基于层次-模糊分析综合法对某重水精馏科研质量管理有效性评估分析

姜华 方立强 蔡锐

摘要：本文介绍了开展“重水精馏工程转化关键技术研究科研及质量管理有效性评估工作的意义，采用层次分析法，构建了科研质量管理有效性评估的指标系统，在此过程中说明了对有效性影响的各个指标间的逻辑关系;在此基础上，本文利用模糊数学的相关方法进行综合评判，为从整体上评估本科研项目质量管理有效性提供了一定的决策依据。

关键词：层次分析法，模糊数学，质量管理

1、前言

秦山第三核电有限公司（以下简称“秦山三核”）两台CANDU-6型重水反应堆，以重水作为慢化剂和冷却剂。在电站正常运行的过程中，重水受到中子的辐照生成氚。氚是低能的β射线发射体，具有渗透性强、易扩散、防护难的特性。而随着运行对年的增加，重水中的氚比活度逐年增长，已成为影响电站人员内照射和电厂安全运行的重要因素。

在综合考虑技术可行性、可靠性、安全性和经济性后，秦山三核拟采用重水精馏+储存（WD+STORE）工艺作为后期建设项目的主要工艺路线。精馏技术主要是利用被分离组分间的沸点差实现分离，其工艺成熟、系统相对简单等特点。但对于含氚重水而言，DTO与D20的沸点极小（0.05-0.08℃），分离难度较大，对系统以及精馏塔的核心-填料也提出了更高的要求。

鉴于此，秦山三核委托中国核电工程有限公司开展“重水精馏工程转化关键技术研究”科研工作，为后续的系统工程转化提供关键性参数。

通过上述论述可知，由中国核电工程有限公司承接的“重水精馏工程转化关键技术研究”科研工作对于秦山三期重水精馏设施项目的最终建设运行，实现既定的工程目标具有重大的意义。鉴于此，在项目实施之前以成果为导向，开展有针对性的科研质量管理有效性评估工作对于工程项目的最终成功是十分必要的。

2、研究对象主要内容

“重水精馏工程转化关键技术研究”研究内容包括：

2.1耐高氚辐照关键设备及材料开展研究

研究的主要内容包括：调研耐高氚辐照材料的研究现状、现有应用材料的特点分析以及耐高氚辐照材料在工艺技术中应用需要重点关注的性能指标等。

2.2关键装备工程样机研制

开展工艺仿真、机械仿真和仪控仿真工作，构建工程样机虚拟模型，并对模型进行迭代优化，逐步完善工艺方案。

2.3建立全尺寸重水精馏试验系统及试验验证

建立工程样机全尺寸重水精馏试验系統，并根据重水精馏工艺配套建立必要的工艺系统（如重水进料系统、高氚重水贮存等系统），完成重水精馏试验系统的集成;并开展相关的试验验证工作，记录试验数据，分析试验成果，为工程转化关键参数的确定提供参考依据。

2.4工程转化应用研究

根据试验验证成果优化精馏工艺系统关键参数，完成工程转化系统设计，确定整体方案及关键材料和设备。

3、科研质量管理评估指标体系的建立原则

与工程项目类似，质量管理工作是对科研实施监督的有效手段，也是保证课题完成的重要手段。影响科研质量管理的因素比较多，从质量管理的完备性、客观性、科学性和指标体系原则出发，主要的影响因素包括有如下四个方面[1]：1）管理的职责过程;2）资源的管理过程;3）科研成果实现的过程;4）测量、分析和不断改进的过程。因此，科研项目质量管理的过程，属于一项综合的评价工作。

对项目进行综合后评价时，需对指标的重要性进行赋值，即确定指标的权重，以此来衡量各项指标对评价总目标的重要性程度。确定权重的方法主要可以分为主观赋权法与客观赋权法。主观赋权法是指通过人们的经验与专业知识储备对指标进行赋权，主要有德尔菲法与层次分析法等。客观赋权法是指利用数学方法对各项指标承载的原始信息进行处理从而得出指标权值的方法，主要有熵权法、主成分分析法与变异系数法等。通过主客观赋权法的概念我们可以看出，客观赋权法将人的经验与主观能动性完全排除在外，可能会错失许多有价值的信息，主观赋权法充分利用了人的主观经验，但事物本身所承载的原始信息却被完全忽视。各种方法存在着其本身优点与固有的缺陷，因此，在选择方法时，需考虑问题本身的信息承载情况，选择最适用的赋权方法。

本文的评价对象为科研项目的质量管理过程，各项指标承载的客观原始信息过少，不确定性因素过多，且大多为模糊性的、难以量化的信息，因此，客观赋权的方法并不适用本文的研究对象。本文选取目前应用最广泛且最为成熟的赋权方法—层次分析法，作为确定各项指标权值的方法。

层次分析法是美国著名运筹学家SattyTL等人在上世纪70年代提出的一种定性与定量相结合的多准则决策方法，它的基本思想是根据多目标决策问题总目标以及影响因素之间的关系，将所有因素划分为不同的层次，构造一个清晰的层次结构。通过主观判断，将每一层次因素之间的相对重要性进行定性描述，并将这种定性描述转化为简单的定量数值，进而构造出判断矩阵，通过线性代数的方法计算某层因素相对于上一层次的权值，即层次单排序的权值，进而与上一层次因素本身的权重进行加权综合，便可得出某层因素相对于上一层次的权值，即层次总排序的权值，由此来实现各个因素相对于最终目标的优劣排序[2]。此外，影响科研质量管理有效性的各个过程之间的关系比较明确且关联程度较弱，运用层次分析法可以清晰建立分层递阶的层次结构模型，在一定程度上降低了模型的计算难度[3]。

