全要素耦合驱动的制造质量基础设施效能评估方法*

杨超杰, 谢军太, 高建民, 王荣喜, 方 伟, 蒋家东

(1.西安交通大学 中国西部质量科学与技术研究院 陕西 西安 710049；2.中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安 710077；3.国家市场监督管理总局重点实验室(质量基础设施效能研究) 北京 100028)

0 引 言

自工业革命以来，质量就是一个国家兴旺强盛的根基。“十九大”更是把质量提到了新的战略高度，提出坚持质量第一，效益优先，建设质量强国。质量基础设施(NQI)对提升质量起着基础性作用。

从宏观层面看，国家质量基础设施是建立社会经济活动最佳秩序的技术规则，是实现质量提升促进转型升级的技术基础，是推动科技创新激发市场活力的技术平台，是参与国际竞争维护国家核心利益的技术手段[1-4]。

自2005年，联合国国际贸易中心(ITC)提出国家质量基础设施以来，国内外一些研究学者针对NQI展开研究，Santetra和Marban[5]给出了NQI的七个作用：应对自由贸易和全球化的挑战；创新和竞争力；建立市场堡垒；保护消费者；有助于监管者执行；有助于经济开发；有助于区域整合。Peuckert[6]证明了提高NQI可以加强环境保护。Fattah 和Rehma[7]指出NQI推动区域经济发展的作用。Gonalves[8]强调了NQI对科技创新的重要作用。Bakhitiar[9]评估了印度尼西亚NQI的建设情况。

国内胡杨、蒋家东[10-12]团队提出了国家质量基础价值作用机理和进行了模型研究，并在此基础上进行了质量基础设施效能评估的初步研究，整理了效能评估的方法及不同层面的意义，提出了质量竞争力指数及其评价方法，起到了一定的借鉴意义。

效能评估方法根据评估的主客观程度，可分为主观评估法、客观评估法和主客观结合评估法[13-17]。其中，主观评估法包括专家调查法、层次分析法、比较矩阵法、重要性排序法等；客观评估法包括 ADC 法、加权分析法、主成分分析法、因子分析法、乐观和悲观法、回归分析法等；主客观结合评估法主要有模糊综合评判法、灰色关联分析法、聚类分析法、物元分析法、人工神经网络法、参数效能法、SEA方法、试探性建模与分析方法等。

目前质量基础设施体系效能评估存在以下两个问题，首先，缺少石油专用管QI体系；其次，缺失定量的石油专用管企业QI体系效能评估方法。

针对以上问题，本文在构建的非API石油专用管QI体系的基础上，提出一种基于ANP的QI效能评估方法，并通过对油井管企业的QI效能评估结果的分析，验证了该方法的有效性。

1 QI体系效能评估总体思路

质量基础设施目前比较成熟的定义为：以质量提升为目标的技术支撑体系，主要包括标准、计量、检验检测和认证认可等要素[18]。标准是在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件；计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动；检验检测是对实体的一个或者多种特性进行测量、实验或度量，并将结果与规定进行比较确定其是否合格的活动；认证认可是由第三方机构证明产品、服务、管理体系符合相关技术规范的强制性要求或者标准的合格评定活动[19-21]。

QI的效能从技术层面上有两层含义，一是QI及其组成要素的效益和效率；二是QI整体产生的提升质量等作用和功能。

QI效能评估，以定性定量相结合的方式对体系的效能进行评估，可以最大限度地发挥QI对质量的提升作用。

QI效能评估主要是评估以上这些要素，目前使用最多的是网络层次分析法，如图1所示，本文采用网络层次分析法进行QI效能评估，具体包括以下步骤：

图1 产品质量基础设施效能评估技术路线

第一步：构建质量基础指标体系；

第二步：确定各层指标权重；

第三步：收集数据和数据的归一化处理；

第四步：效能评估。

2 QI体系效能评估流程

2.1 构建制造质量基础指标体系

首先明确目标，成立专家小组，设计调查问卷，通过文献分析和问卷结果获取指标因素，将指标因素进行分类，对指标体系不断进行推敲，反复修改，按照目的性、系统性、科学性、可操作性、相关性、可比性原则，经专家多次讨论建立质量基础评估指标体系模型，如图2所示。

图2 产品质量基础指标体系构建过程

1)明确评估目标。研究目的是构建企业质量基础效能评估指标体系，了解企业质量基础现状。

2)效能评估指标获取：(a)认真总结、梳理国内外文献资料，了解目前企业在标准、计量、检验检测和认证认可方面的现状，使指标的选取更具有普遍性。(b)同时走访相关生产、制造和使用等企业，获得影响质量基础的多个因子，尽可能全面的获取影响因素，使指标更贴合企业实际。

3)效能评估指标类别确定。依据影响因子的属性进行分类，将同类属性因素归为一类，本文指标因素归类更多的从质量基础内涵特征出发，及按照NQI的内涵总体将指标分为标准、计量、检验检测和认证认四个部分。

