铜冶炼行业清洁生产评价指标权重分析

王营茹，陆 阳

武汉工程大学化学与环境工程学院, 湖北 武汉430074

0 引 言

铜冶炼行业是国民经济中的基础性行业，特别是我国正处于工业化阶段，对铜的需求保持高速增长，铜冶炼行业在国民经济中的地位将不断提高.铜冶炼行业历来是重污染行业，冶炼企业一般装备水平较低，生产工艺落后，原料的转化率和产品产出率均较低.直观的表现就是消耗高、损耗大、废弃物多[1].清洁生产是以综合预防为目的，是实施可持续发展战略的重要组成部分，是实现经济和环境协调发展的一项重要措施.研究一套系统的、具有科学性、激励性、符合我国先进环境管理水平的简单易行的铜冶炼行业的清洁生产评价指标体系，可指导铜冶炼生产企业推行清洁生产，对推动我国铜冶炼行业清洁生产具有一定的现实意义.在构建指标体系中，清洁生产评价指标的权重值反映了该指标在整个清洁生产评价指标体系中所占的比重，其确定原则是根据该项指标对铜冶炼生产企业清洁生产实际效益与水平影响程度的大小，以及实施的难易程度.确定指标的权重值，可以反映该指标的重要程度，以及该指标对总目标的贡献大小.在实际清洁生产评价应用中，通常根据企业清洁生产特征从指标体系中选取一些最能反映清洁生产属性的指标，以构建清洁生产评价指标体系[2-3].

1 分析方法

权重值的确定方法很多，如：专家咨询法、主成分分析法和层次分析法.本研究采用层次分析法(AHP法)对铜冶炼行业清洁生产各项指标进行权重分析.

1.1 层次分析法概念

美国运筹学家A.L.Saaty于20世纪70年代提出的层次分析法(Analytic hierarchy process，简称AHP方法)，是一种定性与定量相结合的决策分析方法.它是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的过程.将一个复杂问题转化为有条理的有序层次，一个递阶层次图能够直观地反映系统内部因素之间各子系统的分解情况，然后再逐级地进行综合[4].它是将目标问题作为一个系统，建立各问题所包含的因素相互独立又能反映系统整体的层次结构，对各因素的重要性进行两两比较，直到最后形成单一的最高层次因素[5].

1.2 层次分析法特点

层次分析法能够将定量分析和定性分析相结合具有系统性和综合性，还充分考虑了指标的相对重要性.该方法简洁实用，所需定量数据少，准确度高，结果容易被决策者了解和掌握.

2 层次分析法步骤

层次分析法适用于确定各个评价指标权重值，具体步骤如下.

2.1 评价指标重要性标度

假设事件U有n个因素：u1，u2，…，ui，…，un，其中ui表示因素i的重要性，而ui/uj则表示因素i相对于因素j重要的倍数.这个倍数用aij表示，则可得到如表1矩阵A.

表1 矩阵A

根据各指标重要标度构建权重判断矩阵.判断矩阵是表示本层所有因素针对上层某一个因素的相对重要性的比较.判断矩阵的元素aij用Santy的1～9标度方法给出[6]，见表2.

表2 判断矩阵元素aij的标度方法

为表征方便，将各评价指标以下列代号来表示：

A为资源与能源消耗指标.A1：铜精矿耗量；A2：石英石耗量；A3：新水耗量；A4：天然气耗量；A5：煤耗量；A6：重油耗量；A7：综合能耗.

B为污染物产生指标.B1：废水；B2：废气；B3：废渣.

C为资源综合利用指标.C1：粗铜单位产品综合耗能(拆标煤)；C2：粗铜冶炼回收率；C3：单位产品新水耗量.

D为产品特征指标.D1：阴极铜；D2：硫酸；D3：硫酸镍.

E为生产技术特征指标.E1：主体冶炼工艺；E2：制酸工艺；E3：生产规模.

F为环境管理与劳动安全卫生指标.F1：环境法律法规标准；F2：组织机构；F3：环境审核；F4：原料用量及质量；F5：生产设备的使用、维护、检修管理制度；F6：生产工艺用水、电、气管理；F7：环保设施管理；F8：污染源监测系统；F9：相关方环境管理.

2.2 确定权重步骤

2.2.1 构建判断矩阵 依据层次分析法，一级评价指标的重要性标度如表3所示.以某冶炼厂2012年的实际生产指标计算得出一级评价指标的重要性标度.

表3 一级评价指标的重要性标度

相应的判断矩阵A为：

2.2.2 计算重要性排序 根据判断矩阵，求出其最大特征根λmax所对应的特征向量W，则AW=λmaxW.所求特征向量W经归一化，即为各评价因素的重要性排序，得到的行向量就是权重向量[7].

2.2.3 判断矩阵一次性的检验 以上得到的权重向量是否合理，是否满足传递性和一致性，还需要对判断矩阵进行一致性检验.检验的几个指标如下：

CI=0，有完全的一致性

CI接近于0，有满意的一致性

CI越大，不一致越严重

CI为衡量 的大小，引入随机一致性指标RI，如表4.

