基于模糊認知圖的航天商業發射服務競價影響因素分析

林 松, 劉小弟, 朱建軍, 張世濤, 饒成龍, 于 亮

(1.南京航空航天大學 經濟與管理學院,江蘇 南京 211106; 2.安徽工業大學 數理科學與工程學院，安徽 馬鞍山 243002; 3中國運載火箭技術研究院，北京 豐臺區 100076)

0 引言

進入新世紀以來，世界各國加大航天領域扶持力度，從而使得航天技術迅速發展。以重復性運載、低成本、高效比為代表的運載火箭及其衍生產品成為當前國際商業發射服務市場追尋的目標。作為服務國家重大戰略需求的航天商業發射產品與內容，代表了一個國家的綜合科技實力。目前，國際商業發射服務市場競爭激烈。中國作為國際上少數幾個掌握航天核心技術的國家，在運載火箭技術領域取得了許多重大突破，從而具有參加國際商業發射服務的實力。面對競爭激烈的國際商業發射服務市場，須研究國際航天商業發射服務流程、對手技術優勢及市場狀況，同時，也要認清當前我國航天發射的成本與技術現狀。分析航天商業發射市場服務競價的影響因素對拓展和維護國家戰略利益、滿足國際化航天商業發射競爭需求，具有顯著的現實意義。

由于市場環境復雜，影響航天商業發射服務競價的因素眾多，因而制定出合適的價格是一項復雜的任務[1]。對于具體行業的定價影響因素探討已引起了國內外學者的關注[2～4]。文獻[5]研究了PPP項目定價影響因素。文獻[6]研究了物流與運輸行業定價影響因素。文獻[7]研究了咨詢服務行業定價影響因素。目前對于航天商業發射服務市場競價的影響因素研究較少。與其它行業相比，航天商業發射服務市場競價的影響因素既有共性也有其特性。共性表現在競價影響因素相互關聯，既有內部影響因素，也有外部影響因素；其特性在于航天工業涉及到國家安全與利益。由于航天商業發射服務競價的影響因素復雜多樣、相互關聯，其規劃與確定屬于復雜的決策范疇。作為一種圖模型，模糊認知圖在解決復雜因素內在因果關聯關系、模擬復雜系統、表達人類思維、整合專家知識及輔助決策等方面具有較強的知識表示與推理能力[8]，與傳統推理方法如貝葉斯網絡等相比，模糊認知圖可以克服因素、屬性等要求獨立這樣的限制[9]，且能表示Markov、樹結構等難以表示的動態反饋因果系統[10]，因而在實際中得到了廣泛應用。目前，模糊認知圖已經被應用于環境評價[11]、化工檢測[12]、醫療規劃[13]、住房市場預測[14]、企業安全文化評估[15]等領域。本文運用模糊認知圖對航天商業發射服務競價的影響因素進行推理分析。首先，根據航天商業發射服務市場特點、影響因素劃分原則等，構建競價影響因素體系。其次，利用模糊認知圖構建航天商業發射服務市場競價影響因素分析模型。最后，根據各影響因素與競價的灰關聯度，判斷影響競價的關鍵因素，并通過與DEMATEL方法進行對比，說明本文方法的優越性。

1 基于灰色關聯度與模糊認知圖的競價影響因素分析方法

1.1 模糊認知圖

作為認知圖[16]的一種拓展形式，模糊認知圖引入模糊集理論，將概念節點間的值-1、1、0拓展到區間[-1,1]中，從而比認知圖更能模擬現實世界的模糊性[17]。模糊認知圖利用節點與有向弧表示概念間的因果推理關系，用以反映現實事物間的相互關系。由于其推理方式簡潔明了、易于操作，在社會經濟、管理、軍事等各個方面得到了廣泛的應用。

