.2727]

好用度评估向量的计算为：

同理，适应度参照好用度计算执行，得到的评价结果为

通过好用度和适应度综合评价器件应用效果：

根据专家对功能性能、生产装配、可靠性三个评价要素的重要度排序和标度赋值表，建立判断矩阵

求取判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量

λ

[0.8321 0.5547]

对特征向量归一化得到主观权重向量为[0.6 0.4]

由此得到器件应用效果4位专家的评价结果，也可利用此评价结果的平均值作为元器件应用效果最终的评价结果。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。