基于區(qū)間值直覺模糊集的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價方法

田永超,于麗英

(上海大學(xué)管理學(xué)院,上海200444)

認(rèn)識并準(zhǔn)確把握國內(nèi)外科技發(fā)展的新趨勢,以技術(shù)創(chuàng)新為引領(lǐng)開拓企業(yè)發(fā)展新境界,已經(jīng)成為企業(yè)在未來提升核心競爭力的必要選擇.企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的速度與質(zhì)量在競爭中扮演著越來越重要的角色,但企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的收益與風(fēng)險存在準(zhǔn)對稱性.每一個技術(shù)創(chuàng)新項目無論是前期的機會確認(rèn)還是后期的應(yīng)用擴散,每個過程、每個環(huán)節(jié)都有發(fā)生風(fēng)險的可能.因此,降低企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險是提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新績效的關(guān)鍵.

失效模式與影響分析(failure mode and eあect analysis,FMEA)是一種用來確定、識別和消除在系統(tǒng)、設(shè)計、過程或服務(wù)中所有潛在失效或風(fēng)險的特殊方法,其本質(zhì)就是一種檢查失效或風(fēng)險所有可能發(fā)生方式的bottom-up分析方法.在技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價中應(yīng)用FMEA方法,就是要針對每種確定的風(fēng)險(不管是已知的還是潛在的)分析其對技術(shù)創(chuàng)新過程的影響,同時評估風(fēng)險的嚴(yán)重度、發(fā)生度和檢測度進(jìn)而獲得其風(fēng)險優(yōu)先級.從這一點出發(fā),可確定是立即采取必要的預(yù)防和改進(jìn)措施還是忽略該風(fēng)險,其本質(zhì)上需要決策的是減少風(fēng)險發(fā)生的可能性還是減小風(fēng)險發(fā)生的危害.

企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新是一種持續(xù)性的活動,風(fēng)險管理需要貫穿整個過程,而FMEA是一種持續(xù)性的動態(tài)分析方法,可以對整個企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新過程中的各種風(fēng)險進(jìn)行管理,通過不斷地更新風(fēng)險管理的評估準(zhǔn)則,并采取措施,從而降低技術(shù)創(chuàng)新過程中的各種風(fēng)險.所以在企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動中應(yīng)用FMEA方法進(jìn)行風(fēng)險管理也就顯得十分必要.由于實際技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險管理問題的復(fù)雜性和多樣性,風(fēng)險管理人員很難定量地使用精確值對風(fēng)險進(jìn)行評價,實踐中常常還會用到模糊評價.三角模糊數(shù)[1-2]、梯形模糊數(shù)[3]和直覺模糊集[4]等工具和方法在技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價中的應(yīng)用都得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究,應(yīng)用場景也包括半導(dǎo)體晶圓制造[5]、醫(yī)療器械升級[6]和互聯(lián)網(wǎng)金融[7]等多個領(lǐng)域.另外,區(qū)間值直覺模糊集因其在模糊性和不確定性等方面的靈活性和實用性[8-9],在復(fù)雜決策領(lǐng)域也被廣泛關(guān)注研究.本工作構(gòu)建了基于區(qū)間值直覺模糊集的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價模型,并以D公司的座椅開發(fā)項目為例,驗證了該風(fēng)險評價模型的可行性.

1 基礎(chǔ)知識

定義1[10]若論域X上給定2個映射μ~A:X→[0,1]和ν~A:X→[0,1],使得x∈X|→μ~A(x)∈[0,1]和x∈X|→ν~A(x)∈[0,1],并且滿足條件0≤μ~A(x)+ν~A(x)≤1,則稱μ~A(x)和ν~A(x)確定了論域X上的1個直覺模糊集~A,可簡記為

式中,μ~A和ν~A分別為~A的隸屬函數(shù)和非隸屬函數(shù),μ~A(x)和ν~A(x)分別為元素x屬于~A的隸屬度和非隸屬度.另外,稱π~A(x)=1-μ~A(x)-ν~A(x)為~A中元素x的直覺模糊指標(biāo)或猶豫(hesitancy)度.它是對評價對象猶豫程度的一種度量.若直覺模糊集~A={.

