基于模糊可拓层次分析法的汽车绿色度评价体系研究

刘 源

(郑州航空工业管理学院机电工程学院，河南 郑州 450015)

汽车工业是我国国民经济支柱产业，随着汽车保有量呈快速上升趋势，汽车给环境带来的污染也日益严重，节能减排，走可持续发展道路已成为社会各界的共识。如何使传统汽车向绿色汽车过渡是一个亟待解决的问题。

绿色度是对产品进行绿色性评价的重要指标，是产品对环境绿色度的量化值[1]。电动汽车绿色度评价包括了环境属性、资源属性、能源属性、经济指标属性、技术属性等指标的综合评价，是一个多目标、多层次的评价。通过研究汽车绿色度评价指标体系，并给出定量的评价方法，确定影响产品绿色度的关键因素，这对改进和优化汽车的绿色设计，促进可持续发展具有重要意义。对于多级评价指标体系可采用层次分析法、模糊综合评价法或二者相结合的方法来评价。尹望吾等[2]采用层次分析法计算权重并利用回归算法制定权重分配策略，实现了对装备制造业的绿色度评价。王跃进等[3]采用多级模糊综合评价方法实现对产品全生命周期内的绿色度评价。汪骥等[4]采用层次分析法和模糊综合评价法相结合实现对船舶建造过程的整体绿色度评价，为船舶产品整个生命周期的绿色度评价提供了方法。

但是传统的层次分析法在构造判断矩阵时，两两比较的取值为一个具体数值[5]，不能准确描述专家判断的模糊性。而可拓层次分析法用可拓区间代替具体数值，能更加准确地表达专家在指标评价中的主观判断模糊性，使得权重排序更加合理。

1 汽车绿色度评价体系建立

汽车绿色度评价是面向原材料、生产制造、包装运输、使用维护和报废回收等整个产品生命周期的评价[6]，其评价指标体系不仅要有环境方面的指标，也要有传统的产品评价指标。因此，建立一套合理、全面的评价指标体系是对汽车绿色度进行综合评价的基础。

汽车绿色度评价指标体系由汽车的基本属性组成，包括环境属性指标、资源属性指标、能源属性指标、技术属性指标及经济属性指标5个大的方面[7－8]。每个属性指标又由一些指标组成，形成了不同层次的评价指标，从而可全面综合地评价产品的绿色度。

为了使得评价指标体系具有可比性和可操作性，在指标选取时应综合考虑其科学性、目的性、完整性。图1所示为汽车绿色度评价指标体系的基本构成。

技术属性指标是传统的汽车评价指标，是考察汽车是否达到预定使用功能的指标。技术属性指标的考察主要包括动力性、操纵稳定性和平顺性等。

环境属性指标是绿色性汽车不同于传统汽车的重要特征之一，也是汽车绿色度评价中最重要的一个环节。汽车在使用过程中的尾气排放、噪声以及燃油、润滑系统在维护过程中的含油污水排放都会对环境造成严重影响。因此，对汽车环境属性指标的考察主要是指整个生命周期内与环境有关的指标，包括大气污染、噪声污染和水油污染等方面的内容。

图1 汽车绿色度评价指标体系

资源包括产品生命周期各个阶段中使用的材料资源、设备资源、信息资源和人力资源，是产品生产和使用所必需的基本条件。汽车产品对环境影响最直接、最重要的是材料资源，对汽车资源属性指标的考察主要包括材料利用率和废旧材料回收率。

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，节约和充分利用能源是现代社会生产的必然要求，能源利用率高，也就节约了资源，减少对环境的污染。汽车在生产、使用和回收中都要消耗掉大量的能源，因此要尽量使用清洁能源和再生能源，并采用合理的生产工艺，以提高对资源的利用率。对汽车能源属性指标的考察主要包括能源类型、能源利用率和能源消耗量。

提高经济效益是制造生产企业追求的最重要目标之一。以往衡量产品的经济性指标大多只考虑设计成本、生产成本以及运输费用、储存费用等附加成本，很少考虑因工业生产、经济活动所造成的环境污染而导致的社会费用，也很少或不考虑产品达到生命周期后的拆卸、回收和处理处置费用对产品总体经济性的影响。对汽车绿色度评价的经济属性指标的考察必须考虑治污和回收对经济性的影响。经济属性指标主要由生产成本、使用成本和治污成本组成。

