基于數據特征的大型科學儀器共享服務績效評價模型構建和應用

吳 斌，劉 薇，鄔 平，李 俊，諸開梅

（云南省科學技術情報研究院，云南昆明 650051）

1 研究背景

在國家創新驅動發展戰略的政策制度激勵下，我國大型科學儀器設備數量呈現出規模化增長的趨勢。《大型科學儀器設備利用與共享指數報告》（2015版）數據顯示，截至2014年，我國購置年限為1～3 a、4～6 a、7～9 a的大型科學儀器設備分別為19 800、15 646和9 431臺（套），歸一化線性回歸系數為5.1，大型科學儀器設備數量呈直線快速增長趨勢；同時，報告也指出，2014年我國大型科學儀器設備平均滿負荷運行率為27.2%，而購置年限為1～3 a的設備滿負荷運行率僅為25.0%［1］。這意味著大型科學儀器資源的利用與共享空間充足，可以為整個社會的創新發展提供大量的科技資源。

然而，實際情況是大型科學儀器設備的規模化采購與合理化共享之間存在著明顯的不對稱。截至2016年，我國高校及科研院所的大型科學儀器總服務機中，僅有6.0%用于支撐企業的研發測試工作［2］，這有悖于近年來劇增的大型科學儀器企業申請數量。造成這一現象固然存在著政府主導的大型科學儀器設備管理“職能越位”、現行管理體制下的儀器管理人員“劣勝優汰”、大型科學儀器設備重前期購置而輕后期管理等諸多管理因素［3-5］，但與大型科學儀器設備共享服務質量相關聯的績效考核機制才是最直接的因素。現行的大部分大型科學儀器共享管理單位都根據共享指數評價體系設計適用于自身的績效考核評價體系［1］，通常做法是基于共享指數建立一套評價指標，人為對部分客觀評價指標設置固定權值，進而計算儀器擁有單位的總體共享服務水平［6-9］。近年來，相關學者通過應用層次分析、數據包絡分析、VAU（visible-available-usable）評價模型、平衡積分卡等方法，分別從共享管理視角、數據結構視角、用戶視角和資源利用視角提高了大型科學儀器共享服務績效評價指標中固定權重的賦值精度［10-14］。然而，由于大型科學儀器擁有單位對儀器的管理水平存在差異，儀器的使用也各有側重，采用固定權值的儀器共享服務績效指標評價分值仍然存在不合理性。因此，本文以云南省大型科研儀器開放共享管理平臺（以下簡稱“平臺”）的歷史共享服務數據為基礎，探索一套契合大型科學儀器共享服務數據特征的共享服務績效（SSP）評價的計算方法，用于客觀計算儀器管理單位的儀器共享服務績效分值，以期為政府管理部門公平、公正地實施大型科學儀器的獎勵性后補助提供評價依據和參考。

2 儀器管理單位共享服務績效評價指標分析

2.1 云南省大型科學儀器共享服務績效評價指標分析

目前，云南省大型科研儀器開放共享工作領導小組辦公室［15］（以下簡稱“云南省大儀辦”）主要從功能利用率、儀器使用率、對外開放共享程度、儀器完好程度以及儀器產生的經濟效益等方面對大型科學儀器（以下簡稱“儀器”）共享管理單位進行儀器開放共享情況的績效考核評價，評價指標體系包括主觀評價指標與客觀評價指標，其中入網儀器數量（NI）、入網儀器原值（VI）、總開機服務時（ts）、對外服務單位數（NES）、對外服務總收費（Pe）5項客觀評價指標分值占評價總分值的65%。

5項客觀評價指標的數據均可從儀器共享管理單位填報的共享服務記錄數中獲得，通過常規的數據歸一化處理和加權計算方法即可獲得客觀評價指標分值［3,6,16］。然而，通過對347 957條儀器對外共享服務記錄的脫敏數據（數據時間范圍：2016年1月—2018年1月；數據脫敏方式：儀器共享管理單位采用“O+XX”編碼、儀器申請者采用“A+XX”編碼）進行分析，不難發現不同單位由于其內置屬性或服務職能不同，評價指標的數據分布特征不盡相同。以圖1為例，O15是一家隸屬于政府的產品質檢中心，NES值約為9萬家，但其Pe并非所有儀器管理單位中的最大值；而一家提供醫學檢測服務的專業機構O8的Pe值最高，但其NES值僅為3 000家左右。因此，如果采用固定賦權值的計算方法，Pe和NES的權重系數不合理，可能造成客觀評價結果不合理，從而挫傷共享積極性較高的儀器管理單位的儀器共享服務積極性。由于單位內置屬性存在差異，企業（EN）、高校（HS）、科研院所（SI）和公共服務機構（PS）的服務職能不同［17］，因此，客觀評價指標對應的數據可能存在不同的數據分布特征。

