QFD與FAHP在軟件開發項目中的應用

張子楠

摘 ?要： ?分析了質量功能展開（QFD）技術在軟件開發項目中的適用性，在傳統的QFD技術的基礎上引入模糊層次分析法（FAHP），基于FAHP的基本理論，應用梯形模糊數為顧客需求評分，以改進軟件項目開發過程三方之間的協調管理。

關鍵詞： ?軟件開發項目； 質量功能展開技術； 模糊層次分析法； 質量屋

中圖分類號： TN830.1?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2014）23?0118?04

Application of QFD and FAHP in software developing

ZHANG Zi?nan

（Commercial College， Hohai University， Nanjing 211100， China）

Abstract： The applicability of quality function deployment （QFD） technology in software developing projects is analyzed. The fuzzy AHP （FAHP） is brought in the method based on the traditional QFD technology. Based on the basic theory of fuzzy AHP， the trapezoidal fuzzy numbers is adopted to score for ?the customer needs， so as to improve the coordinated management of the three parties in the software ?project developing process.

Keyword： software developing project； quality function deployment technology； fuzzy AHP； house of quality

0 ?引 ?言

信息化時代的來到，給軟件市場帶來了良好的機遇。我國眾多軟件開發團隊的追求目標是在現有預算內及時開發出切合客戶需要的高品質軟件。作為軟件開發中最關鍵的一個輸入，顧客需求對軟件開發團隊管理的重要程度，決定了軟件產品開發的結果。但是，需求的變更來自各方面的因素，這使得其成為大多軟件產品開發中最不穩定的一個因素，因此，持續變化的需求是整個軟件生命周期中的固有狀態。同時，軟件領域存在的各種問題逐漸凸顯出來，其中很大一部分是由于項目評估不準確，投資者決策失誤，同時開發團隊未能準確理解顧客的期望和需求，導致層層偏差背離開發計劃。解決軟件產品開發中的需求變更控制是當今面臨的一大課題。

軟件產品具有需求規模化、多樣化的特征，這使得軟件開發與制造難度大幅度提升。盡管軟件開發的實踐和研究已經取了顯著的成果，可危機卻依舊存在。軟件開發團隊所面臨的最大問題就是顧客對其產品不滿意。究其原因是消費者、市場部門與開發團隊的逐層傳遞中出現溝通的誤解，導致了設計各子過程接口模糊，信息被錯誤地傳遞或得不到傳遞。間斷現象造成的結果就是軟件產品無法滿足顧客的需求。因此，在軟件開發策劃過程時，科學的技術和方法是保證產品最終滿足市場的重要保障。

本文采用質量功能展開（QFD）技術在軟件開發中的適用性和建立模糊語言評價集及其對應的模糊數集，利用模糊層次分析法（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP）進行評價和決策，從而有效地處理需求的模糊性和多變性。通過模糊QFD技術對軟件項目開發中的模糊信息進行處理，構建基于模糊QFD的軟件項目開發過程協同管理模型。

