能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法理論研究

孫旭東，張 博，葛宏志

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院，北京 100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083；3.中國航天工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究院，北京 100048)

能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法理論研究

孫旭東1,2，張 博1,2，葛宏志3

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院，北京100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京100083；3.中國航天工程科技發(fā)展戰(zhàn)略研究院，北京100048)

隨著能源新技術(shù)的發(fā)展，能源領(lǐng)域新興產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)，需建立能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法為產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供科學(xué)決策支撐。本文將產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法應(yīng)用在能源領(lǐng)域，從多技術(shù)和多產(chǎn)品角度構(gòu)建了能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系，給出了成熟度等級及其評價標(biāo)準(zhǔn)，并基于模糊數(shù)學(xué)方法和層次分析法建立了能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價模型。

產(chǎn)業(yè)成熟度;能源產(chǎn)業(yè);評價方法

0 引言

隨著能源消耗產(chǎn)生的環(huán)境問題日益突出，能源新技術(shù)及其新興產(chǎn)業(yè)成為全球關(guān)注的焦點，清潔、高效和安全的能源新技術(shù)滿足世界各國致力于解決能源與環(huán)境問題的發(fā)展需求，發(fā)展能源新興產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)前世界各國解決環(huán)境問題的國家戰(zhàn)略，也是未來國際競爭的重要領(lǐng)域。

成熟度評價是一種分級評價方法，可實現(xiàn)對研究問題所處的生命周期、成長階段或發(fā)展過程的評估分析，最早是由美國國防部提出對航天領(lǐng)域的技術(shù)成熟度進(jìn)行了評價[1]，可有效規(guī)避航天設(shè)備的技術(shù)風(fēng)險[2]。隨后，成熟度評價被國內(nèi)學(xué)者推廣應(yīng)用，如：航天設(shè)備的制造成熟度[3]、產(chǎn)品成熟度[4]、軟件能力成熟度模型(Capability Maturity Model，CMM)[5]、土地市場發(fā)育成熟度[6]、企業(yè)管理成熟度[7]等。產(chǎn)業(yè)成熟度(IML)評價最早出現(xiàn)在2015年我國工程院的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略課題研究中[8]，而產(chǎn)業(yè)成熟度理論方法在2016年由王禮恒院士等明確提出[9]，是對產(chǎn)業(yè)誕生開始到發(fā)展成熟整個演變形態(tài)的識別，描述了核心技術(shù)、產(chǎn)品、制造和市場等方面產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成熟程度?；诋a(chǎn)業(yè)成熟度評價方法，可以實現(xiàn)對新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程的準(zhǔn)確評估、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和戰(zhàn)略政策決策具有重要的科學(xué)支撐作用。隨著能源新技術(shù)迅速發(fā)展，能源產(chǎn)業(yè)涉及的能源和技術(shù)種類繁多，其中能源種類既包括煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)石化能源，也包括核能和可再生能源(風(fēng)能、太熱能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等)等新能源；能源新技術(shù)則涵蓋了發(fā)電技術(shù)(燃煤發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電，太熱能光伏發(fā)電等)、能源轉(zhuǎn)化技術(shù)(煤化工、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)等)及智能電網(wǎng)和儲能裝備等電傳輸存儲技術(shù)[10]。此外，能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的核心制造可能分布在生產(chǎn)鏈多個環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)工業(yè)相比，分析能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的制造、產(chǎn)品和市場的情況將更加復(fù)雜，因此，需要針對能源產(chǎn)業(yè)特點對產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法進(jìn)行推廣和改進(jìn)。本文將在文獻(xiàn)[9]產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法的基礎(chǔ)上，建立基于多技術(shù)和多產(chǎn)品的能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系與模糊評價理論模型。

1 能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系

1.1 產(chǎn)業(yè)成熟度評價原則

1.1.1 科學(xué)性與統(tǒng)一性

為確保等級設(shè)計的通用性與科學(xué)性，本文技術(shù)和制造成熟度借鑒了美國國防部、NASA和ISO 16290《航天系統(tǒng)技術(shù)成熟度等級及評價準(zhǔn)則定義》的等級分類與描述方法。同時，為建立能源領(lǐng)域統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法，評價指標(biāo)準(zhǔn)則采用一般性的表述和統(tǒng)一的評價體系。

