基于系統動力學的NQI 效能仿真研究

詹瑞 申婧

摘 要：國家質量基礎設施（NQI）融合計量、標準、認證認可和檢驗檢測等要素，對促進國家或地區經濟社會發展具有重要意義。考慮到研究區域的代表性和數據的可得性，本文以浙江省為例，運用系統動力學方法在明確NQI效能目標基礎上構建NQI效能模型，采用Vensim PLE軟件對其NQI效能相關政策進行了仿真研究。研究設置的科技、財政和人才等3項政策工具均得到有效驗證，表明NQI效能水平與政策的調整、實施高度相關。其中，科技政策和財政政策對于NQI效能的正向促進作用相較于人才政策更為顯著，并隨著政策實施強度的增加，NQI效能的增長空間效果愈發凸顯。

關鍵詞：系統動力學，國家質量基礎設施（NQI），效能模型，政策仿真

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.08.003

0 引 言

國家質量基礎設施（N a t i o n a l Q u a l i t yInfrastructure， NQI）是國家經濟社會發展的基礎，代表國家綜合競爭實力，由計量、標準、認證認可和檢驗檢測等部分組成[1]。近年來，浙江省高度重視質量工作，從4個方面著力加強NQI 體系建設：（1）以國家標準化綜合改革試點為契機，強化“浙江標準”體系建設，分別制定國際標準37項，國家標準1504項；（2）積極推進國家認監委認證認可綜合改革試點，創新開展“浙江制造”認證，積極爭取統一綠色產品認證試點，認證認可有效性不斷增強；（3）貫徹實施國家和浙江省計量發展規劃，在全省共建立3300余項社會公用計量標準、16家國家計量器具型式評價實驗室，量傳溯源體系進一步完善，計量技術支撐能力不斷增強；（4）著力夯實檢驗檢測技術支撐能力，全省質監系統檢測能力覆蓋全省主導產業5萬多個產品和參數，在重要產業集聚地建有49家國家質檢中心、101家省級質檢中心，為質量監管、技術創新、產業升級、中小微企業和“雙創”提供優質高效公共技術服務。可見，浙江省質量基礎設施建設相關工作對全省經濟社會發展的支撐保障作用日益增強，并且在全國范圍內具有一定代表性。然而，受制于技術壁壘、資金投入不足、意識不足、相關政策不完善和人才短缺等因素，NQI體系在全國的推廣和建立仍不完善，甚至相關立法內容也不夠科學合理。為探索加大市場開放，優化發展環境，增強檢驗檢測社會化服務能力的有效途徑，本文選取浙江省作為研究區域，進行NQI效能仿真模擬分析，對于國內其他地區質量基礎設施的發展具有重要的借鑒意義。

自德國物理聯邦研究院于2 0 0 2 年首次提出質量基礎設施（QI）概念以來，國家質量基礎設施（NQI）得到國內外學者廣泛關注。學者們認為NQI對宏觀經濟增長[2]、產業轉型升級[3]和產品質量提升[4]等方面具有重要促進作用，其本質上屬于標準化的制度框架[5]。隨著研究方法的成熟和研究角度的深入，張寶友等[6]進一步構建QI理論分析框架，利用計量模型對2000-2018年面板數據展開實證分析，認為QI促進經濟高質量發展具有顯著的正向作用。黃夢蝶等[7]建立三階段分析框架評估質量基礎設施對進出口產品質量提升的效能，認為NQI發展水平及其協調程度與出口產品質量的提升密切相關。Zhaojun Wang等[8]基于模糊數學中的模糊相似理論，利用天貓商城中隨機選取的18種男士襯衫產品，進行產品質量與標準雙向匹配實證檢驗，為NQI共性技術分析提供重要思路。Mathews等[9]利用分形方法，建立大型醫療衛生系統的部門質量管理基礎設施模型。孫瑩等[10]采用熵值TOPSIS法對中國31個省份的NQI發展水平進行綜合評價。Choi等[11]開發了國家標準能力評估框架以衡量國家標準體系中各支柱和類別綜合能力的優劣。陳岳飛等[12]認為我國目前體制缺乏綜合利用協調機制，且新興產業領域發展受制于國外，NQI融合發展體制機制有待健全。