圖1 云南省大型科學儀器共享管理單位對外服務單位數量與服務總收費

2.2 數據特征分析

為研究不同單位內置屬性的數據分布特征，首先將平臺中儀器共享管理單位的儀器平均原值（Vavg,I=VI/NI）作為考量儀器共享管理單位提供測試分析服務能力水平的基線：Vavg,I數值高，儀器共享管理單位的大型儀器占比較多，所提供的高端測試分析服務能力水平較高；反之，Vavg,I數值低，儀器共享管理單位原值較低的儀器數量相對較多，能提供高端分析測試服務的可能性較低。

其次，將Pe/ts作為單位時長儀器對外服務的營運共享收益率（OSY）。引入OSY的原因在于：雖然ts包括了對內服務機時（ts,i）和對外服務機時（ts,e）兩部分，但用Pe/ts,e僅能表示儀器共享服務收益狀態，不能反映在內部儀器使用量遠大于外部儀器使用量（ts,i＞＞ts,e）的情況下，對外提供儀器共享服務的有效程度，即儀器共享管理單位在滿足自身需求的條件下，是否能對外提供儀器分析測試服務、獲取對外的大型儀器營運服務收益。因此，OSY從側面反映儀器共享管理單位對外提供大型儀器分析測試服務的積極程度。針對EN、HS、SI和PS等4種不同單位內置屬性，繪制基于Vavg,I的OSY和NES的雙軸圖，結果如圖2所示。

圖2 云南省大型科學儀器共享管理單位的營運共享收益與對外服務單位數

同時，對儀器共享管理單位評價指標的特征數據進行匯總，結果見表1。分析儀器共享管理單位的數據特征，可得如下結論：

（1）儀器共享管理單位的Vavg,I大部分集中于每臺100萬元以下（眾數＜100），極少單位的Vavg,I超過每臺200萬元，科研儀器設施的Vavg,I低于全國（未含港澳臺地區）每臺平均值554萬元［7］，這意味著云南省的重大科研儀器占全省共享儀器數量的比例較低。選擇VI和NI作為儀器共享管理的兩項評價指標，僅說明儀器管理單位所擁有儀器資源量的多寡，由于儀器管理單位所屬行業不同，儀器購置能力和管理水平參差不齊，儀器資源量的多寡和儀器單位的營運能力（OSY）與服務規模（NES）并非呈線性關系，不能因為儀器管理單位的儀器原值較高或者數量較多，其客觀評價分值就要高于儀器資源量少的管理單位，因此這一評價方式存在不合理性。本文認為，儀器共享服務績效評價應以Vavg,I作為儀器管理單位的儀器資源考量基線，比較各管理單位在儀器運營能力和服務規模的相對數值，使得考評結果更具有客觀性。

（2）公共服務機構（PS內置屬性）的儀器共享管理單位包括公益類服務機構和政府直屬事業單位，這類單位一般以政府行政職能為導向，具有公共開放、公益服務的社會性質，能對企業、社會機構提供大量的大型儀器共享服務，因此其NES的平均值均高于EN、HS、SI內置屬性的儀器共享管理單位。在相同內置屬性條件下，這類單位的儀器共享服務績效應以對外服務規模數量為主，共享服務收益可作為在相近服務規模時的共享服務水平補償增益（u）。

（3）企業（EN內置屬性）的儀器共享管理單位是以市場為需求，對各自研制產品和科研任務進行分析測試的大型儀器使用量較大，儀器幾乎只滿足于企業內部使用，對外提供儀器共享服務的規模較小；但只要對外提供了儀器共享服務，其收費水平要高于PS和HS。在相同內置屬性條件下，這類單位的儀器共享服務績效應以營運共享收益率為主，對外服務規模數量可作為OSY相近時的共享服務水平補償增益。

（4）科研所（SI內置屬性）的儀器共享管理單位主要從事的活動是科學研究和技術研發，并對社會提供一定的科研成果，因此其儀器共享服務績效既要考慮營運共享收益率為主，也要兼顧對外服務規模數量。