2 可拓层次分析法

2.1 构造可拓判断矩阵

SAATY提出的互反性1－9标度法可作为可拓区间层次分析法的标量化方法[9]。在某一准则下，专家对隶属于同一层次的各元素之间的相对重要性进行两两比较，建立正互反一致性矩阵Ak=[aij]n×n，i，j=1，2，…，n，其中aij=＜aij，a+ij＞是一个可拓区间数，aij，a+ij分别为判断矩阵第i行j列可拓区间元素的上、下端点。为了把可拓判断矩阵中的每个元素定量化，将可拓区间的中值取值为层次分析法中1－9标度法取值的整数值。

2.2 综合可拓区间数判断矩阵和权重向量

由可拓区间数aij=＜aij，a+ij＞可得可拓区间数判断矩阵A=＜A－，A+＞，其中A－为区间下端点构成的矩阵，A+为区间上端点构成的矩阵。求其满足一致性条件的权重向量步骤如下。

a.求A－，A+的最大特征值所对应的具有正分量的归一化特征向量x－，x+。

由A－=[aij]n×n，A+=[a+ij]n×n，计算k和m的值，可得

式中k和m分别为满足0＜kx－≤mx+的全体正实数。

判断矩阵的一致性。若0≤k≤1≤m，则说明可拓区间判断矩阵的一致性较好。

b.求可拓区间数权重向量。

2.3 层次单层排序

设Si=＜S－i，S+i＞，Sj=＜S－j，S+j＞，如果D(Si－，Si+)≥0(i≠j)表示 Si－≥Sj+的可能性程度，则

式中Pi表示某层上第i个因素对上一层次上的某个因素的单层排序，经归一化处理后，得到P=(P1，P2，…，Pn)T表示某层上各因素对上一层次上的某个因素的单层排序权重向量;S－i，S+i，S－j，S+j表示两个单层权重向量可拓区间数的上、下端点。

2.4 层次总排序

在求出所有Pkl=(P1kl，P2kl，…，Pknkl)T以后，其中 k 为第 k 层，l为第 l个因素。当 l=1，2，…，nk－1时，得到 nk× nk－1阶的矩阵，即

3 模糊综合评价法

3.1 单因素模糊综合评价

构建因素集。将各种评价指标构成的集合称为因素集，由n个评价指标组成的因素集记为U={U1，U2，…，Un}。

建立评语体系 V={v1，v2，v3，v4，v5}，来表征评价指标的绿色度水平。

a.求评语隶属度的矩阵。

对于隶属度计算采用专家打分法(菲尔德法)，隶属度rij等于评价因素Ui被评为评语Vj的次数除以有效的咨询次数，得到评语隶属度矩阵为

b.建立单因素综合评价模型。

计算权重向量。由可拓层次分析法求得权重向量W。

根据模糊综合评价概念，若已知下层n个因素的隶属度向量分别为 R1，R2，…，Rn，以及权重分配向量 Wk=(W1，W2，…，Wn)，则可以根据式(7)计算上一层因素综合评价结果B。

最后，根据最大隶属度原理可得到评价指标影响程度排序值。

3.2 模糊综合评判

汽车绿色度评价体系是一个多层次的评价体系，因此模糊评价也分为多个层次，即需要进行二级模糊评价、三级模糊评价等。

二级模糊综合评价模型为

式中:Wi为第i因素的单层排序权重向量，Wi=(wi1，wi2，…，wik);Bi为第 i因素的一级模糊评价结果;M为各因素之间的模糊综合评价结果。

对于最终的评价结果可用量化分值来表示，将评价集 V={很差，差，一般，较好，很好}赋予分值，即 V={0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}，则各级指标的绿色度综合评价得分为:

得分越高表示绿色度评价结果越好。

4 某汽车产品绿色度综合评价分析

利用模糊可拓层次分析法对某以汽油为燃料的小排量汽车进行绿色度综合评价。汽车是一种复杂的机械系统，要进行绿色度评价，首先就要确定一个能科学、客观且尽可能全面反映对象目标特性的评价指标体系。前文给出了汽车绿色度评价指标体系(如图1所示)。

