季　杰,　劉志峰,　黃海鴻,　許澤瑩,　薛雅瓊

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽 合肥　230009)

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基于RFID技術(shù)的廢舊家電質(zhì)量評估

季杰,劉志峰,黃海鴻,許澤瑩,薛雅瓊

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,安徽 合肥230009)

摘要:針對目前廢舊家電回收市場混亂、資源再利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等現(xiàn)狀,文章提出了基于RFID(radio frequency identification)技術(shù)的廢舊家電產(chǎn)品回收模式。假設(shè)產(chǎn)品在出廠時便含有RFID標(biāo)簽,之后生命周期中的各個階段都將錄入RFID信息,回收時根據(jù)RFID信息基礎(chǔ)對廢舊家電進(jìn)行質(zhì)量評估。首先利用RFID技術(shù)所記錄的產(chǎn)品使用信息結(jié)合人工檢測信息,建立廢舊家電質(zhì)量評價(jià)模型;再利用層次分析法求得各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重大小,運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法對模型進(jìn)行求解;最后計(jì)算綜合評價(jià)結(jié)果,根據(jù)評價(jià)結(jié)果對廢舊家電產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評估。

關(guān)鍵詞:RFID技術(shù);廢舊家電;回收;模糊綜合評價(jià)法

如今越來越多的家電產(chǎn)品進(jìn)入報(bào)廢的高峰期[1]。歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)通過制定相關(guān)的法律法規(guī),形成了較完整的廢舊家電回收體系[2-3],并且普遍采用機(jī)械化和自動化程度較高的流水線來處理電子廢棄物[4]。日本相對歐洲發(fā)達(dá)國家加入了較多的人工拆解工序,即破碎前進(jìn)行最大程度的拆解,從而追求更高的回收利用率[5]。而目前我國廢舊家電產(chǎn)品回收網(wǎng)絡(luò)不健全,其中個體收購者占據(jù)回收市場的主導(dǎo)地位,導(dǎo)致廢舊家電回收利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重[6]。因此,我國急需建立完善的回收體系,制定相關(guān)法律政策,提高廢舊家電產(chǎn)品的回收利用率。

正確合理地制訂廢舊家電處理方式是提高再利用率的關(guān)鍵技術(shù)之一,而廢舊家電的質(zhì)量評估是對其進(jìn)行處理決策的重要依據(jù)。如對于結(jié)構(gòu)功能完整的零部件可以再重用,結(jié)構(gòu)損傷的零部件可以進(jìn)行再制造，恢復(fù)其功能完整性和強(qiáng)度保持率,正確的處理決策將大大提高回收利用率。文獻(xiàn)[7]收集了企業(yè)產(chǎn)品回收的成功案例,開發(fā)了工具,可對廢舊家電產(chǎn)品制訂合適的處理級別,得到合適的處理策略;文獻(xiàn)[8]將環(huán)境影響、相關(guān)成本和材料可回收性定為主要決策因素,運(yùn)用模糊分析法將這3個要素整合,為廢舊家電產(chǎn)品做出回收決策;文獻(xiàn)[9]通過分析家電產(chǎn)品在使用階段的不確定性和市場對回收零部件或材料的需求變化這2種影響因素,提出了基于層次分析的評估模型;文獻(xiàn)[10]通過廢舊家電產(chǎn)品零部件的功能完整性、拆卸難易程度、有無破壞、有無銹蝕及污染性這5個指標(biāo)來確定產(chǎn)品的回收級別。

以上文獻(xiàn)有的從材料回收價(jià)值、產(chǎn)品使用階段不確定性和市場的需求等方面決策回收處理方式,具有很大的不確定性;有的根據(jù)零部件功能完整性、拆解難易程度等單一定性指標(biāo)決策回收方式,具有很大片面性。本文將RFID(radio frequency identification)技術(shù)引入廢舊家電回收,得到廢舊家電生命周期中的精確數(shù)據(jù);以此數(shù)據(jù)作為定量信息,結(jié)合定性信息構(gòu)建模糊評價(jià)模型,運(yùn)用模糊層次分析法進(jìn)行綜合判斷,通過質(zhì)量評估決策廢舊家電的回收處理方式。

1RFID技術(shù)在廢舊家電回收中的應(yīng)用

1.1RFID技術(shù)