1 ?基于QFD的軟件項目開發管理

1.1 ?QFD技術及其特點

QFD技術是一種將顧客需求轉化為產品各階段設計要求的有效工具。例如，在軟件開發過程中，軟件開發團隊在軟件設計階段具有將顧客需求轉變為產品質量設計的特性。20世紀70年代，三菱重工的神戶造船廠興起了QFD技術，經過多年的發展與改進已經被廣泛地應用于軟件開發項目中。比如， Mulligan和Mallon運用QFD技術對設想的個人計算機工作間進行了更改[1]；新藤久和和我國的熊偉在1991年東京召開的第一屆國際QFD研討會上一同提出了將QFD技術運用于軟件產品中的理論模型與現實框架[2]； GOAL/QPC及ASI是美國的兩家非營利性培訓組織，為本國諸多公司培訓了大批QFD專業技術人員，如今QFD技術已成為美國企業在產品開發過程中一個強有力的工具[3]；但是，其中的應用目標是構建質量屋矩陣，并沒有提出一個完整的軟件產品開發應用模型，大多為模仿工業產品的應用而構建的[4]；Kamara和Anumba提出了在工業生產行業應用QFD工具的客戶需求處理模型[5]；在我國，QFD技術也被逐漸應用于軟件開發項目中。柯星認為QFD是有益的信息系統開發技術，可用于調配全公司的所有過程，包括軟件開發在內。它不增加生產成本，僅在前期投資增加，但在測試實現和維護階段節省投資[6]；邵家駿和張宗斌開創性地將QFD技術運用于氣動力數值計算軟件全過程中，達到了提升軟件質量的效果，同時也節約了大量的時間和費用，取得了卓越的成果[7]；郭春明對基于QFD的軟件需求分析方法進行了研究，敘述了相應的分析過程，并以網絡報銷系統為應用實例，得出了角色與use case矩陣、用戶與角色矩陣以及需求分析質量屋的構建方法[8]。

關于質量功能配置，赤尾洋二和水野滋兩位教授對其進行了定義：把客戶需求轉化為質量特性，系統地配置這些特性和需求之間的關系，來保證產品的質量。這個過程是從配置每一個產品的功能質量開始的，而后擴展到各工序質量和部件的質量，產品整體質量通過這些互相關聯的網絡來實現。運用了質量屋（House of Quality，HoQ）來配置客戶的需求過程。HoQ是QFD工具實施的核心部分，它的形式是一種類似房子的矩陣框架，輸入信息后通過分析評價獲取輸出信息，進而實現了一種需求轉換，為軟件項目的開發、設計提供了有效的協調和規劃手段，其基本原理見圖1。

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圖1 質量屋（HoQ）的結構

通過量化分析軟件項目開發措施與顧客需求間的關聯度， HoQ運用數據處理分析手段提取出對滿足顧客需求最關鍵的項目開發措施（關鍵措施），進而指引軟件項目開發者在項目開發和軟件制作過程中把握軟件項目開發的關鍵過程特性（CTP）和關鍵質量特性（CTQ），使得軟件項目的質量能最優地滿足顧客要求。HoQ是由以下要素組成的一個二元矩陣。

（1） 顧客需求及其重要度。它是質量屋的輸入部分。這是確定什么才是顧客最需要的一部分。顧客的需求可以通過各種市場研究方法和市場調查得來。顧客需求目標集將不同層次的顧客將劃分為不同級別，然后確定不同層次顧客需求的重要程度。通常采用親和圖等方法對顧客需求的信息進行分析和整理研究。它可以通過五個等級來區別表示：完全不影響功能實現的需求為1級；對主要功能的實現不產生影響的為2級；較為重要的影響到功能實現為3級；對功能實現產生重要的影響的需求為4級；影響到基本的非常重要的功能的需求為5級。這些級別確定的東西對后續階段具有決定作用，其他階段需求及其重要度是指上一級QFD質量屋的技術方法集。

（2） 工程質量技術措施。這部分由項目開發人員提取出來，主要是從顧客需求中總結滿足這些需求的軟件質量技術要素。

（3） 關系矩陣。關系矩陣是描述顧客需求與軟件質量技術措施之間關系的質量屋核心部分。軟件開發人員在此階段需要對每一個質量要素對全部顧客需求的影響度進行判斷。它表現了技術措施對它相對應目標實現程度衡量。[Rij]表示第[i]項顧客需求與第[j]項開發措施的關系度，它通過取1分、3分、5分、7分、9分，分別表示了有細微影響、有部分效果、有一定效果、有效、很有效、十分有效；2分、4分、6分、8分則代表了有效程度介于相鄰的兩個奇數之間的分值。

（4） 產品市場競爭能力評估矩陣。這一階段任務是市場調研組總結出來的各種顧客需求，并對本企業及主要競爭對手和同行業先進企業進行評估。準確地定位公司自身在同行業競爭中的地位以及競爭的優勢，根據自身情況尋找突破性的改進領域和方向，然后依據此定義新服務和產品的戰略目標。

