基于全壽命動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)體系的大型儀器管理與實(shí)踐

朱瑞虎， 王啟明， 章家保， 陳加銀

（河海大學(xué)a.港口海岸與近海工程學(xué)院；b.理學(xué)院，南京 210098）

0 引 言

大型儀器設(shè)備是科研工作者探索未知世界的利器，是現(xiàn)代科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)條件和戰(zhàn)略性科技資源，是高校教學(xué)科研的必備手段和重要物質(zhì)條件。同時(shí)，大型儀器設(shè)備具有價(jià)格昂貴、科技含量高、專業(yè)性強(qiáng)、運(yùn)行成本高等特點(diǎn)，各類大型儀器設(shè)備特別是通用型大型儀器設(shè)備依然處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，具有明顯的稀缺性。2015 年國務(wù)院下發(fā)關(guān)于國家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會(huì)開放的意見（國發(fā)〔2014〕70 號(hào)），意見要求推進(jìn)高等學(xué)校科研基礎(chǔ)設(shè)施和科研儀器的全面開放、充分共享，提高科研設(shè)施與儀器使用、配置的效率和效益，強(qiáng)調(diào)需要建立科研設(shè)施與儀器開放評(píng)價(jià)體系，定期對(duì)其共享情況進(jìn)行評(píng)價(jià)考核，并將評(píng)價(jià)結(jié)果作為科研設(shè)施購置、資產(chǎn)管理、財(cái)政資金補(bǔ)助的重要依據(jù)。因此，構(gòu)建科學(xué)合理的大型儀器績效評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)模型具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前一些高校相關(guān)機(jī)構(gòu)和管理人員逐步開始探索大型儀器管理使用評(píng)價(jià)方式。宋楠［1］等討論促進(jìn)提升儀器的利用率方法，研討了實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的有效途徑。王迪等［2］以成都中醫(yī)藥大學(xué)西南特色中藥資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室色譜質(zhì)譜分析平臺(tái)為例，剖析大型儀器共享平臺(tái)在提升大型儀器的使用率提升。溫海虹［3］闡述建設(shè)大型儀器開放共享管理平臺(tái)的必要性和緊迫性，并提出改進(jìn)和完善的措施和方法。佘欣［4］基于云南省三所高校的調(diào)研，圍繞云南省高校大型儀器設(shè)備的共享情況、制約因素和對(duì)策建議開展研究。何若淼［5］針對(duì)廣東省的經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展優(yōu)勢，設(shè)計(jì)大型儀器平臺(tái)構(gòu)建原則及具體平臺(tái)架構(gòu)。

現(xiàn)階段，大型儀器設(shè)備開放共享管理的研究主要著眼于機(jī)制創(chuàng)新、平臺(tái)構(gòu)建與新技術(shù)應(yīng)用，并從這些角度對(duì)儀器設(shè)備的開放共享提出革新建議，研究停留在經(jīng)驗(yàn)與解決方案的總結(jié)層面。評(píng)價(jià)方法存在指標(biāo)片面、模式簡單、角度單一的問題。事實(shí)上，大型儀器具有明顯的專業(yè)性和生命周期性特征，不同設(shè)備的專業(yè)應(yīng)用特征具有不同，同時(shí)生命周期中指標(biāo)隨時(shí)間變化情況也不同?，F(xiàn)有的評(píng)價(jià)未考慮多維度、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法，較少引入經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、社會(huì)學(xué)的基礎(chǔ)理論，缺乏系統(tǒng)性和理論研究深度，尚未完全形成一門系統(tǒng)的大型儀器設(shè)備開放共享管理科學(xué)體系，與開放成效、激勵(lì)效果和目標(biāo)要求相距甚遠(yuǎn)。

本文根據(jù)實(shí)踐中大型儀器使用和共享特點(diǎn)，基于全壽命周期曲線及其量化方法，構(gòu)建動(dòng)態(tài)多維全壽命量化評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，深入探討全壽命模型在大型儀器管理評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。該方法為促進(jìn)開放大型儀器管理共享工作的良性發(fā)展提供更合理的評(píng)價(jià)流程。