模糊認知圖可以用一個四元組(C,W,X,f)表示，其中C={C1,C2,…,Cn}表示構成模糊認知圖的概念節點集。W為模糊認知圖的鄰接矩陣，W:(Ci,Cj)→wij，wij∈[-1,1]反映了節點Ci與Cj間的因果關系強度。wij>0則節點Ci與Cj間存在正因果影響關系，即Ci的變化引起Ci同向變化；wij<0,則節點Ci與Cj間存在負因果影響關系；wij=0,則節點Ci與Cj間不存在相互關聯的關系。X:Ci→xi表示節點Ci在k時刻的狀態：X(k)=[x1(k),x2(k),…,xn(k)]。f:R→[-1,1]為閾值函數，以保證節點迭代值在允許范圍內。

模糊認知圖通過以下方式實現推理、預測：

(1)

其中wij表示概念節點間因果關系強度，X(k-1)=[x1(k-1),x2(k-1),…,xn(k-1)]為模糊認知圖在第k-1時刻的狀態，f(x)為sigmoid 函數[18]:

(2)

模糊認知圖的狀態空間事先由初始條件確定，通過函數f(x)的轉換，最終系統達到穩定或循環狀態，甚至出現混沌狀態[9]。

1.2 灰色關聯度

為分析航天商業發射服務競價影響因素間的關系，同時考慮到灰關聯在刻畫事物相似性等方面的優越性，本文將灰色關聯方法融入模糊認知圖之中進行集成分析。灰色關聯分析方法由我國學者鄧聚龍教授提出，通過與特征序列間的相關程度，測算系統中因素間的關聯程度。其思想是利用曲線之間的幾何形狀判斷因素或序列間的相關度[10]。該分析方法無需樣本滿足特殊分布，并且對于樣本量較少的情形也同樣適用，因而在工農業生產等領域得到了廣泛的應用。

設系統的行為序列與特征序列分別為Xi=(xi(1),xi(2),…,xi(n))(i=1,2,…,m)與X0=(x0(1),x0(2),…,x0(n))，則

(3)

其中

r(x0(k),xi(k))

(4)

稱為序列Xi與X0的灰色關聯度。ρ∈[0,1]，一般取ρ=0.5[19]。

對于航天商業發射服務市場競價影響因素間的相互關系采用專家打分，按照[-1,1]之間的值確定各影響因素間的影響強度。正、負值分別表示因素間存在正、負因果影響關系，絕對值越大說明影響強度越大。為了得到較為全面、可靠的影響度值，邀請不同領域的專家進行評分，假設各專家權重相同，根據

(5)

(6)

1.3 決策步驟

本文提出了基于灰色關聯度的模糊認知圖分析方法，拓展了現有的分析方法，具有易于理解和推廣應用的特點。基于模糊認知圖與灰色關聯度，下面給出航天商業發射服務市場競價影響因素測算的具體步驟。