系統動力學從系統微觀結構入手，模擬分析系統的動態行為，在應急救援效能[13]、裝備體系評估[14]、知識資本效能[15]等分析中發揮重要作用。從系統論的角度來看，NQI的組成系統包括計量、標準、認證認可、檢驗檢測，具有系統性、非線性及動態性，是由若干具有特定屬性的組成元素按照特定聯系構成的與周圍環境相互聯系，且具有特定結構和功能的整體[16]。因此，本文基于NQI、經濟、人口和科技4個子系統構建NQI效能綜合系統動力學模型，以浙江省為例，設置不同的政策發展情景，分析不同子系統之間的相互聯系，通過動態調整NQI規劃布局主要影響因素變化比例，仿真模擬NQI效能的非線性影響效果，以期為明晰NQI效能以及推動NQI體系建設提供理論依據和實踐參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本研究所建立的浙江省NQI效能模擬仿真模型數據，來源于《浙江省國民經濟和社會發展統計公報》《浙江統計年鑒》《認證機構認可年報》《全國檢驗檢測服務業統計簡報》《中國質量監督檢驗檢疫年鑒》和《CNAS認證機構、實驗室、檢驗機構認可通報》，以及全國標準信息公共服務、國家標準文獻共享服務等平臺。

1.2 研究方法

本研究借助系統動力學建立NQI效能仿真模型。系統動力學是一門以反饋控制理論為基礎，利用仿真方法研究復雜信息反饋系統的交叉學科[17]，是管理理論與系統理論的一個重要分支。系統動力學的優勢在于能通過系統科學與電腦模擬技術相結合，兼顧定性研究和定量研究，從系統層面解決存在于系統中的復雜問題[16]。作為解決復雜問題的有效方法之一，系統動力學將研究對象視為一個可以整合的動態有機整體，并從微觀結構出發分析要素之間的因果關系，利用基本結構單元反饋回路描述因果關系，刻畫其內在運行機理[18]，最終在系統動力學仿真平臺上模擬運行。建立系統動力學模型的基本步驟包括明確建模目標、確定系統邊界和模型變量、繪制因果關系圖、建立系統動力學模型并校驗，以及結果分析與決策提出等5個基本步驟（如圖1所示）。

1.3 適用性分析

由于NQI關系到國家或地區建立和執行計量、標準、合格評定等所需的質量體制機制，其既包括法規體系、管理體系等“軟件”設施，也包括檢驗檢測設備、實驗室等“硬件”設施[19]，具有涉及部門多、變量涵蓋廣、動態性強等特點。結合NQI效能系統動力學仿真特點，本研究所建立的綜合系統動力學模型，是1個包括NQI、經濟、人口和科技4個子系統及其相互關系的復雜社會經濟系統，通過設置不同的政策發展情景和不同子系統之間的相互聯系，仿真模擬NQI效能的非線性影響效果。其特征符合系統動力學作為多重非線性信息反饋系統的特點，同時系統動力學也可以對復雜經濟社會系統進行有效仿真模擬。因此，系統動力學方法可用于本研究中的NQI效能仿真模擬研究，并提供政策分析依據。

2 基于系統動力學的NQI效能模型構建

2.1 明確NQI效能建模目標

確定模型建立目標是建立NQI效能模型的必要前提，后續的建模過程均圍繞最初設定的目標展開，本文中建立NQI效能仿真的目標包括以下3個方面：（1）建立考慮相對全面、結構較為完善的NQI效能仿真模型；（2）通過數據校驗確定模型的準確性，擴大模型應用范圍，使得該模型不僅可以用于某一省市或某一區域，還可以適用于其他省市或區域；（3）通過檢驗的NQI 效能仿真模型不僅可以用于預測省市或區域的NQI效能未來發展趨勢，還可以形成政策實驗室，觀測不同政策情景方案下的NQI效能變化，提供科學數據支持政策制定。