（5） 技術競爭性評估。此部分包括設計質量、軟件質量技術措施的權重和技術競爭性評估。設計質量是質量屋的輸出部分，是指通過比較分析，確定本企業要趕超先進水平、戰勝競爭對手、實現顧客滿意贏得顧客信賴所必需具備的質量或產品；軟件質量技術措施的權重是由顧客需求的重要性及其關系矩陣得出的；此項評估是根據公司自身實力，全面了解主要競爭對手在此項技術上的競爭性實力得出的結果。

（6） 相關矩陣。主要分析了各個質量要素之間沖突、支持和相關程度。通常情況下分為強正相關、正相關、負相關和強負相關。

1.2 ?QFD的四個階段

QFD是由客戶需求所驅動的產品開發方法，運用QFD技術可以通過量化評估的方式實現將顧客需求、產品特性、產品質量技術措施等項目的功能展開，通過提取關鍵特性或技術措施，緊抓開發重點，企業可以把人力物力用到關鍵的地方，最大可能降低成本，縮短開發周期，在激烈的市場競爭中開發出滿足顧客需要的產品，取得可觀的效益。

軟件行業是區別于一般企業的特殊性生產企業，軟件開發過程是指軟件開發的生命周期中所涉及的一系列過程，包括需求分析、產品設計、代碼編寫、軟件測試、產品維護等階段。我國現行軟件產品開發中，許多軟件產品陷入質量低下、生存周期短甚至軟件不符合用戶需求的漩渦，究其原因，主要是軟件企業對質量管理認知度不足、軟件質量專業人才缺乏等造成的。全員參與、管理的系統方法和過程方法在軟件產品開發中尤為重要。QFD的ASI四階段模式能夠良好地鏈接顧客需求與產品制造之間的聯系，從而完善了軟件開發計劃，加強了項目參與者的聯系與信息交流，盡可能地避免重復設計，利于避免返工和設計上的缺陷，解決了效率低下和不確定性等問題。

QFD的ASI四階段由John R Hauser &； Don Clausing更具體的提出。設計需求、工藝特性、生產要求和零件特性這四個階段分別被展開為顧客需求。由于該模型將QFD的展開過程進行了分解，使QFD的展開過程更為清晰，目前，該模式已經成為歐美國家實施QFD的主要模式。本文把QFD的ASI四階段模式運用到軟件項目開發中構建了軟件開發中的QFD四階段模型圖，如圖2所示，運用這種結構化的系統方法，將顧客需求轉化為設計需求，進而轉化為編碼需求和測試需求，最終完成滿足市場要求的軟件項目產品。產品開發者實現了對軟件產品開發全過程的了解后，能夠準確地對各關鍵子過程根據其對顧客需求的滿意程度進行系統的評價，幫助開發者實現過程優化，不斷改進。

2 ?軟件項目需求評判的FAHP

軟件項目開發是一個復雜又存在著大量不確定性因素的生產活動，本文采用FAHP對HoQ中的重要度、關系度等進行量化評估，有效地處理需求的模糊性和不確定性。

2.1 ?FAHP基本理論

FAHP在評分時可以采用梯形模糊數、三角模糊數、正態分布等，其克服了層次分析法中人的主觀選擇偏好及判斷使得決策結果更加準確合理。其中梯形模糊數更符合現實生活，得到了廣泛的應用，故本文采用梯形模糊數評分[9]。

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圖2 軟件開發中的QFD四階段模型圖

設[S∈D1]（[D1]為全體模糊數所組成的空間）上的一個梯形模糊數，它隸屬函數定義：

[μS（X）=（1-a）（g-a），a≤x≤b1，b<；x≤c（x-d）（c-d），c<；x≤d0，其他]