1 大型儀器全壽命周期共享能力量化方法

就目前研究來說，大多數(shù)大型儀器共享評(píng)價(jià)體系遵循教育部印發(fā)的《高等學(xué)校貴重儀器設(shè)備年度效益評(píng)價(jià)表》（教高司條函〔2000〕010 號(hào)）［1，6-8］。通常對(duì)單個(gè)儀器而言主要考慮機(jī)時(shí)利用、人才培養(yǎng)、科研成果、服務(wù)收入、功能利用與開發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這5 個(gè)方面的比重為35∶20∶25∶15∶5。事實(shí)上，大型儀器與其他儀器一樣存在從“出生”到“報(bào)廢”的全生命周期，現(xiàn)根據(jù)大型儀器服役階段將其生命周期分為試用期、成長期、平穩(wěn)期和衰退期4 個(gè)階段［9-10］，如圖1 所示，試用期指設(shè)備采購?fù)瓿珊蟀惭b調(diào)試及嘗試試驗(yàn)階段，這個(gè)階段更多是儀器管理人員學(xué)習(xí)及開始使用儀器階段，這一階段儀器還沒有真正發(fā)揮其價(jià)值；成長期是指儀器管理人員逐步熟練掌握儀器使用，能結(jié)合專業(yè)背景開展相關(guān)科研試驗(yàn)的階段，在這一階段儀器開始逐步結(jié)合專業(yè)研究發(fā)揮價(jià)值；平穩(wěn)期是指管理人員已經(jīng)熟練掌握儀器的操作、維護(hù)，并根據(jù)專業(yè)需求設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案甚至可以對(duì)儀器進(jìn)行改進(jìn)或者功能開發(fā)，儀器在這一階段充分發(fā)揮其價(jià)值；衰退期是指儀器逐步進(jìn)入服役后期，容易發(fā)生故障，在這一時(shí)期其服役能力出現(xiàn)衰退直至報(bào)廢。大型儀器在壽命周期各個(gè)階段的共享能力、特點(diǎn)以及評(píng)價(jià)方法不一樣，簡單地采取同樣的權(quán)重和評(píng)價(jià)體系對(duì)大型儀器評(píng)價(jià)易出現(xiàn)嚴(yán)重的偏差。一些學(xué)者提出了儀器全壽命管理理念，李艷紅等［8］基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了資產(chǎn)全壽命周期、多維度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息的共享和管理的數(shù)字化。翟天任等［10］以壽命周期理論為基礎(chǔ)，探討高校貴重儀器設(shè)備在壽命周期各個(gè)階段的特點(diǎn)及相應(yīng)的管理措施。楊正麗［11］從論證購置、建賬入庫到出庫使用、維護(hù)維修以及報(bào)廢處置等階段對(duì)儀器進(jìn)行全壽命周期管理。杜婷［12］分析了儀器設(shè)備履歷管理的優(yōu)點(diǎn)以及進(jìn)一步深入實(shí)施儀器設(shè)備履歷管理的思考。但是目前全壽命模型主要采用類似于過程管理方法，對(duì)于儀器的評(píng)價(jià)均強(qiáng)調(diào)闡述和記錄，對(duì)于大型儀器共享的全壽命曲線量化分析及評(píng)價(jià)沒有構(gòu)建一套行之有效、具體可用的量化評(píng)價(jià)方法。

圖1 大型儀器全壽命曲線

首先針對(duì)大型儀器共享能力W（t）壽命曲線進(jìn)行建模，量化其隨時(shí)間變化的曲線形態(tài)，為后續(xù)動(dòng)態(tài)全壽命評(píng)價(jià)模型奠定基礎(chǔ)。目前全壽命曲線主要有多項(xiàng)式曲線模型、龔伯茲曲線模型、皮爾曲線模型等量化方法。其中龔伯茲曲線模型、皮爾曲線模型多于用產(chǎn)品、流行病等問題中，需要一定的邊界條件等約束才能確定相應(yīng)的準(zhǔn)確曲線表達(dá)式［13］，多項(xiàng)式曲線模型具有參數(shù)靈活、統(tǒng)計(jì)分析方便、擬合精度較高等特點(diǎn)，更適用于一些多變的場景［14］，因此本研究考慮大型儀器曲線形態(tài)及易用性，采用多項(xiàng)式模型構(gòu)建全壽命曲線量化表示。設(shè)試用期為0 ～t1時(shí)段，成長期為t1～t2時(shí)段，平穩(wěn)階段為t2～t3時(shí)段，衰退階段為t3～t4時(shí)段，不同階段采用不同的多項(xiàng)式曲線擬合方法。