根据上述分析以及层次分析法的，本文将“管理的职责过程”、“资源的管理过程”、“科研成果实现的过程”以及“测量、分析和改进过程”这四个因素定位层次分析法中的一级指标层。对一级指标层影响比较大的有22个子因素，分别为：1）管理评审，2）以顾客为关注焦点，3）质量方针，4）策划，5）职责、权限和沟通，6）管理承诺，7）人力资源，8）基础设施，9）工作环境，10）信息，11）财务资源，12）产品实现的策划，13）与顾客有关过程，14）设计和开发，15）采购，16）生产与服务提供，17）监视和测量装置的控制，18）技术状态管理，19）监视和测量，20）不合格品控制，21）数据分析，22）持续改进，将这22个子因素定义为二级指标层[4]。

为了解决指标体系中定性及定量指标反映信息模糊性，不适宜采用定量数学模型进行定量评价的问题，本文将采用层次分析法和模糊数学相结合的方法对科研项目有效性进行评估。

4、層次分析法—模糊综合评价模型

4.1确定评估体系各指标权重

在科研质量管理有效性评估指标体系中，各二级指标因素对总指的影响程度是不完全相同的，因此各二级指标在总的指标体系中所占的权重不同。可以应用1-9的比例标度方法构造判断矩阵，然后求出判断矩阵的最大特征值和特征向量，再经归一化处理后，得到相对应于上一层的权重值。经矩阵的一致性检验满意后方可使用。

4.2建立模糊综合评判矩阵

根据模糊数学的原理及特点，采用模糊综合评判模型适用于解决质量管理有效性评估这样的多因素、多层次的问题[5]，具体的操作过程如下：

对二级指标层的每一个元素 分别进行综合评价，假定评语集用V来表示，且 ，其中 是对元素 的第 个评价结果。

将所有的评语集排列成一个矩阵，构造出模糊评价的隶属度矩阵，并在此基础上通过矩阵的乘法运算，得到最终的评判结果。

根据本文第3部分对科研项目质保管理有效性影响因素不同层级的说明，应用层次分析法，建立如表1所示的科研质量管理有效性评估指标体系。

5、重水精馏工程转化关键技术研究科研质量管理有效性评估

在对层次分析及模糊数学分析法以及科研项目质保管理有效性影响因素说明的基础上，本文将对“重水精馏工程转化关键技术研究”采用层次分析结合模糊数学的方法，就科研质量管理有效性进行综合评价。

5.1确定评估体系各指标的权重值

为了便于工作开展，本文采用了简化处理方式，对于“重水精馏工程转化关键技术研究科研”质量管理有效性评估的各二级指标因素的权重直接采用了相关文献中的数据[6]，具体如表2所示。

5.3综合评估结果与说明

由上面论述已得到的二级指标因素对“重水精馏工程转化关键技术研究”科研质量管理有效性影响的权重矩阵A和模糊综合评判隶属度矩阵P，按照本论文4.2节论述的计算方法，可以得到本科研课题质量管理有效性评估的结果，即 。

通过矩阵计算可以得到 。根据计算结果显示，“好”的程度为27.63%，“较好”的程度为42.46%，“一般”的程度为24.45%，“差”的程度是5.66%，按照最大隶属度原则，针对“重水精馏工程转化关键技术研究”科研质量管理有效性评估的结果为较好。

结论

由于科研工作的不确定性及科研工作自身定位所限，对科研工作质量管理有效性评估的研究尚处于起步阶段[8]，用于评估有效性的方法也处于摸索时期。本文针对“重水精馏工程转化关键技术研究”工程转化的特殊性，参考其他科研项目质量管理有效性评估的方法，使用层次分析与和模糊综合评判相结合的方法，建立了科研质量管理有效性模糊综合评判模型，对影响本项目质量管理有效性的因素进行识别、分析，并采用定量（半定量）的方法对科研质量管理有效性进行了评估，为科研项目及后续工程项目的实施具有一定程度的指导意义。

此外，尽管通过评价得到了质量管理有效性为“较好”的结论，但考虑到其与工程项目的前后逻辑关系，应该充分意识到本科研项目的特殊性与重要性，除了制定严密详细的科研质保规定，还应从科研开展的全过程对质量进行预控，加强科研过程中相关设计管理、增强采购及安装调试过程中分包商的质量控制等，为重水精馏设施最终的顺利投运打下良好的基础。

参考文献

[1]GJB 9001B-2009，质量管理体系要求[S].北京：总装备部军标出版社发行，2010：3-15.

[2]谭跃进.定量分析方法[M].北京：中国人民大学出版社，2012，138-149.

[3]王晓琳.基于模糊综合评价法的电网工程项目后评价研究，2016.

[4]殷洪才，季大琴，宋剑，基于AHP-Fuzzy的科研质量管理有效性评估分析，船舶电子工程，2013[8]，143-160.

[5]张吉，万宁等，建设项目生态环境影响后评价研究—以风场项目为例[J].环境保护科学，2014，40（3）：83-87.

[6]宋剑，许友国，模糊多目标决策法在登陆地域选择中的应用[J].船舶电子工程，2013，33（3）：20-22.

[7]龚曙明.现代市场调查与预测[M].北京：清华大学出版社，2005：39-82.

[8]相静，张红韦.基于模糊评判方法的大学生活质量评价研究[J].中国医院统计，2012，19（3）：181-185.