面向指標(biāo)多層次分解的綠色產(chǎn)品分級評價(jià)方法研究

宋豪達(dá)，陳二蒙，田曉飛，王宏濤

（1.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.中國質(zhì)量認(rèn)證中心，北京100000）

1 引言

當(dāng)前在生態(tài)環(huán)境影響大、需求消費(fèi)旺、社會(huì)關(guān)注度高的重點(diǎn)領(lǐng)域消費(fèi)產(chǎn)品，存在著綠色產(chǎn)品概念模糊不清、評價(jià)指標(biāo)體系缺乏協(xié)調(diào)性和普遍適用性[1]?，F(xiàn)有的綠色產(chǎn)品相關(guān)國家評價(jià)指標(biāo)體系采用“綠筐”方式，只是對綠色相關(guān)指標(biāo)的物理整合，以打分和權(quán)重等主觀因素作為主要方法，落地難，適用性差，忽視了產(chǎn)品之間的差異性和相關(guān)指標(biāo)之間存在的冗余性。

針對產(chǎn)品評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，文獻(xiàn)[2]利用Delphi法對多位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覂奢喆巫稍儾煌芷陔A段的強(qiáng)相關(guān)綠色指標(biāo)，基于全生命周期角度建立產(chǎn)品的評價(jià)指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[3]針對機(jī)電產(chǎn)品再制造過程中指標(biāo)體系不完善的問題，提出了基于模糊層次分析法的再制造性評價(jià)方法。文獻(xiàn)[4]從環(huán)境客戶滿意度和宏觀環(huán)境質(zhì)量健康指標(biāo)兩方面建立了質(zhì)量生存和發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系。上述研究在指標(biāo)收集方面缺少完整性，適用性差，忽略了消費(fèi)屬性指標(biāo)的收集，未能對不同的產(chǎn)品建立差異化的評價(jià)指標(biāo)體系。

在約簡冗余指標(biāo)方面，文獻(xiàn)[5]基于主觀和客觀賦值方法的結(jié)構(gòu)熵權(quán)法提出了一種計(jì)算評價(jià)指標(biāo)體系不同指標(biāo)權(quán)重的新方法。文獻(xiàn)[6]基于屬性約簡理論，利用粗糙集評估指標(biāo)間的相似關(guān)系，進(jìn)而刪除冗余指標(biāo)。上述研究通過粗糙集方法或計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法達(dá)到約簡指標(biāo)的目的，主觀性大。

綜上所述，在對指標(biāo)進(jìn)行多層次分解的基礎(chǔ)上，通過指標(biāo)約簡刪除冗余性指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)對綠色產(chǎn)品分級評價(jià)。首先從資源、環(huán)境、能源、消費(fèi)維度收集指標(biāo)，利用約束性和必要性指標(biāo)識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)對指標(biāo)進(jìn)行分解，然后利用灰色關(guān)聯(lián)聚類的方法對指標(biāo)進(jìn)行約簡，生成最簡指標(biāo)集，最后以約束性指標(biāo)作為約束條件對產(chǎn)品進(jìn)行分級評價(jià)。

2 產(chǎn)品初始指標(biāo)集的構(gòu)建

2.1 產(chǎn)品初始指標(biāo)集生成

消費(fèi)屬性是提升發(fā)展經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力。越來越多的消費(fèi)者將產(chǎn)品對消費(fèi)者健康、安全的影響，對環(huán)境的影響作為選購產(chǎn)品的重要因素。因此，提出以產(chǎn)品消費(fèi)屬性為約束的綠色產(chǎn)品分級評價(jià)方法。

本方法以綠色產(chǎn)品基本內(nèi)涵為基礎(chǔ)，結(jié)合生命周期思想，收集資源、能源、環(huán)境、消費(fèi)四個(gè)維度，囊括法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的相關(guān)指標(biāo)，在必要時(shí)候進(jìn)行LCI生命周期清單分析，保證在指標(biāo)收集過程中的完整性和相關(guān)性，形成初始指標(biāo)集，按照產(chǎn)品的資源、能源、環(huán)境、消費(fèi)四個(gè)維度建立產(chǎn)品的初級指標(biāo)框架，如圖1所示。