式中：[a≤b≤c≤d，]閉區間[[b，c]]為[S]的中值，[a]和[d]分別為[S]所支撐的上、下界。根據梯形模糊數的定義得知，[S]可以被有序四元實數組[（a，b，c，d）]所確定，故可以用[（a，b，c，d）]表示為一個梯形模糊數；當[a=b=c=d]時，[S]即為普通實數；當[b=c]時，[S]就轉化為三角模糊數。QFD技術應用中，[a，b，c，d，x]根據1～9的評分準則（見表1） 進行兩兩比較取值，[X1，][X2]為進行兩兩比較的值。

表1 重要度標度兩兩比較表

[重要度差別＼&；[X1]標度＼&；[X2]標度＼&；[X1]與[X2]同等重要＼&；1＼&；1＼&；[X1]與[X2]稍微重要＼&；3＼&；[13]＼&；[X1]與[X2]明顯重要＼&；5＼&；[15]＼&；[X1]與[X2]強烈重要＼&；7＼&；[17]＼&；[X1]與[X2]極端重要＼&；9＼&；[19]＼&；介于以上中間＼&；2，4，6，8＼&；[12，][1416，][18]＼&；]

依據Zadeh的擴展原理可以把梯形模糊數的數學算法表達為下式[11]：

已知[S1=a1，b1，c1，d1，S2=a2，b2，c2，d2，]則[S1]與[S2]的數學算法為：

[S1+S2=a1，b1，c1，d1+a2，b2，c2，d2=（a1+a2，b1+b2，c1+c2，d1+d2）] [S1×S2=a1，b1，c1，d1×a2，b2，c2，d2=（a1×a2，b1×b2，c1×c2，d1×d2）]

[λ×S1=λa1，b1，c1，d1=λa1，λb1，λc1，λd1]

[a1，b1，c1，d1-1=1d1，1c1，1b1，1a1]

式中：[a1>；0，b1>；0，c1>；0，d1>；0，a2>；0，b2>；0，c2>；0，d2>；0，][λ>；0。]

在進行矩陣一致性判斷時通常將模糊數映射成一個實數。對梯形模糊數而言， 梯形的重心被該模糊數所表示是本質特征。所以， 計算該模糊數的梯形重心用于對其一致性的判斷。

對于梯形模糊數，其中心[10]：

[xc=（AsdA）A=d2+cd+c2-（b2+ab+a2）3d+c-b-a]

2.2 ?梯形模糊AHP的基本步驟

通過上述方法確定梯形模糊數，需求指標權重將從以下步驟求得。

步驟1：構造兩兩比較模糊判斷矩陣，專家打分法（采用德爾菲法），專家按1～9模糊標度法將模糊評語轉化為對應的梯形模糊數。

步驟2：對矩陣的一致性檢驗做判斷并模糊權重計算。

步驟3：層次單排序。

步驟4：層次總排序。

完成以上步驟，獲得顧客需求和軟件開發團隊可制造需求指標的權重。

在QFD顧客需求分析中將應用梯形模糊AHP方法，運用梯形模糊數描述判斷矩陣及權重的值，依據實際情況選擇評分方式，達到最優化效果。

3 ?結 ?語

本文主要論述了QFD技術的基本方法及FAHP與其相結合的運用模式，針對軟件行業的特殊性，對傳統的QFD方法進行了改進，提出了適用于軟件開發項目的模糊QFD技術方法模型。該模型使得顧客、市場部門、程序開發人員有效地聯系起來，保證整個軟件項目開發過程中的有效溝通和聯系，有助于軟件項目更好地符合顧客的需求。

參考文獻

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[11] 王力，劉家琦.梯形模糊AHP及其在衛星方案中的應用[J].哈爾濱工業大學學報，2002，6（3）：315?319.