（1）試用期。設(shè)該階段從0 開始至t1結(jié)束，考慮到該階段器主要管理人員學(xué)習(xí)及開始使用儀器階段，因此設(shè)置W（t）=0：

（2）成長階段。設(shè)該階段從t1開始至t2結(jié)束，考慮到該曲線在t1為0，在t2達(dá)到極值，以及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，得到該階段采用共享能力W（t）多項(xiàng)式函數(shù)：

（3）平穩(wěn)階段。設(shè)該階段從t2開始至t3結(jié)束，該階段共享能力設(shè)置為W（t）=1。

（4）衰退階段。設(shè)該階段從t3開始至t4結(jié)束，考慮到該曲線在t4為0，在t3達(dá)到極值，以及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，得到該階段采用共享能力多項(xiàng)式函數(shù)：

總之，大型儀器共享能力曲線W（t）具有表達(dá)式：

該函數(shù)在應(yīng)用中僅僅需要相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜曳治鰰r(shí)間點(diǎn)t1～t4，易于軟件系統(tǒng)開發(fā)和使用。

2 動(dòng)態(tài)全壽命大型儀器管理評(píng)價(jià)模型

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇及動(dòng)態(tài)量化方法

近年來，多所高校根據(jù)自身特點(diǎn)建立了設(shè)備效益評(píng)價(jià)管理規(guī)定或方法，開展大型儀器設(shè)備績效考核，充分調(diào)動(dòng)儀器設(shè)備開放共享的積極性，提高設(shè)備利用率［15］。本文依據(jù)教育部、科技部相關(guān)規(guī)定，結(jié)合我校設(shè)備效益評(píng)價(jià)管理規(guī)定相關(guān)內(nèi)容［16］，選擇機(jī)時(shí)利用、服務(wù)收入、人才培養(yǎng)、科研成果、設(shè)備管理、功能開發(fā)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。考慮到不同類型的大型儀器在其生命周期的各個(gè)階段的共享能力不同，采用時(shí)變指標(biāo)量化方法對(duì)處于不同階段的大型儀器進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。主要討論基于全壽命共享能力概念對(duì)諸多指標(biāo)進(jìn)行分別建立動(dòng)態(tài)量化模型。設(shè)機(jī)時(shí)利用、服務(wù)收入、人才培養(yǎng)、科研成果、設(shè)備管理、功能開發(fā)這6 個(gè)方面量化指標(biāo)分別為：Zi，i=1，2，…，6。量化原則兼顧3 方面：①教育部或科技部的相關(guān)評(píng)價(jià)要求；②消除量綱差異，采用規(guī)范化量化方法，以達(dá)到客觀評(píng)價(jià)的目的；③反映不同儀器生命周期中共享能力的變化，達(dá)到動(dòng)態(tài)、科學(xué)評(píng)價(jià)的目的。建立統(tǒng)一動(dòng)態(tài)量化公式為：

其中t為相對(duì)時(shí)刻，Ti（t）分別為機(jī)時(shí)利用、服務(wù)收入、人才培養(yǎng)、科研成果、設(shè)備管理、功能開發(fā)6 個(gè)方面非標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)數(shù)值，具體如表1 所示計(jì)算方法，其中T1（t）、T2（t）分?jǐn)?shù)計(jì)算方法參考科技部及教育部規(guī)定，其他分?jǐn)?shù)計(jì)算方法根據(jù)各單位大型儀器管理辦法進(jìn)行賦分，表3 以河海大學(xué)大型儀器管理評(píng)價(jià)方法展示了T5（t）的賦分管理辦法，其他項(xiàng)不再一一展開列舉；TMi，i=1，2，…，6 分別為6 個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)化因子，具體如表2 所示計(jì)算方法；W（t）大型儀器共享能力曲線，計(jì)算方法為公式（3）；c為共享開始與結(jié)束閾值，當(dāng)共享能力W（t）小于閾值c 時(shí)，不予以共享評(píng)價(jià)，通常c=0。