近年來,RFID技術(shù)在工業(yè)、商業(yè)和服務(wù)業(yè)中得到了快速的發(fā)展與應(yīng)用。德國是最早把RFID技術(shù)運(yùn)用于在固廢收運(yùn)管理中的國家之一,它通過無線射頻技術(shù)對垃圾收集器進(jìn)行識別,以便征收垃圾處理費(fèi)用[11]。美國“回收銀行”公司利用RFID系統(tǒng)記錄居民可回收利用的生活垃圾,從而給居民相應(yīng)的獎勵[12]。由此看出,RFID技術(shù)在廢舊家電回收中有著樂觀的應(yīng)用前景。上海金橋再生資源有限公司模仿美國“回收銀行”的運(yùn)營模式,收集居民的廢舊家電,獲得了很好的效果[13]。

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù),它利用射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)成本低,同時能快速識別多個標(biāo)簽,可在惡劣環(huán)境中使用。

廢舊家電回收過程中將經(jīng)歷回收點(diǎn)、檢測中心等多個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)均產(chǎn)生大量的信息,信息的錄入將耗費(fèi)大量的人力、物力;并且有的電子垃圾具有高毒性,操作過程中可能對人造成危害。RFID技術(shù)能夠很好地解決此問題。

假設(shè)家電產(chǎn)品出廠時的RFID標(biāo)簽中儲存了產(chǎn)品的基本信息,RFID標(biāo)簽將伴隨電子產(chǎn)品的整個生命周期,詳細(xì)記錄其使用情況。如維修時,維修人員需輸入維修信息;當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)行時系統(tǒng)的傳感器自動記錄運(yùn)行數(shù)據(jù);獨(dú)立的物理與化學(xué)傳感器將自動獲取產(chǎn)品工作時的數(shù)據(jù)以及工作環(huán)境的相關(guān)參數(shù),并儲存到RFID標(biāo)簽。因此,RFID編碼成為電子產(chǎn)品的唯一“身份”標(biāo)識。

1.2基于RFID技術(shù)的廢舊家電逆向物流過程

廢舊家電產(chǎn)品回收模式運(yùn)行流程如圖1所示。

回收點(diǎn)向消費(fèi)者收集廢舊家電,通過RFID標(biāo)簽記錄家電信息,并進(jìn)行品種、型號的簡單分類。當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時將廢舊家電運(yùn)往檢測中心。首先對廢舊家電進(jìn)行功能檢測,然后通過本文的質(zhì)量評判方法將回收產(chǎn)品分為A、B、C、D4類。A類為質(zhì)量良好、功能完整、外觀無破損且在合理使用年限之內(nèi),可以直接進(jìn)入二手市場;B類為質(zhì)量一般、能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能、次要零部件受損、在使用年限之內(nèi),可通過簡單再制造后進(jìn)入二手市場;C類為質(zhì)量較差、部分主要零部件與次要零部件完好,只回收零部件;D類為質(zhì)量差,直接破碎后回收原材料。

圖1　廢舊家電產(chǎn)品回收模式運(yùn)行流程

2廢舊家電質(zhì)量模糊評估模型

本文采用模糊綜合評價(jià)理論構(gòu)建廢舊家電質(zhì)量評估模型,它可以實(shí)現(xiàn)定性指標(biāo)與定量指標(biāo)的有效結(jié)合,得到比較全面綜合的評價(jià)結(jié)果。

2.1模糊綜合評價(jià)理論綜述

模糊綜合評價(jià)理論是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),將相關(guān)的模糊概念用模糊集合表示,應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理,通過模糊運(yùn)算獲得集合表示的評價(jià)結(jié)果,主要步驟如下:

(1) 將評價(jià)因素組成指標(biāo)集U={u1,u2,…,um},U為被評對象的m個指標(biāo)集,V={v1,v2,…,vn}為對被評對象可能做出的評價(jià)結(jié)果集,可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分級。

(2) 逐個對被評對象從每個指標(biāo)ui(i=1,2,…,m)上進(jìn)行量化,得到模糊關(guān)系矩陣為:

(1)

