基于改进的可拓层次分析法和动态加权的航天高技术综合评价研究

2016-01-21 07:59张庆普敦晓彪
系统工程与电子技术 2016年1期
关键词:指标体系

高 炜, 张庆普, 敦晓彪, 赵 天

(1. 哈尔滨工业大学经济管理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001; 2. 北京电子工程总体

研究所, 北京 100854; 3. 北京航天情报与信息研究所, 北京 100854)



基于改进的可拓层次分析法和动态加权的航天高技术综合评价研究

高炜1, 张庆普1, 敦晓彪2, 赵天3

(1. 哈尔滨工业大学经济管理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001; 2. 北京电子工程总体

研究所, 北京 100854; 3. 北京航天情报与信息研究所, 北京 100854)

摘要:研究了航天高技术评价指标体系建立的原则,并系统分析了指标体系的具体内容。针对指标体系的特点,采用改进的可拓层次分析法和动态加权相结合的方法对指标体系进行评价,并用实际算例验证了指标体系建立的科学性以及评价方法的可行性及有效性。

关键词:技术评价; 指标体系; 可拓层次分析法; 动态加权

0引言

技术评价是指人根据自身的价值观,对技术与人的关系及技术产生价值的认知过程[1],是对技术的直接效果、负面效果及潜在的可能性进行综合检查与评价,以此来控制技术发展的方向[2]。可见,对技术进行评价是从技术与人和谐发展的角度来衡量技术对人及社会产生的影响。航天领域是融会众多高精尖技术的系统工程,航天领域高技术一定程度上反映着科学技术发展的方向和水平。航天高技术的发展极为迅速,其复杂性和不确定性也随之增加。伴随军民融合深度发展的大形势,航天高技术的发展对人类生活的影响越发显著。所以,对航天高技术的管理、应用与控制需要全方位考察技术本身的发展趋势、经济和社会的发展对航天高技术的需要,以及航天高技术与经济和社会发展的关系等问题,而这些问题的解决需要应用技术评价的理论与方法对航天领域的高技术进行综合评价,根据评价结果为技术专家与管理层提供决策依据。可见,应用技术评价的理论与方法对航天高技术进行综合评价,可以减少技术应用的潜在风险,加快应用进程,明确预期收益,对管理层决策有着重要的现实意义。目前,已有对包括航天高技术在内的军工技术领域的研究主要集中在军工企业技术创新能力方面[3-4],以及航天高技术的技术溢出与技术转移问题[5-7]等,研究内容相对单一。对于军工企业技术评价的指标体系,内容仍有待拓展和完善,评价方法缺乏针对性,并且尚未有专门针对航天高技术综合评价的指标体系和评价方法的研究。另外,许多研究对于不同类型的评价采取相似的评价方法,研究过程没有充分考虑到现实客观性和人为主观因素对评价过程的影响,从而造成评价结果缺乏可信度。

本文以我国航天高技术主要发源地且拥有大多数航天高技术的我国航天高科技企业集团为研究对象,在对航天高科技企业集团中航天高技术应用情况进行长期研究的基础上,作者尝试构建从技术、经济、社会等纬度综合评价航天高技术性能及价值的指标体系。航天企业集团拥有技术开发、产品研制、试验、维护、综合保障等各类能力,在军工企业中具有很强的代表性和权威性。航天高技术因其行业特点对于技术的先进性、系统性、可靠性、精确性、兼容性、适应性等方面均有较高要求。对于航天高技术进行评价主要存在以下难点:第一,需要根据航天高技术的实际情况建立合理的指标体系;第二,难以准确确定评价指标的相对权重;第三,既包含定性指标又包含定量指标,且难以排除专家个人的知识水平及个人偏好等对评价结果带来的影响。现有技术评价方法主要包括定性评价方法、技术经济分析方法、多属性决策方法、运筹学方法、统计分析方法、系统工程方法、模糊数学方法以及智能化评价方法等[8-9],并且评价过程多选择单一方法确定指标权重。

鉴于被评价对象的特殊性及评价难点,本文采用可拓层次分析法和动态加权法相结合的方法来确定指标权重。目前已有研究将可拓层次分析法应用于供应商选择[10]、飞航导弹早期保障方案评价[11]、指挥系统作战效能评估[12]以及可重构制造系统综合评价[13]等领域。可见,可拓层次分析法往往应用于被评价对象比较复杂、系统层次性强、主观判断容易产生模糊等情况,而航天高技术的特点属于可拓层次分析法的应用范畴。同时,航天高技术评价指标体系中不同类型指标的属性也会有所不同,例如,技术性指标主要从先进性、时效性、复杂性、可替代性等角度进行分析[14],通常为定性指标,经济性指标往往为定量指标。但本文构建的评价指标体系主要用于预先决策,定量指标也不能给出真实值,并且同种类型指标的特征也有差异。动态加权法能够根据指标属性的不同构造相应的动态加权函数来确定指标权重,并且通过优、良、中、差的评级将指标的权重与权值相结合,更符合人们对事物的一般认识,因此动态加权法更符合客观实际,更能增加综合评价的客观性。

