層次分析法在高校大型儀器設(shè)備論證中應(yīng)用

任 鵬，白 帆，王潤(rùn)民

（長(zhǎng)安大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，西安710064）

0 引 言

在當(dāng)前高校“雙一流”建設(shè)背景下，國(guó)家對(duì)教育經(jīng)費(fèi)投入總量在逐年提高，高校用于購(gòu)置大型儀器設(shè)備的經(jīng)費(fèi)也發(fā)生顯著增長(zhǎng)［1-3］。僅2018年上半年，中國(guó)政府采購(gòu)網(wǎng)上公布的與高校“雙一流”建設(shè)相關(guān)的儀器設(shè)備中標(biāo)金額就已達(dá)到1.98億元。2016年7月中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步完善中央財(cái)政科研項(xiàng)目資金管理等政策的有關(guān)意見(jiàn)》，意見(jiàn)中指出“完善中央高校、科研院所科研儀器設(shè)備采購(gòu)管理，中央高校、科研院所可自行采購(gòu)科研儀器設(shè)備”［4］。在此新形勢(shì)下，高校購(gòu)置大型儀器設(shè)備擁有了更多的自主選擇權(quán)。然而由于學(xué)科交叉應(yīng)用的發(fā)展，大型儀器設(shè)備的復(fù)雜程度不斷加深，建設(shè)和管理難度逐漸增大［5］，因此大型儀器設(shè)備重復(fù)購(gòu)置、開(kāi)放共享程度低等一些共性的問(wèn)題一直未得到解決，這些問(wèn)題的出現(xiàn)與大型儀器設(shè)備購(gòu)置前論證有直接的關(guān)系。大型儀器設(shè)備購(gòu)置前論證是設(shè)備購(gòu)置的最初環(huán)節(jié)，是避免重復(fù)購(gòu)置、提高資金使用效益的前提［6］。通過(guò)設(shè)備論證可以為管理人員的購(gòu)置決策提供依據(jù)，論證結(jié)果對(duì)設(shè)備能否立項(xiàng)有直接影響。

當(dāng)前，高校設(shè)備論證基本都是由申購(gòu)者填寫(xiě)論證報(bào)告，然后由學(xué)校相關(guān)職能部門(mén)組織專(zhuān)家論證會(huì)［7］。在論證會(huì)上首先申購(gòu)者闡述申購(gòu)原因，然后專(zhuān)家進(jìn)行質(zhì)詢(xún)，根據(jù)質(zhì)詢(xún)結(jié)果最后投票決定是否通過(guò)論證。這種論證方式對(duì)設(shè)備的評(píng)估主要是依靠專(zhuān)家的過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，缺少對(duì)論證設(shè)備全面綜合的管理和評(píng)估。另外，由于沒(méi)有進(jìn)行量化評(píng)分，無(wú)法形成客觀(guān)的排序列入學(xué)校的設(shè)備申購(gòu)庫(kù)等待上報(bào)。本文運(yùn)用層次分析法（analytic hierarchy process，簡(jiǎn)稱(chēng)AHP法）確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，最終建立大型儀器設(shè)備的評(píng)價(jià)模型，從而實(shí)現(xiàn)大型儀器設(shè)備的科學(xué)論證。

1 評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)的原則

大型儀器設(shè)備論證涉及很多相關(guān)指標(biāo)，不同的指標(biāo)之間既相互聯(lián)系又彼此區(qū)別。利用這些指標(biāo)構(gòu)建科學(xué)完整的評(píng)價(jià)模型可以進(jìn)一步提高采購(gòu)質(zhì)量、保證采購(gòu)效率。其在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個(gè)基本原則：

（1）科學(xué)性原則。在指標(biāo)設(shè)計(jì)中，評(píng)價(jià)模型應(yīng)該能夠全面評(píng)價(jià)設(shè)備的采購(gòu)質(zhì)量，各個(gè)指標(biāo)之間既要相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，要求互不重復(fù)、互不取代。

（2）系統(tǒng)性原則。模型應(yīng)能全面反映評(píng)價(jià)對(duì)象的本質(zhì)特點(diǎn)，從各個(gè)層次來(lái)衡量論證設(shè)備的必要性和可行性。

（3）代表性原則。影響高校大型儀器設(shè)備采購(gòu)的因素很多，選擇和使用所有指標(biāo)是不現(xiàn)實(shí)的，代表性原則要求選擇最關(guān)鍵的因素，在指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)全面性和代表性?xún)煞矫孢M(jìn)行權(quán)衡。