1.1.2 戰(zhàn)略性與權(quán)威性

依托于中國工程院咨詢項目課題《能源新技術(shù)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大行動計劃研究》，由能源領(lǐng)域權(quán)威專家選擇具有代表性的能源新興產(chǎn)業(yè)為評價研究對象，對新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、制造、產(chǎn)品和市場的成熟度情況進(jìn)行評估。

1.1.3 定性與定量分析相結(jié)合

產(chǎn)業(yè)成熟度指標(biāo)難以量化，適用于定性的等級評價。而處理不同專家給出的不同定性評價結(jié)果，并希望最大可能保留全部權(quán)威專家的判斷信息，需要將所有專家給出的定性等級結(jié)果統(tǒng)計為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，即采用權(quán)威專家定性判斷與統(tǒng)計數(shù)據(jù)定量分析相結(jié)合。

1.1.4 基于全產(chǎn)業(yè)鏈的評價原則

鑒于能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈大、存在多級多種核心產(chǎn)品市場的特點，本文選擇核心產(chǎn)品的范圍設(shè)定為全產(chǎn)業(yè)鏈，不局限于產(chǎn)業(yè)終端產(chǎn)品，也是本文成熟度方法的最重要改進(jìn)部分。如：發(fā)電產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)品可能非終端產(chǎn)品“電”而是中間環(huán)節(jié)的發(fā)電裝備或發(fā)電系統(tǒng)；此外，若限定為終端產(chǎn)品，能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)的制造成熟度則是指發(fā)電效率，即設(shè)備發(fā)電的性能而非對設(shè)備的制造進(jìn)行評價，失去了制造成熟度評價的本意[4]。

1.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建與等級描述

1.2.1 基于多技術(shù)和多產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系

產(chǎn)業(yè)若涉及多種關(guān)鍵技術(shù)和核心產(chǎn)品時，成熟度評價需要明確的界定評估的對象與范疇。為了聚焦能源產(chǎn)業(yè)的評價目標(biāo)，在文獻(xiàn)[9]的基礎(chǔ)上，本文基于多技術(shù)和多產(chǎn)品構(gòu)建了能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系(圖1)，該評價體系具有多技術(shù)、多產(chǎn)品和多市場的特點。核心產(chǎn)品的確定是評價體系的基礎(chǔ)，關(guān)鍵技術(shù)的選擇首先需要立足于核心產(chǎn)品，再兼顧產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性需求，市場則是基于產(chǎn)品劃分得到分類市場。如圖1所示，評估產(chǎn)業(yè)確定了s項關(guān)鍵技術(shù)(s≥1)，n種核心產(chǎn)品(n≥1)和m類產(chǎn)品市場(m≤n)，這里m類市場由n種產(chǎn)品劃分，同一個市場的多個產(chǎn)品要求具有近似功能的競爭性產(chǎn)品。

圖1 基于多技術(shù)和多產(chǎn)品的能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系

根據(jù)評價體系的層次結(jié)構(gòu)，成熟度評價是由底層向上逐層集成實現(xiàn)的。最底層的多項技術(shù)可綜合集成得到產(chǎn)業(yè)的技術(shù)成熟度，產(chǎn)業(yè)的制造成熟度則是對全部產(chǎn)品的制造成熟度進(jìn)行集成加權(quán)；而每個市場成熟度評價內(nèi)容包括了市場環(huán)境、市場結(jié)構(gòu)、市場規(guī)模和市場競爭力四個方面；第二層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)品成熟度評價是基于第三層中產(chǎn)業(yè)的技術(shù)成熟度和制造成熟度集成實現(xiàn)的，市場成熟度則由多類市場成熟度加權(quán)集成的；最后，處于頂層的產(chǎn)業(yè)成熟度可通過產(chǎn)品成熟度和市場成熟度集成得到。

