孫旭東，張 博，葛宏志

(1.中國礦業(yè)大學(北京)管理學院，北京 100083；2.中國礦業(yè)大學(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(北京)管理學院，北京100083；2.中國礦業(yè)大學(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)

隨著能源新技術的發(fā)展，能源領域新興產業(yè)不斷涌現，需建立能源產業(yè)成熟度評價方法為產業(yè)的健康發(fā)展提供科學決策支撐。本文將產業(yè)成熟度評價方法應用在能源領域，從多技術和多產品角度構建了能源產業(yè)成熟度評價體系，給出了成熟度等級及其評價標準，并基于模糊數學方法和層次分析法建立了能源產業(yè)成熟度評價模型。

產業(yè)成熟度;能源產業(yè);評價方法

0 引言

隨著能源消耗產生的環(huán)境問題日益突出，能源新技術及其新興產業(yè)成為全球關注的焦點，清潔、高效和安全的能源新技術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)展能源新興產業(yè)成為當前世界各國解決環(huán)境問題的國家戰(zhàn)略，也是未來國際競爭的重要領域。

成熟度評價是一種分級評價方法，可實現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域的技術成熟度進行了評價[1]，可有效規(guī)避航天設備的技術風險[2]。隨后，成熟度評價被國內學者推廣應用，如：航天設備的制造成熟度[3]、產品成熟度[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。產業(yè)成熟度(IML)評價最早出現在2015年我國工程院的戰(zhàn)略性新興產業(yè)戰(zhàn)略課題研究中[8]，而產業(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、產品、制造和市場等方面產業(yè)發(fā)展的成熟程度?；诋a業(yè)成熟度評價方法，可以實現對新興產業(yè)發(fā)展過程的準確評估、對產業(yè)發(fā)展方向和戰(zhàn)略政策決策具有重要的科學支撐作用。隨著能源新技術迅速發(fā)展，能源產業(yè)涉及的能源和技術種類繁多，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(風能、太熱能、地熱能、生物質能等)等新能源；能源新技術則涵蓋了發(fā)電技術(燃煤發(fā)電、核能發(fā)電、風能發(fā)電，太熱能光伏發(fā)電等)、能源轉化技術(煤化工、生物質轉化技術等)及智能電網和儲能裝備等電傳輸存儲技術[10]。此外，能源領域產業(yè)的核心制造可能分布在生產鏈多個環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)工業(yè)相比，分析能源領域產業(yè)的制造、產品和市場的情況將更加復雜，因此，需要針對能源產業(yè)特點對產業(yè)成熟度評價方法進行推廣和改進。本文將在文獻[9]產業(yè)成熟度評價方法的基礎上，建立基于多技術和多產品的能源產業(yè)成熟度評價體系與模糊評價理論模型。

1 能源領域產業(yè)成熟度評價體系

1.1 產業(yè)成熟度評價原則

1.1.1 科學性與統(tǒng)一性

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

1.1.2 戰(zhàn)略性與權威性

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

1.1.3 定性與定量分析相結合

產業(yè)成熟度指標難以量化，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果，并希望最大可能保留全部權威專家的判斷信息，需要將所有專家給出的定性等級結果統(tǒng)計為基礎數據進行定量分析，即采用權威專家定性判斷與統(tǒng)計數據定量分析相結合。

1.1.4 基于全產業(yè)鏈的評價原則

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

1.2 評價指標體系構建與等級描述

1.2.1 基于多技術和多產品的產業(yè)成熟度評價體系

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

圖1 基于多技術和多產品的能源領域產業(yè)成熟度評價體系

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

1.2.2 指標等級描述

1) 產業(yè)和市場成熟度等級描述。產業(yè)成熟度(Industry Maturity Levels，IML)是產業(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市場成熟程度的標準和尺度，量化市場發(fā)展過程的方法。本文為保證產業(yè)評價的易操作性，在文獻[9]產業(yè)成熟度評價體系的基礎上進行了改進，將產業(yè)成熟度與市場成熟度均設置為四個等級階段，產業(yè)與市場的四個發(fā)展階段相互對應，并且為各階段設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用(表1)；同時，完善了市場成熟度評價指標體系，可根據三級指標的具體情況評價市場成熟度，見表2。

表1 產業(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體系及指標描述

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

表3 技術、制造和產品成熟度等級及其一般性描述

2 能源產業(yè)成熟度評價模型

2.1 產業(yè)評估基礎與數據采集

首先，確定評估產業(yè)的s項核心技術和n種關鍵產品，并根據產品間的競爭性關系劃分m類市場。明確評價對象后，基于表2和表3設計產業(yè)的技術、制造和市場成熟度評價專家問卷調查表，組織本領域專家填寫調查問卷對產業(yè)的技術、制造和市場成熟度給出定性的權威判斷。為保證評價數據的有效性，每個產業(yè)評估權威專家數量不少于10人，并檢驗專家問卷評估的正確性和完整性。

2.2 產業(yè)成熟度評價集成理論模型

2.2.1 專家評價統(tǒng)計數據的模糊隸屬等級評分

記s項技術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 指標權重的確定

為實現評價結果的加權集成，需要對多項技術、多種產品、市場成熟度評價指標(3級評價指標體系)等指標賦予權重。本文采用層次分析方法(AHP)確定權重，例如對于s項技術，可由上述k位專家組成專家組，通過對兩兩技術間重要程度比較并采用1-9標度方法進行綜合打分，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]可計算得到技術間指標的權重。由于篇幅關系，具體AHP使用方法略。

2.2.3 成熟度評價的等級集成

1) 產業(yè)的技術成熟度等級集成。式(2)為基于多技術集成的產業(yè)技術成熟度等級隸屬向量。

RTRL=wT?RTRLs×9=

根據隸屬度最大原則，產業(yè)的技術成熟度等級，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) 產品成熟度等級集成。產品成熟度等級隸屬向量，如式(7)所示。

這里RTRL5和RMRL5是根據表3分別對技術成熟度RTRL(9級)和制造成熟度RMRL(10級)進行產品5等級的隸屬合并，合并原則：根據式(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。根據最大隸屬原則，產品成熟度等級為式(8)。

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

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

3 結 論

本文建立的基于多技術和多產品的能源產業(yè)成熟度評價體系與理論方法，是對文獻[9]產業(yè)成熟度評價方法的推廣，以適用于復雜的能源領域產業(yè)情況。由于提出產業(yè)成熟度評價方法具有一般性，也適用于其它領域的產業(yè)成熟度評價。此外，本文利用模糊隸屬等級處理評估數據，可以最大程度的集成全部權威專家的評價信息，最終結果體現了綜合性，而產業(yè)的技術預見、核心產品識別和權威評估專家的選擇等問題直接影響產業(yè)成熟度評價的效果，需要進一步深入研究。

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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責任編輯宋菲

國家自然科學基金項目資助(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(北京)管理科學與工程專業(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。