（5）高校（HS內置屬性）的儀器共享管理單位主要承擔教學任務，兼顧基礎科學研究，大型儀器分析測試服務幾乎滿足自身需要，其營運共享收益率和對外服務規模數量都低于PS、EN和SI，因此其儀器共享服務績效應在滿足內生需求（ED）的基礎上，再考慮營運共享收益率和對外服務規模數量。

表1 云南省大型科學儀器共享管理單位儀器共享服務績效評價指標數據特征

3 儀器共享服務績效評價模型

3.1 評價模型的建立

根據對不同單位內置屬性的數據特征分析，大型科學儀器SSP評價模型可表達為如下形式：

式（1）中：SSP∈(0,1］，∑SSP(xi|attr)=1，attr表示管理單位內置屬性，i為具有相同內置屬性的單位集合對象；w1和w2為權重系數；對任意一家儀器管理單位xi，特征函數f(NES,i)與f(OSYi)與具體數據特征相關；edi為不同單位性質的內生需求。w1和w2權重系數計算方法說明如下：

（1）當attr=PS時，w2=0，edi=1。u是PS內置屬性管理單位的共享服務水平補償增益，計算為所有PS內置屬性管理單位OSY均值OSY(i,PS)與總OSY均值的占比，即u=OSY(i,PS)/∑OSY，w1.PS是PS內置屬性管理單位SSP的線性權重系數。通過NES,i樣本數據特征可知，SSP～ ln(NES,i)呈線性關系，如圖3（a）所示。

（2）當attr=EN時，w1=0，edi=1。u是EN內置屬性管理單位的共享服務水平補償增益，計算為所有EN內置屬性管理單位NES眾數NES,i與總NES眾數的占比，即u=NES,i/∑NES，w2.EN是EN內置屬性管理單位SSP的線性權重系數。通過OSYi樣本數據特征可知，SSP～arctan(OSYi)呈線性關系，如圖3（b）所示。

（3）當attr=SI時，edi=1，u=0。w1.SI和w2.SI是SI內置屬性管理單位SSP的線性權重系數。通過數據特征分析可知，SSP與NES,i的對數呈線性關系，SSP與OSYi的對數呈線性關系，即SSP～ln(NES,i)+ln(OSYi)呈線性關系，如圖3（c）所示。

（4）當attr=HS時，u=0。在相同Vavg,I范圍之內，HS與SI的數據特征分布幾乎一致，因此可采用OSY與NES的均值等比計算HS的edi，即：

SSP與f(NES,i)和f(OSYi)的函數關系與SI對應的函數關系相同。

圖3 大型科學儀器SSP評價模型與評價指標數據特征

3.2 權重系數的計算

根據式（1），不同內置屬性的儀器SSP權重系數w1與w2見表2。

表2 大型科學儀器SSP評價模型權重系數

3.3 數據驗證

為驗證本文構建的大型科學儀器SSP評價模型的有效性，本研究將平臺2018年的38 769條共享服務記錄數據代入式（1），計算儀器管理單位SSP值，并運用專家打分法取得2018年獲得政府獎補的前15家儀器管理單位，與應用SSP評價模型計算得到的前15家儀器管理單位進行對比，結果見SSP評價混淆矩陣（見圖4），可知基于SSP分值（SSP≥0.6）的儀器管理單位獎補名單與實際名單對比，準確率為73.33%，SSP評價模型具有一定的準確度。

圖4 云南省大型科學儀器SSP評價混淆矩陣

4 結論及展望

本文通過對入網儀器數量、入網儀器原值、總開機服務時長、對外服務單位數、對外服務總收費5個評價指標進行分析，根據大型科學儀器管理單位的內置屬性對指標進行關聯耦合，產生了以儀器平均原值（Vavg,I）為考量基線，以對外服務的營運共享收益率（OSY）與對外服務單位數（NES）為考量的儀器管理單位SSP評價維度，并基于云南省大型科研儀器開放共享管理平臺的共享服務記錄數據特征，建立了不同內置屬性儀器管理單位的SSP評價模型，基于SSP評價模型考量的結果與真實結果的相對誤差為26.67%，說明基于數據特征的大型科學儀器SSP評價模型具有一定的準確度。

本文以儀器平均原值為考量基線，耦合了總開機服務時長、對外服務單位數、對外服務總收費3個評價指標，并未考慮分析測試服務費用優惠打折、大型儀器損耗折舊以及服務質量等因素，這些因素都會對Vavg,I、OSY和NES產生影響，因此下一步工作將對有關額外的因素進行深入研究，探索提高和優化SSP評價模型準確度的方法。