定義2[11]將單位區(qū)間[0,1]上的所有閉子區(qū)間記為集合I[0,1],若論域X上給定2個區(qū)間值映射μ~A:X→I[0,1]和ν~A:X→I[0,1],使得x∈X|→μ~A(x)?[0,1]和x∈X|→ν~A(x)?[0,1],并滿足0≤sup{μ~A(x)}+sup{ν~A(x)}≤1,則稱μ~A和ν~A確定了論域X上的1個區(qū)間值直覺模糊集可簡記為

2 技術(shù)創(chuàng)新的階段劃分與風(fēng)險識別

企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新是一個系統(tǒng)行為過程,以知識創(chuàng)新為起點,以技術(shù)產(chǎn)業(yè)化為終點[12].要充分認(rèn)識技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險以及更好地進(jìn)行風(fēng)險管理,就必須對企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的階段劃分進(jìn)行深入的探討.切入的角度不同,就有不同的技術(shù)創(chuàng)新階段劃分方法.管理學(xué)界一直認(rèn)為技術(shù)創(chuàng)新是一個多階段的決策過程,本工作引入羅伯茨按決策單元劃分的技術(shù)創(chuàng)新階段模型(見圖1),將企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新過程分為6個階段,以此作為識別技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險的基礎(chǔ).

圖1 羅伯茨的技術(shù)創(chuàng)新階段模型Fig.1 Roberts’stage model of technological innovation

階段Ⅰ是確認(rèn)機會的階段,也可說成是探究市場需求的階段.成功的創(chuàng)新往往是以一個新思想產(chǎn)生為契機,這種新思想必須把市場需求和技術(shù)可行性結(jié)合起來.由于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險存在連鎖集中性,所以階段Ⅰ的風(fēng)險潛在危害性較大.市場風(fēng)險是階段Ⅰ潛在風(fēng)險的主要種類,例如客戶群不準(zhǔn)確、市場前景預(yù)測不準(zhǔn)確、新產(chǎn)品功能不確定等風(fēng)險.

階段Ⅱ是思想形成的階段.所認(rèn)識到的市場需求和技術(shù)可行性在該階段中被一個設(shè)計思想融為一體,這種思想要體現(xiàn)出以科技為基礎(chǔ)、以需求為導(dǎo)向的原則.思想形成階段的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動要求實現(xiàn)需求和技術(shù)上的統(tǒng)一,也就是要求企業(yè)不同部門對于創(chuàng)新要有統(tǒng)一的思想意識.階段Ⅱ的目標(biāo)可以借助需求功能展開等方法實現(xiàn),潛在風(fēng)險可能有開發(fā)團隊不匹配、開發(fā)策略不清晰、未識別出開發(fā)難點等.

階段Ⅲ是問題求解的階段.之前提出的一些需要解決的問題,就必須在本階段投入一定的人力、物力、財力去尋求解決方法.階段Ⅲ的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動主要依賴于企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)創(chuàng)新能力,這與企業(yè)的研發(fā)團隊規(guī)模、研發(fā)人員素質(zhì)和研發(fā)經(jīng)費支出等因素有關(guān).階段Ⅲ的潛在風(fēng)險有研發(fā)成本大、開發(fā)能力不足、技術(shù)路線有偏差等.

階段Ⅳ是問題解決的階段.問題的解決方式有發(fā)明、模仿或仿造.企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動進(jìn)入這一階段就說明主要的探索過程已經(jīng)完成,此時技術(shù)創(chuàng)新潛在風(fēng)險可能來源于技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化過程,例如某部件技術(shù)突破引起其他部件質(zhì)量問題、開發(fā)目標(biāo)轉(zhuǎn)換不足、技術(shù)創(chuàng)新成果被侵害等.

階段Ⅴ是批量生產(chǎn)的階段.在這一階段,技術(shù)創(chuàng)新的主要活動是完善批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)、降低生產(chǎn)成本以及滿足市場需求等內(nèi)容.階段Ⅴ的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險主要與企業(yè)的生產(chǎn)運營及采購活動有關(guān),潛在風(fēng)險有產(chǎn)能不足、產(chǎn)品制造工藝復(fù)雜、質(zhì)檢環(huán)節(jié)紕漏等.

