基于TOPSIS的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案綜合評(píng)價(jià)

李恩重，史佩京，徐濱士，鄭漢東,2

(1.裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100072；2.合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，安徽合肥 230009)

基于TOPSIS的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案綜合評(píng)價(jià)

李恩重1，史佩京1，徐濱士1，鄭漢東1,2

(1.裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100072；2.合肥工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，安徽合肥 230009)

闡述了我國(guó)再制造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件產(chǎn)品的現(xiàn)狀。針對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案缺乏優(yōu)化選擇的問(wèn)題，建立以經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、資源能源性和環(huán)境性為指標(biāo)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案評(píng)價(jià)體系，依據(jù)指標(biāo)屬性特征對(duì)各個(gè)指標(biāo)的量化方法進(jìn)行了分析，提出一種基于逼近于理想值的排序方法(TOPSIS)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案綜合評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例，對(duì)該評(píng)價(jià)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)；再制造方案；逼近于理想值的排序方法；綜合評(píng)價(jià)

0 引言

再制造在實(shí)現(xiàn)資源能源節(jié)約的條件下生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的產(chǎn)品，是廢舊機(jī)電產(chǎn)品高技術(shù)修復(fù)改造的產(chǎn)業(yè)化，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效途徑[1-2]。發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)循環(huán)式發(fā)展的必然選擇，再制造作為國(guó)家新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，高度契合了國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略，得到政府和企業(yè)的高度重視[3]?！吨腥A人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》中明確規(guī)定：國(guó)家支持企業(yè)開(kāi)展機(jī)動(dòng)車(chē)零部件、工程機(jī)械、機(jī)床等產(chǎn)品的再制造和輪胎翻新。截至2014年底，在再制造的相關(guān)領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)在法律、行政法規(guī)和部門(mén)規(guī)章等不同層面上制定了30余項(xiàng)法律法規(guī)，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)與工業(yè)和信息化部發(fā)布的再制造試點(diǎn)單位已有77家。國(guó)務(wù)院在2013年發(fā)布的《循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動(dòng)計(jì)劃》中提出：到2015年底，我國(guó)將實(shí)現(xiàn)再制造發(fā)動(dòng)機(jī)80萬(wàn)臺(tái)，再制造產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)1 500億的目標(biāo)。我國(guó)是汽車(chē)大國(guó)，2004—2013年我國(guó)民用汽車(chē)保有量每年以13%以上的速度增長(zhǎng)，到2013年末達(dá)到1.37億輛[4]。按照每年大約7%的報(bào)廢量，僅2013年報(bào)廢汽車(chē)就超過(guò)960萬(wàn)輛。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)龐大的報(bào)廢數(shù)量為汽車(chē)零部件再制造提供了充足的資源[5]。

目前，我國(guó)汽車(chē)零部件再制造作為新興產(chǎn)業(yè)，尚處于政府主導(dǎo)的法規(guī)探討、技術(shù)引導(dǎo)和政策試行的萌芽階段，汽車(chē)零部件再制造企業(yè)還面臨舊件來(lái)源范圍窄和市場(chǎng)認(rèn)知度、認(rèn)可度低等問(wèn)題，同時(shí)，缺乏針對(duì)汽車(chē)零部件再制造試點(diǎn)企業(yè)的評(píng)價(jià)體系以及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的方法等[6]。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案的優(yōu)劣直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)再制造的成本、質(zhì)量、時(shí)間等，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案的評(píng)價(jià)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)再制造質(zhì)量以及有效實(shí)現(xiàn)廢舊發(fā)動(dòng)機(jī)資源有效利用需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)先進(jìn)適用的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案綜合評(píng)價(jià)體系，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[7-8]?；诖?，文中建立了以經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、資源能源性和環(huán)境性為指標(biāo)體系的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其進(jìn)行量化，提出了一種基于TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)的汽車(chē)零部件再制造方案評(píng)價(jià)方法，并在汽車(chē)零部件再制造企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用。