圖1 評價(jià)指標(biāo)多層分級圖Fig.1 Multilayer Grading of Evaluation Indicators

2.2 產(chǎn)品指標(biāo)多層分解

以消費(fèi)屬性為約束，將消費(fèi)屬性類指標(biāo)定義為約束性指標(biāo)。按照國內(nèi)與國際法律法規(guī)的相關(guān)規(guī)定要求和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求原則識(shí)別必要性指標(biāo)，將剩余指標(biāo)定義為可選指標(biāo)。依據(jù)上述識(shí)別規(guī)則，初始指標(biāo)集中的指標(biāo)被分解為約束性指標(biāo)、必要性指標(biāo)和可選指標(biāo)。根據(jù)定量和定性標(biāo)準(zhǔn)再次分解這三類指標(biāo)，即分解為定性約束性指標(biāo)，定量約束性指標(biāo)，定性必要性指標(biāo)，定量必要性指標(biāo)，定性可選指標(biāo)，定量可選指標(biāo)。對不同類型的定量和定性指標(biāo)在后續(xù)的指標(biāo)約簡過程中采用不同的處理方法，具體流程圖，如圖2所示。不同類型指標(biāo)的約簡處理原則如下：

圖2 綠色產(chǎn)品指標(biāo)多層次分解流程圖Fig.2 Multi-Level Decomposition Process of Green Product Indicators

（1）約束性和必要性的定量指標(biāo)：參與后續(xù)聚類分析計(jì)算，但不可以約簡刪除；

（2）可選定量指標(biāo)：參與后續(xù)聚類分析計(jì)算約簡，可以被約簡刪除。

（3）約束性和必要性的定性指標(biāo)：直接保留該指標(biāo)，不參與約簡。

（4）可選定性指標(biāo)：采用專家打分或者等級劃分的方法，將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，參與聚類計(jì)算，可被約簡刪除。

3 產(chǎn)品指標(biāo)的約簡

經(jīng)過初始指標(biāo)集收集的多屬性指標(biāo)存在著冗余性，通常不是最簡的指標(biāo)集?；诨疑P(guān)聯(lián)聚類提出了一種指標(biāo)約簡方法?；疑P(guān)聯(lián)分析能夠通過描述不同樣本間的相似性的大小判斷樣本信息的重復(fù)情況。循環(huán)聚類分析依據(jù)樣本信息的重復(fù)情況對樣本進(jìn)行分類，得到不同指標(biāo)情況下的樣本聚類情況。

3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

選取n個(gè)樣本的指標(biāo)數(shù)據(jù)序列，每個(gè)樣本包含m個(gè)指標(biāo)，這些數(shù)據(jù)序列可記為X（1k），X（2k），…，X（n k），k=1，2，…，m。在收集指標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)，有的指標(biāo)值越大代表指標(biāo)對環(huán)境越友好，有些則相反，且不同指標(biāo)單位不同，因此需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，兩種類型的標(biāo)準(zhǔn)化公式為：

式中：yij—第i個(gè)評價(jià)樣本的第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；xij—第i個(gè)評價(jià)樣本的第j個(gè)指標(biāo)的樣本收集值。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)聚類

基于標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析[7]法建立樣本之間的灰色關(guān)聯(lián)矩陣，然后，依據(jù)最大灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)原理對樣本進(jìn)行聚類。具體如下：

（1）計(jì)算樣本間的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)Xij?；疑P(guān)聯(lián)度系數(shù)計(jì)算公式可表示為：

式中：x（i k），x（j k）—第i和j個(gè)樣本的第k個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果；對于分辨系數(shù)，取ρ=0.5。

（2）使用式（3）得到灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)矩陣A為：

式中：Xii=1；i=1，2，…，m。

（3）樣本聚類：首先，濾除矩陣A中的最大灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Xij，然后對應(yīng)于系數(shù)的行和列的樣本被聚類，并去除第i行和第j列；在新矩陣中循環(huán)上述過程，直到結(jié)束。確定聚類數(shù)目，一般可聚為（3～5）類。

（4）循環(huán)聚類流程：將指標(biāo)集內(nèi)的第1個(gè)、第2個(gè)、…第m個(gè)指標(biāo)順序移除，并且重復(fù)過程（1）至過程（3），獲得去除不同指標(biāo)的樣本聚類結(jié)果。

利用灰色關(guān)聯(lián)聚類[8]的方法，得到全指標(biāo)和依次去掉不同指標(biāo)情況下的樣本聚類結(jié)果后，以全指標(biāo)情況下的樣本聚類結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，與依次去掉不同指標(biāo)情況下的樣本聚類結(jié)果進(jìn)行比較，若結(jié)果相同，表明可刪去該指標(biāo)，即該指標(biāo)為重復(fù)冗余的指標(biāo)，若結(jié)果不相同，則該指標(biāo)不可被刪除，需要被保留。

4 產(chǎn)品分級評價(jià)

