基于SPA模型對(duì)工業(yè)水平衡測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)

□ 崔 巖 任 曄

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及工業(yè)化水準(zhǔn)的不斷提升，相關(guān)工業(yè)產(chǎn)業(yè)需水量日益增大，同時(shí)我國(guó)現(xiàn)有水資源供給能力有限，造成局部地區(qū)用水緊張，如何以有限的水量來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的水資源需求量就成為研究水資源的重要課題。對(duì)于工業(yè)企業(yè)用水，在滿足生產(chǎn)原料用水的基礎(chǔ)上，還需要大量的冷卻用水來(lái)保證生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工業(yè)用水量在整個(gè)社會(huì)用水總量中所占的比重較大，僅次于農(nóng)業(yè)灌溉用水。因此在工業(yè)企業(yè)中采取相關(guān)節(jié)水措施，潛力巨大。

水平衡測(cè)試是企業(yè)實(shí)行節(jié)水措施前的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，它的成果也是企業(yè)對(duì)水資源進(jìn)行科學(xué)管理的依據(jù)之一，通過(guò)水平衡測(cè)試，可以系統(tǒng)掌握企業(yè)用水現(xiàn)狀，讓企業(yè)有的放矢地挖掘自身節(jié)水潛力，水資源測(cè)試后形成結(jié)果報(bào)告，為企業(yè)決策者提供決策依據(jù)。

我國(guó)的水平衡測(cè)試起步較晚，現(xiàn)有水平衡測(cè)試報(bào)告編寫也是將測(cè)試得到的數(shù)據(jù)按用水單元進(jìn)行匯總，以水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合地方用水定額對(duì)用水進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)，還不能給企業(yè)的水平衡測(cè)試結(jié)果進(jìn)行完整的分級(jí)評(píng)價(jià)，相同類型的工業(yè)企業(yè)之間不能直觀地評(píng)優(yōu)評(píng)比。本文以黑龍江華豐煤化工有限公司為例，采用AHP層次分析法和SPA集對(duì)分析評(píng)價(jià)模型相結(jié)合，對(duì)本次水平衡測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

一、企業(yè)水平衡測(cè)試

企業(yè)水平衡測(cè)試是指在一個(gè)企業(yè)用水體系，在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)外來(lái)水量和自身循環(huán)水量即輸入水量，生產(chǎn)使用水量、過(guò)程消耗水量、廢水排出水量的各個(gè)具體量值的調(diào)查，并對(duì)此用水工程中建立水平衡模型，從而研究?jī)?nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)用水中存在的問(wèn)題，并對(duì)此不足提出針對(duì)性的解決方案，提出合理化的用水方式，其數(shù)學(xué)模型及循環(huán)圖如下。

二、SPA集對(duì)分析評(píng)價(jià)模型

集對(duì)分析法最初由趙克勤在全國(guó)系統(tǒng)理論會(huì)上提出（包頭，1989），其主要核心內(nèi)容為將確定性分析和不確定性分析相結(jié)合，用于描述和處理綜合集成問(wèn)題的一種新系統(tǒng)分析方法，在研究系統(tǒng)聯(lián)系中，它從同聯(lián)系、異聯(lián)系和反聯(lián)系三個(gè)角度出發(fā)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析處理，描述了集合中對(duì)子的不同事物的聯(lián)系，核心思想是將事物確定不確定的視為一個(gè)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，確定性和不確定性存在一些相關(guān)性，彼此影響制約。其核心思想是對(duì)事物進(jìn)行集對(duì)從而計(jì)算出其聯(lián)系度，將含有某種關(guān)聯(lián)的兩個(gè)集合組成對(duì)子，根據(jù)集合對(duì)中某種特性從同、異、反三個(gè)角度進(jìn)行分析，聯(lián)系度通過(guò)聯(lián)系數(shù)公式μ=a+bi+cj（a+b+c=1）來(lái)描述，其中：

μ=a+b(同異式) μ=a+cj(同反式) μ=bi+cj(異反式)，以表述其系統(tǒng)的不確定性，最后將不確定性進(jìn)行定量，轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)工具表示。

三、引入實(shí)例

利用集對(duì)分析模型與華豐煤化工水平衡測(cè)試實(shí)際數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)水平衡測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

將相關(guān)各個(gè)指標(biāo)與水平衡評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集對(duì)，對(duì)于該企業(yè)測(cè)試指標(biāo)來(lái)說(shuō)，設(shè)定有N個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中有S個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)處在I標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)個(gè)指標(biāo)處在II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，P個(gè)指標(biāo)處在III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，則系統(tǒng)的聯(lián)系度為：