Step1通過專家問詢、資料查詢等方法確定航天商業發射服務市場競價影響因素，并確定各影響因素初始狀態。

Step2根據各影響因素特征，確定因素間的影響強度及各因素間的模糊認知圖，并通過專家調研獲得影響因素間的影響強度矩陣。

Step3根據式(1)、(2)，計算穩定值，確定系統穩定狀態。

Step4根據式(3)、(4)，計算航天商業發射服務市場競價與各影響因素間的灰色關聯度， 確定影響競價的關鍵因素。

2 案例分析

2.1 航天商業發射服務市場競價影響因素

隨著我國航天事業的不斷發展，我國逐漸進入國際商業發射市場，作為重要的發射服務商提供對外商業發射服務。據相關機構預測，2015～2021年全球非地球同步軌道預計(NGSO)商業衛星需求接近200顆，近地軌道通信衛星約占38.5%；科學技術驗證衛星占 26.7%；軌道運輸(包括載貨和載人)占 27.8%。隨著運載火箭研制單位國際市場化程度的深入，運載火箭價格體系正逐步從計劃價格管理向市場化價格管理轉型，現有的價格體系難以適應市場化戰略的實施，特別是難以適應國際化市場的競爭。面對國際化的商業發射市場，一方面要充分研究我國運載火箭的成本優勢和技術優勢；另一方面也要研究國際發射市場的市場營銷、市場運作的方式和過程，按照國際商業發射服務的流程參與到國際發射服務的競爭中。為滿足市場化、國際化的競爭需求，亟需設計適應國際發射服務市場的競價因素和策略體系。作者梳理了與航空商業發射服務定價影響因素有關的參考文獻，并整理出影響發射市場競價的相關因素，見表1。

表1 航空商業發射服務市場競價影響因素及參考文獻

影響航天商業發射服務市場競價影響因素眾多。構建合理、完善的航天商業發射服務市場競價影響因素體系是進行航天發射服務競價的基礎與前提。競價影響因素的設計應能反映航天商業發射服務市場的現狀，需綜合考慮環境、成本、需求等各種要素。對航天商業發射服務市場競價因素的劃分要遵循如下原則：

(1)系統、合理性：航天商業發射競價影響因素體系作為整體，應能反映航天商業發射服務市場特征，且有層次性結構。同時，能結合航天商業特點，選擇合理、有代表性的影響因素。

(2)科學、簡明性：航天商業發射競價影響因素體系應能客觀反映航天商業發射服務現狀。影響因素應簡潔明了，數量不宜過多，致使因素間重疊性過大；同時，數量又不宜太少，致使重要信息丟失，難以對航天商業發射服務市場進行客觀評價。

(3)易于操作性：航天商業發射服務市場競價影響因素體系應結合航天商業效益，即成本、社會需求、品牌、環境等特點，因素具有可度量性，以便資料的收集和選擇合理有效的量化處理方法。

(4)動態靈活性：發射競價影響因素體系能動態反映航天商業發射服務市場特征，隨著形勢的發展變化，影響因素體系可靈活調整與擴充，以反映航天商業發射服務市場現狀。

影響航天商業發射服務競價因素眾多，需弄清與競價相關的因素，并根據因素間因果關聯關系進一步分析導致競價成敗的關鍵因素，從而為實際發射服務競價作指導。通過與航天發射服務方面的專家問詢及資料分析，并根據航天商業發射服務市場競價影響因素劃分原則，我們設計出競價影響因素體系，見表2。

表2 航天商業發射服務市場競價P影響因素體系

航天商業發射服務市場競價P影響因素可劃分為宏觀環境影響因素C1、成本C2、市場需求C3、競爭需求C4、品牌因素C5等。其中宏觀環境C1反映了航天商業發射服務市場所處的市場現狀；成本C2是影響競價的重要因素；市場需求C3反映了對航天商業發射服務的需求程度；競爭需求C4體現了航天商業發射服務市場競爭應具備的條件；品牌因素C5是航天商業發射服務市場競爭力的一個重要體現，反映了社會對航天商業發射服務的認可程度。各影響因素間并不完全獨立，如良好的宏觀環境C1會降低航天商業運營成本C2，而成本C2的降低在一定程度上會增強市場需求量C3；競爭需求C4的增強會相應提高產品的品牌C5效應。另外，各因素內子因素間也存在一定程度的關聯關系，如宏觀環境C1中，若政治環境C11良好，則經濟C12、技術C13與社會環境C14也必然不差。成本C2中，研發C21與生產成本C22的增加必然會影響到運行C23與發射成本C24，見圖1。其中的“+”、“-”分別表示影響因素間存在的正、負因果影響關系，如成本C2的增加，將引起市場需求C3的減少。