1 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案評(píng)價(jià)體系的建立

1.1 汽車(chē)零部件再制造方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合我國(guó)汽車(chē)零部件再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以《再制造產(chǎn)品認(rèn)定實(shí)施指南》、《再制造單位質(zhì)量技術(shù)控制規(guī)范(試行)》等政策法規(guī)為主要依據(jù)，選取經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、資源能源性和環(huán)境性4個(gè)指標(biāo)，建立了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

1.2 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化

1.2.1 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)λC

再制造產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性主要從再制造產(chǎn)品的附加值和總成本方面考慮，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)判定經(jīng)濟(jì)可行性并評(píng)價(jià)再制造的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)進(jìn)行再制造提供決策支持。

1.2.2 技術(shù)性指標(biāo)λP

(1)舊件利用率。進(jìn)入工廠的廢舊整機(jī)拆解后的零部件分為直接使用件、可再制造件和棄用件。用舊件利用率λu來(lái)衡量再制造過(guò)程對(duì)廢舊產(chǎn)品的利用率，用可制造件和直接利用件質(zhì)量之和與整機(jī)的質(zhì)量之比來(lái)表示：

式中：ws為直接使用件的總質(zhì)量；wz為可再制造件的總質(zhì)量；Wt為整機(jī)總質(zhì)量。

(2)拆解合格率。廢舊產(chǎn)品經(jīng)過(guò)不同工況長(zhǎng)時(shí)間的服役，使其不能夠完全無(wú)損拆解或者不能夠完全分解。拆解合格率就是指可再制造件在拆解過(guò)程中未經(jīng)破壞的比例：

式中：Qn表示無(wú)損的可再制造件數(shù)量；Qr表示可再制造件總數(shù)。

(3)再制造率(質(zhì)量計(jì))。單位再制造毛坯經(jīng)過(guò)再制造生產(chǎn)加工，所獲得的合格再制造零部件的質(zhì)量之和占對(duì)應(yīng)產(chǎn)品總質(zhì)量的百分比。再制造率λq(質(zhì)量計(jì))可表示為：

式中：wh為合格再制造零部件總質(zhì)量；Wt為再制造產(chǎn)品總質(zhì)量。

(4)時(shí)間性指標(biāo)。再制造時(shí)間通常指退役產(chǎn)品或其零部件進(jìn)入再制造程序直至恢復(fù)到合格狀態(tài)所需時(shí)間。通常情況下，再制造時(shí)間應(yīng)小于制造時(shí)間。其時(shí)間性指數(shù)可表示為：

式中：Tr為再制造時(shí)間；Tp為制造時(shí)間。

(5)質(zhì)量可靠性。廢舊的汽車(chē)零部件經(jīng)過(guò)再制造加工，其可靠性要求不低于新產(chǎn)品；可通過(guò)可靠度、失效率、平均無(wú)故障間隔等來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性；可靠度是指產(chǎn)品(總成或零部件)在規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的使用條件下完成規(guī)定功能的概率，是可靠性的概率度量?？煽啃驭薚可用再制造機(jī)械可靠度函數(shù)表示，即：

式中：N1為機(jī)械工作失效次數(shù)；N為總工作次數(shù)。

(7)產(chǎn)品安全性。汽車(chē)零部件再制造產(chǎn)品的安全性是汽車(chē)正常運(yùn)行與駕乘人員生命安全的保證，完備的安全性能可以避免或減少道路交通安全事故的發(fā)生。汽車(chē)零部件再制造產(chǎn)品應(yīng)保證其機(jī)械和電氣安全，同時(shí)應(yīng)在產(chǎn)品明顯位置標(biāo)注安全警示標(biāo)注、安全操作裝置的提示以及其他必要的安全提示和要求等[11]。由于汽車(chē)零部件的安全性要求相對(duì)較嚴(yán)格，根據(jù)專家評(píng)判法，其安全功能評(píng)語(yǔ)集為{很好，好，一般，差，很差}，其相對(duì)應(yīng)的數(shù)值為{1,0.9,0.7,0.5,0.3}。