表4 随机一次性指标RI

2.3 层次分析法的Excel计算示例

在Excel表格B3:G8中输入表2判断矩阵的数据.

a.计算判断矩阵每行元素的乘积Mi.

在单元格J3中输入“=B*C*D*E*F*G”，按住填充柄拖动到J8，完成Mi的计算.

c.权重的计算

在单元格L3中输入“=K3/$K$10”，按住填充柄拖动到L8，完成各指标权重系数的计算.

d.判断矩阵最大特征值λmax的计算.

选中单元格区域B10:B15，在编辑栏中输入=“MMULT(B3:G8,L3:L8)”，先按“F2”键，再同时按“Ctrl+Shift+Enter”键.在单元格C10中，输入“=B10/L3/6” 按住填充柄拖动到C15.在单元格E10中，输入“=SUM(C10:C15)”，完成λmax的计算.

e.一致性检验.

在单元格E11中，输入“(E10-6)/(6-1)”，得CI=0.0204.查表，n=6时RI=1.24，CR=CI/RI=0.034/1.24=0.0274<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证[8].(全部计算过程见图1).则一级指标权重值如表5.

图1 计算过程

表5 一级指标权重值

2.4 二级指标权重系数的研究

a. A资源与能源消耗指标.采用层次分析法对该一级指标下的7个二级指标进行分析，重要性标度如表6所示.

利用Excel计算权重，如图2所示.

表6 二级指标A的重要性标度

CR=CI/RI=0.044 8/1.32=0.033 9<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证.

计算得到二级指标相对权重系数如表7所示.

表7 二级指标A的相对权重系数

b.B污染物产生指标.采用层次分析法对该一级指标下的3个二级指标进行分析，重要性标度如表8所示.

利用Excel计算权重，如图3所示.

表8 二级指标B的重要性标度

图3 二级指标B的计算过程

CR=CI/RI=0.004 6/0.58=0.007 9<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证.

计算得到二级指标相对权重系数如表9所示.

表9 二级指标B的相对权重系数

c. C资源综合利用指标.采用层次分析法对该一级指标下的3个二级指标进行分析，重要性标度如表10所示.

利用Excel计算权重，如图4所示.

表10 二级指标C的重要性标度

图4 二级指标C的计算过程

CR=CI/RI=0.042 9/0.58=0.073 9<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证.

计算得到二级指标相对权重系数如表11所示.

表11 二级指标C的相对权重系数

d. D产品特征指标采用层次分析法对该一级指标下的3个二级指标进行分析，重要性标度如表12所示.

利用Excel计算权重，如图5.

表12 二级指标D的重要性标度

图5 二级指标D的计算过程

CR=CI/RI=0.047/0.58=0.081<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证.

计算得到二级指标相对权重系数如表13所示.

表13 二级指标D的相对权重系数

e. E生产技术特征指标.

采用层次分析法对该一级指标下的3个二级指标进行分析，重要性标度如表14所示.

表14 二级指标E的重要性标度

利用Excel计算权重，如图6所示.

图6 二级指标E的计算过程

CR=CI/RI=0.026 81/0.58=0.046 22<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证.

计算得到二级指标相对权重系数如表15所示.

表15 二级指标E的相对权重系数

f. F环境管理与劳动安全卫生指标

采用层次分析法对该一级指标下的9个二级指标进行分析，重要性标度如表16所示.

利用Excel计算权重，如图7所示.

表16 二级指标F的重要性标度

图7 二级指标F的计算过程

CR=CI/RI= 0.131 71/1.45= 0.090 83<0.10，表明该判断矩阵具有满意的一致性，通过一致性验证.

计算得到二级指标相对权重系数如表17所示.

2.5 最终确定权重值

整个指标体系由一级指标和二级指标构成，每个一级指标又包含若干二级指标.按照上述方法，已经计算了6个一级指标的权重值，并分析了其判断矩阵的一致性水平.用同样的方法可以分别计算每个一级指标其下属的二级指标的权重，并分别分析二级指标判断矩阵的一致性水平.

假设第i个一级指标的权重等于ai，该指标下第j个二级指标相对于该一级指标下的其他二级指标的权重为bj，那么，该二级指标的总权重则等于ai×bj[9].如表18所示.

表17 二级指标F的相对权重系数

表18 最终确定得到的权重系数

为了验证总权重计算结果是否也具有满意的一致性，需要计算总随机一致性指标，该指标的计算公式为：

其中：ai:第i个一级指标的权重；

CIi:第i个一级指标的一致性指标值；

RIi:第i个一级指标的平均随机一致性指标值.

由计算结果可知，CR值等于0.040 37，该值小于0.1，因此最终权重计算的结果具有满意的一致性，通过一致性验证.

3 结 语

根据表18可以看出铜精矿耗量指标的最终权重值相对于其他各项指标的最终权重值是最高的，符合中央“十一五”规划目标中倡导的“节能降耗”；同时，废水与废气指标的最终权重值也相对较高，说明该厂围绕“减污”的目的，改进工艺，完善管理，为取得更高清洁生产水平奠定了基础.

致 谢

非常感谢张建华工程师提供的数据资料以及在本论文的撰写过程给予的帮助和指导.

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