（4）可操作性原則。所有評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)明扼要、定義明確，使用的數(shù)據(jù)都可從現(xiàn)有的資料中獲取，便于論證專(zhuān)家的分析和評(píng)價(jià)。

2 評(píng)價(jià)模型框架的搭建

通過(guò)隨機(jī)抽取了高校大型儀器設(shè)備論證專(zhuān)家28人，要求專(zhuān)家的年齡、職稱(chēng)、學(xué)歷以及專(zhuān)業(yè)能有形成有效互補(bǔ)，并對(duì)專(zhuān)家的積極性、熟悉程度、權(quán)威程度和協(xié)調(diào)系數(shù)進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)相關(guān)資料和工作經(jīng)驗(yàn)，列出評(píng)價(jià)模型框架的初步可能指標(biāo)，再由專(zhuān)家組成員梳理出主要指標(biāo)，通過(guò)分析各個(gè)主要指標(biāo)之間的相互關(guān)系，將這些因素按支配關(guān)系分組從而形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)該方法最終確定高校大型儀器設(shè)備的評(píng)價(jià)模型框架，其中共選取了4個(gè)1級(jí)指標(biāo)，包括購(gòu)置必要性、調(diào)研充分性、配套條件以及預(yù)期成果和效益。對(duì)這4個(gè)1級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)分，共劃分出13個(gè)2級(jí)指標(biāo)（見(jiàn)表1）。

表1 高校大型儀器設(shè)備論證指標(biāo)（A層）

3 利用層次分析法獲取各個(gè)指標(biāo)權(quán)重

3.1 構(gòu)造判斷矩陣

在20世紀(jì)70年代中期，AHP由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂正式提出，是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法［8］。通過(guò)比較兩兩因素之間的相對(duì)重要程度，構(gòu)建判斷矩陣。通過(guò)對(duì)矩陣的運(yùn)算，將人的思維過(guò)程和主觀(guān)判斷數(shù)字化，進(jìn)而將復(fù)雜決策的過(guò)程量化［9］。按照兩個(gè)因素之間的重要程度對(duì)其進(jìn)行1～9賦值。對(duì)比各指標(biāo)的重要性劃分為同等重要、稍微重要、明顯重要、強(qiáng)烈重要、極端重要，相應(yīng)的重要性標(biāo)度分別為1、3、5、7、9。上述判斷的中間值為2、4、6、8。若指標(biāo)i與指標(biāo)j的重要性之比為aij，則指標(biāo)j與指標(biāo)i的重要性之比為aji＝1/aij。根據(jù)上述原則和方法進(jìn)行兩兩比較，對(duì)不同層次的指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)度評(píng)分，綜合專(zhuān)家的意見(jiàn)形成判斷矩陣（見(jiàn)表2～6）。

表2 1級(jí)指標(biāo)兩兩對(duì)比的4階矩陣A

表3 2級(jí)指標(biāo)（C1-C4）兩兩對(duì)比的4階矩陣B1

表4 2級(jí)指標(biāo)（C5-C7）兩兩對(duì)比的3階矩陣B2

表5 2級(jí)指標(biāo)（C8-C11）兩兩對(duì)比的4階矩陣B3

表6 2級(jí)指標(biāo)（C12-C13）兩兩對(duì)比的2階矩陣B4

3.2 確定指標(biāo)相對(duì)權(quán)重

以矩陣A為例，首先對(duì)矩陣A的各列求和，然后對(duì)矩陣每列數(shù)字進(jìn)行歸一化處理，形成關(guān)于一級(jí)指標(biāo)新的判斷矩陣M，即

Mij＝Aij/（A1j+A2j+A3j+A4j）

如M11＝A11/（A11+A21+A31+A41）＝0.3871，同理計(jì)算M12、M13、M14分別為0.444、0.350 9、0.396 0。對(duì)矩陣M的每一行取平均值，得出各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重Wi＝（Mi1+Mi2+Mi3+Mi4）/4，及特征向量W＝（W1，W2，W3，W4）T。如W1＝（M11+M12+M13+M14）/4＝0.394 6，同理計(jì)算W2、W3、W4分別為0.152 7、0.255 8、0.196 8（見(jiàn)表3），則矩陣A的特征向量為（0.394 6，0.152 7，0.255 8，0.196 8）T。同理計(jì)算得出矩陣B1、B2、B3、B4各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重W（見(jiàn)表4 ～7）。