表1 量化指標(biāo)Ti（t）計(jì)算方法

表2 標(biāo)準(zhǔn)化因子TMi 計(jì)算方法

表3 河海大學(xué)設(shè)備管理評(píng)分辦法

2.2 多維綜合評(píng)價(jià)構(gòu)建

大型儀器設(shè)備管理評(píng)價(jià)是受多因素綜合影響，由于各類大型儀器設(shè)備的使用性質(zhì)、應(yīng)用重點(diǎn)具有明顯的區(qū)別，故多維影響因素的權(quán)重需要根據(jù)儀器的不同而采用不同的設(shè)定。對(duì)于權(quán)重設(shè)定主要是有定性排序法［6］、模糊評(píng)價(jià)法［7］、層次分析法［16］等。其中層次分析法是一種科學(xué)的融合定性和定量分析的決策方法，通過比較兩兩因素之間的相對(duì)重要程度，構(gòu)建判斷矩陣。通過對(duì)矩陣的運(yùn)算，將人的思維過程和主觀判斷數(shù)字化，該方法廣泛應(yīng)用于各類復(fù)雜系統(tǒng)權(quán)重的確定中［17］。層次分析法將各個(gè)因素某一推測的重要性進(jìn)行兩兩比較，按同等重要、稍微重要、明顯重要、強(qiáng)烈重要、極端重要，相應(yīng)的重要性標(biāo)度分別為標(biāo)識(shí)1、3、5、7、9，中間值標(biāo)識(shí)2、4、6、8，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣，并依托特征值方法，最終得到各因素的權(quán)重。該方法不把所有因素放在一起比較，而是兩兩相互比較，對(duì)此時(shí)采用相對(duì)尺度，以盡可能減少性質(zhì)不同因素相互比較的困難，以提高準(zhǔn)確度。

本文基于層次分析法，通過專家問卷調(diào)查確定大型儀器在不同生命周期階段各因素的相對(duì)比較結(jié)果，構(gòu)建隨時(shí)間變化的判定矩陣，體現(xiàn)不同生命周期階段因素重要性的改變，并由此構(gòu)建隨時(shí)間（生命周期階段）不同的因素權(quán)重。設(shè)不同階段6 個(gè)方面的因素權(quán)重為ωi（t），i=1，2，…，6，其中t為時(shí)間參數(shù)。構(gòu)建大型儀器管理綜合得分

V（t）最大值為1，最小值為0，分?jǐn)?shù)越高，表明儀器的綜合管理水平越高。

2.3 多維指標(biāo)管理評(píng)價(jià)流程

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇及動(dòng)態(tài)量化方法設(shè)計(jì)設(shè)備管理的綜合評(píng)價(jià)流程如圖2 所示。大型儀器管理評(píng)價(jià)首先采集大型儀器管理的數(shù)據(jù)，如服務(wù)機(jī)時(shí)、服務(wù)收入等，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分類及結(jié)構(gòu)化，最終根據(jù)儀器所處的時(shí)間周期確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)的權(quán)重并建立動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行該時(shí)期的多維動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，其中生命周期時(shí)期和權(quán)重根據(jù)專家問卷調(diào)查進(jìn)行確定。在動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)可根據(jù)不同時(shí)間變化進(jìn)行更新進(jìn)行不同時(shí)期的大型儀器管理評(píng)價(jià)。

圖2 大型儀器管理動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)流程

3 大型儀器管理動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)實(shí)例

以港口航道工程與海岸科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的多普勒海流剖面儀（Acoustic Doppler Current Profiler，簡稱ADCP）為例進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理評(píng)價(jià)。該儀器生產(chǎn)廠家為美國RDI公司，單價(jià)53.88 萬元，主要用于現(xiàn)場動(dòng)態(tài)近?；騼?nèi)河三維流速，航測水流斷面流量、近海水流量、河底深度剖面測量等。

