王營茹，陸 陽

武漢工程大學化學與環(huán)境工程學院, 湖北 武漢430074

0 引 言

銅冶煉行業(yè)是國民經濟中的基礎性行業(yè)，特別是我國正處于工業(yè)化階段，對銅的需求保持高速增長，銅冶煉行業(yè)在國民經濟中的地位將不斷提高.銅冶煉行業(yè)歷來是重污染行業(yè)，冶煉企業(yè)一般裝備水平較低，生產工藝落后，原料的轉化率和產品產出率均較低.直觀的表現(xiàn)就是消耗高、損耗大、廢棄物多[1].清潔生產是以綜合預防為目的，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是實現(xiàn)經濟和環(huán)境協(xié)調發(fā)展的一項重要措施.研究一套系統(tǒng)的、具有科學性、激勵性、符合我國先進環(huán)境管理水平的簡單易行的銅冶煉行業(yè)的清潔生產評價指標體系，可指導銅冶煉生產企業(yè)推行清潔生產，對推動我國銅冶煉行業(yè)清潔生產具有一定的現(xiàn)實意義.在構建指標體系中，清潔生產評價指標的權重值反映了該指標在整個清潔生產評價指標體系中所占的比重，其確定原則是根據該項指標對銅冶煉生產企業(yè)清潔生產實際效益與水平影響程度的大小，以及實施的難易程度.確定指標的權重值，可以反映該指標的重要程度，以及該指標對總目標的貢獻大小.在實際清潔生產評價應用中，通常根據企業(yè)清潔生產特征從指標體系中選取一些最能反映清潔生產屬性的指標，以構建清潔生產評價指標體系[2-3].

1 分析方法

權重值的確定方法很多，如：專家咨詢法、主成分分析法和層次分析法.本研究采用層次分析法(AHP法)對銅冶煉行業(yè)清潔生產各項指標進行權重分析.

1.1 層次分析法概念

美國運籌學家A.L.Saaty于20世紀70年代提出的層次分析法(Analytic hierarchy process，簡稱AHP方法)，是一種定性與定量相結合的決策分析方法.它是一種將決策者對復雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化的過程.將一個復雜問題轉化為有條理的有序層次，一個遞階層次圖能夠直觀地反映系統(tǒng)內部因素之間各子系統(tǒng)的分解情況，然后再逐級地進行綜合[4].它是將目標問題作為一個系統(tǒng)，建立各問題所包含的因素相互獨立又能反映系統(tǒng)整體的層次結構，對各因素的重要性進行兩兩比較，直到最后形成單一的最高層次因素[5].

1.2 層次分析法特點

層次分析法能夠將定量分析和定性分析相結合具有系統(tǒng)性和綜合性，還充分考慮了指標的相對重要性.該方法簡潔實用，所需定量數(shù)據少，準確度高，結果容易被決策者了解和掌握.

2 層次分析法步驟

層次分析法適用于確定各個評價指標權重值，具體步驟如下.

2.1 評價指標重要性標度

假設事件U有n個因素：u1，u2，…，ui，…，un，其中ui表示因素i的重要性，而ui/uj則表示因素i相對于因素j重要的倍數(shù).這個倍數(shù)用aij表示，則可得到如表1矩陣A.

表1 矩陣A

根據各指標重要標度構建權重判斷矩陣.判斷矩陣是表示本層所有因素針對上層某一個因素的相對重要性的比較.判斷矩陣的元素aij用Santy的1～9標度方法給出[6]，見表2.

表2 判斷矩陣元素aij的標度方法

為表征方便，將各評價指標以下列代號來表示：

A為資源與能源消耗指標.A1：銅精礦耗量；A2：石英石耗量；A3：新水耗量；A4：天然氣耗量；A5：煤耗量；A6：重油耗量；A7：綜合能耗.

B為污染物產生指標.B1：廢水；B2：廢氣；B3：廢渣.

C為資源綜合利用指標.C1：粗銅單位產品綜合耗能(拆標煤)；C2：粗銅冶煉回收率；C3：單位產品新水耗量.

D為產品特征指標.D1：陰極銅；D2：硫酸；D3：硫酸鎳.

E為生產技術特征指標.E1：主體冶煉工藝；E2：制酸工藝；E3：生產規(guī)模.

F為環(huán)境管理與勞動安全衛(wèi)生指標.F1：環(huán)境法律法規(guī)標準；F2：組織機構；F3：環(huán)境審核；F4：原料用量及質量；F5：生產設備的使用、維護、檢修管理制度；F6：生產工藝用水、電、氣管理；F7：環(huán)保設施管理；F8：污染源監(jiān)測系統(tǒng)；F9：相關方環(huán)境管理.

2.2 確定權重步驟

2.2.1 構建判斷矩陣 依據層次分析法，一級評價指標的重要性標度如表3所示.以某冶煉廠2012年的實際生產指標計算得出一級評價指標的重要性標度.

表3 一級評價指標的重要性標度

相應的判斷矩陣A為：

2.2.2 計算重要性排序 根據判斷矩陣，求出其最大特征根λmax所對應的特征向量W，則AW=λmaxW.所求特征向量W經歸一化，即為各評價因素的重要性排序，得到的行向量就是權重向量[7].

2.2.3 判斷矩陣一次性的檢驗 以上得到的權重向量是否合理，是否滿足傳遞性和一致性，還需要對判斷矩陣進行一致性檢驗.檢驗的幾個指標如下：

CI=0，有完全的一致性

CI接近于0，有滿意的一致性

CI越大，不一致越嚴重

CI為衡量 的大小，引入隨機一致性指標RI，如表4.