4)效能评估模型修改。广泛征求质量领域的专家学者和资历丰富的职业经理人的意见建议，对前面建立的模型进行修改完善。尽量运用较少指标反映较多的信息，使指标体系归类合理、层次清晰、关系明了。

2.2 收集数据和归一化处理

通过调查问卷进行收集数据和数据的归一化处理。本文通过已设计的《非API石油专用管质量基础现状问卷调研》，通过调查问卷了解每个公司的质量情况，并将指标基于最大值、最小值的标准转换，如公式(1)、(2)。

(1)

(2)

通过公式(1)、(2)将收集到的数据序列x1,x2,x3,…,xn转换到区间[b,a+b]中。取a=9，b=0;将数据转换到区间[0,9]。

2.3 确定各层指标权重

根据建立好的体系模型，分析模型同层指标间的关联关系，对指标值进行标准化处理，构造权重判断矩阵，由判断矩阵计算得到各指标的权重，进行一致性检验，并计算各层指标对系统目标的合成权重。

1)指标的关联性分析。基于质量基础设施的特点，所构建的指标体系之间存在关联关系，其指标之间的关系一定程度上影响了指标权重的分配，最终影响质量基础的评价结果。

2)问卷调查。为了定量分析指标之间的关联关系，本文设计了《非API石油专用管质量基础现状问卷调研》，通过专家打分的结果对指标的关联关系进行定量化分析。

各个指标之间的关联的强度的大小通过折线变化趋势的相似程度得到，计算公式如式(3)：

(3)

其中：a为点横坐标之间的差值；i,j为指标；gradei,k+1为第(k+1)个公司指标i的分数。

3)构造判断矩阵。根据调查问卷的结果构造判断矩阵，并进行一致性检验。

λ是判断矩阵的最大特征值，通过公式(4)、(5)进行一致性检验。

CI=(λ-n)/(n-1)

(4)

CR=CI/RI

(5)

RI为平均随机一致性指标。通常当CR<0.1时，矩阵满足一致性要求。

4)确定指标权重。

2.4 QI效能评估计算

通过调查问卷获取所有评价指标的评价分数，然后由以下公式计算效能。

(6)

其中：E为某制造企业的QI效能；Wi为QI要素i的权重，i取I, S, M, C；Wij为QI要素i下指标j的权重；Gij为要素i下指标j的分数。

3 实例验证

为了验证本文提出的方法的可行性，本文收集了8家不同类型公司的数据，并运用上述方法对其制造QI效能进行了评价。

第一步是确定企业质量基础设施的指标体系和指标体系。每个企业都有不同的产品类型和相应的优势特点。但是质量基础设施的四个要素，即标准、计量、检验检测和认证认可是NQI的重要组成要素。在此基础上，建立的指标体系如图3所示。为了便于计算，选择了三级指标体系。但是，问卷所获得是第四层的指标数值，第四层和第三层之间的权重设置为均匀分布。

图3 QI效能评估指标体系

第二步是收集数据，并利用基于最大值和最小值的准则进行变换，将每个指标值集中在[0-9]。如果某一指标的数据为空或未采集，则采用均值填充法。也就是说，如果数值型为空，则用其他对象该指标值的平均值来填充；如果非数值型为非数值型，则用其他对象该指标值的平均值来填充。收集的数据通过公式(1)和(2)进行归一化。

第三步是确定指标权重。根据图3所示的指标体系图，第二层包含质量基础设施的四个要素。从目前的研究进展来看，这四个要素是相互关联的。相关性分析主要以第三层指标数据为基础，按式(3)计算其相似度。计算结果如图4所示。

图4 三层指标关联关系图

由于企业类型和性质的不同，二级指标的权重是由石油专用管质量基础设施专家打分确定的。不同类型的公司有不同的权重。本文选取了8家企业，将其分为3类。为了使最终结果的差异更加明显，在区间[1,10]中设置了权重值。权重值见表1。

表1 第二层指标权重值

三级指标的权重值主要由ANP计算得到。在相似度计算的基础上，确定了判断矩阵，并进行了一致性检验。最终权重值见表2。

表2 第三层指标权重值

最后，通过公式(6)评估QI效能，结果如图5所示。

图5 企业效能评估结果

结果表明，企业B、G的性质比较单一，QI的4个要素只涉及1个或2个，得分相对较低；A、C、D、E、F 5个企业为综合型企业，H为研究型企业。同一性质企业之间得分无显著差异。

4 结束语

非API石油专用管质量基础设施水平是其质量提升的关键。本文提出了一种基于ANP方法的制造质量基础效能评估方法，构建了效能评估的流程，并在国内8家非API石油专用管制造企业进行了验证。通过对制造企业QI效能进行整体评估，最终得到的结果能够体现各企业制造质量基础设施水平方面存在的差异，主要体现在质量基础要素的各项指标的良莠不齐，形成企业质量提升的动力和能力存在较大差异。验证结果表明：构建的指标体系不仅能够体现产品的质量属性，同时在效能评估过程中，降低了人为因素的影响，保证评估结果具有一定客观性，为非API石油专用管的质量基础设施提升提供参考。