劉 源

(鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450015)

汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，隨著汽車保有量呈快速上升趨勢(shì)，汽車給環(huán)境帶來(lái)的污染也日益嚴(yán)重，節(jié)能減排，走可持續(xù)發(fā)展道路已成為社會(huì)各界的共識(shí)。如何使傳統(tǒng)汽車向綠色汽車過渡是一個(gè)亟待解決的問題。

綠色度是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綠色性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，是產(chǎn)品對(duì)環(huán)境綠色度的量化值[1]。電動(dòng)汽車綠色度評(píng)價(jià)包括了環(huán)境屬性、資源屬性、能源屬性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)屬性、技術(shù)屬性等指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，是一個(gè)多目標(biāo)、多層次的評(píng)價(jià)。通過研究汽車綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并給出定量的評(píng)價(jià)方法，確定影響產(chǎn)品綠色度的關(guān)鍵因素，這對(duì)改進(jìn)和優(yōu)化汽車的綠色設(shè)計(jì)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。對(duì)于多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可采用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法或二者相結(jié)合的方法來(lái)評(píng)價(jià)。尹望吾等[2]采用層次分析法計(jì)算權(quán)重并利用回歸算法制定權(quán)重分配策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝備制造業(yè)的綠色度評(píng)價(jià)。王躍進(jìn)等[3]采用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的綠色度評(píng)價(jià)。汪驥等[4]采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶建造過程的整體綠色度評(píng)價(jià)，為船舶產(chǎn)品整個(gè)生命周期的綠色度評(píng)價(jià)提供了方法。

但是傳統(tǒng)的層次分析法在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，兩兩比較的取值為一個(gè)具體數(shù)值[5]，不能準(zhǔn)確描述專家判斷的模糊性。而可拓層次分析法用可拓區(qū)間代替具體數(shù)值，能更加準(zhǔn)確地表達(dá)專家在指標(biāo)評(píng)價(jià)中的主觀判斷模糊性，使得權(quán)重排序更加合理。

1 汽車綠色度評(píng)價(jià)體系建立

汽車綠色度評(píng)價(jià)是面向原材料、生產(chǎn)制造、包裝運(yùn)輸、使用維護(hù)和報(bào)廢回收等整個(gè)產(chǎn)品生命周期的評(píng)價(jià)[6]，其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅要有環(huán)境方面的指標(biāo)，也要有傳統(tǒng)的產(chǎn)品評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，建立一套合理、全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是對(duì)汽車綠色度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

汽車綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由汽車的基本屬性組成，包括環(huán)境屬性指標(biāo)、資源屬性指標(biāo)、能源屬性指標(biāo)、技術(shù)屬性指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)5個(gè)大的方面[7－8]。每個(gè)屬性指標(biāo)又由一些指標(biāo)組成，形成了不同層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而可全面綜合地評(píng)價(jià)產(chǎn)品的綠色度。

為了使得評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有可比性和可操作性，在指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)綜合考慮其科學(xué)性、目的性、完整性。圖1所示為汽車綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本構(gòu)成。

技術(shù)屬性指標(biāo)是傳統(tǒng)的汽車評(píng)價(jià)指標(biāo)，是考察汽車是否達(dá)到預(yù)定使用功能的指標(biāo)。技術(shù)屬性指標(biāo)的考察主要包括動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性和平順性等。

環(huán)境屬性指標(biāo)是綠色性汽車不同于傳統(tǒng)汽車的重要特征之一，也是汽車綠色度評(píng)價(jià)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。汽車在使用過程中的尾氣排放、噪聲以及燃油、潤(rùn)滑系統(tǒng)在維護(hù)過程中的含油污水排放都會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，對(duì)汽車環(huán)境屬性指標(biāo)的考察主要是指整個(gè)生命周期內(nèi)與環(huán)境有關(guān)的指標(biāo)，包括大氣污染、噪聲污染和水油污染等方面的內(nèi)容。