4.1 确定各指标权重

邀请一组专家对每个评价指标给出等级评价，评价过程中，专家组按照1－9标度法原则两两构造各级可拓区间数判断矩阵。准则层各属性对目标层的重要度及权重见表1。

根据表1求A－，A+的最大特征值所对应的、具有正分量的归一化特征向量，即

然后，根据式(1)和式(2)分别求出k=0.919，m=1.041。由计算结果可知k＜m，说明矩阵一致性较好。

表1 准则层各属性对目标层的重要度及权重

由式(3)求出满足一致性条件的可拓区间数权重向量，为

根据式(4)求出5项指标对总目标层的单层排序，为

经归一化处理后，可得准则层技术、环境、能源、资源性、经济5个评价指标对目标层的权重向量为

P=(0.220，0.325，0.261，0.165，0.029)T

按照单层排序确定权重的方法，分别计算环境属性指标、资源属性指标、能源属性指标、技术属性指标及经济属性指标的二级评价指标的权重向量，结果见表2。

4.2 计算隶属度

邀请专家对指标层的各项指标进行打分，将评价结果经归一化处理后可得到各项指标的评语隶属度向量，再由各项指标的评语隶属度向量构成评价矩阵，结果见表2。

4.3 模糊综合评价

以技术属性指标为例，技术属性指标的3项子指标的评价矩阵为:

3项子指标相对于技术属性指标的权重为W1=(w11，w12，w13)=(0.335，0.350，0.315)。

根据式(7)计算得到技术属性指标综合评价结果 B1=(0.0000，0.0063，0.3177，0.5041，0.1484)。

表2 各属性评价指标权重及隶属度

依次类推，可得到环境属性指标、能源属性指标、资源属性指标、经济属性指标综合评价结果为

根据式(8)计算得

绿色度评分值G=66.18。一般来说，可将绿色度分值高于60分的产品称为绿色产品。

进一步分析各个属性指标的绿色度，技术属性指标的绿色度评分值G1=74.48，说明燃油汽车具有良好的动力性、操纵稳定性和平顺性，能够较好地满足汽车使用要求。环境属性指标绿色度评分值G2=62.63，稍低于汽车整体绿色度分值，说明汽车在行驶过程中排放的尾气、噪声以及保养维修时排放的废油、废水对环境造成了污染，而作为主要污染源的汽车尾气却达到国家排放标准，因此总体来说燃油汽车的环境属性指标较好。能源属性指标绿色度评分值G3=59.66，说明燃油汽车绿色度较低。随着石油资源日益紧张，可以通过使用新型清洁能源、提高能源利用率等途径来提高汽车绿色度。资源属性指标绿色度评分值G4=65.38，说明汽车生产时的材料利用率和报废时的材料回收率较高。经济属性绿色度评分值G5=72.85，说明燃油汽车对于生产厂家、用户和回收企业的成本都较低，具有较好的经济性。

5 结束语

本文提出的模糊可拓层次评价方法是在以往研究的模糊层次分析法的基础上，引入了可拓理论，将专家的判断由一个具体数值扩展为一个区间，更加准确地描述了专家经验判断的模糊性特点，使评价结果更加真实可信。

研究表明，传统燃油汽车面临着石油资源匮乏、环境污染严重的问题，影响着汽车绿色度水平的进一步提高。未来汽车绿色度提高的途径应重点放在清洁能源的使用以及提高燃料利用率等方面。

[1] HUR T，KIM I，YAMAMOTO R.Measurement of green productivity and its improvement[J].Journal of Cleaner Productivity，2004，12(7):673－683.

[2] 尹望吾，魏吉双.装备制造业绿色度评估技术研究[J].湖南大学学报:自然科学版，2011，38(9):50－54.

[3] 王跃进，孟宪颐.绿色产品多级综合评价方法的研究[J].中国机械工程，2000，11(9):1016－1019.

[4] 汪骥，刘玉君，鲁大鹏，等.船舶建造过程绿色度评价方法研究[J].大连理工大学学报，2012，52(2):221－226.

[5] 刘源，赵又群.基于模糊层次分析法的车辆故障影响评估模型[J].农业装备与车辆工程，2009(6):23－26.

[6] 孔玉霞，李岚.液压系统资源属性的绿色度评价方法[J].机床与液压，2008，36(12):113－115.

[7] 刘红旗，陈世兴.产品绿色度的综合评价模型和方法体系[J].中国机械工程，2000(9):1013－1016.

[8] 代应，蒋长兵.汽车逆向物流系统绿色度评价研究[J].计算机工程与应用，2009，45(3):220－222.

[9] SAATY T L.TheAanalytic Hierarchy Process[M].New York:Mc Graw－Hill，1980.