3.1 全壽命曲線構(gòu)建

該設(shè)備近期已退役，從購置到退役跨度16 年，儀器管理規(guī)范、記錄詳實(shí)，可作為設(shè)備全壽命管理的經(jīng)典案例。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室專職教師使用情況和相關(guān)專家的意見，設(shè)備第1 年為試用期，第2 ～4 年為成長期，第5 ～14 年為平穩(wěn)期，第14 ～16 年為衰退期，因此得到生命周期量化函數(shù)為：

由此得到曲線如圖3 所示，該圖形存在一個(gè)光滑上升（成長期）和光滑下降階段（衰退期），充分體現(xiàn)了相對(duì)共享能力隨時(shí)間變化的量化值。

圖3 ADCP設(shè)備共享能力量化曲線

3.2 各階段綜合權(quán)重的確定

考慮ADCP儀器不同階段中管理中機(jī)時(shí)利用、服務(wù)收入等各因素各有側(cè)重，為更好評(píng)價(jià)ADCP 的管理效益，通過專家問卷咨詢綜合得到層次分析法判斷矩陣，并通過矩陣計(jì)算不同階段的各因素權(quán)重，如表4 所示?？梢钥闯?，在試用期由于管理人員尚處于學(xué)習(xí)階段，設(shè)備不做管理評(píng)測；在成長階段和平穩(wěn)期，人才培養(yǎng)和科研成果是管理測評(píng)的側(cè)重點(diǎn)，這符合高校教書育人和科學(xué)研究的職能定位；在衰退期，除側(cè)重人才培養(yǎng)和科研成果外，由于儀器老化，使用機(jī)時(shí)所占比重有所下降，而基于儀器所做的功能開發(fā)所占比重增加；設(shè)備管理的評(píng)價(jià)在各個(gè)階段均占10%以上，說明高校對(duì)設(shè)備管理的規(guī)范性和有效性一直比較重視。

表4 ADCP不同階段權(quán)重表

3.3 動(dòng)態(tài)多維評(píng)價(jià)分析

在ADCP服役階段抽取典型5 個(gè)年度進(jìn)行設(shè)備管理測評(píng)，統(tǒng)計(jì)機(jī)時(shí)利用、服務(wù)收入、人才培養(yǎng)、科研成果、設(shè)備管理、功能開發(fā)信息，并使用公式（4）和公式（5）計(jì)算相應(yīng)得分，結(jié)果如表5 所示：

從表5 可以看出，構(gòu)建的模型能夠較好地對(duì)于ADCP管理進(jìn)行整體評(píng)價(jià)和分析，同時(shí)兼顧了多維度信息，避免只看一個(gè)因素的不合理。特別在成長期和衰退期存在機(jī)時(shí)少、收入少的現(xiàn)象，簡單加權(quán)評(píng)分不能真實(shí)評(píng)價(jià)大儀管理水平，如第2 年采用全壽命評(píng)價(jià)方法得到0.87 分，而簡單加權(quán)僅為0.71 分，得分相差22.5%；同樣，第15 年簡單加權(quán)與全壽命評(píng)價(jià)得分相差13.9%。這兩個(gè)時(shí)期顯然不能簡單觀察機(jī)時(shí)和收入評(píng)價(jià)其管理成效?？梢钥闯鋈珘勖鼊?dòng)態(tài)評(píng)價(jià)較好地克服了簡單加權(quán)評(píng)價(jià)方法的不足，更加科學(xué)合理。

4 結(jié) 語

大型儀器的科學(xué)管理及評(píng)價(jià)可提升大型儀器開放共享水平和運(yùn)行效率。根據(jù)實(shí)踐中大型儀器管理和共享特點(diǎn)，建立大型儀器服役全壽命周期曲線及其量化方法，構(gòu)建動(dòng)態(tài)多維全壽命量化評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，深入探討全壽命評(píng)價(jià)模型在大型儀器管理中的應(yīng)用。該方法充分考慮不同生命周期階段中多維度、動(dòng)態(tài)變化的大型儀器能力，避免簡單加權(quán)得分評(píng)價(jià)的片面性，為促進(jìn)大型儀器管理及開放共享工作的良性發(fā)展提供了新的手段。