3.3 對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

（3）計(jì)算矩陣A一致性比例CR，CR＝CI/RI。由于A為4階矩陣，通過(guò)查一致性檢驗(yàn)修正值對(duì)照表對(duì)應(yīng)的RI＝0.89，因此A的一致性比例CR＝0.005 4。一般認(rèn)為，當(dāng)CR＜0.1時(shí)，判斷矩陣的一致性是可以接受的［10-11］。當(dāng)CR≥0.1時(shí)，就需要重新調(diào)整和修正判斷矩陣。因此，矩陣A的一致性可以接受，相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重也是合理的。

（4）利用Matlab軟件分別計(jì)算出各個(gè)判斷矩陣的最大特征值和對(duì)應(yīng)特征向量，根據(jù)上述CR計(jì)算公式求出其他各個(gè)判斷矩陣一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CR均小于0.1，矩陣B1、B2、B3、B4均通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

3.4 2級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重

2級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重為1級(jí)指標(biāo)權(quán)重乘以相應(yīng)的各2級(jí)指標(biāo)權(quán)重，見(jiàn)表7。

表7 大型儀器設(shè)備論證各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

3.5 2級(jí)指標(biāo)組合權(quán)重分析

專(zhuān)家評(píng)估結(jié)果表明，在1級(jí)指標(biāo)中按照權(quán)重高低排序依次為購(gòu)置必要性（B1）、配套條件（B2）、預(yù)期成果和效益（B4）、調(diào)研充分性（B3），其中購(gòu)置必要性和配套條件情況所占比重之和為0.650 4，表明在大型儀器設(shè)備論證中這兩個(gè)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先考慮，同時(shí)調(diào)研充分性以及預(yù)期成果和效益也會(huì)影響設(shè)備購(gòu)置決策。在2級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重中，所占權(quán)重最大的前5位指標(biāo)分別是現(xiàn)有同類(lèi)設(shè)備不滿(mǎn)足需求的理由（C4）、內(nèi)部使用機(jī)時(shí)和預(yù)期成果（C12）、服務(wù)專(zhuān)業(yè)、學(xué)生數(shù)（C1）、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方案（C8）以及校內(nèi)外潛在用戶(hù)及預(yù)計(jì)使用機(jī)時(shí)（C13）。這說(shuō)明設(shè)備需求程度還是最重要的，可以填補(bǔ)急缺設(shè)備的空白。教學(xué)和科研是高校發(fā)展的重要工作，二者作為一個(gè)整體共同構(gòu)建了高校的育人環(huán)境，因此設(shè)備能為高校教學(xué)和科研的服務(wù)程度也是相當(dāng)重要的［12-13］。另外，良好的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方案可以保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高設(shè)備開(kāi)放共享程度。陳磊［14］的研究成果將學(xué)院需求迫切度、功能使用和檔次高低、預(yù)期使用效率、教學(xué)科研成果、配套設(shè)備和耗材經(jīng)費(fèi)放在優(yōu)先地位，與本文的研究結(jié)論基本一致。

4 評(píng)價(jià)模型應(yīng)用實(shí)例

在2018年設(shè)備論證中，公路學(xué)院、汽車(chē)學(xué)院和資源學(xué)院分別提出了瀝青混合料性能實(shí)驗(yàn)儀、測(cè)功機(jī)、顯微鏡購(gòu)置申請(qǐng)。其中，1臺(tái)瀝青混合料性能實(shí)驗(yàn)儀預(yù)算金額為45萬(wàn)元，主要用于公路學(xué)院公路橋梁與渡河工程教學(xué)實(shí)習(xí)以及部分教師科研工作。1套測(cè)功機(jī)預(yù)算金額為50萬(wàn)元，可為汽車(chē)學(xué)院車(chē)輛工程和能源與動(dòng)力工程2個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教學(xué)實(shí)習(xí)以及相關(guān)的科研工作提供服務(wù)。資源學(xué)院申購(gòu)的10臺(tái)顯微鏡預(yù)算金額為52萬(wàn)元，用于資源勘查工程、地質(zhì)學(xué)以及礦物加工工程3個(gè)專(zhuān)業(yè)的本科教學(xué)。目前，教學(xué)顯微鏡基本已經(jīng)使用10年以上，存在較多的設(shè)備老化問(wèn)題。

