基于層次-模糊分析綜合法對某重水精餾科研質量管理有效性評估分析

姜華 方立強 蔡銳

摘要：本文介紹了開展“重水精餾工程轉化關鍵技術研究科研及質量管理有效性評估工作的意義，采用層次分析法，構建了科研質量管理有效性評估的指標系統，在此過程中說明了對有效性影響的各個指標間的邏輯關系;在此基礎上，本文利用模糊數學的相關方法進行綜合評判，為從整體上評估本科研項目質量管理有效性提供了一定的決策依據。

關鍵詞：層次分析法，模糊數學，質量管理

1、前言

秦山第三核電有限公司（以下簡稱“秦山三核”）兩臺CANDU-6型重水反應堆，以重水作為慢化劑和冷卻劑。在電站正常運行的過程中，重水受到中子的輻照生成氚。氚是低能的β射線發射體，具有滲透性強、易擴散、防護難的特性。而隨著運行對年的增加，重水中的氚比活度逐年增長，已成為影響電站人員內照射和電廠安全運行的重要因素。

在綜合考慮技術可行性、可靠性、安全性和經濟性后，秦山三核擬采用重水精餾+儲存（WD+STORE）工藝作為后期建設項目的主要工藝路線。精餾技術主要是利用被分離組分間的沸點差實現分離，其工藝成熟、系統相對簡單等特點。但對于含氚重水而言，DTO與D20的沸點極小（0.05-0.08℃），分離難度較大，對系統以及精餾塔的核心-填料也提出了更高的要求。

鑒于此，秦山三核委托中國核電工程有限公司開展“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”科研工作，為后續的系統工程轉化提供關鍵性參數。

通過上述論述可知，由中國核電工程有限公司承接的“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”科研工作對于秦山三期重水精餾設施項目的最終建設運行，實現既定的工程目標具有重大的意義。鑒于此，在項目實施之前以成果為導向，開展有針對性的科研質量管理有效性評估工作對于工程項目的最終成功是十分必要的。

2、研究對象主要內容

“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”研究內容包括：

2.1耐高氚輻照關鍵設備及材料開展研究

研究的主要內容包括：調研耐高氚輻照材料的研究現狀、現有應用材料的特點分析以及耐高氚輻照材料在工藝技術中應用需要重點關注的性能指標等。

2.2關鍵裝備工程樣機研制

開展工藝仿真、機械仿真和儀控仿真工作，構建工程樣機虛擬模型，并對模型進行迭代優化，逐步完善工藝方案。

2.3建立全尺寸重水精餾試驗系統及試驗驗證

建立工程樣機全尺寸重水精餾試驗系統，并根據重水精餾工藝配套建立必要的工藝系統（如重水進料系統、高氚重水貯存等系統），完成重水精餾試驗系統的集成;并開展相關的試驗驗證工作，記錄試驗數據，分析試驗成果，為工程轉化關鍵參數的確定提供參考依據。

2.4工程轉化應用研究

根據試驗驗證成果優化精餾工藝系統關鍵參數，完成工程轉化系統設計，確定整體方案及關鍵材料和設備。

3、科研質量管理評估指標體系的建立原則

與工程項目類似，質量管理工作是對科研實施監督的有效手段，也是保證課題完成的重要手段。影響科研質量管理的因素比較多，從質量管理的完備性、客觀性、科學性和指標體系原則出發，主要的影響因素包括有如下四個方面[1]：1）管理的職責過程;2）資源的管理過程;3）科研成果實現的過程;4）測量、分析和不斷改進的過程。因此，科研項目質量管理的過程，屬于一項綜合的評價工作。

對項目進行綜合后評價時，需對指標的重要性進行賦值，即確定指標的權重，以此來衡量各項指標對評價總目標的重要性程度。確定權重的方法主要可以分為主觀賦權法與客觀賦權法。主觀賦權法是指通過人們的經驗與專業知識儲備對指標進行賦權，主要有德爾菲法與層次分析法等。客觀賦權法是指利用數學方法對各項指標承載的原始信息進行處理從而得出指標權值的方法，主要有熵權法、主成分分析法與變異系數法等。通過主客觀賦權法的概念我們可以看出，客觀賦權法將人的經驗與主觀能動性完全排除在外，可能會錯失許多有價值的信息，主觀賦權法充分利用了人的主觀經驗，但事物本身所承載的原始信息卻被完全忽視。各種方法存在著其本身優點與固有的缺陷，因此，在選擇方法時，需考慮問題本身的信息承載情況，選擇最適用的賦權方法。

本文的評價對象為科研項目的質量管理過程，各項指標承載的客觀原始信息過少，不確定性因素過多，且大多為模糊性的、難以量化的信息，因此，客觀賦權的方法并不適用本文的研究對象。本文選取目前應用最廣泛且最為成熟的賦權方法—層次分析法，作為確定各項指標權值的方法。