階段Ⅵ是應(yīng)用擴散的階段,是決定技術(shù)創(chuàng)新商業(yè)化成功與否的關(guān)鍵階段.新技術(shù)、新產(chǎn)品在這階段首次得到應(yīng)用并向市場擴散.階段Ⅵ的技術(shù)創(chuàng)新活動更多地體現(xiàn)在市場營銷活動中.保證新產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢或主要改進(jìn)以獲得消費者的認(rèn)可是這一階段的主要目的.階段Ⅵ的潛在風(fēng)險有定價過高、售后服務(wù)差、競爭環(huán)境預(yù)估不足等.

綜上,已識別出的技術(shù)創(chuàng)新潛在風(fēng)險如表1所示.

表1 技術(shù)創(chuàng)新潛在風(fēng)險匯總Table 1 Summary of potential risks of technological innovation

3 技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價模型

本工作根據(jù)表1中的18項主要潛在風(fēng)險,參考了區(qū)間值直覺模糊集評價語言標(biāo)度[13],優(yōu)化了傳統(tǒng)FMEA分析方法的步驟,建立了一套適合技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價的模糊FMEA工作流程,如圖2所示.

圖2 模糊FMEA工作流程Fig.2 Fuzzy FMEA workflow

設(shè)識別出的潛在風(fēng)險集為X={x1,x2,···,xn},潛在風(fēng)險的嚴(yán)重度、發(fā)生度和檢測度組成的要素集為O={o1,o2,o3},要素oi(i=1,2,3)的權(quán)重為區(qū)間值直覺模糊集

式中,i=1,2,3,j=1,2,···,n.

根據(jù)式(4),可將基于區(qū)間值直覺模糊集的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價模型的求解問題看作是一個多準(zhǔn)則決策問題.本工作根據(jù)逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)思想,結(jié)合區(qū)間值直覺模糊集的性質(zhì)與特點,首先確定該模型的正負(fù)理想解,然后構(gòu)建潛在風(fēng)險的相對貼近度函數(shù),通過非線性規(guī)劃方法計算風(fēng)險優(yōu)先級,最后通過排序得到影響較大的潛在風(fēng)險.該評價模型的求解過程主要包括以下4個步驟.

步驟1 正負(fù)理想解的確定.為進(jìn)行潛在風(fēng)險之間的比較,首先選擇2個參考點,稱為區(qū)間值直覺模糊集正、負(fù)理想解,分別記為和其中x+是評價者對所有要素(嚴(yán)重度、發(fā)生度和檢測度)最消極的評價,x?是評價者對所有要素(嚴(yán)重度、發(fā)生度和檢測度)最積極的評價.

xj與x+,x?的歐幾里得距離分別為

步驟2 相對貼近度函數(shù)的構(gòu)建.根據(jù)TOPSIS思想,可以定義潛在風(fēng)險xj的相對貼近度為

變量νij的單調(diào)不增函數(shù).

步驟3 風(fēng)險優(yōu)先級的計算.易于看到,非線性規(guī)劃求解模型(8)和(9)通過減少變量數(shù)量,求解也相應(yīng)簡化.根據(jù)連續(xù)函數(shù)的性質(zhì)可以推得≤CjU,即潛在風(fēng)險xj的相對貼近度為單位區(qū)間[0,1]上的區(qū)間值[CjL,CjU].

根據(jù)定義,區(qū)間值[CjL,CjU]可以等價地表示為直覺模糊集Cj=.相較于區(qū)間值的排序,轉(zhuǎn)化后的直覺模糊集排序可以更有效地保留數(shù)據(jù)中的模糊信息.此時的Cj就可看作潛在風(fēng)險xj的風(fēng)險優(yōu)先級,下一步就是要對其進(jìn)行比較、排序.