圖1 航天商業發射市場服務競價影響因素模糊認知圖

2.2 基于模糊認知圖的航天商業發射服務競價影響因素分析

對航天商業發射服務競價的影響因素進行分析，主要是為指導航天競價提供參考。通過競價因素分析建立影響因素預測模型，在辨識關鍵影響因素的前提下，提前應對，提高競標成功率。模糊認知圖基于不同概念的因果關聯關系，并依據專家的先驗知識進行分析、推理，以實現對航天商業發射服務競價影響因素的識別。基于模糊認知圖分析航天商業發射服務競價的影響因素，具體過程如下：

Step1確定航天商業發射服務市場競價影響因素及各影響因素初始狀態。假設變量初始狀態僅有啟動與未啟動之分，分別以1與0表示。競價開始時P=0，宏觀環境良好C1=1，成本較高C2=1、市場需求量大C3=1，競爭需求大C4=1，良好的品牌效應C5=1，則初始向量可表示為：

[C1,C2,C3,C4,C5,P]=[1,1,1,1,1,0]

(7)

Step2確定關聯矩陣。根據航天商業發射市場服務競價中影響因素模糊認知圖，邀請五位來自不同領域的專家進行調研并通過式(5)獲得因素間的影響強度矩陣W。

(8)

其中wij表示影響因素Ci(i=1,2,3,4,5)及競價P間的影響程度。如w12=-0.1，表示宏觀環境C1對成本C2具有負因果影響關系，即宏觀環境C1的提升，必然會使成本C2有所降低。如技術環境C13的提高，可使得研發C21、發射C24等成本降低，而良好的政治C11、經濟C12環境又在一定程度上使得生產成本C22有所減少，綜合各專家意見，最終得到w12的值，其余wij類似討論得到。

Step3計算穩定值，確定穩定狀態。根據式(1)、(2)，考慮到計算的簡便與各狀態收斂的速度，取λ=1[15]，通過不斷迭代得到系統穩定狀態，見表2。

表2 航天商業發射服務市場競價P影響因素狀態

由表2可以看出，通過五次迭代，系統各因素達到穩定狀態。其中成本C2的狀態值降速最快，由第一次的0.6457減少到0.5859；其次是競爭需求C4，由0.5744減少到0.5393，并最終達到穩定。說明在航天商業發射服務競價的影響因素中，成本C2與競爭需求C4是影響競價的最為關鍵的因素，而品牌因素C5的狀態值在迭代中未有變化，其對競價的影響較小，說明大家不為“虛名”所動，更加關注航天服務的內在品質，這也與航天競價實際相符。

Step4計算影響因素與競價的關聯度值。由表2可以看出迭代到第五次達到穩定狀態：[C1,C2,C3,C4,C5,P]=[0.5250,0.5803,0.5057,0.5379,0.5,0.7458],若記：P(k)=[0.8808,0.7589,0.7463,0.7458,0.7458]T，作為特征序列。各影響因素序列作為行為序列，根據式(3)、(4)可得各影響因素Ci(i=1,2,3,4,5)與競價P的關聯度值分別為:R(P,C1)=0.8234,R(P,C2)=0.9624,R(P,C3)=0.7845,R(P,C4)=0.8525,R(P,C5)=0.7724,因此，R(P,C2)>R(P,C4)>R(P,C1)>R(P,C3)>R(P,C5)，即在航天商業發射服務市場中，影響競價P的最主要的因素是成本C2，其次是競爭需求C4，見圖2。

圖2 航天商業發射市場服務競價影響因素狀態值

成本成為影響航天商業發射競價成功與否的關鍵因素之一。隨著國際航天商業發射服務市場日益激烈的競爭變化，低成本成為航天發射服務市場競價成功的重要指標。目前，國際上不同軌道發射單價逐步降低，如GTO軌道，其單位載荷發射價約為1～3萬美元，而LEO軌道約為0.5～3萬美元。美國EELV計劃下的德爾它4與宇宙神5系列運載火箭，由于發射價格較高，在國際航天商業發射服務市場上沒有價格優勢。而歐洲的阿里安5火箭單位載荷發射價格約為2萬美元，價格適中且發射成功率較高，因而在商業競價中具有較大優勢。俄羅斯的質子M火箭雖然發射價格較低，但頻發的質量故障使其在發射服務市場中所占份額越來越小。可見，成本C2與發射成功率即競爭需求C4是影響航天商業發射服務市場競價的關鍵因素，這一結論與當前國際航天商業發射服務競價現實相符。