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圖2 軟件開發中的QFD四階段模型圖

設[S∈D1]（[D1]為全體模糊數所組成的空間）上的一個梯形模糊數，它隸屬函數定義：

[μS（X）=（1-a）（g-a），a≤x≤b1，b<；x≤c（x-d）（c-d），c<；x≤d0，其他]

式中：[a≤b≤c≤d，]閉區間[[b，c]]為[S]的中值，[a]和[d]分別為[S]所支撐的上、下界。根據梯形模糊數的定義得知，[S]可以被有序四元實數組[（a，b，c，d）]所確定，故可以用[（a，b，c，d）]表示為一個梯形模糊數；當[a=b=c=d]時，[S]即為普通實數；當[b=c]時，[S]就轉化為三角模糊數。QFD技術應用中，[a，b，c，d，x]根據1～9的評分準則（見表1） 進行兩兩比較取值，[X1，][X2]為進行兩兩比較的值。

表1 重要度標度兩兩比較表

[重要度差別＼&；[X1]標度＼&；[X2]標度＼&；[X1]與[X2]同等重要＼&；1＼&；1＼&；[X1]與[X2]稍微重要＼&；3＼&；[13]＼&；[X1]與[X2]明顯重要＼&；5＼&；[15]＼&；[X1]與[X2]強烈重要＼&；7＼&；[17]＼&；[X1]與[X2]極端重要＼&；9＼&；[19]＼&；介于以上中間＼&；2，4，6，8＼&；[12，][1416，][18]＼&；]

依據Zadeh的擴展原理可以把梯形模糊數的數學算法表達為下式[11]：

已知[S1=a1，b1，c1，d1，S2=a2，b2，c2，d2，]則[S1]與[S2]的數學算法為：

[S1+S2=a1，b1，c1，d1+a2，b2，c2，d2=（a1+a2，b1+b2，c1+c2，d1+d2）] [S1×S2=a1，b1，c1，d1×a2，b2，c2，d2=（a1×a2，b1×b2，c1×c2，d1×d2）]

[λ×S1=λa1，b1，c1，d1=λa1，λb1，λc1，λd1]

[a1，b1，c1，d1-1=1d1，1c1，1b1，1a1]

式中：[a1>；0，b1>；0，c1>；0，d1>；0，a2>；0，b2>；0，c2>；0，d2>；0，][λ>；0。]

在進行矩陣一致性判斷時通常將模糊數映射成一個實數。對梯形模糊數而言， 梯形的重心被該模糊數所表示是本質特征。所以， 計算該模糊數的梯形重心用于對其一致性的判斷。

對于梯形模糊數，其中心[10]：

[xc=（AsdA）A=d2+cd+c2-（b2+ab+a2）3d+c-b-a]

2.2 ?梯形模糊AHP的基本步驟

通過上述方法確定梯形模糊數，需求指標權重將從以下步驟求得。

步驟1：構造兩兩比較模糊判斷矩陣，專家打分法（采用德爾菲法），專家按1～9模糊標度法將模糊評語轉化為對應的梯形模糊數。

步驟2：對矩陣的一致性檢驗做判斷并模糊權重計算。

步驟3：層次單排序。

步驟4：層次總排序。

完成以上步驟，獲得顧客需求和軟件開發團隊可制造需求指標的權重。

在QFD顧客需求分析中將應用梯形模糊AHP方法，運用梯形模糊數描述判斷矩陣及權重的值，依據實際情況選擇評分方式，達到最優化效果。

3 ?結 ?語

本文主要論述了QFD技術的基本方法及FAHP與其相結合的運用模式，針對軟件行業的特殊性，對傳統的QFD方法進行了改進，提出了適用于軟件開發項目的模糊QFD技術方法模型。該模型使得顧客、市場部門、程序開發人員有效地聯系起來，保證整個軟件項目開發過程中的有效溝通和聯系，有助于軟件項目更好地符合顧客的需求。

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[11] 王力，劉家琦.梯形模糊AHP及其在衛星方案中的應用[J].哈爾濱工業大學學報，2002，6（3）：315?319.