圖1 汽車綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

資源包括產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段中使用的材料資源、設(shè)備資源、信息資源和人力資源，是產(chǎn)品生產(chǎn)和使用所必需的基本條件。汽車產(chǎn)品對(duì)環(huán)境影響最直接、最重要的是材料資源，對(duì)汽車資源屬性指標(biāo)的考察主要包括材料利用率和廢舊材料回收率。

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，節(jié)約和充分利用能源是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的必然要求，能源利用率高，也就節(jié)約了資源，減少對(duì)環(huán)境的污染。汽車在生產(chǎn)、使用和回收中都要消耗掉大量的能源，因此要盡量使用清潔能源和再生能源，并采用合理的生產(chǎn)工藝，以提高對(duì)資源的利用率。對(duì)汽車能源屬性指標(biāo)的考察主要包括能源類型、能源利用率和能源消耗量。

提高經(jīng)濟(jì)效益是制造生產(chǎn)企業(yè)追求的最重要目標(biāo)之一。以往衡量產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)大多只考慮設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本以及運(yùn)輸費(fèi)用、儲(chǔ)存費(fèi)用等附加成本，很少考慮因工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所造成的環(huán)境污染而導(dǎo)致的社會(huì)費(fèi)用，也很少或不考慮產(chǎn)品達(dá)到生命周期后的拆卸、回收和處理處置費(fèi)用對(duì)產(chǎn)品總體經(jīng)濟(jì)性的影響。對(duì)汽車綠色度評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)的考察必須考慮治污和回收對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響。經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)主要由生產(chǎn)成本、使用成本和治污成本組成。

2 可拓層次分析法

2.1 構(gòu)造可拓判斷矩陣

SAATY提出的互反性1－9標(biāo)度法可作為可拓區(qū)間層次分析法的標(biāo)量化方法[9]。在某一準(zhǔn)則下，專家對(duì)隸屬于同一層次的各元素之間的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較，建立正互反一致性矩陣Ak=[aij]n×n，i，j=1，2，…，n，其中aij=＜aij，a+ij＞是一個(gè)可拓區(qū)間數(shù)，aij，a+ij分別為判斷矩陣第i行j列可拓區(qū)間元素的上、下端點(diǎn)。為了把可拓判斷矩陣中的每個(gè)元素定量化，將可拓區(qū)間的中值取值為層次分析法中1－9標(biāo)度法取值的整數(shù)值。

2.2 綜合可拓區(qū)間數(shù)判斷矩陣和權(quán)重向量

由可拓區(qū)間數(shù)aij=＜aij，a+ij＞可得可拓區(qū)間數(shù)判斷矩陣A=＜A－，A+＞，其中A－為區(qū)間下端點(diǎn)構(gòu)成的矩陣，A+為區(qū)間上端點(diǎn)構(gòu)成的矩陣。求其滿足一致性條件的權(quán)重向量步驟如下。

a.求A－，A+的最大特征值所對(duì)應(yīng)的具有正分量的歸一化特征向量x－，x+。

由A－=[aij]n×n，A+=[a+ij]n×n，計(jì)算k和m的值，可得

式中k和m分別為滿足0＜kx－≤mx+的全體正實(shí)數(shù)。

判斷矩陣的一致性。若0≤k≤1≤m，則說明可拓區(qū)間判斷矩陣的一致性較好。

b.求可拓區(qū)間數(shù)權(quán)重向量。

2.3 層次單層排序

設(shè)Si=＜S－i，S+i＞，Sj=＜S－j，S+j＞，如果D(Si－，Si+)≥0(i≠j)表示 Si－≥Sj+的可能性程度，則

式中Pi表示某層上第i個(gè)因素對(duì)上一層次上的某個(gè)因素的單層排序，經(jīng)歸一化處理后，得到P=(P1，P2，…，Pn)T表示某層上各因素對(duì)上一層次上的某個(gè)因素的單層排序權(quán)重向量;S－i，S+i，S－j，S+j表示兩個(gè)單層權(quán)重向量可拓區(qū)間數(shù)的上、下端點(diǎn)。