步驟4 潛在風(fēng)險的排序.用xj≥xk(j,k=1,2,···,n)表示“潛在風(fēng)險xj不劣于xk”,用p(xj≥xk)表示“事件xj≥xk的概率”,p(xj≥xk)=p(Cj?Ck).這里將直覺模糊集Cj和Ck的包含比較概率定義為

對潛在風(fēng)險xj和xk進(jìn)行兩兩比較,可以轉(zhuǎn)換為對其相應(yīng)的直覺模糊集xj和xk包含關(guān)系的比較.通過計算得到所有潛在風(fēng)險的包含比較概率,并表示為如下的矩陣:

式中,pjk=p(Cj?Ck).潛在風(fēng)險xj(j=1,2,···,n)的優(yōu)屬度θj可表示為

顯然,θj越大,則潛在風(fēng)險xj越嚴(yán)重.根據(jù)優(yōu)屬度θj從大到小排序,可確定潛在風(fēng)險的排序.排名靠前表明該潛在風(fēng)險的影響越大,應(yīng)及時采取預(yù)防和改進(jìn)措施.

4 案例應(yīng)用

D公司是一家生產(chǎn)輕型客車、輕型卡車及特種改裝車的制造型企業(yè).本工作將基于區(qū)間值直覺模糊集的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價方法應(yīng)用于D公司的座椅開發(fā)項目,針對18項潛在風(fēng)險進(jìn)行評價,確定需要及時采取預(yù)防和改進(jìn)措施的潛在風(fēng)險.

首先,確定潛在風(fēng)險嚴(yán)重度、發(fā)生度和檢測度的權(quán)重,分別用區(qū)間值直覺模糊集表示為<[0.1,0.4],[0.2,0.55]>,<[0.2,0.5],[0.15,0.45]>,<[0.25,0.6],[0.15,0.38]>.權(quán)重值在一定程度上反映了模糊FMEA管理團隊的風(fēng)險承受能力和風(fēng)險偏好程度.

接著,對識別出的18項潛在風(fēng)險的嚴(yán)重度、發(fā)生度和檢測度進(jìn)行分析與模糊評分.管理團隊參考模糊語言標(biāo)度(見表2),根據(jù)自己的直觀判斷給每一要素的隸屬度和非隸屬度確定一個區(qū)間值.相較于語言變量評價,使用區(qū)間值評價更能充分表達(dá)評價者態(tài)度的復(fù)雜性與不確定性.經(jīng)過統(tǒng)計處理后,可以得到模糊FMEA風(fēng)險評價模型的決策矩陣,如表3所示.

表2 語言變量與區(qū)間值直覺模糊集轉(zhuǎn)換參照表Table 2 Conversion reference between language variablesand interval value intuitionistic fuzzy set

表3 各潛在風(fēng)險的模糊評價值Table 3 Fuzzy evaluation values of the potential risks

最后,利用本工作所提出的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價模型進(jìn)行求解:①確定模型的正負(fù)理想解;②構(gòu)建相對貼近度函數(shù);③計算風(fēng)險優(yōu)先級;④潛在風(fēng)險排序.得到的各潛在風(fēng)險的評價結(jié)果如表4所示.

表4 各潛在風(fēng)險評價結(jié)果匯總Table 4 Summary of the potential risk assessment results

通過比較,可以確定風(fēng)險優(yōu)先級排名前5位的是xC-02>xD-02>xB-03>xA-02>xB-01.對于這些排名靠前的潛在風(fēng)險,要引起足夠的重視.因為這些潛在風(fēng)險可能是整個座椅開發(fā)項目中最需要進(jìn)行預(yù)防和改善的.對于那些排名靠后的潛在風(fēng)險可以暫時不采取預(yù)防和改善措施,但要進(jìn)行記錄和監(jiān)控,以防情況有變可以及時采取行動.

5 結(jié)束語

區(qū)間值直覺模糊集能更確切反映人們主觀的、模糊性的偏好信息,在評價中也更加靈活與實用.本工作基于區(qū)間值直覺模糊集構(gòu)建了應(yīng)用于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價的模糊FMEA方法.該方法充分考慮了管理者在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險評價時的猶豫態(tài)度,保留了決策信息中的不確定性成分,使評價結(jié)果更加真實可靠.同時,該方法將基于TOPSIS的非線性規(guī)劃求解模型應(yīng)用其中,簡化了計算過程,增強了該方法的可操作性.最后的案例應(yīng)用充分體現(xiàn)了該方法計算簡便、決策準(zhǔn)確的特點,也為其今后的實際推廣進(jìn)行了有益嘗試.