1.2.3 資源能源性指數(shù)λR

再制造是一種對(duì)廢舊產(chǎn)品實(shí)施高技術(shù)修復(fù)和改造的產(chǎn)業(yè)，它針對(duì)的是損壞或?qū)?bào)廢的零部件，可大幅降低資源與能源消耗。結(jié)合再制造過(guò)程與原始制造資源能源消耗的比較，其節(jié)約量與各項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)體現(xiàn)資源性指數(shù)λR，即為資源節(jié)約率的權(quán)重和與能源節(jié)約率的權(quán)重和相加：

λR=∑AiBi+∑CiDi

式中：Ai、Ci分別表示各項(xiàng)資源、能源的相對(duì)節(jié)約量；Bi、Di分別表示各項(xiàng)資源、能源的權(quán)重系數(shù)[12]。

1.2.4 環(huán)境性指數(shù)λE

廢舊產(chǎn)品再制造具有非常顯著的資源環(huán)境效益。它不僅能大幅度地節(jié)約資源、能源，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響也很小。環(huán)境性評(píng)價(jià)指數(shù)是汽車(chē)零部件再制造過(guò)程中對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響程度大小的表征量，可用表1所列的矩陣表示。

表1 汽車(chē)零部件再制造環(huán)境評(píng)價(jià)矩陣

表1是一種半定量的評(píng)價(jià)矩陣，其中一維代表再制造汽車(chē)零部件過(guò)程的5個(gè)階段，另一維代表5個(gè)環(huán)境影響因素[13]。評(píng)價(jià)者需分析研究再制造汽車(chē)零部件工藝過(guò)程各個(gè)階段對(duì)不同環(huán)境要素的影響程度，并將影響程度分為5個(gè)等級(jí){1，0.8，0.6，0.4，0.2}，給予每個(gè)元素一個(gè)數(shù)值，其中對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最大而予以否認(rèn)的數(shù)值取0.2，影響最小的取1。在對(duì)矩陣中每個(gè)元素取值之后，對(duì)其求和作為汽車(chē)零部件再制造方案的環(huán)境性評(píng)價(jià)指標(biāo)λE：

2 基于TOPSIS的評(píng)價(jià)方法

逼近理想解的排序法由HWANG等于1981首次提出，是一種適用于根據(jù)多屬性指標(biāo)對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行比較的分析方法。其基本原理是構(gòu)造n維屬性空間的最優(yōu)解和最劣解，通過(guò)求解評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)、最劣解的歐氏距離，評(píng)測(cè)對(duì)象靠近最優(yōu)解同時(shí)又遠(yuǎn)離最劣解的疊加狀態(tài)(相對(duì)貼近度)，并將相對(duì)貼近度作為最終衡量評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合指標(biāo)[15]。

建立TOPSIS評(píng)價(jià)模型，計(jì)算各個(gè)方案綜合排序，步驟如下：

步驟1：建立初始評(píng)價(jià)矩陣。

上式表示評(píng)價(jià)矩陣X有m個(gè)評(píng)價(jià)單元，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，xij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)屬性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

步驟2：建立標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣。

由于被檢測(cè)對(duì)象的不同指標(biāo)往往具有不同的量綱和量綱單位。為消除由此而產(chǎn)生的指標(biāo)的不可公度性，要對(duì)矩陣X進(jìn)行歸一化處理，同時(shí)消除不同屬性指標(biāo)之間的量綱與數(shù)量級(jí)影響。

式中：rij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在第j個(gè)屬性指標(biāo)下的經(jīng)過(guò)量綱一化處理后的指標(biāo)值。