層次分析法是美國著名運籌學家SattyTL等人在上世紀70年代提出的一種定性與定量相結合的多準則決策方法，它的基本思想是根據多目標決策問題總目標以及影響因素之間的關系，將所有因素劃分為不同的層次，構造一個清晰的層次結構。通過主觀判斷，將每一層次因素之間的相對重要性進行定性描述，并將這種定性描述轉化為簡單的定量數值，進而構造出判斷矩陣，通過線性代數的方法計算某層因素相對于上一層次的權值，即層次單排序的權值，進而與上一層次因素本身的權重進行加權綜合，便可得出某層因素相對于上一層次的權值，即層次總排序的權值，由此來實現各個因素相對于最終目標的優劣排序[2]。此外，影響科研質量管理有效性的各個過程之間的關系比較明確且關聯程度較弱，運用層次分析法可以清晰建立分層遞階的層次結構模型，在一定程度上降低了模型的計算難度[3]。

根據上述分析以及層次分析法的，本文將“管理的職責過程”、“資源的管理過程”、“科研成果實現的過程”以及“測量、分析和改進過程”這四個因素定位層次分析法中的一級指標層。對一級指標層影響比較大的有22個子因素，分別為：1）管理評審，2）以顧客為關注焦點，3）質量方針，4）策劃，5）職責、權限和溝通，6）管理承諾，7）人力資源，8）基礎設施，9）工作環境，10）信息，11）財務資源，12）產品實現的策劃，13）與顧客有關過程，14）設計和開發，15）采購，16）生產與服務提供，17）監視和測量裝置的控制，18）技術狀態管理，19）監視和測量，20）不合格品控制，21）數據分析，22）持續改進，將這22個子因素定義為二級指標層[4]。

為了解決指標體系中定性及定量指標反映信息模糊性，不適宜采用定量數學模型進行定量評價的問題，本文將采用層次分析法和模糊數學相結合的方法對科研項目有效性進行評估。

4、層次分析法—模糊綜合評價模型

4.1確定評估體系各指標權重

在科研質量管理有效性評估指標體系中，各二級指標因素對總指的影響程度是不完全相同的，因此各二級指標在總的指標體系中所占的權重不同。可以應用1-9的比例標度方法構造判斷矩陣，然后求出判斷矩陣的最大特征值和特征向量，再經歸一化處理后，得到相對應于上一層的權重值。經矩陣的一致性檢驗滿意后方可使用。

4.2建立模糊綜合評判矩陣

根據模糊數學的原理及特點，采用模糊綜合評判模型適用于解決質量管理有效性評估這樣的多因素、多層次的問題[5]，具體的操作過程如下：

對二級指標層的每一個元素 分別進行綜合評價，假定評語集用V來表示，且 ，其中 是對元素 的第 個評價結果。

將所有的評語集排列成一個矩陣，構造出模糊評價的隸屬度矩陣，并在此基礎上通過矩陣的乘法運算，得到最終的評判結果。

根據本文第3部分對科研項目質保管理有效性影響因素不同層級的說明，應用層次分析法，建立如表1所示的科研質量管理有效性評估指標體系。

5、重水精餾工程轉化關鍵技術研究科研質量管理有效性評估

在對層次分析及模糊數學分析法以及科研項目質保管理有效性影響因素說明的基礎上，本文將對“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”采用層次分析結合模糊數學的方法，就科研質量管理有效性進行綜合評價。

5.1確定評估體系各指標的權重值

為了便于工作開展，本文采用了簡化處理方式，對于“重水精餾工程轉化關鍵技術研究科研”質量管理有效性評估的各二級指標因素的權重直接采用了相關文獻中的數據[6]，具體如表2所示。

5.3綜合評估結果與說明

由上面論述已得到的二級指標因素對“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”科研質量管理有效性影響的權重矩陣A和模糊綜合評判隸屬度矩陣P，按照本論文4.2節論述的計算方法，可以得到本科研課題質量管理有效性評估的結果，即 。

通過矩陣計算可以得到 。根據計算結果顯示，“好”的程度為27.63%，“較好”的程度為42.46%，“一般”的程度為24.45%，“差”的程度是5.66%，按照最大隸屬度原則，針對“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”科研質量管理有效性評估的結果為較好。

結論

由于科研工作的不確定性及科研工作自身定位所限，對科研工作質量管理有效性評估的研究尚處于起步階段[8]，用于評估有效性的方法也處于摸索時期。本文針對“重水精餾工程轉化關鍵技術研究”工程轉化的特殊性，參考其他科研項目質量管理有效性評估的方法，使用層次分析與和模糊綜合評判相結合的方法，建立了科研質量管理有效性模糊綜合評判模型，對影響本項目質量管理有效性的因素進行識別、分析，并采用定量（半定量）的方法對科研質量管理有效性進行了評估，為科研項目及后續工程項目的實施具有一定程度的指導意義。

此外，盡管通過評價得到了質量管理有效性為“較好”的結論，但考慮到其與工程項目的前后邏輯關系，應該充分意識到本科研項目的特殊性與重要性，除了制定嚴密詳細的科研質保規定，還應從科研開展的全過程對質量進行預控，加強科研過程中相關設計管理、增強采購及安裝調試過程中分包商的質量控制等，為重水精餾設施最終的順利投運打下良好的基礎。

參考文獻

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