表4 隨機一次性指標RI

2.3 層次分析法的Excel計算示例

在Excel表格B3:G8中輸入表2判斷矩陣的數(shù)據.

a.計算判斷矩陣每行元素的乘積Mi.

在單元格J3中輸入“=B*C*D*E*F*G”，按住填充柄拖動到J8，完成Mi的計算.

c.權重的計算

在單元格L3中輸入“=K3/$K$10”，按住填充柄拖動到L8，完成各指標權重系數(shù)的計算.

d.判斷矩陣最大特征值λmax的計算.

選中單元格區(qū)域B10:B15，在編輯欄中輸入=“MMULT(B3:G8,L3:L8)”，先按“F2”鍵，再同時按“Ctrl+Shift+Enter”鍵.在單元格C10中，輸入“=B10/L3/6” 按住填充柄拖動到C15.在單元格E10中，輸入“=SUM(C10:C15)”，完成λmax的計算.

e.一致性檢驗.

在單元格E11中，輸入“(E10-6)/(6-1)”，得CI=0.0204.查表，n=6時RI=1.24，CR=CI/RI=0.034/1.24=0.0274<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證[8].(全部計算過程見圖1).則一級指標權重值如表5.

圖1 計算過程

表5 一級指標權重值

2.4 二級指標權重系數(shù)的研究

a. A資源與能源消耗指標.采用層次分析法對該一級指標下的7個二級指標進行分析，重要性標度如表6所示.

利用Excel計算權重，如圖2所示.

表6 二級指標A的重要性標度

CR=CI/RI=0.044 8/1.32=0.033 9<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標相對權重系數(shù)如表7所示.

表7 二級指標A的相對權重系數(shù)

b.B污染物產生指標.采用層次分析法對該一級指標下的3個二級指標進行分析，重要性標度如表8所示.

利用Excel計算權重，如圖3所示.

表8 二級指標B的重要性標度

圖3 二級指標B的計算過程

CR=CI/RI=0.004 6/0.58=0.007 9<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標相對權重系數(shù)如表9所示.

表9 二級指標B的相對權重系數(shù)

c. C資源綜合利用指標.采用層次分析法對該一級指標下的3個二級指標進行分析，重要性標度如表10所示.

利用Excel計算權重，如圖4所示.

表10 二級指標C的重要性標度

圖4 二級指標C的計算過程

CR=CI/RI=0.042 9/0.58=0.073 9<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標相對權重系數(shù)如表11所示.

表11 二級指標C的相對權重系數(shù)

d. D產品特征指標采用層次分析法對該一級指標下的3個二級指標進行分析，重要性標度如表12所示.

利用Excel計算權重，如圖5.

表12 二級指標D的重要性標度

圖5 二級指標D的計算過程

CR=CI/RI=0.047/0.58=0.081<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標相對權重系數(shù)如表13所示.

表13 二級指標D的相對權重系數(shù)

e. E生產技術特征指標.

采用層次分析法對該一級指標下的3個二級指標進行分析，重要性標度如表14所示.

表14 二級指標E的重要性標度

利用Excel計算權重，如圖6所示.

圖6 二級指標E的計算過程

CR=CI/RI=0.026 81/0.58=0.046 22<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標相對權重系數(shù)如表15所示.

表15 二級指標E的相對權重系數(shù)

f. F環(huán)境管理與勞動安全衛(wèi)生指標

采用層次分析法對該一級指標下的9個二級指標進行分析，重要性標度如表16所示.

利用Excel計算權重，如圖7所示.

表16 二級指標F的重要性標度

圖7 二級指標F的計算過程

CR=CI/RI= 0.131 71/1.45= 0.090 83<0.10，表明該判斷矩陣具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

計算得到二級指標相對權重系數(shù)如表17所示.

2.5 最終確定權重值

整個指標體系由一級指標和二級指標構成，每個一級指標又包含若干二級指標.按照上述方法，已經計算了6個一級指標的權重值，并分析了其判斷矩陣的一致性水平.用同樣的方法可以分別計算每個一級指標其下屬的二級指標的權重，并分別分析二級指標判斷矩陣的一致性水平.

假設第i個一級指標的權重等于ai，該指標下第j個二級指標相對于該一級指標下的其他二級指標的權重為bj，那么，該二級指標的總權重則等于ai×bj[9].如表18所示.

表17 二級指標F的相對權重系數(shù)

表18 最終確定得到的權重系數(shù)

為了驗證總權重計算結果是否也具有滿意的一致性，需要計算總隨機一致性指標，該指標的計算公式為：

其中：ai:第i個一級指標的權重；

CIi:第i個一級指標的一致性指標值；

RIi:第i個一級指標的平均隨機一致性指標值.

由計算結果可知，CR值等于0.040 37，該值小于0.1，因此最終權重計算的結果具有滿意的一致性，通過一致性驗證.

3 結 語

根據表18可以看出銅精礦耗量指標的最終權重值相對于其他各項指標的最終權重值是最高的，符合中央“十一五”規(guī)劃目標中倡導的“節(jié)能降耗”；同時，廢水與廢氣指標的最終權重值也相對較高，說明該廠圍繞“減污”的目的，改進工藝，完善管理，為取得更高清潔生產水平奠定了基礎.

致 謝

非常感謝張建華工程師提供的數(shù)據資料以及在本論文的撰寫過程給予的幫助和指導.

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