针对以上难点及评价方法的适用情况,考虑在确定综合评价指标相对权重的过程中,采用改进的可拓层次分析法与动态加权法有机结合的方法,既能够解决不同类型指标权重难以确定的问题,又能够综合考虑专家的个体差异及人为判断的柔性因素对评价结果造成的主观影响。

1航天军用高技术评价指标体系的建立

1.1指标体系建立的原则

在对技术评价理论进行研究的基础上,明确航天高技术综合评价指标体系的建立应遵循如下原则:

(1) 科学性原则。从航天高技术的含义及其对社会及经济的影响出发,提出能揭示其基本内容、特征和水平的指标,并尽量减少主观性,增加客观性。

(2) 系统性原则。指标体系避免过于繁杂,尽可能以少的指标建成合理的反应航天高技术对人类社会整体情况的指标体系,兼顾当前与长远、整体与局部、定性与定量等多方面的关系。

(3) 独立性原则。具体指标的确定既要保证评价指标满足评价方法、评价指标的相关性要求,又要保证指标选取的不重叠、不遗漏。选择的指标要能够独立、客观、准确地反映航天高技术对社会及经济影响的实际状况。

(4) 可比性原则。航天高技术在不同区域或不同企业的表现是不同的,这些差异是需要通过比较来确定的,因此建立该指标体系时所选择的指标以及指标的计算要具有可比性,便于进行区域间的横向比较或同一区域的纵向比较。

(5) 相关性原则。航天高技术评价指标体系在不同层次即国家、地区、企业等有不同的内容和侧重,但不同的层次又具有一定相关性,所以在构建指标体系时需要立足于不同层级综合考虑指标的全面性,更进一步地,指标还需要与国家经济、科技水平、社会发展指标及相关统计指标具有一定的相关性和相容性。

1.2指标体系的具体内容

航天高技术种类众多,现有文献中尚未有专门针对航天领域高技术的指标体系,根据技术评价理论对指标挖掘的过程,对于航天高技术同样需要全面考虑该技术对于技术主体与外界环境所造成的影响,即通常从技术层面、经济层面、社会层面以及资源环境层面这4个维度对指标展开挖掘[14]。参考技术评价的范式,鉴于航天高技术的特殊性,本文将资源环境因素包含在社会因素当中,从技术性、社会性及经济性3个方面对航天高技术展开讨论。其中,技术性指标侧重反映该项技术与同领域内国内外最新的成熟技术之间的优劣程度;社会性指标侧重考察该技术对社会的影响程度以及其可持续发展水平;经济性指标侧重衡量该技术为企业带来的收益情况。基于上述指标体系建立的原则与思路,通过文献资料分析及对相关领域专家的调研咨询,最终确定18个二级指标,所构建的航天高技术评价指标体系如表1所示。

从该航天高技术评价指标体系可以看出,指标能够适用于绝大多数航天高技术,符合航天高技术的特点,能够表征其典型特征,并且侧重选择了技术人员与管理人员较为看重且易于量度的指标,这充分体现了指标选取的科学性。按照系统性与独立性的原则,体系中的每个二级指标都相对独立地反映了航天高技术在技术、社会或者经济方面的某个特点,而18个二级指标则系统反映了航天高技术的全貌。从可比性和相关性的角度,技术性指标与航天企业科研管理对技术性能要求的考核指标是吻合的,社会性指标与航天企业进行社会效益和环境效益考核的指标是一致的,而经济性指标与航天企业中对某项技术的经济效益评价所使用指标是一致的。可见,航天高技术指标体系充分体现了指标体系构建的原则,为后续评价过程的科学性与有效性奠定了基础。

表1 航天高技术评价指标体系

2评价方法原理

本文构建的评价方法是将可拓层次分析法和动态加权法相结合。传统的层次分析法中,构造判断矩阵是层次分析法中关键的步骤,确定指标因素的权重主要是通过两两比较评价指标构造的判断矩阵。这种方法虽然简明直观,但在对判断矩阵赋值时,没有考虑人为判断的模糊性,导致判断矩阵没有弹性。另一个问题是对构造的判断矩阵进行一致性检验时,若判断矩阵不具有一致性时,需重新构造判断矩阵并计算相应权重矢量,直至满足一致性检验条件为止。在实际应用中,一般都凭估计来调整判断矩阵,具有一定盲目性,并且需要经过多次调整才能通过一致性检验。可拓层次分析法将可拓数学、物元理论与层次分析法相结合,形象描述了人为判断的模糊性。采用动态加权法,能够根据各指标的特性选取不同的权函数,且某一指标的权重是根据其评价值而变化的。动态加权综合评价方法从方法上增加了综合评价的客观性,淡化了专家主观因素对评价结果的影响。这与一般的定常加权法相比,优越性是显而易见的。

