基于改進的可拓層次分析法和動態加權的航天高技術綜合評價研究

高　煒, 張慶普, 敦曉彪, 趙　天

(1. 哈爾濱工業大學經濟管理學院, 黑龍江 哈爾濱 150001; 2. 北京電子工程總體

研究所, 北京 100854; 3. 北京航天情報與信息研究所, 北京 100854)

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基于改進的可拓層次分析法和動態加權的航天高技術綜合評價研究

高煒1, 張慶普1, 敦曉彪2, 趙天3

(1. 哈爾濱工業大學經濟管理學院, 黑龍江 哈爾濱 150001; 2. 北京電子工程總體

研究所, 北京 100854; 3. 北京航天情報與信息研究所, 北京 100854)

摘要：研究了航天高技術評價指標體系建立的原則,并系統分析了指標體系的具體內容。針對指標體系的特點,采用改進的可拓層次分析法和動態加權相結合的方法對指標體系進行評價,并用實際算例驗證了指標體系建立的科學性以及評價方法的可行性及有效性。

關鍵詞：技術評價; 指標體系; 可拓層次分析法; 動態加權

0引言

技術評價是指人根據自身的價值觀,對技術與人的關系及技術產生價值的認知過程[1],是對技術的直接效果、負面效果及潛在的可能性進行綜合檢查與評價,以此來控制技術發展的方向[2]?？梢?對技術進行評價是從技術與人和諧發展的角度來衡量技術對人及社會產生的影響。航天領域是融會眾多高精尖技術的系統工程,航天領域高技術一定程度上反映著科學技術發展的方向和水平。航天高技術的發展極為迅速,其復雜性和不確定性也隨之增加。伴隨軍民融合深度發展的大形勢,航天高技術的發展對人類生活的影響越發顯著。所以,對航天高技術的管理、應用與控制需要全方位考察技術本身的發展趨勢、經濟和社會的發展對航天高技術的需要,以及航天高技術與經濟和社會發展的關系等問題,而這些問題的解決需要應用技術評價的理論與方法對航天領域的高技術進行綜合評價,根據評價結果為技術專家與管理層提供決策依據?？梢?應用技術評價的理論與方法對航天高技術進行綜合評價,可以減少技術應用的潛在風險,加快應用進程,明確預期收益,對管理層決策有著重要的現實意義。目前，已有對包括航天高技術在內的軍工技術領域的研究主要集中在軍工企業技術創新能力方面[3-4],以及航天高技術的技術溢出與技術轉移問題[5-7]等,研究內容相對單一。對于軍工企業技術評價的指標體系,內容仍有待拓展和完善,評價方法缺乏針對性,并且尚未有專門針對航天高技術綜合評價的指標體系和評價方法的研究。另外,許多研究對于不同類型的評價采取相似的評價方法,研究過程沒有充分考慮到現實客觀性和人為主觀因素對評價過程的影響,從而造成評價結果缺乏可信度。

本文以我國航天高技術主要發源地且擁有大多數航天高技術的我國航天高科技企業集團為研究對象,在對航天高科技企業集團中航天高技術應用情況進行長期研究的基礎上,作者嘗試構建從技術、經濟、社會等緯度綜合評價航天高技術性能及價值的指標體系。航天企業集團擁有技術開發、產品研制、試驗、維護、綜合保障等各類能力,在軍工企業中具有很強的代表性和權威性。航天高技術因其行業特點對于技術的先進性、系統性、可靠性、精確性、兼容性、適應性等方面均有較高要求。對于航天高技術進行評價主要存在以下難點:第一,需要根據航天高技術的實際情況建立合理的指標體系;第二,難以準確確定評價指標的相對權重;第三,既包含定性指標又包含定量指標,且難以排除專家個人的知識水平及個人偏好等對評價結果帶來的影響?，F有技術評價方法主要包括定性評價方法、技術經濟分析方法、多屬性決策方法、運籌學方法、統計分析方法、系統工程方法、模糊數學方法以及智能化評價方法等[8-9],并且評價過程多選擇單一方法確定指標權重。