2.2 確定系統邊界

系統動力學模型需圍繞預先建模目標框定系統行為邊界和時間邊界。在系統行為邊界方面，從主要矛盾出發，確定本研究所建立的NQI效能仿真模型共包含4個子系統，即NQI子系統、經濟子系統、人口子系統和科技子系統。在系統時間邊界方面，NQI效能模擬仿真系統運行周期設置為2008-2035年，步長為1年，其中2008-2016年為系統模型檢驗年，系統模型模擬仿真年設置為2017-2035年，即18年時間，在此段周期內能夠充分展現變化過程，進而展現不同因素在全流程周期中的效果。

2.3 確定NQI效能模型變量

在借鑒陳懷超等[20]做法基礎上，本文NQI效能模型共設置14個狀態變量，14個速率變量，40個輔助變量。狀態變量（LV）是模型中描述系統運動累積效用的變量，需要在模型建立之初輸入狀態變量的初始值；速率變量（RV）也被稱為決策變量，與狀態變量相對應，反應系統累積的快慢程度；輔助變量（AV）是模型變量間起輔助連接作用的變量，反映總體結構，無需輸入數值[17]。NQI效能仿真模型變量見表1。

2.4 繪制因果關系圖

根據所確定的模型變量，為清晰認識NQI效能仿真復雜系統，繪制因果關系圖對變量間的反饋回路進行展示（如圖2所示）。其中，NQI效能受到計量水平、標準水平和地區生產總值的影響；計量水平由計量標準數量豐富度和計量檢定人員數量所決定；標準水平由計量水平、地方標準數量、行業標準貢獻指數和國家標準研制貢獻指數所決定；地區生產總值受三產投資和第二產業產值的影響，但其背后是資產投資、科研人才和財政經費的支撐。

由圖2可知，NQI效能仿真模型因果關系圖主要包括以下幾條反饋回路。

（1）NQI效能→高新技術產業主營業務收入→二產投資→二產增加值增量→第二產業產值→地區生產總值；

（2）NQI效能→高新技術產業主營業務收入→二產投資→二產業從業人員數→二產增加值增量→第二產業產值→地區生產總值；

（3）NQI效能→高新技術產業主營業務收入→二產投資→二產增加值增量→第二產業產值→地區生產總值→人均GDP→社會就業人員數→就業水平；

（4）NQI效能→高新技術產業主營業務收入→二產投資→二產業從業人員數→二產增加值增量→第二產業產值→地區生產總值→人均GDP→社會就業人員數→就業水平；

（5）NQI效能→政府公共投資→社會資本投資→機構融資數額→基礎建設金融機構融資→間接融資→固定資產投資→監督檢查變化→計量器具監督檢查→計量水平；

（6）NQI效能→高新技術產業主營業務收入→二產投資→二產增加值增量→第二產業產值→地區生產總值→固定資產投資→監督檢查變化→計量器具監督檢查→計量水平；

（7）NQI效能→政府公共投資→社會資本投資→機構融資數額→基礎建設金融機構融資→直接融資→固定資產投資→監督檢查變化→計量器具監督檢查→計量水平；

（8）NQI效能→政府公共投資→社會資本投資→機構融資數額→基礎建設金融機構融資→間接融資→固定資產投資→監督檢查變化→計量器具監督檢查→計量水平→標準水平；

（9）NQI效能→高新技術產業主營業務收入→二產投資→二產增加值增量→第二產業產值→地區生產總值→投資增加量→固定資產投資→監督檢查變化→計量器具監督檢查→計量水平→標準水平。

2.5 確定NQI效能模型結構流圖

系統動力學模型由結構決定功能，在NQI效能建模目標和系統變量間因果關系確定后，使用Vensim PLE版仿真軟件建立系統結構流圖，在輸入變量代表符號基礎上，利用帶有箭頭的曲線連接變量，合成反饋回路，實現NQI效能模擬仿真這一功能，模型結構流圖如圖3所示。