2.1建立系统综合评价物元模型

在评价模型中,由物元定义可知,等级域即系统综合评价对象可以表示为U={U1,U2,…,Um};与系统综合评价对象相对应的评价指标集为C={C1,C2,…,Cn},对于系统综合评价方案Uj,可以得到其物元模型:

式中,Vj是评价指标集C关于评价对象Uj所规定的数值范围,即经典域。

式中,VU是评价指标集C关于所有等级U所规定的数值范围,即U的节域。

这里,经典域是各指标等级的划分范围,可以通过对经典域的计算,得到合理的等级划分范围。

2.2构造可拓判断矩阵

2.3计算综合判断矩阵

(1)

则专家群体的可拓判断矩阵为

(2)

(3)

(4)

(5)

进一步得到第t位专家的权重系数,对式(5)进行归一化处理,得

(6)

(7)

(8)

2.4确定指标权重

(1) 动态加权法确定二级指标权重

动态加权法的特点是根据不同指标的特性选取不同的权函数。

①如果某项评价指标xi对于综合评价效果的影响大约是随着类别pk(k=1,2,…,K)的增加而按正幂次增加,同时在某一类中随着指标值的增加按相应的一个幂函数增加,则对指标xi可以设定分段幂函数为变权函数,即

(9)

②如果某项指标xi对于综合评价效果的影响大约是随着评价值的增加,先是缓慢增加,中间有一个快速增长的过程,随后平缓增加趋于最大,相应的图形呈正态分布曲线(左侧)形状。那么可以对指标的变权函数设定为偏大型正态分布函数。

(10)

③如果某项指标xi对于综合评价效果的影响大约是随着类别增加而增加的过程,呈一条“S”曲线,那么,此时对指标xi的变权函数可以设定为S型分布函数。

将第二层指标数记为n2,可以得到所有第i个指标元素对第一层某一个指标或准则的权重为

(11)

(2)可拓层次分析法确定一级指标权重

② 计算系数k和m

③求取权重向量

(12)

④计算权重向量

(13)

将第一层拥有的指标或准则数量记为n1,能够通过归一化进一步得到第一层各指标对总目标的权重向量P=(P1,P2,…,Pn1)T。

(3) 计算综合权重

由式(11),得到第二层各指标或准则对第一层某指标或准则的权重向量为Q=(Q1,Q2,…,Qn2)T,可以得到第二层各指标对总目标的综合权重为W=QP。

3算例分析

对应用在气象领域的某航天制导雷达技术,首先应用基于可拓方法的动态加权确定各二级的权重问题。请相关领域的5位专家(均为国内雷达专业领域权威研究所的专家,并有多年相关工作经验),针对表1的评价指标体系的二级指标,结合各自多年的研究和经验,划分等级区间。结合指标性质,将指标等级指定为四级,即“优、良、中、差”,请各位专家对4个等级的区间边界分别给出判断。得到所有二级指标的等级划分结果数据之后,利用可拓方法,即由式(1)~式(8),得到综合后的可拓判断区间。限于篇幅,仅给出技术性指标的等级划分,结果如表2~表7中最后一行所示。

表2 技术的成熟性等级划分

表3 技术的先进性等级划分

表4 技术的复杂性等级划分

表5 技术的可持续性等级划分

表6 技术的可替代性等级划分

表7 技术的实用性等级划分

3.1二级指标权重的确定

进一步分析各指标特性,发现选取的指标对最终结果的影响都可以近似地看作偏大型正态分布,由式(10)计算权重,这里选取等级三的区间界限进行参数解算,得到结果如表8和表9所示。其中,xi(i=1,2,…,18)代表表1中18个二级指标。

表8 各指标的σ值

表9 各指标的α值

至此,已经完成了二级指标权重的确定,接下来请以上5位专家对要评价的技术针对各二级指标内容评出分数。由于在综合可拓区间确定过程中,已经对各位专家的权重进行了区分,这里对评出的分数不再进行过多处理。如若再区分各专家打分的权重,这个权重对评价结果将是幂指数的影响,极有可能会扩大个别专家的评价对最终结果的影响。因此,只是对各位专家打分值取平均,结果如表10所示。

表10 专家综合评价值

应用式(10)得到一级指标的综合评价值:

Q=[技术性社会性经济性]=

[45.5243.5150.31]