經(jīng)過指標(biāo)約簡刪除冗余性指標(biāo)后，得到了最簡指標(biāo)集。將最簡指標(biāo)集中的產(chǎn)品約束性指標(biāo)作為能否可以繼續(xù)進(jìn)行綠色產(chǎn)品評價(jià)的前提。

對于產(chǎn)品約束性指標(biāo)而言，根據(jù)行業(yè)實(shí)際情況，經(jīng)由專家咨詢和行業(yè)內(nèi)征求意見，確定具體產(chǎn)品消費(fèi)約束性指標(biāo)值的三個(gè)等級與綠色產(chǎn)品金、銀、銅牌認(rèn)證等級相對應(yīng)，依次記為A，B，C等級。若產(chǎn)品約束性指標(biāo)達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)，則其滿足金牌產(chǎn)品評判前提，若產(chǎn)品約束性指標(biāo)達(dá)到B級標(biāo)準(zhǔn)，則其滿足銀牌產(chǎn)品評判前提，若產(chǎn)品約束性指標(biāo)達(dá)到C級標(biāo)準(zhǔn)，則其滿足銅牌產(chǎn)品的評判前提。針對同類產(chǎn)品，在約束性指標(biāo)滿足的上述要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行綠色產(chǎn)品金、銀、銅牌產(chǎn)品分級評價(jià)，如圖3所示。

圖3 綠色產(chǎn)品金、銀、銅牌分級圖Fig.3 Grading of Gold，Silver and Bronze Medals for Green Products

5 實(shí)例分析

以一整套分體壁掛式1.5匹空調(diào)為例建立基于指標(biāo)多層次分解的產(chǎn)品評價(jià)指標(biāo)體系，具體流程如下：

步驟1：空調(diào)產(chǎn)品初始指標(biāo)集生成

該款空調(diào)產(chǎn)品在收集指標(biāo)的過程中，以空調(diào)產(chǎn)品基本內(nèi)涵為基礎(chǔ)，涵蓋資源、能源、環(huán)境、消費(fèi)四個(gè)維度的指標(biāo)，囊括法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的相關(guān)指標(biāo)，形成空調(diào)產(chǎn)品初始指標(biāo)集。空調(diào)指標(biāo)集中指標(biāo)為：制冷劑環(huán)保性、能效的等級、銅線、鋁箔、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、滲碳鋼、硅鋼片、鋁板、He氣、硅酸鈉、環(huán)氧樹脂、HIPS、PP、聚氯乙烯、EPS、使用階段電能、非使用階段電能、使用階段碳排放量、制冷劑末端處理方式。

步驟2：空調(diào)產(chǎn)品指標(biāo)約簡

利用綠色產(chǎn)品多層次分解原則對空調(diào)指標(biāo)集指標(biāo)分解。經(jīng)過分解，在空調(diào)產(chǎn)品初始指標(biāo)集中約束性指標(biāo)為冷卻劑環(huán)保性和能效等級，不參與約簡。必要性指標(biāo)是聚氯乙烯、He氣、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、HIPS、PP、EPS、鋁板、硅酸鈉，且均為定量必要性指標(biāo)，參與約簡但不能夠被刪除?？蛇x定量指標(biāo)為銅線、鋁箔、使用階段電能消耗、非使用階段電能消耗、硅鋼片、使用階段碳排放量、環(huán)氧樹脂、制冷劑末端處理方式，其中制冷劑末端處理方式為可選定性指標(biāo)，利用專家打分法轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，經(jīng)過分解得到可約指標(biāo)集，分解結(jié)果，如圖4所示。

圖4 空調(diào)產(chǎn)品指標(biāo)分解圖Fig.4 Indicators Decomposition of Air-conditioning Product

基于上述指標(biāo)選取該類產(chǎn)品10個(gè)企業(yè)的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，利用專家打分法對可選定性指標(biāo)進(jìn)行量化。具體數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 不同企業(yè)的指標(biāo)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表Tab.1 Indicator Data and Standardized Data for Different Enterprises

將表1中第2～11列的10個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化后得到的指標(biāo)數(shù)據(jù)代入式（3）中，并計(jì)算全部指標(biāo)情況下的灰色關(guān)聯(lián)矩陣A。為了便于本研究的快速計(jì)算，采用MATLAB數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，編寫相應(yīng)的程序完成計(jì)算，得到灰色關(guān)聯(lián)矩陣A（以下關(guān)聯(lián)矩陣關(guān)于主對角線對稱，只列出對角線一側(cè)數(shù)據(jù)）如下所示：