對于成本C2，采用同樣方法討論其中的關鍵影響因素。假設變量初始狀態為：

[C21,C22,C23,C24,C2]=[1 1 1 1 1]

(9)

通過專家調研及式(5)獲得因素間的影響強度矩陣:

(10)

根據式(1)、(2)，并取λ=1[18]，通過不斷迭代得到系統穩定狀態，見表3。

表3 成本各影響因素狀態

根據式(3)、(4)可得C2中各影響因素與成本C2的關聯度值分別為：

R(C2,C21)=0.6672,R(C2,C22)=0.6672,
R(C2,C23)=0.7368,R(C2,C24)=0.9630

因此，R(C2,C24)>R(C2,C23)>R(C2,C22)=R(C2,C21)，即對于成本C2，最為關鍵的是發射成本C24與運行成本C23，見圖3。

圖3 成本中影響因素狀態值

圖4 競爭需求中影響因素狀態值

對于競爭需求C4，采用同樣方法可以發現(限于篇幅，計算過程略)：企業所處的行業的位置C41與市場供求環境C43在競爭需求中最為重要，見圖4。其次，宏觀環境C1也是影響競價不可忽視的因素，尤其應注意加強技術環境C13、社會環境C14等的建設，這有助于發射C24、運行C23等成本的降低，從而有助于競價成功。

2.3 方法比較

DEMATEL方法是基于矩陣理論與圖論進行系統中因素關系分析的方法[32]。與模糊認知圖一樣，可以充分利用專家的經驗與知識處理系統中因素間關系不確定的問題。為說明本文方法的優越性，本節利用DEMATEL方法分析影響航空商業發射市場服務競價的關鍵因素。具體步驟如下：

表4 系統因素的影響度、被影響度、中心度與原因度

由表4可見，各因素的中心度依次為，市場需求(C3)、成本(C2)、競爭需求(C4)、品牌因素(C5)、宏觀環境(C1)，即市場需求(C3)在所有影響因素中所起作用最大。而通過各影響因素原因度的對比，可以發現影響航天商業發射服務競價的原因要素主要有品牌因素(C5)、宏觀環境(C1)、競爭需求(C4)。而由本文所提方法，我們得到在航天商業發射服務市場中，影響競價的最主要的因素是成本(C2)與競爭需求(C4)，這一結果也與當前航天商業發射服務現實更相符。與DEMATEL方法相比，模糊認知圖能同時體現因素間的正、負因果影響關系。通過因素間的正、負影響強度值，可以直觀反映因素間的正、反向作用，比DEMATEL方法中單純的正影響強度值更能模擬系統因素間的不確定關系，因而知識表示和系統推理能力更強。其次，模糊認知圖能模擬復雜動態系統，同時兼具預測功能。通過系統達到穩定狀態，可以發現各因素的發展態勢，為下一步的風險管控提供決策依據。因此，模糊認知圖在分析系統影響因素時更加可行、有效。

3 結論

航天商業發射市場服務競價關系到航天事業市場化與產業化發展，本文利用模糊認知圖與灰關聯方法分析航天商業發射市場服務競價的影響因素，得出成本與競爭需求是影響競價的兩個重要指標。尤其目前低成本發射在競價市場成為主流。同時，為了保證發射任務成功施行，發射成功率也成為航天市場競價關注的另一個重要指標。因此，為了能夠在航天市場競價中取得成功，應在提高商業運載火箭發射服務行業技術發展水平的同時，重點關注如何降低發射成本、提高競爭需求，以及加強宏觀環境等的建設。