3.2一级指标评价模型的建立

对于一级指标的权重,用可拓层次分析法进行建模。请以上5位专家对一级指标的权重问题给出判断矩阵,如表11~表15所示。

表11 判断矩阵A1

表12 判断矩阵A2

表13 判断矩阵A3

表14 判断矩阵A4

表15 判断矩阵A5

据式(1)~式(7),可以得到综合可拓判断矩阵,如表16所示。

表16 综合可拓判断矩阵A0

得到最终权重向量:

为得到此航天高技术综合评价值,将一级指标和二级指标专家加权:

W=QP=46.130 1

上式得到的值即是对应用于气象领域的某航天制导雷达技术的综合评价值。进而根据建立的指标体系及等级的划分,选取特征点进行计算。根据计算结果,如假设所有指标的专家评价都在良以上,得到的综合评价值应为35.917 7(即良好的标准值);如假设所有指标的专家评价都在优以上,得到的综合评价值应为51.666 5(即优的标准值)。由此可见,本文选取的某航天制导雷达技术的综合评价值处于良和优的标准值之间,所以该技术的评价等级在良以上。

实际工作中,该航天制导雷达技术在我国气象领域的应用已经取得了卓越的成绩,在“十二五”期间,利用该技术研发低空连续波测风雷达,进一步提升了在测风装备领域的领先地位;研发的风廓线雷达实现批量出口韩国;开发的毫米波云雷达、X波段雷达产品有效丰富了我国天气雷达的种类;从技术支撑入手,为国家气象部门提供了有力的综合气象解决方案。近三年来,该技术应用于气象雷达市场的份额逐年增加,新签合同2013年7 000多万元,2014年1亿元,2015年预计实现1.4亿元,创造了良好的经济、技术和社会效益。

除得到单一技术综合评价值外,还可以针对某一航天高技术的综合评价值,选取之前评价过的其他航天高技术综合评价值作为参考案例,结合本案例的评价值便可以得到综合排序,根据排序结果,可以得到该技术在一系列技术当中的相对价值。相对价值评价的参考案例选取应考虑如下因素:与待评价的航天高技术有一定相似性;选取的参考技术要有层次区分;既要选取企业应用较为成功的技术也要选取企业应用过程中出现问题的技术。

为验证改进的可拓层次分析法与动态加权法相结合的方法在航天高技术评价的可行性,针对本文构建的指标体系应用较为成熟的层次分析法进行了计算,并结合该航天制导雷达技术的实际应用效果对评价结果进行了验证。通过比较,两者结果相同,表明了本文构建的航天高技术评价方法的实用性和正确性。

通过理论分析和实际计算发现,使用传统层次分析法构建评价指标体系时,二级指标数量较多,通过两两比较评价指标构造判断矩阵时,一方面由于对比结果单一,导致判断矩阵没有弹性;另一方面当构造的判断矩阵不具有一致性时,需重新构造判断矩阵并计算相应权重矢量,直至满足一致性检验条件为止。而可拓层次分析法是将可拓数学和层次分析应用相结合,形象描述了人为判断的模糊性,解决了判断矩阵没有弹性的问题。此外,采用动态加权法,将指标的权重与其评价值关联,将定常权变为动权。这符合我们对问题的普遍认识,例如,当某一指标的评价值异常突出时,它相对上级指标的权重也将因此而增加。

基于可拓层次分析法和动态加权的综合评价方法从方法上增加了客观性,淡化了专家的主观因素对评价结果的影响,并且评价体系的弹性大大增加。这与一般的定常加权法相比,优越性是显而易见的。同时,也可以发现应用改进的可拓层次分析法和动态加权法的评价指标体系过程更为严密,权重系数分配也更加合理。

4结束语

本文在对航天高技术的相关要点问题进行系统分析的基础上,建立了航天高技术评价指标体系,将改进的可拓层次分析法和动态加权法有机结合,合理的处理了不同类型指标在权重确定及专家人为判断方面的准确性问题,并应用实际案例验证了指标体系的科学性以及评价方法的可行性及有效性,为相同类型的技术评价问题提供了值得借鉴的规范解决方法。

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高炜(1977-),男,高级工程师,博士研究生,主要研究方向为管理科学与工程。

E-mail:gaoweicasic@163.com

张庆普(1956-),男,教授,博士,主要研究方向为知识管理、系统工程、管理决策优化。

E-mail:zzqp2000@126.com

敦晓彪(1989-),男,博士研究生,主要研究方向为导航制导与控制。

E-mail:45514362@qq.com

赵天(1982-),女,工程师,博士,主要研究方向为企业管理、风险管理。

E-mail:lxytiantian@126.com

网络优先出版地址: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

作者简介:

中图分类号:C 931

文献标志码: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;网络优先出版日期:2015-12-15。

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