鑒于被評價對象的特殊性及評價難點,本文采用可拓層次分析法和動態加權法相結合的方法來確定指標權重。目前已有研究將可拓層次分析法應用于供應商選擇[10]、飛航導彈早期保障方案評價[11]、指揮系統作戰效能評估[12]以及可重構制造系統綜合評價[13]等領域。可見,可拓層次分析法往往應用于被評價對象比較復雜、系統層次性強、主觀判斷容易產生模糊等情況,而航天高技術的特點屬于可拓層次分析法的應用范疇。同時,航天高技術評價指標體系中不同類型指標的屬性也會有所不同,例如,技術性指標主要從先進性、時效性、復雜性、可替代性等角度進行分析[14],通常為定性指標,經濟性指標往往為定量指標。但本文構建的評價指標體系主要用于預先決策,定量指標也不能給出真實值,并且同種類型指標的特征也有差異。動態加權法能夠根據指標屬性的不同構造相應的動態加權函數來確定指標權重,并且通過優、良、中、差的評級將指標的權重與權值相結合,更符合人們對事物的一般認識,因此動態加權法更符合客觀實際,更能增加綜合評價的客觀性。

針對以上難點及評價方法的適用情況,考慮在確定綜合評價指標相對權重的過程中,采用改進的可拓層次分析法與動態加權法有機結合的方法,既能夠解決不同類型指標權重難以確定的問題,又能夠綜合考慮專家的個體差異及人為判斷的柔性因素對評價結果造成的主觀影響。

1航天軍用高技術評價指標體系的建立

1.1指標體系建立的原則

在對技術評價理論進行研究的基礎上,明確航天高技術綜合評價指標體系的建立應遵循如下原則:

(1) 科學性原則。從航天高技術的含義及其對社會及經濟的影響出發,提出能揭示其基本內容、特征和水平的指標,并盡量減少主觀性,增加客觀性。

(2) 系統性原則。指標體系避免過于繁雜,盡可能以少的指標建成合理的反應航天高技術對人類社會整體情況的指標體系,兼顧當前與長遠、整體與局部、定性與定量等多方面的關系。

(3) 獨立性原則。具體指標的確定既要保證評價指標滿足評價方法、評價指標的相關性要求,又要保證指標選取的不重疊、不遺漏。選擇的指標要能夠獨立、客觀、準確地反映航天高技術對社會及經濟影響的實際狀況。

(4) 可比性原則。航天高技術在不同區域或不同企業的表現是不同的,這些差異是需要通過比較來確定的,因此建立該指標體系時所選擇的指標以及指標的計算要具有可比性,便于進行區域間的橫向比較或同一區域的縱向比較。

(5) 相關性原則。航天高技術評價指標體系在不同層次即國家、地區、企業等有不同的內容和側重,但不同的層次又具有一定相關性,所以在構建指標體系時需要立足于不同層級綜合考慮指標的全面性,更進一步地,指標還需要與國家經濟、科技水平、社會發展指標及相關統計指標具有一定的相關性和相容性。

1.2指標體系的具體內容

航天高技術種類眾多,現有文獻中尚未有專門針對航天領域高技術的指標體系,根據技術評價理論對指標挖掘的過程,對于航天高技術同樣需要全面考慮該技術對于技術主體與外界環境所造成的影響,即通常從技術層面、經濟層面、社會層面以及資源環境層面這4個維度對指標展開挖掘[14]。參考技術評價的范式,鑒于航天高技術的特殊性,本文將資源環境因素包含在社會因素當中,從技術性、社會性及經濟性3個方面對航天高技術展開討論。其中，技術性指標側重反映該項技術與同領域內國內外最新的成熟技術之間的優劣程度;社會性指標側重考察該技術對社會的影響程度以及其可持續發展水平;經濟性指標側重衡量該技術為企業帶來的收益情況。基于上述指標體系建立的原則與思路,通過文獻資料分析及對相關領域專家的調研咨詢,最終確定18個二級指標,所構建的航天高技術評價指標體系如表1所示。