3 NQI效能模型校驗

根據系統動力學要求，需對模型進行檢驗以證明模型能應用于相關仿真。通常采用歷史檢驗、靈敏度檢驗和極端情景檢驗等檢驗方法，本研究針對NQI效能仿真模型的檢驗包括兩部分，即選取歷史檢驗和靈敏度檢驗對所建立的NQI效能仿真模型進行檢驗分析。

3.1 歷史檢驗

本研究對固定資產投資額進行歷史檢驗，根據表2的實際值和模擬值的誤差顯示，可以發現檢驗結果誤差均不超過5%，說明本研究所建立的NQI效能仿真模型通過了歷史檢驗。檢驗結果表明模型運行的結果與實際數據高度擬合，模型仿真的結果具有相當的可靠性，可以進行NQI效能仿真模擬，具體歷史檢驗結果見表2。

3.2 靈敏度檢驗

系統動力學靈敏度檢驗通過調整變量參數值分析該變量對系統運行的影響，考察相同比例變量參數值改變時，根據其余變量參數的動態變化衡量靈敏度大小，以檢驗模型的穩定性。本研究選取14個狀態變量（LV1-LV14）進行靈敏度檢驗分析，通過每個狀態變量取值變化10%，研究其對輸出變量的影響。靈敏度檢驗分析結構如圖4所示。

根據圖4可以看出，各參數的敏感度都在合理的范圍之內，沒有因為參數的小范圍變化引起系統異常變化。其中固定資產投資（LV2）、累計專利申請量（LV3）和總人口（LV5）的靈敏度相對較高。分別為13.5%、15.6％和12.1%，其中累計專利申請量（LV3）的靈敏度最高。靈敏度檢驗如圖5所示，圖中曲線分別表示靈敏度分析和原情境展示，并可見隨著時間推移，靈敏度分析和原情境曲線均呈現上升趨勢。檢驗結果表明這些參數為系統的關鍵因素，而其他參數的靈敏度相對較低，說明系統對于大多數參量的變化是不敏感的。模型具有良好的穩定性和可靠性，基本可以描述NQI效能的真實情況，能夠用于系統的仿真模擬。

4 結論與建議

本文以浙江省NQI能效模擬仿真系統為研究對象，通過分析系統內、外部各要素間的作用關系，建立NQI能效系統動力學模型，設置不同政策情景，考察NQI能效提升效果以及政策實施力度的改變對相關輸出參數的影響作用。研究結果表明：（1）政策調整和實施與NQI效能水平高度相關，提高政策手段的有效性、系統性和科學性顯著提升NQI效能，研究設置的財政、科技和人才等3項政策工具均得到有效驗證。（2）政策實施力度變化會直接作用于NQI效能仿真系統，政策實施力度大小應基于NQI效能需求確定，若盲目變動政策實施強度易造成系統紊亂，產生負面效果。（3）通過考察不同政策NQI效能提升效果，發現科技、財政政策對NQI效能的正向促進作用較為顯著，其中財政政策下NQI效能水平的提升效果雖不及科技政策，但在加強政策實施強度后，NQI效能的增長空間效果凸顯。同時，人才政策也發揮出一定的促進作用，但其效果相對較弱。基于研究結果，提出如下幾點建議。

（1）因地制宜，促進NQI效能提升。政府應立足地方NQI發展現狀和實際需求，做好財政、科技和人才政策的設計和規劃，提升政策手段的有效性、系統性和科學性，同時強化系統觀念實現計量、標準、檢驗檢測和認證認可4方面之間的協同，形成NQI建設合力。

（2）因情施策，合理確定政策實施力度。NQI是為實現國家或地區經濟社會發展，其相關政策實施力度也應以滿足經濟社會發展的實際需要確定。政府在實際監管中，為確保政策實施力度的合理性，應充分學習和借鑒國際先進的NQI建設和管理經驗，加大質量管理和質量控制力度，通過提高NQI建設質量來確保NQI建設的安全性、可靠性和持久性。

