銅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析

王營(yíng)茹，陸 陽

武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北 武漢430074

0 引 言

銅冶煉行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性行業(yè)，特別是我國正處于工業(yè)化階段，對(duì)銅的需求保持高速增長(zhǎng)，銅冶煉行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)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(chǎn)工藝落后，原料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品產(chǎn)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(chǎn)是以綜合預(yù)防為目的，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一項(xiàng)重要措施.研究一套系統(tǒng)的、具有科學(xué)性、激勵(lì)性、符合我國先進(jìn)環(huán)境管理水平的簡(jiǎn)單易行的銅冶煉行業(yè)的清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可指導(dǎo)銅冶煉生產(chǎn)企業(yè)推行清潔生產(chǎn)，對(duì)推動(dòng)我國銅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義.在構(gòu)建指標(biāo)體系中，清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值反映了該指標(biāo)在整個(gè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中所占的比重，其確定原則是根據(jù)該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)銅冶煉生產(chǎn)企業(yè)清潔生產(chǎn)實(shí)際效益與水平影響程度的大小，以及實(shí)施的難易程度.確定指標(biāo)的權(quán)重值，可以反映該指標(biāo)的重要程度，以及該指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小.在實(shí)際清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)用中，通常根據(jù)企業(yè)清潔生產(chǎn)特征從指標(biāo)體系中選取一些最能反映清潔生產(chǎn)屬性的指標(biāo)，以構(gòu)建清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[2-3].

1 分析方法

權(quán)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(duì)銅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析.

1.1 層次分析法概念

美國運(yùn)籌學(xué)家A.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的層次分析法(Analytic hierarchy process，簡(jiǎn)稱AHP方法)，是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法.它是一種將決策者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化的過程.將一個(gè)復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為有條理的有序?qū)哟?，一個(gè)遞階層次圖能夠直觀地反映系統(tǒng)內(nèi)部因素之間各子系統(tǒng)的分解情況，然后再逐級(jí)地進(jìn)行綜合[4].它是將目標(biāo)問題作為一個(gè)系統(tǒng)，建立各問題所包含的因素相互獨(dú)立又能反映系統(tǒng)整體的層次結(jié)構(gòu)，對(duì)各因素的重要性進(jìn)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(diǎn)

層次分析法能夠?qū)⒍糠治龊投ㄐ苑治鱿嘟Y(jié)合具有系統(tǒng)性和綜合性，還充分考慮了指標(biāo)的相對(duì)重要性.該方法簡(jiǎn)潔實(shí)用，所需定量數(shù)據(jù)少，準(zhǔn)確度高，結(jié)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(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值，具體步驟如下.

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性標(biāo)度

假設(shè)事件U有n個(gè)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(duì)于因素j重要的倍數(shù).這個(gè)倍數(shù)用aij表示，則可得到如表1矩陣A.

表1 矩陣A

根據(jù)各指標(biāo)重要標(biāo)度構(gòu)建權(quán)重判斷矩陣.判斷矩陣是表示本層所有因素針對(duì)上層某一個(gè)因素的相對(duì)重要性的比較.判斷矩陣的元素aij用Santy的1～9標(biāo)度方法給出[6]，見表2.

表2 判斷矩陣元素aij的標(biāo)度方法

為表征方便，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)以下列代號(hào)來表示：

A為資源與能源消耗指標(biāo).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(chǎn)生指標(biāo).B1：廢水；B2：廢氣；B3：廢渣.

C為資源綜合利用指標(biāo).C1：粗銅單位產(chǎn)品綜合耗能(拆標(biāo)煤)；C2：粗銅冶煉回收率；C3：?jiǎn)挝划a(chǎn)品新水耗量.

D為產(chǎn)品特征指標(biāo).D1：陰極銅；D2：硫酸；D3：硫酸鎳.

E為生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo).E1：主體冶煉工藝；E2：制酸工藝；E3：生產(chǎn)規(guī)模.

F為環(huán)境管理與勞動(dòng)安全衛(wèi)生指標(biāo).F1：環(huán)境法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；F2：組織機(jī)構(gòu)；F3：環(huán)境審核；F4：原料用量及質(zhì)量；F5：生產(chǎn)設(shè)備的使用、維護(hù)、檢修管理制度；F6：生產(chǎn)工藝用水、電、氣管理；F7：環(huán)保設(shè)施管理；F8：污染源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；F9：相關(guān)方環(huán)境管理.

2.2 確定權(quán)重步驟

2.2.1 構(gòu)建判斷矩陣 依據(jù)層次分析法，一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性標(biāo)度如表3所示.以某冶煉廠2012年的實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)計(jì)算得出一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性標(biāo)度.

表3 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性標(biāo)度

相應(yīng)的判斷矩陣A為：

2.2.2 計(jì)算重要性排序 根據(jù)判斷矩陣，求出其最大特征根λmax所對(duì)應(yīng)的特征向量W，則AW=λmaxW.所求特征向量W經(jīng)歸一化，即為各評(píng)價(jià)因素的重要性排序，得到的行向量就是權(quán)重向量[7].

2.2.3 判斷矩陣一次性的檢驗(yàn) 以上得到的權(quán)重向量是否合理，是否滿足傳遞性和一致性，還需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn).檢驗(yàn)的幾個(gè)指標(biāo)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(yán)重

CI為衡量 的大小，引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，如表4.