從該航天高技術評價指標體系可以看出,指標能夠適用于絕大多數航天高技術,符合航天高技術的特點,能夠表征其典型特征,并且側重選擇了技術人員與管理人員較為看重且易于量度的指標,這充分體現了指標選取的科學性。按照系統性與獨立性的原則,體系中的每個二級指標都相對獨立地反映了航天高技術在技術、社會或者經濟方面的某個特點,而18個二級指標則系統反映了航天高技術的全貌。從可比性和相關性的角度,技術性指標與航天企業科研管理對技術性能要求的考核指標是吻合的,社會性指標與航天企業進行社會效益和環境效益考核的指標是一致的,而經濟性指標與航天企業中對某項技術的經濟效益評價所使用指標是一致的?？梢?航天高技術指標體系充分體現了指標體系構建的原則,為后續評價過程的科學性與有效性奠定了基礎。

表1　航天高技術評價指標體系

2評價方法原理

本文構建的評價方法是將可拓層次分析法和動態加權法相結合。傳統的層次分析法中,構造判斷矩陣是層次分析法中關鍵的步驟,確定指標因素的權重主要是通過兩兩比較評價指標構造的判斷矩陣。這種方法雖然簡明直觀,但在對判斷矩陣賦值時,沒有考慮人為判斷的模糊性,導致判斷矩陣沒有彈性。另一個問題是對構造的判斷矩陣進行一致性檢驗時,若判斷矩陣不具有一致性時,需重新構造判斷矩陣并計算相應權重矢量,直至滿足一致性檢驗條件為止。在實際應用中,一般都憑估計來調整判斷矩陣,具有一定盲目性,并且需要經過多次調整才能通過一致性檢驗?？赏貙哟畏治龇▽⒖赏財祵W、物元理論與層次分析法相結合,形象描述了人為判斷的模糊性。采用動態加權法,能夠根據各指標的特性選取不同的權函數,且某一指標的權重是根據其評價值而變化的。動態加權綜合評價方法從方法上增加了綜合評價的客觀性,淡化了專家主觀因素對評價結果的影響。這與一般的定常加權法相比,優越性是顯而易見的。

2.1建立系統綜合評價物元模型

在評價模型中,由物元定義可知,等級域即系統綜合評價對象可以表示為U={U1,U2,…,Um};與系統綜合評價對象相對應的評價指標集為C={C1,C2,…,Cn},對于系統綜合評價方案Uj,可以得到其物元模型:

式中,Vj是評價指標集C關于評價對象Uj所規定的數值范圍,即經典域。

式中,VU是評價指標集C關于所有等級U所規定的數值范圍,即U的節域。

這里,經典域是各指標等級的劃分范圍,可以通過對經典域的計算,得到合理的等級劃分范圍。

2.2構造可拓判斷矩陣

2.3計算綜合判斷矩陣

(1)

則專家群體的可拓判斷矩陣為

(2)

(3)

(4)

(5)

進一步得到第t位專家的權重系數,對式(5)進行歸一化處理,得

(6)

(7)

(8)

2.4確定指標權重

(1) 動態加權法確定二級指標權重

動態加權法的特點是根據不同指標的特性選取不同的權函數。

①如果某項評價指標xi對于綜合評價效果的影響大約是隨著類別pk(k=1,2,…,K)的增加而按正冪次增加,同時在某一類中隨著指標值的增加按相應的一個冪函數增加,則對指標xi可以設定分段冪函數為變權函數,即

(9)

②如果某項指標xi對于綜合評價效果的影響大約是隨著評價值的增加,先是緩慢增加,中間有一個快速增長的過程,隨后平緩增加趨于最大,相應的圖形呈正態分布曲線(左側)形狀。那么可以對指標的變權函數設定為偏大型正態分布函數。

(10)

③如果某項指標xi對于綜合評價效果的影響大約是隨著類別增加而增加的過程,呈一條“S”曲線,那么,此時對指標xi的變權函數可以設定為S型分布函數。

將第二層指標數記為n2,可以得到所有第i個指標元素對第一層某一個指標或準則的權重為

(11)

(2)可拓層次分析法確定一級指標權重

② 計算系數k和m

③求取權重向量

(12)

④計算權重向量

(13)