1.2.2 指標(biāo)等級描述

1) 產(chǎn)業(yè)和市場成熟度等級描述。產(chǎn)業(yè)成熟度(Industry Maturity Levels，IML)是產(chǎn)業(yè)從誕生到成熟發(fā)展過程的程度(不考慮衰退階段)，分為萌芽階段、培育階段、發(fā)展階段和成熟階段4個階段(表1)。市場成熟度(Market Maturity Levels，MML)是度量和評測商品或服務(wù)市場成熟程度的標(biāo)準(zhǔn)和尺度，量化市場發(fā)展過程的方法。本文為保證產(chǎn)業(yè)評價的易操作性，在文獻(xiàn)[9]產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將產(chǎn)業(yè)成熟度與市場成熟度均設(shè)置為四個等級階段，產(chǎn)業(yè)與市場的四個發(fā)展階段相互對應(yīng)，并且為各階段設(shè)計了語言描述的成熟度定性評級，以便專家定性評估打分和下面評價模型應(yīng)用(表1)；同時，完善了市場成熟度評價指標(biāo)體系，可根據(jù)三級指標(biāo)的具體情況評價市場成熟度，見表2。

表1 產(chǎn)業(yè)成熟度與市場成熟度等級及其描述

表2 市場成熟度評價指標(biāo)體系及指標(biāo)描述

2) 技術(shù)、制造和產(chǎn)品成熟度等級描述。技術(shù)成熟度(Technology Readiness Levels，TRL)和制造成熟度(Manufacturing Readiness Levels，MRL)等級的設(shè)計通常是在美軍國防部9級技術(shù)成熟度和10級制造成熟度框架的基礎(chǔ)上展開的[11-12]。本文為適用于能源領(lǐng)域各產(chǎn)業(yè)評價的特點，在通用性和統(tǒng)一性的原則下，對現(xiàn)有研究成果技術(shù)成熟度和制造成熟度的等級劃分與涵義進(jìn)行梳理，給出技術(shù)和制造的成熟度等級和一般性描述，見表3。產(chǎn)品成熟度(Product Readiness Levels，PRL)可以描述產(chǎn)品在技術(shù)和制造方面的綜合完善程度，每種產(chǎn)品成熟度是通過其技術(shù)和制造成熟度集成確定，其中9級技術(shù)成熟度和10級制造成熟度分屬于5個產(chǎn)品成熟度等級(表3)，而5個階段產(chǎn)品對應(yīng)4個產(chǎn)業(yè)階段(或評價等級，見表1)，其中PRL1概念產(chǎn)品和PRL 2實驗室產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)的萌芽階段(其評價等級均為不成熟)，PRL 3小規(guī)模示范產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)的培育階段(評價等級為較不成熟)，PRL 4大規(guī)?；蛑攸c工程示范產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段(評價等級為較成熟)，而PRL 5是產(chǎn)業(yè)成熟階段的產(chǎn)品，為市場上成熟產(chǎn)品或更新?lián)Q代產(chǎn)品(評價等級為成熟)。

表3 技術(shù)、制造和產(chǎn)品成熟度等級及其一般性描述

2 能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價模型

2.1 產(chǎn)業(yè)評估基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)采集

首先，確定評估產(chǎn)業(yè)的s項核心技術(shù)和n種關(guān)鍵產(chǎn)品，并根據(jù)產(chǎn)品間的競爭性關(guān)系劃分m類市場。明確評價對象后，基于表2和表3設(shè)計產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、制造和市場成熟度評價專家問卷調(diào)查表，組織本領(lǐng)域?qū)＜姨顚懻{(diào)查問卷對產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、制造和市場成熟度給出定性的權(quán)威判斷。為保證評價數(shù)據(jù)的有效性，每個產(chǎn)業(yè)評估權(quán)威專家數(shù)量不少于10人，并檢驗專家問卷評估的正確性和完整性。

2.2 產(chǎn)業(yè)成熟度評價集成理論模型

2.2.1 專家評價統(tǒng)計數(shù)據(jù)的模糊隸屬等級評分

記s項技術(shù)的成熟度隸屬等級評價矩陣RTRLs×9,這里1≤i≤9,1≤j≤k.。

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

為實現(xiàn)評價結(jié)果的加權(quán)集成，需要對多項技術(shù)、多種產(chǎn)品、市場成熟度評價指標(biāo)(3級評價指標(biāo)體系)等指標(biāo)賦予權(quán)重。本文采用層次分析方法(AHP)確定權(quán)重，例如對于s項技術(shù)，可由上述k位專家組成專家組，通過對兩兩技術(shù)間重要程度比較并采用1-9標(biāo)度方法進(jìn)行綜合打分，可得到比較打分矩陣As×s,基于矩陣A利用最大特征根法或和法等[13]可計算得到技術(shù)間指標(biāo)的權(quán)重。由于篇幅關(guān)系，具體AHP使用方法略。