表4 隨機(jī)一次性指標(biāo)RI

2.3 層次分析法的Excel計(jì)算示例

在Excel表格B3:G8中輸入表2判斷矩陣的數(shù)據(jù).

a.計(jì)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(dòng)到J8，完成Mi的計(jì)算.

c.權(quán)重的計(jì)算

在單元格L3中輸入“=K3/$K$10”，按住填充柄拖動(dòng)到L8，完成各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的計(jì)算.

d.判斷矩陣最大特征值λmax的計(jì)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(shí)按“Ctrl+Shift+Enter”鍵.在單元格C10中，輸入“=B10/L3/6” 按住填充柄拖動(dòng)到C15.在單元格E10中，輸入“=SUM(C10:C15)”，完成λmax的計(jì)算.

e.一致性檢驗(yàn).

在單元格E11中，輸入“(E10-6)/(6-1)”，得CI=0.0204.查表，n=6時(shí)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(yàn)證[8].(全部計(jì)算過程見圖1).則一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值如表5.

圖1 計(jì)算過程

表5 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值

2.4 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的研究

a. A資源與能源消耗指標(biāo).采用層次分析法對(duì)該一級(jí)指標(biāo)下的7個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表6所示.

利用Excel計(jì)算權(quán)重，如圖2所示.

表6 二級(jí)指標(biāo)A的重要性標(biāo)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(yàn)證.

計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重系數(shù)如表7所示.

表7 二級(jí)指標(biāo)A的相對(duì)權(quán)重系數(shù)

b.B污染物產(chǎn)生指標(biāo).采用層次分析法對(duì)該一級(jí)指標(biāo)下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表8所示.

利用Excel計(jì)算權(quán)重，如圖3所示.

表8 二級(jí)指標(biāo)B的重要性標(biāo)度

圖3 二級(jí)指標(biāo)B的計(jì)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(yàn)證.

計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重系數(shù)如表9所示.

表9 二級(jí)指標(biāo)B的相對(duì)權(quán)重系數(shù)

c. C資源綜合利用指標(biāo).采用層次分析法對(duì)該一級(jí)指標(biāo)下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表10所示.

利用Excel計(jì)算權(quán)重，如圖4所示.

表10 二級(jí)指標(biāo)C的重要性標(biāo)度

圖4 二級(jí)指標(biāo)C的計(jì)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(yàn)證.

計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重系數(shù)如表11所示.

表11 二級(jí)指標(biāo)C的相對(duì)權(quán)重系數(shù)

d. D產(chǎn)品特征指標(biāo)采用層次分析法對(duì)該一級(jí)指標(biāo)下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表12所示.

利用Excel計(jì)算權(quán)重，如圖5.

表12 二級(jí)指標(biāo)D的重要性標(biāo)度

圖5 二級(jí)指標(biāo)D的計(jì)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(yàn)證.

計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重系數(shù)如表13所示.

表13 二級(jí)指標(biāo)D的相對(duì)權(quán)重系數(shù)

e. E生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo).

采用層次分析法對(duì)該一級(jí)指標(biāo)下的3個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表14所示.

表14 二級(jí)指標(biāo)E的重要性標(biāo)度

利用Excel計(jì)算權(quán)重，如圖6所示.

圖6 二級(jí)指標(biāo)E的計(jì)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(yàn)證.

計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重系數(shù)如表15所示.

表15 二級(jí)指標(biāo)E的相對(duì)權(quán)重系數(shù)

f. F環(huán)境管理與勞動(dòng)安全衛(wèi)生指標(biāo)

采用層次分析法對(duì)該一級(jí)指標(biāo)下的9個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分析，重要性標(biāo)度如表16所示.

利用Excel計(jì)算權(quán)重，如圖7所示.

表16 二級(jí)指標(biāo)F的重要性標(biāo)度

圖7 二級(jí)指標(biāo)F的計(jì)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(yàn)證.

計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重系數(shù)如表17所示.

2.5 最終確定權(quán)重值

整個(gè)指標(biāo)體系由一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)又包含若干二級(jí)指標(biāo).按照上述方法，已經(jīng)計(jì)算了6個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)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(jì)算每個(gè)一級(jí)指標(biāo)其下屬的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，并分別分析二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣的一致性水平.

假設(shè)第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重等于ai，該指標(biāo)下第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于該一級(jí)指標(biāo)下的其他二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重為bj，那么，該二級(jí)指標(biāo)的總權(quán)重則等于ai×bj[9].如表18所示.

表17 二級(jí)指標(biāo)F的相對(duì)權(quán)重系數(shù)

表18 最終確定得到的權(quán)重系數(shù)

為了驗(yàn)證總權(quán)重計(jì)算結(jié)果是否也具有滿意的一致性，需要計(jì)算總隨機(jī)一致性指標(biāo)，該指標(biāo)的計(jì)算公式為：

其中：ai:第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重；

CIi:第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的一致性指標(biāo)值；

RIi:第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值.

由計(jì)算結(jié)果可知，CR值等于0.040 37，該值小于0.1，因此最終權(quán)重計(jì)算的結(jié)果具有滿意的一致性，通過一致性驗(yàn)證.

3 結(jié) 語

根據(jù)表18可以看出銅精礦耗量指標(biāo)的最終權(quán)重值相對(duì)于其他各項(xiàng)指標(biāo)的最終權(quán)重值是最高的，符合中央“十一五”規(guī)劃目標(biāo)中倡導(dǎo)的“節(jié)能降耗”；同時(shí)，廢水與廢氣指標(biāo)的最終權(quán)重值也相對(duì)較高，說明該廠圍繞“減污”的目的，改進(jìn)工藝，完善管理，為取得更高清潔生產(chǎn)水平奠定了基礎(chǔ).

致 謝

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

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