將第一層擁有的指標或準則數量記為n1,能夠通過歸一化進一步得到第一層各指標對總目標的權重向量P=(P1,P2,…,Pn1)T。

(3) 計算綜合權重

由式(11),得到第二層各指標或準則對第一層某指標或準則的權重向量為Q=(Q1,Q2,…,Qn2)T,可以得到第二層各指標對總目標的綜合權重為W=QP。

3算例分析

對應用在氣象領域的某航天制導雷達技術,首先應用基于可拓方法的動態加權確定各二級的權重問題。請相關領域的5位專家(均為國內雷達專業領域權威研究所的專家,并有多年相關工作經驗),針對表1的評價指標體系的二級指標,結合各自多年的研究和經驗,劃分等級區間。結合指標性質,將指標等級指定為四級,即“優、良、中、差”,請各位專家對4個等級的區間邊界分別給出判斷。得到所有二級指標的等級劃分結果數據之后,利用可拓方法,即由式(1)~式(8),得到綜合后的可拓判斷區間。限于篇幅,僅給出技術性指標的等級劃分,結果如表2~表7中最后一行所示。

表2　技術的成熟性等級劃分

表3　技術的先進性等級劃分

表4　技術的復雜性等級劃分

表5　技術的可持續性等級劃分

表6　技術的可替代性等級劃分

表7　技術的實用性等級劃分

3.1二級指標權重的確定

進一步分析各指標特性,發現選取的指標對最終結果的影響都可以近似地看作偏大型正態分布,由式(10)計算權重,這里選取等級三的區間界限進行參數解算,得到結果如表8和表9所示。其中,xi(i=1,2,…,18)代表表1中18個二級指標。

表8　各指標的σ值

表9　各指標的α值

至此,已經完成了二級指標權重的確定,接下來請以上5位專家對要評價的技術針對各二級指標內容評出分數。由于在綜合可拓區間確定過程中,已經對各位專家的權重進行了區分,這里對評出的分數不再進行過多處理。如若再區分各專家打分的權重,這個權重對評價結果將是冪指數的影響,極有可能會擴大個別專家的評價對最終結果的影響。因此,只是對各位專家打分值取平均,結果如表10所示。

表10　專家綜合評價值

應用式(10)得到一級指標的綜合評價值:

Q=[技術性社會性經濟性]=

[45.5243.5150.31]

3.2一級指標評價模型的建立

對于一級指標的權重,用可拓層次分析法進行建模。請以上5位專家對一級指標的權重問題給出判斷矩陣,如表11~表15所示。

表11　判斷矩陣A1

表12　判斷矩陣A2

表13 判斷矩陣A3

表14 判斷矩陣A4

表15 判斷矩陣A5

據式(1)~式(7),可以得到綜合可拓判斷矩陣,如表16所示。

表16　綜合可拓判斷矩陣A0

得到最終權重向量:

為得到此航天高技術綜合評價值,將一級指標和二級指標專家加權:

W=QP=46.130 1

上式得到的值即是對應用于氣象領域的某航天制導雷達技術的綜合評價值。進而根據建立的指標體系及等級的劃分,選取特征點進行計算。根據計算結果,如假設所有指標的專家評價都在良以上,得到的綜合評價值應為35.917 7(即良好的標準值);如假設所有指標的專家評價都在優以上,得到的綜合評價值應為51.666 5(即優的標準值)。由此可見,本文選取的某航天制導雷達技術的綜合評價值處于良和優的標準值之間,所以該技術的評價等級在良以上。

實際工作中,該航天制導雷達技術在我國氣象領域的應用已經取得了卓越的成績,在“十二五”期間,利用該技術研發低空連續波測風雷達,進一步提升了在測風裝備領域的領先地位;研發的風廓線雷達實現批量出口韓國;開發的毫米波云雷達、X波段雷達產品有效豐富了我國天氣雷達的種類;從技術支撐入手,為國家氣象部門提供了有力的綜合氣象解決方案。近三年來,該技術應用于氣象雷達市場的份額逐年增加,新簽合同2013年7 000多萬元,2014年1億元,2015年預計實現1.4億元,創造了良好的經濟、技術和社會效益。