2.2.3 成熟度評價的等級集成

1) 產(chǎn)業(yè)的技術(shù)成熟度等級集成。式(2)為基于多技術(shù)集成的產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度等級隸屬向量。

RTRL=wT?RTRLs×9=

根據(jù)隸屬度最大原則，產(chǎn)業(yè)的技術(shù)成熟度等級，如式(3)所示。

式中：⊙為模糊綜合評價合成算子，如取最小最大算子(∧,∨)。

2) 制造成熟度等級集成。類似的，基于多產(chǎn)品的制造成熟度等級，見式(4)。

?RMRLn×s)}，

3) 市場成熟度等級集成。第q類市場成熟度3級評價指標(biāo)的模糊等級隸屬向量，見式(5)。

則市場的成熟度評價的綜合集成等級為式(6)。

?RMML)}=

4) 產(chǎn)品成熟度等級集成。產(chǎn)品成熟度等級隸屬向量，如式(7)所示。

這里RTRL5和RMRL5是根據(jù)表3分別對技術(shù)成熟度RTRL(9級)和制造成熟度RMRL(10級)進(jìn)行產(chǎn)品5等級的隸屬合并，合并原則：根據(jù)式(2)中算子?的并運算，例如最小最大算子(∧,∨)的合并運算為取大運算。根據(jù)最大隸屬原則，產(chǎn)品成熟度等級為式(8)。

5) 產(chǎn)業(yè)成熟度等級集成。產(chǎn)業(yè)成熟度等級隸屬向量，見式(9)。

這里RPRL4是將5級產(chǎn)品成熟度RPRL的第1級和第2級等級合并后得到的，合并原則同上。則根據(jù)表1的等級分類，待評估能源產(chǎn)業(yè)的成熟度等級見式(10)。

3 結(jié) 論

本文建立的基于多技術(shù)和多產(chǎn)品的能源產(chǎn)業(yè)成熟度評價體系與理論方法，是對文獻(xiàn)[9]產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法的推廣，以適用于復(fù)雜的能源領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)情況。由于提出產(chǎn)業(yè)成熟度評價方法具有一般性，也適用于其它領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)成熟度評價。此外，本文利用模糊隸屬等級處理評估數(shù)據(jù)，可以最大程度的集成全部權(quán)威專家的評價信息，最終結(jié)果體現(xiàn)了綜合性，而產(chǎn)業(yè)的技術(shù)預(yù)見、核心產(chǎn)品識別和權(quán)威評估專家的選擇等問題直接影響產(chǎn)業(yè)成熟度評價的效果，需要進(jìn)一步深入研究。

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Theoreticalevaluationmodeloftheenergyindustrymaturitylevels

SUN Xudong1,2,ZHANG Bo1,2,GE Hongzhi3

(1.School of Management,China University of Mining & Technology (Beijing),Beijing 100083,China;2.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining,China University of Mining & Technology (Beijing),Beijing 100083,China;3.China Academy of Strategy on Aerospace Engineering Science and Technology,Beijing 100048,China)

With the development of new energy technologies,the more and more strategic emerging industries are developing rapidly in the field of energy and we need the energy industry maturity evaluation method to provide scientific decision-making support for the development of the industry.This paper applies the industry maturity evaluation method in the field of energy and constructs the energy industry maturity evaluation system from the perspective of the multiple technologies and products,and gives the levels of maturity and their evaluation standards.At last,based on the fuzzy mathematical method and the hierarchy analysis method,the paper establishes the evaluation model of the energy industry maturity levels.

industrial maturity level;energy industry;assessment method

F206

A

1004-4051(2017)10-0065-05

2017-03-20責(zé)任編輯宋菲

國家自然科學(xué)基金項目資助(編號：L1624054；L1222016)；中國工程院咨詢項目資助(編號：2016-ZD-13-04)

孫旭東(1983-)，男，博士，中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理科學(xué)與工程專業(yè)，講師，主要從事煤炭資源與宏觀政策的研究工作，E-mail：sunxudong@cumtb.edu.cn。