（3）因策促能，通過科技、財政和人才政策提升NQI效能。政府應完善科技創新和技術研發政策，鼓勵企業和科研機構引入先進的數字化、智能化技術開展NQI技術研發；加大NQI建設、運營和維護的財政投入，強化設施的維護和更新，提高設施的建設和運營水平；加強NQI領域的人才培養，提高人才專業技能和管理能力，鼓勵和支持人才在質量基礎設施領域的創新和發展，為NQI建設、運營和維護提供有力保障。

參考文獻

[1]宋麗麗， 馬中東. 國家質量基礎設施研究綜述[J]. 標準科學， 2023， 588 （05）：13-19.

[2]張豪， 蔣家東. 質量基礎設施與經濟增長：理論與實證[J]. 工業工程與管理， 2020， 25 （02）：195-202.

[3]Yibing T. Analysis of NQI technology integration and application status of building sanitary ceramics industry[J].E3S Web of Conferences， 2020， 185：2031.

[4]Rui S.， HuaFeng X.， ChenHui N.， et al. National Quality Infrastructure System and Its Application Progress in Photovoltaic Industry[J]. Electronics， 2022， 11 （3）：426.

[5]張寶友， 毛則康， 虎陳霞， 等. 國家質量基礎設施效能的空間分異及β收斂性研究[J]. 地理科學， 2023， 43（03）： 454-465.

[6]張寶友， 黃妍， 楊玉香， 等. 質量基礎設施如何影響我國經濟高質量發展[J]. 經濟問題探索， 2021 （2）：13-30.

[7]黃夢蝶， 夏唐斌， 張豪， 等. 國家質量基礎設施對出口產品質量的效能評估研究[J]. 工業工程與管理， 2021，26（05）：123-130.

[8]Wang Z.， Yue L. Research on quality and standard two-way intelligent matching algorithm based on similarity theory[J].Academic Journal of Computing & Information Science， 2020，3 （1）.

[9]Mathews S. C.， Demski R.， Hooper J. E.， et al. A Model for the Departmental Quality Management Infrastructure Within an Academic Health System[J]. Academic Medicine， 2017， 92（5）：608-613.

[10]孫瑩， 鄭素麗， 甘克勤. 我國國家質量基礎設施發展水平測度及空間格局研究[J]. 科技管理研究， 2021， 41 （7）：191-198.

[11]Choi D. G.， Hyun O.， Hong J.， et al. Standards as catalyst for national innovation and performance - a capability assessment framework for latecomer countries[J]. Total quality management & business excellence， 2014， 25 （9-10）：969-985.

[12]陳岳飛， 鄧樹新. 國家質量基礎設施（NQI）融合發展的制約因素分析[J]. 中國檢驗檢測， 2021， 29 （01）：6-8.

[13]楊慶，馬曉雪，魏凱，等. 基于系統動力學的海上交通應急救援效能分析[J]. 科學技術與工程， 2022， 22 （11）：4668-4674.

[14]潘星， 左督軍， 張躍東. 基于系統動力學的裝備體系貢獻率評估方法[J]. 系統工程與電子技術， 2021， 43 （1）：112-120.

[15]李立睿， 鄧仲華. 圖書館轉型過程中知識資本效能的系統動力學分析[J]. 圖書館論壇， 2015（4）：53-61.

[16]李志宏， 賴文娣， 白雪. 高校科研團隊隱性知識共享的系統動力學分析[J]. 管理學報， 2012， 9 （10）：1495-1504.

[17]李旭. 社會系統動力學[M]. 上海： 復旦大學出版社， 2009.

[18]陳國衛， 金家善， 耿俊豹. 系統動力學應用研究綜述[J].控制工程， 2012， 19 （06）：921-928.

[19]孟春蕾， 沈斌， 李梨榕， 等. 合格評定簡談[J]. 電子質量，2022 （5）：110-114.

[20]陳懷超， 盧彥丞， 叢貞， 等. 知識型服務企業員工與客戶隱性知識共享的系統動力學研究[J]. 管理評論， 2020， 32（2）：127-138.