標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣R=(rij)m×n

步驟3：確定多屬性決策的正理想解S+與負(fù)理想解S-。

步驟4：計(jì)算每個(gè)方案理想解和負(fù)理想解的距離。

方案Si到理想解的距離為：

方案Si到負(fù)理想解的距離為：

步驟5：計(jì)算各方案的相對(duì)貼近系數(shù)(RelativeClosenessCoefficient)RCCi(i=1,2,…,m)。

正理想點(diǎn)的相對(duì)貼近度，按照從大到小對(duì)方案排序：

易見(jiàn)，0≤RCCi≤1，i=1,2,…,m，正理想解的相對(duì)貼近系數(shù)為1，負(fù)理想解的相對(duì)貼近系數(shù)為0。

步驟6：利用相對(duì)貼近系數(shù)的大小對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)劣排序，相對(duì)貼近系數(shù)越大的方案被認(rèn)為越優(yōu)越。

3 應(yīng)用案例

我國(guó)某汽車(chē)零部件再制造企業(yè)有同一型號(hào)的3臺(tái)待再制造發(fā)動(dòng)機(jī)P、Q、R，選取1臺(tái)最經(jīng)濟(jì)適合的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行再制造，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

表2 汽車(chē)零部件再制造評(píng)價(jià)指標(biāo)決策矩陣

3種方案構(gòu)成的矩陣為：

其標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為：

通過(guò)3種方案構(gòu)建虛擬最優(yōu)方案和最佳方案，其最優(yōu)方案為：

S+=[0.59, 0.6, 0.59, 0.6, 0.57, 0.59, 0.62, 0.61, 0.59, 0.64]

其最差方案為：

S-=[0.56, 0.56, 0.57, 0.56, 0.59, 0.57, 0.53, 0.58, 0.55, 0.52]

運(yùn)用TOPSIS方法計(jì)算得到的3種方案的結(jié)果如表3所示。

表3 TOPSIS方法的計(jì)算結(jié)果

由表3可以看出：根據(jù)RCCi的大小進(jìn)行排序后，得到的各方案優(yōu)先次序依次為：P>Q>R，其中方案P的RCCi的值最大，說(shuō)明該方案離正理想解最近且離負(fù)理想解最遠(yuǎn)，因此可將其確定為最佳方案。

4 結(jié)論

闡述了我國(guó)汽車(chē)零部件再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，建立了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，提出了一種基于TOPSIS決策方法，對(duì)不同的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為再制造企業(yè)進(jìn)行再制造生產(chǎn)提供理論依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)資源的合理化配置。由于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)服役工況不同使其廢舊程度具有不確定性和隨機(jī)性，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的再制造過(guò)程亦具有不確定性，使得汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)再制造方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)過(guò)程更為復(fù)雜，從而需要指標(biāo)評(píng)價(jià)模型更加科學(xué)完善，決策方法也有待提高。

【1】徐濱士.裝備再制造工程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

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A Method of Automotive Engine Remanufacturing Assessment Based on TOPSIS

LI Enzhong1,SHI Peijing1,XU Binshi1,ZHENG Handong1,2

(1.National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072,China;2.The School of Management, Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009,China)

The domestic current situation of automotive engine part products remanufacturing was described. Aiming at the absence of effective methods for selecting optimal scheme of automotive engine, the evaluation index system of automotive engine remanufacturing which included economy, technology, resource and environment was established. According to attributive properties of the assessment indexes, the decision-making model was built based on technique for order preference by similarity to ideal solution. Finally, this method was applied in an enterprise’s automotive engine remanufacturing, and its effectiveness was verified.

Automotive engine; Remanufacturing project; Technique for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS); Assessment

2015-07-22

中國(guó)工程院咨詢研究項(xiàng)目(2014XY2)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2011CB013400)

李恩重(1985—)，男，講師，主要研究方向?yàn)樵僦圃旃こ坦芾砼c技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。E-mail：enzhongl@sina.com。