其中,元素rij為某一被評對象的第i個指標(biāo)對Yj分類的隸屬度。

(3) 通過矩陣R可以得出一個U到V的模糊線性關(guān)系L,它對指標(biāo)集U上的關(guān)于權(quán)重分配的模糊向量W=(w1,w2,…,wm) 有:B=L(W)=WR=

(2)

2.2廢舊家電分級指標(biāo)與等級的確定

影響廢舊家電質(zhì)量的因素有很多,本文根據(jù)RFID標(biāo)簽記錄的家電產(chǎn)品使用全生命周期記錄的信息,選取5個因素作為廢舊家電質(zhì)量評價(jià)指標(biāo),分別為使用年限、產(chǎn)品運(yùn)行時間(使用頻率)、維修信息、品牌型號和檢測信息。其中檢測信息是對回收來的廢舊家電進(jìn)行基本的功能檢測獲得的,此信息不是從RFID標(biāo)簽中獲取,需人為判定。一般來說,家電使用年限越長,質(zhì)量就越差。根據(jù)文獻(xiàn)[14],家電的使用壽命分別為:電視機(jī)8～10 a,電冰箱12～16 a,空調(diào)8～10 a,洗衣機(jī)8 a,個人電腦6 a。由于不同家電使用壽命不同,使用時間標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)針對性劃分。本文只考慮電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)3種使用年限差不多的家電。使用頻率指家電平均1 d使用的時間,可以通過RFID記錄的產(chǎn)品運(yùn)行時間除以家電使用年限得到,使用頻率越高,質(zhì)量損害就越大,對于電冰箱的使用一般都為24 h運(yùn)行,因此換算成頻率,此值越小,說明使用時間越短,冰箱零部件耗損越少,質(zhì)量就越好。維修信息記錄著家電產(chǎn)品的維修歷史,不同的維修方法對家電使用壽命有明顯影響。不同的品牌有不同的質(zhì)量品質(zhì),不同家電需分別劃分,本文只做籠統(tǒng)闡述。綜合以上5個方面建立影響因素集合U={u1,u2,u3,u4,u5}。

根據(jù)廢舊家電回收處理方式分為流入二手市場(Ⅰ級)、再制造(Ⅱ級)、零部件回收(Ⅲ級)、破碎后原材料回收(Ⅳ級)4級。評價(jià)結(jié)果集分別用V={v1,v2,…,vm}來表示。評估對象技術(shù)指標(biāo)見表1所列。

表1　評估對象技術(shù)指標(biāo)

2.3評估指標(biāo)模糊化處理

評價(jià)指標(biāo)可分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)2類。

(1) 定量指標(biāo)隸屬度的確定方法。根據(jù)模糊方法,本文采用中間梯形分布函數(shù)建立隸屬度函數(shù),具體方法可表示如下。素集U={u1,u2,…,ui},等級標(biāo)準(zhǔn)V={v1,v2,v3,…,vn},設(shè)vj和vj+1為相鄰兩級標(biāo)準(zhǔn),且vj+1>vj,則vj級隸屬度函數(shù)為:

當(dāng)j=1時,有

當(dāng)j=2,3,4時,有

(3)

(2) 定性指標(biāo)隸屬度確定方法。針對定性指標(biāo)隸屬度,本文采用百分比統(tǒng)計(jì)法。該方法是直接將被評價(jià)對象的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行百分比統(tǒng)計(jì),并將結(jié)果作為該指標(biāo)的隸屬度。隸屬度確定方法如下:

(4)

綜合(1)式、(2)式計(jì)算評價(jià)指標(biāo)i隸屬于評價(jià)等級j的隸屬度rij,生成隸屬函數(shù)R,即

2.4指標(biāo)權(quán)重層次分析法確定

對于指標(biāo)權(quán)重的確立,本文采用層次分析法(AHP)方法來獲取指標(biāo)權(quán)重。層次分析法一般采用Satty教授提出的9比例標(biāo)度法,在本文中修改Satty的9分位尺度方法,采用股票和其他經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域經(jīng)常使用的黃金分割即0.618比例標(biāo)度法[15]。0.618尺度法的含義見表2所列。

邀請專家對各個因素的重要程度進(jìn)行兩兩比較,B1、B2、B3、B4、B5分別為使用年限、使用頻率、維修信息、品牌、檢測信息,得到A-B的判斷矩陣,結(jié)果見表3所列。