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圖2 軟件開發中的QFD四階段模型圖

設[S∈D1]（[D1]為全體模糊數所組成的空間）上的一個梯形模糊數，它隸屬函數定義：

[μS（X）=（1-a）（g-a），a≤x≤b1，b<；x≤c（x-d）（c-d），c<；x≤d0，其他]

式中：[a≤b≤c≤d，]閉區間[[b，c]]為[S]的中值，[a]和[d]分別為[S]所支撐的上、下界。根據梯形模糊數的定義得知，[S]可以被有序四元實數組[（a，b，c，d）]所確定，故可以用[（a，b，c，d）]表示為一個梯形模糊數；當[a=b=c=d]時，[S]即為普通實數；當[b=c]時，[S]就轉化為三角模糊數。QFD技術應用中，[a，b，c，d，x]根據1～9的評分準則（見表1） 進行兩兩比較取值，[X1，][X2]為進行兩兩比較的值。

表1 重要度標度兩兩比較表

[重要度差別＼&；[X1]標度＼&；[X2]標度＼&；[X1]與[X2]同等重要＼&；1＼&；1＼&；[X1]與[X2]稍微重要＼&；3＼&；[13]＼&；[X1]與[X2]明顯重要＼&；5＼&；[15]＼&；[X1]與[X2]強烈重要＼&；7＼&；[17]＼&；[X1]與[X2]極端重要＼&；9＼&；[19]＼&；介于以上中間＼&；2，4，6，8＼&；[12，][1416，][18]＼&；]

依據Zadeh的擴展原理可以把梯形模糊數的數學算法表達為下式[11]：

已知[S1=a1，b1，c1，d1，S2=a2，b2，c2，d2，]則[S1]與[S2]的數學算法為：

[S1+S2=a1，b1，c1，d1+a2，b2，c2，d2=（a1+a2，b1+b2，c1+c2，d1+d2）] [S1×S2=a1，b1，c1，d1×a2，b2，c2，d2=（a1×a2，b1×b2，c1×c2，d1×d2）]

[λ×S1=λa1，b1，c1，d1=λa1，λb1，λc1，λd1]

[a1，b1，c1，d1-1=1d1，1c1，1b1，1a1]

式中：[a1>；0，b1>；0，c1>；0，d1>；0，a2>；0，b2>；0，c2>；0，d2>；0，][λ>；0。]

在進行矩陣一致性判斷時通常將模糊數映射成一個實數。對梯形模糊數而言， 梯形的重心被該模糊數所表示是本質特征。所以， 計算該模糊數的梯形重心用于對其一致性的判斷。

對于梯形模糊數，其中心[10]：

[xc=（AsdA）A=d2+cd+c2-（b2+ab+a2）3d+c-b-a]

2.2 ?梯形模糊AHP的基本步驟

通過上述方法確定梯形模糊數，需求指標權重將從以下步驟求得。

步驟1：構造兩兩比較模糊判斷矩陣，專家打分法（采用德爾菲法），專家按1～9模糊標度法將模糊評語轉化為對應的梯形模糊數。

步驟2：對矩陣的一致性檢驗做判斷并模糊權重計算。

步驟3：層次單排序。

步驟4：層次總排序。

完成以上步驟，獲得顧客需求和軟件開發團隊可制造需求指標的權重。

在QFD顧客需求分析中將應用梯形模糊AHP方法，運用梯形模糊數描述判斷矩陣及權重的值，依據實際情況選擇評分方式，達到最優化效果。

3 ?結 ?語

本文主要論述了QFD技術的基本方法及FAHP與其相結合的運用模式，針對軟件行業的特殊性，對傳統的QFD方法進行了改進，提出了適用于軟件開發項目的模糊QFD技術方法模型。該模型使得顧客、市場部門、程序開發人員有效地聯系起來，保證整個軟件項目開發過程中的有效溝通和聯系，有助于軟件項目更好地符合顧客的需求。

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