除得到單一技術綜合評價值外,還可以針對某一航天高技術的綜合評價值,選取之前評價過的其他航天高技術綜合評價值作為參考案例,結合本案例的評價值便可以得到綜合排序,根據排序結果,可以得到該技術在一系列技術當中的相對價值。相對價值評價的參考案例選取應考慮如下因素:與待評價的航天高技術有一定相似性;選取的參考技術要有層次區分;既要選取企業應用較為成功的技術也要選取企業應用過程中出現問題的技術。

為驗證改進的可拓層次分析法與動態加權法相結合的方法在航天高技術評價的可行性,針對本文構建的指標體系應用較為成熟的層次分析法進行了計算,并結合該航天制導雷達技術的實際應用效果對評價結果進行了驗證。通過比較,兩者結果相同,表明了本文構建的航天高技術評價方法的實用性和正確性。

通過理論分析和實際計算發現,使用傳統層次分析法構建評價指標體系時,二級指標數量較多,通過兩兩比較評價指標構造判斷矩陣時,一方面由于對比結果單一,導致判斷矩陣沒有彈性;另一方面當構造的判斷矩陣不具有一致性時,需重新構造判斷矩陣并計算相應權重矢量,直至滿足一致性檢驗條件為止。而可拓層次分析法是將可拓數學和層次分析應用相結合,形象描述了人為判斷的模糊性,解決了判斷矩陣沒有彈性的問題。此外,采用動態加權法,將指標的權重與其評價值關聯,將定常權變為動權。這符合我們對問題的普遍認識,例如,當某一指標的評價值異常突出時,它相對上級指標的權重也將因此而增加。

基于可拓層次分析法和動態加權的綜合評價方法從方法上增加了客觀性,淡化了專家的主觀因素對評價結果的影響,并且評價體系的彈性大大增加。這與一般的定常加權法相比,優越性是顯而易見的。同時,也可以發現應用改進的可拓層次分析法和動態加權法的評價指標體系過程更為嚴密,權重系數分配也更加合理。

4結束語

本文在對航天高技術的相關要點問題進行系統分析的基礎上,建立了航天高技術評價指標體系,將改進的可拓層次分析法和動態加權法有機結合,合理的處理了不同類型指標在權重確定及專家人為判斷方面的準確性問題,并應用實際案例驗證了指標體系的科學性以及評價方法的可行性及有效性,為相同類型的技術評價問題提供了值得借鑒的規范解決方法。

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高煒(1977-),男,高級工程師,博士研究生,主要研究方向為管理科學與工程。

E-mail:gaoweicasic@163.com

張慶普(1956-),男,教授,博士,主要研究方向為知識管理、系統工程、管理決策優化。

E-mail:zzqp2000@126.com

敦曉彪(1989-),男,博士研究生,主要研究方向為導航制導與控制。

E-mail:45514362@qq.com

趙天(1982-),女,工程師,博士,主要研究方向為企業管理、風險管理。

E-mail:lxytiantian@126.com

網絡優先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20151215.1652.012.html

Comprehensive assessment of advanced military aerospace technologies

based on improved EAHP and dynamic weighting

GAO Wei1, ZHANG Qing-pu1, DUN Xiao-biao2, ZHAO Tian3

(1.SchoolofManagement,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China; 2.BeijingInstituteofElectronic

SystemEngineering,Beijing100854,China; 3.BeijingInstituteofAerospaceInformation,Beijing100854,China)

Abstract:This paper studies the principal of the assessment index system of advanced military aerospace technologies, and the concrete content of the index system is introduced. Considered the characteristics of the index system, it applies improved extension analytics hierarchy process (EAHP) and dynamic weighting to assess the index system, and a numerical example is given to validate the scientific of the index system and the availabilities and validities of the evaluation method.

Keywords:technology assessment; index system; extension analytic hierarchy process (EAHP); dynamic weighting

作者簡介：

中圖分類號：C 931

文獻標志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.01.17

收稿日期：2015-07-16；修回日期：2015-12-03；網絡優先出版日期：2015-12-15。