表2　0.618尺度法的含義

表3　判斷矩陣

以B層指標(biāo)相對于A層權(quán)重的計(jì)算過程,詳細(xì)敘述權(quán)重的確定過程,主要包括如下4個步驟。

[1.247,0.771,1.694,0.571,2.742]T。

(2) 將W進(jìn)行歸一化處理,得到B層各因素相對于A層的權(quán)重為:

[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401]T。

(4) 一致性檢驗(yàn)。

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.009 3,由于維數(shù)為n=5,查表可知RI=1.12，則有：

CR=CI/RI=0.009 3/1.12=

0.008 3<0.1,

因此通過一致性檢驗(yàn),經(jīng)過計(jì)算得出B層相關(guān)元素相對于A層的權(quán)重為:

W=[0.169，0.104，0.248，0.078，0.401]。

3案例

假設(shè)回收一臺SONY牌的電視機(jī),檢測信息良好,使用年限為8 a,使用頻率為7 h/d,無維修信息。采用本文提出的方法對廢舊家電進(jìn)行質(zhì)量評估,具體步驟如下所述。

(1) 定性指標(biāo)隸屬度確定。回收企業(yè)專業(yè)人員對維修信息、品牌、檢測信息進(jìn)行評價(jià)并分配隸屬度。評價(jià)結(jié)果見表4所列。

表4　定性評價(jià)指標(biāo)

(2) 定量指標(biāo)隸屬度確定。將u1=8,u2=7帶入(3)式,得到u1與u2的模糊集分別為[0，67，0.33]、[0.17，0.83]。

(3) 綜上所述,歸一化處理后可得矩陣R為:

(4)總評價(jià)結(jié)果。由表3可得,

W=[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401],

即總評價(jià)結(jié)果為:

B=WR=

[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401]×

[0.485，0.306，0.153，0.056]。

通過質(zhì)量評判,48.5%屬于Ⅰ級,30.6%屬于Ⅱ級,15.3%屬于Ⅲ級,5.6%屬于Ⅳ級。根據(jù)最大隸屬度原則,此廢舊家電產(chǎn)品屬于Ⅰ級(進(jìn)入二手市場)產(chǎn)品。

4結(jié)束語

本文利用RFID可以記錄產(chǎn)品信息的特點(diǎn),根據(jù)使用年限、使用頻率、維修情況等重要信息建立了質(zhì)量分級模型,在確定權(quán)重時加入了客觀權(quán)重,改善了傳統(tǒng)方法主觀性強(qiáng)的缺點(diǎn),更加精確、快速地判斷廢舊家電產(chǎn)品的質(zhì)量。在未來的工作中,需要進(jìn)一步研究不同類型家電的特性,如考慮安全使用年限、使用頻率等生命周期參數(shù)對質(zhì)量的影響,針對單品種家電指定更加精確的質(zhì)量劃分等級。

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(責(zé)任編輯胡亞敏)

Quality evaluation of waste household appliances based on RFID

JI Jie，LIU Zhi-feng，HUANG Hai-hong，XU Ze-ying，XUE Ya-qiong

(School of Machinery and Automobile Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China)

Abstract:For the chaotic recycling market of waste household appliances， low utilization rate of resources and serious environmental pollution， the waste household appliances recycling mode based on radio frequency identification(RFID) technology is proposed. The product is assumed to have RFID tags in the factory，then the RFID information will be entered in all life cycle stages of product， the quality of waste household appliances is evaluated based on RFID information during recycling. Firstly, the quality evaluation model of waste household appliances is established based on the product information recorded by RFID technology and the artificial detection information. Secondly， the weights of evaluation indexes are gotten by using the analytic hierarchy process， and the model is solved by using the fuzzy comprehensive evaluation method. Finally, the comprehensive evaluation results are calculated， and the quality of waste household appliances product is evaluated according to the results.

Key words:radio frequency identification(RFID); waste household appliance; recycling; fuzzy comprehensive evaluation method

中圖分類號:X705

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-5060(2016)02-0145-05

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.001

作者簡介：季杰(1991-),男,安徽合肥人,合肥工業(yè)大學(xué)碩士生;劉志峰(1963-),男,陜西寶雞人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013AA040205)

收稿日期：2014-01-07；修回日期：2015-04-07