2.4 層次總排序

在求出所有Pkl=(P1kl，P2kl，…，Pknkl)T以后，其中 k 為第 k 層，l為第 l個(gè)因素。當(dāng) l=1，2，…，nk－1時(shí)，得到 nk× nk－1階的矩陣，即

3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

3.1 單因素模糊綜合評(píng)價(jià)

構(gòu)建因素集。將各種評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的集合稱為因素集，由n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的因素集記為U={U1，U2，…，Un}。

建立評(píng)語(yǔ)體系 V={v1，v2，v3，v4，v5}，來(lái)表征評(píng)價(jià)指標(biāo)的綠色度水平。

a.求評(píng)語(yǔ)隸屬度的矩陣。

對(duì)于隸屬度計(jì)算采用專家打分法(菲爾德法)，隸屬度rij等于評(píng)價(jià)因素Ui被評(píng)為評(píng)語(yǔ)Vj的次數(shù)除以有效的咨詢次數(shù)，得到評(píng)語(yǔ)隸屬度矩陣為

b.建立單因素綜合評(píng)價(jià)模型。

計(jì)算權(quán)重向量。由可拓層次分析法求得權(quán)重向量W。

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)概念，若已知下層n個(gè)因素的隸屬度向量分別為 R1，R2，…，Rn，以及權(quán)重分配向量 Wk=(W1，W2，…，Wn)，則可以根據(jù)式(7)計(jì)算上一層因素綜合評(píng)價(jià)結(jié)果B。

最后，根據(jù)最大隸屬度原理可得到評(píng)價(jià)指標(biāo)影響程度排序值。

3.2 模糊綜合評(píng)判

汽車綠色度評(píng)價(jià)體系是一個(gè)多層次的評(píng)價(jià)體系，因此模糊評(píng)價(jià)也分為多個(gè)層次，即需要進(jìn)行二級(jí)模糊評(píng)價(jià)、三級(jí)模糊評(píng)價(jià)等。

二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型為

式中:Wi為第i因素的單層排序權(quán)重向量，Wi=(wi1，wi2，…，wik);Bi為第 i因素的一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果;M為各因素之間的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

對(duì)于最終的評(píng)價(jià)結(jié)果可用量化分值來(lái)表示，將評(píng)價(jià)集 V={很差，差，一般，較好，很好}賦予分值，即 V={0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，則各級(jí)指標(biāo)的綠色度綜合評(píng)價(jià)得分為:

得分越高表示綠色度評(píng)價(jià)結(jié)果越好。

4 某汽車產(chǎn)品綠色度綜合評(píng)價(jià)分析

利用模糊可拓層次分析法對(duì)某以汽油為燃料的小排量汽車進(jìn)行綠色度綜合評(píng)價(jià)。汽車是一種復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，要進(jìn)行綠色度評(píng)價(jià)，首先就要確定一個(gè)能科學(xué)、客觀且盡可能全面反映對(duì)象目標(biāo)特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。前文給出了汽車綠色度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(如圖1所示)。

4.1 確定各指標(biāo)權(quán)重

邀請(qǐng)一組專家對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)給出等級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)過程中，專家組按照1－9標(biāo)度法原則兩兩構(gòu)造各級(jí)可拓區(qū)間數(shù)判斷矩陣。準(zhǔn)則層各屬性對(duì)目標(biāo)層的重要度及權(quán)重見表1。