首先，濾除關(guān)聯(lián)矩陣A中的最大的關(guān)聯(lián)系數(shù)0.7772，然后對應(yīng)于系數(shù)的第2行第3列的樣本2和3被聚類，并將第3行第3列去除；在新矩陣中，繼續(xù)在新矩陣中找到0.7646最大關(guān)聯(lián)系數(shù)，并將對應(yīng)于系數(shù)的第1行第2列的樣本1和2聚類。循環(huán)上述過程，最后在0.7021處將樣本1和4聚類。依據(jù)上述聚類結(jié)果繪制相應(yīng)的聚類結(jié)果圖，如圖5所示。在0.7491處可將樣本聚為5類，聚類結(jié)果列于表2第2行第2列。

圖5 全部指標(biāo)下的樣本聚類結(jié)果圖Fig.5 Clustering Results of Sample Under all Indicators

依次去掉每一個(gè)x（i i=1，2，…，17）指標(biāo)后進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。將表2中除去該指標(biāo)所在的行的行數(shù)據(jù)的其他10個(gè)企業(yè)的指標(biāo)數(shù)據(jù)代入式（3）中，可得灰色關(guān)聯(lián)矩陣，并繪制相應(yīng)的譜系圖。上述灰色關(guān)聯(lián)矩陣通過MATLAB軟件得到，循環(huán)聚類分析結(jié)果，如表2所示。

表2 循環(huán)聚類分析結(jié)果表Tab.2 Analysis Results of Cyclic Cluster

將去除每個(gè)指標(biāo)后的樣本聚類結(jié)果與全部指標(biāo)下的聚類結(jié)果作對比，經(jīng)過分析可知，刪除指標(biāo)x3，指標(biāo)x5，指標(biāo)x10，指標(biāo)x13不會(huì)影響到評價(jià)樣本分類結(jié)果，但是指標(biāo)x5和指標(biāo)x10為必要性指標(biāo)，不能夠被刪除。因此，將參與約簡的17個(gè)指標(biāo)篩選后為：

共15個(gè)指標(biāo)，并將其與未參與約簡的約束性指標(biāo)（2個(gè)）合并得到最簡指標(biāo)集。

步驟5：空調(diào)產(chǎn)品分級評價(jià)：

空調(diào)產(chǎn)品指標(biāo)經(jīng)過約簡后，形成了空調(diào)產(chǎn)品最簡指標(biāo)集。依據(jù)產(chǎn)品分級評價(jià)方法對空調(diào)產(chǎn)品最簡指標(biāo)集內(nèi)的約束性指標(biāo)進(jìn)行等級劃分。根據(jù)行業(yè)實(shí)際情況經(jīng)由專家咨詢和行業(yè)內(nèi)征求意見，確定空調(diào)產(chǎn)品能效等級的一級能效，二級能效和三級能效分別對應(yīng)于約束性指標(biāo)的A級、B級和C級。當(dāng)某款空調(diào)產(chǎn)品達(dá)到一級能效、二級能效、三級能效時(shí)，滿足金牌、銀牌、銅牌產(chǎn)品的評判前提。在約束性指標(biāo)滿足評判前提的條件下，考察必要性指標(biāo)是否都滿足指標(biāo)評價(jià)值，以及可選指標(biāo)滿足指標(biāo)評價(jià)值的比例，從而最終確定綠色產(chǎn)品等級。家用分體壁掛式1.5匹空調(diào)產(chǎn)品評級結(jié)果判定，如表3所示。

表3 家用分體壁掛式1.5匹空調(diào)產(chǎn)品評級結(jié)果判定Tab.3 Judgment of Grading Result of Household Split Wall Hanging Type of 1.5 Air-conditioning Products

6 結(jié)論

（1）針對現(xiàn)有的綠色產(chǎn)品評價(jià)指標(biāo)體系落地難，適用性差等問題，提出了綠色產(chǎn)品指標(biāo)分級評價(jià)的思路?；谙鄳?yīng)的原則將指標(biāo)集中的指標(biāo)分解為約束性指標(biāo)、必要性指標(biāo)和可選指標(biāo)三類。并以定量和定性標(biāo)準(zhǔn)對三種類型的指標(biāo)進(jìn)行再次分解。對分解得到的指標(biāo)采取不同的約簡處理原則，為后續(xù)約簡和產(chǎn)品分級評價(jià)做準(zhǔn)備。（2）利用灰色關(guān)聯(lián)聚類的方法對指標(biāo)集中的冗余性指標(biāo)進(jìn)行刪除，得到最簡指標(biāo)集，避免了主觀性和重要指標(biāo)信息的流失。（3）基于分解得到的約束性、必要性和可選指標(biāo)，結(jié)合最簡指標(biāo)集，對產(chǎn)品進(jìn)行分級評價(jià)。