由實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處分別組織召開(kāi)專(zhuān)家論證會(huì)，從專(zhuān)家?guī)熘谐槿∠鄳?yīng)領(lǐng)域5名專(zhuān)家，其中校外專(zhuān)家4名，校內(nèi)專(zhuān)家1名。論證過(guò)程中首先由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳述設(shè)備的總體情況，陳述完畢后專(zhuān)家對(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行質(zhì)詢(xún)，最后專(zhuān)家閉門(mén)討論，并根據(jù)本文評(píng)價(jià)模型進(jìn)行論證評(píng)分。各項(xiàng)指標(biāo)分值均為10分，專(zhuān)家打分結(jié)束后進(jìn)行匯總，使用算數(shù)平均法計(jì)算平均分值。對(duì)3套設(shè)備的2級(jí)指標(biāo)均分構(gòu)置決策矩陣M，表8中各個(gè)2級(jí)指標(biāo)的組合權(quán)重構(gòu)置矩陣W，則3套設(shè)備的最終分值矩陣為項(xiàng)目得分10～9分為優(yōu)秀、9～8分為良好、8～7分為合格，7分以下為不合格，合格的設(shè)備可以進(jìn)入學(xué)校的申購(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)設(shè)備庫(kù)中不同設(shè)備的得分情況進(jìn)行排序，得分靠前的設(shè)備優(yōu)先列入學(xué)校計(jì)劃進(jìn)行購(gòu)置。

圖1 3套設(shè)備的最終分值矩陣

資源學(xué)院申購(gòu)的顯微鏡和公路學(xué)院申購(gòu)的瀝青混合料性能實(shí)驗(yàn)儀均大于7分，可以進(jìn)入學(xué)校申購(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。其中顯微鏡得分9.02分大于瀝青混合料性能實(shí)驗(yàn)儀得分8.15分，學(xué)校應(yīng)優(yōu)先安排購(gòu)置。汽車(chē)學(xué)院申購(gòu)的測(cè)功機(jī)得分為6.92分，低于7分，未能進(jìn)入學(xué)校申購(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)整改后重新組織論證。

5 成果與展望

在大型儀器設(shè)備論證過(guò)程中，通過(guò)堅(jiān)持以本校學(xué)科和專(zhuān)業(yè)建設(shè)規(guī)劃為依據(jù)，做到全校統(tǒng)籌，有效避免了設(shè)備重復(fù)購(gòu)置。自2015年采用大型儀器設(shè)備論證評(píng)價(jià)模型以來(lái)，我校實(shí)驗(yàn)室對(duì)大型儀器設(shè)備開(kāi)放共享程度和設(shè)備購(gòu)置的滿(mǎn)意度逐年增長(zhǎng)（見(jiàn)圖2）。

圖2 2015～2018年大型儀器設(shè)備使用情況

高校大型儀器設(shè)備論證評(píng)價(jià)模型是一個(gè)難度較大卻相對(duì)實(shí)用的課題，完善的論證體系可以簡(jiǎn)化論證工作的難度，提高論證的精度。但論證評(píng)價(jià)模型也不是恒定不變的，需要在設(shè)備論證過(guò)程中不斷完善。在論證次數(shù)較多的情況下，可以對(duì)同類(lèi)型設(shè)備的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，這樣對(duì)判斷矩陣的建立具有較好的穩(wěn)定性和一致性［15］。

在論證過(guò)程中，可以運(yùn)用Matlab軟件和Excel同步計(jì)算相關(guān)的參數(shù)，操作方便快捷。通過(guò)建立高校大型儀器設(shè)備論證評(píng)價(jià)模型，能從總體上反映其評(píng)價(jià)對(duì)象的本質(zhì)，為設(shè)備申購(gòu)庫(kù)管理提供便利，在項(xiàng)目排序方面有了客觀(guān)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，根據(jù)專(zhuān)家的打分情況，項(xiàng)目申報(bào)人可以明確設(shè)備各個(gè)指標(biāo)的優(yōu)劣，為后續(xù)整改提供了參考。該分級(jí)評(píng)價(jià)機(jī)制可以有效增強(qiáng)學(xué)校設(shè)備申購(gòu)庫(kù)的項(xiàng)目質(zhì)量。高校“雙一流”建設(shè)離不開(kāi)大型儀器設(shè)備的支撐，做好購(gòu)前設(shè)備論證，改善和完善現(xiàn)有的管理機(jī)制，可以更好為學(xué)校的教學(xué)與科研服務(wù)。