根據(jù)表1求A－，A+的最大特征值所對(duì)應(yīng)的、具有正分量的歸一化特征向量，即

然后，根據(jù)式(1)和式(2)分別求出k=0.919，m=1.041。由計(jì)算結(jié)果可知k＜m，說明矩陣一致性較好。

表1 準(zhǔn)則層各屬性對(duì)目標(biāo)層的重要度及權(quán)重

由式(3)求出滿足一致性條件的可拓區(qū)間數(shù)權(quán)重向量，為

根據(jù)式(4)求出5項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)層的單層排序，為

經(jīng)歸一化處理后，可得準(zhǔn)則層技術(shù)、環(huán)境、能源、資源性、經(jīng)濟(jì)5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重向量為

P=(0.220，0.325，0.261，0.165，0.029)T

按照單層排序確定權(quán)重的方法，分別計(jì)算環(huán)境屬性指標(biāo)、資源屬性指標(biāo)、能源屬性指標(biāo)、技術(shù)屬性指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量，結(jié)果見表2。

4.2 計(jì)算隸屬度

邀請(qǐng)專家對(duì)指標(biāo)層的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，將評(píng)價(jià)結(jié)果經(jīng)歸一化處理后可得到各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)隸屬度向量，再由各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)隸屬度向量構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣，結(jié)果見表2。

4.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

以技術(shù)屬性指標(biāo)為例，技術(shù)屬性指標(biāo)的3項(xiàng)子指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣為:

3項(xiàng)子指標(biāo)相對(duì)于技術(shù)屬性指標(biāo)的權(quán)重為W1=(w11，w12，w13)=(0.335，0.350，0.315)。

根據(jù)式(7)計(jì)算得到技術(shù)屬性指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果 B1=(0.0000，0.0063，0.3177，0.5041，0.1484)。

表2 各屬性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及隸屬度

依次類推，可得到環(huán)境屬性指標(biāo)、能源屬性指標(biāo)、資源屬性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為

根據(jù)式(8)計(jì)算得

綠色度評(píng)分值G=66.18。一般來(lái)說，可將綠色度分值高于60分的產(chǎn)品稱為綠色產(chǎn)品。

進(jìn)一步分析各個(gè)屬性指標(biāo)的綠色度，技術(shù)屬性指標(biāo)的綠色度評(píng)分值G1=74.48，說明燃油汽車具有良好的動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性和平順性，能夠較好地滿足汽車使用要求。環(huán)境屬性指標(biāo)綠色度評(píng)分值G2=62.63，稍低于汽車整體綠色度分值，說明汽車在行駛過程中排放的尾氣、噪聲以及保養(yǎng)維修時(shí)排放的廢油、廢水對(duì)環(huán)境造成了污染，而作為主要污染源的汽車尾氣卻達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，因此總體來(lái)說燃油汽車的環(huán)境屬性指標(biāo)較好。能源屬性指標(biāo)綠色度評(píng)分值G3=59.66，說明燃油汽車綠色度較低。隨著石油資源日益緊張，可以通過使用新型清潔能源、提高能源利用率等途徑來(lái)提高汽車綠色度。資源屬性指標(biāo)綠色度評(píng)分值G4=65.38，說明汽車生產(chǎn)時(shí)的材料利用率和報(bào)廢時(shí)的材料回收率較高。經(jīng)濟(jì)屬性綠色度評(píng)分值G5=72.85，說明燃油汽車對(duì)于生產(chǎn)廠家、用戶和回收企業(yè)的成本都較低，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的模糊可拓層次評(píng)價(jià)方法是在以往研究的模糊層次分析法的基礎(chǔ)上，引入了可拓理論，將專家的判斷由一個(gè)具體數(shù)值擴(kuò)展為一個(gè)區(qū)間，更加準(zhǔn)確地描述了專家經(jīng)驗(yàn)判斷的模糊性特點(diǎn)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)可信。

研究表明，傳統(tǒng)燃油汽車面臨著石油資源匱乏、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，影響著汽車綠色度水平的進(jìn)一步提高。未來(lái)汽車綠色度提高的途徑應(yīng)重點(diǎn)放在清潔能源的使用以及提高燃料利用率等方面。

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