差異系數(shù)i、j的確定：其中i為差異不確定系數(shù)，取值范圍在[-1,1]，當(dāng)i取值1或-1時(shí)，則此時(shí)表現(xiàn)為確定性，i越接近于1則聯(lián)系度越接近于所要評(píng)價(jià)的級(jí)別，i越接近于-1，則聯(lián)系度越接近于相隔的評(píng)價(jià)級(jí)別，通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，在水文水資源領(lǐng)域中，一般只考慮相同和相反部分，不考慮相異部分，i取值采用特殊值法即i=0，對(duì)立系數(shù)j取值為-1。

由水平衡測(cè)試分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以本次水平衡測(cè)試結(jié)果為例，對(duì)集對(duì)分析模型進(jìn)行確定聯(lián)系度，設(shè)A為華豐煤化工測(cè)試數(shù)據(jù)的集合，其中各個(gè)元素（A1，A2，A3，A4）由四個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，BI、BII、BIII分別為水平衡測(cè)試分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分布，I、II、III及標(biāo)準(zhǔn)的集合由分表小角標(biāo)I、II、III指標(biāo)構(gòu)成，則（A，BI）、（A，BII）、（A，BIII）組成三個(gè)集對(duì)，基于集對(duì)分析原理，以上兩個(gè)表為計(jì)算依據(jù)，計(jì)算出聯(lián)系度。（A，BI）即是本次企業(yè)水平衡測(cè)試指標(biāo)和I級(jí)的聯(lián)系度。此時(shí)，同聯(lián)系是指與I級(jí)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，異聯(lián)系與II級(jí)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，反聯(lián)系是指與III級(jí)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，由上表資料：本次測(cè)試中，符合I級(jí)指標(biāo)同聯(lián)系的有A1，即S=1；符合II級(jí)指標(biāo)異聯(lián)系的有A2、A3、A4，即F=3，符合III級(jí)指標(biāo)反聯(lián)系沒(méi)有指標(biāo)，P=0，具體計(jì)算見(jiàn)下表：

表4-1 華豐煤化工水平衡測(cè)試分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4-2 華豐煤化工水平衡測(cè)試分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)華豐煤化工相關(guān)測(cè)試結(jié)果

表4-3 聯(lián)系度計(jì)算表及評(píng)價(jià)結(jié)果

四、模糊綜合評(píng)判模型驗(yàn)證

該模型原理給定兩個(gè)有限論域u={u1，u2，……，um}；v={v1，v2，……，vm}。其中u代表綜合評(píng)判因素組成的集合，v代表評(píng)語(yǔ)組成的集合。模糊變換B=A·R，A為u上的模糊子集，而評(píng)判結(jié)果B則是v上的模糊子集，并可表示為：

其中，a為ui對(duì)A的隸屬度，它表示單因素ui在總評(píng)定因素中所起作用大小的變量，也在一定程度上代表根據(jù)單因素ui評(píng)定等級(jí)的能力。而bi則為等級(jí)vi對(duì)綜合評(píng)定所得B隸屬度。表示綜合評(píng)判結(jié)果評(píng)判矩陣為：

式中rij表示ui的評(píng)價(jià)對(duì)vj的隸屬度。因而矩陣R中第I行Ri=（ri1，ri2，……，rin）即為對(duì)第I個(gè)因素ui的單因素評(píng)判結(jié)果。

設(shè)評(píng)價(jià)因素為V1、V2、V3， 其 中 V1為 III級(jí)，V3為II級(jí)。對(duì)V1～V3三個(gè)等級(jí)進(jìn)行0～1區(qū)間評(píng)分，a1=0.05,a2=0.5,a3=0.95定量反映，數(shù)值越高水平衡測(cè)試結(jié)果越優(yōu)秀。

利用層次分析法確定權(quán)重：，

表5-1 層次分析法標(biāo)度對(duì)照表

判斷矩陣為：

這四個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量Wi為：

(0.4921，0.1420，0.3094，0.0565)

求得λmax=4.14

表5-2 RI階數(shù)對(duì)照表

查表得RI=0.90，CR=0.0522<0.1，判斷矩陣符合要求。

本次水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)度分布矩陣為：

表5-3 模糊綜合評(píng)判指標(biāo)表

經(jīng)過(guò)與集對(duì)分析評(píng)價(jià)模型SPA對(duì)比，評(píng)價(jià)一致，都屬于II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

集對(duì)分析模型對(duì)指標(biāo)多的系統(tǒng)評(píng)價(jià)有很好的效果，并能一定程度上客觀表現(xiàn)該企業(yè)的水量，本次水平衡評(píng)價(jià)過(guò)程由于實(shí)際測(cè)試限制，并沒(méi)有引入其他關(guān)鍵性指標(biāo)，尤其是對(duì)于漏失水量沒(méi)有一個(gè)具體的衡量，以上兩個(gè)模型僅供編寫報(bào)告后對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)進(jìn)行參考，引入的指標(biāo)越多，對(duì)于企業(yè)水平衡測(cè)試的結(jié)果就越完善，由于指標(biāo)增多，同時(shí)也對(duì)以后的水平衡測(cè)試提出新的測(cè)試項(xiàng)目的要求。