基于熵权TOPSIS的区域工业绿色制造水平评价研究

2020-10-20王鸣涛叶春明

科技管理研究 2020年17期

王鸣涛，叶春明

(1.安阳师范学院计算机与信息工程学院，河南安阳 455000；2.上海理工大学管理学院，上海 200093)

2016年，工信部节能与综合利用司发布《绿色制造工程实施指南（2016—2020年）》，不仅设定了节能减排的数值目标，而且提出要推动绿色产品、绿色工厂、绿色园区和绿色供应链全面发展的绿色制造体系。为贯彻落实这两个文件，2016年，工信部办公厅发布《关于开展绿色制造体系的通知》，制定了绿色产品、绿色工厂、绿色园区和绿色供应链的相关标准和评价体系。之后，北京、上海和广东等多个地区制定了《绿色制造体系建设实施方案（2018—2020）》，绿色制造成为现阶段政府规划、学术研究热点。工业是区域绿色制造的主战场，构建区域工业绿色制造水平评价指标体系，进行科学客观的评价，能够推动工业绿色制造的有效深入实施。

1 相关研究综述

当前研究成果主要集中在对“企业内部”和“区域整体”的绿色制造水平评价。

在“企业内部”方面，易湘斌等［1］、李锐等［2］、吴小珍等［3］均以生产工艺为研究对象，分别建立了物元模型、清洁生产审核模型和生态评价体系，评价了生产工艺的绿色制造水平。Salem等［4］和张进昌等［5］以企业整体为绿色制造水平评价对象，前者设计了评价制造企业绿色水平的工具箱，后者构建了企业绿色制造评价指标体系，两人均选择了多家企业为研究对象进行了实证评价和分析。

在“区域整体”方面，研究成果较少。李博洋等［6］构建了区域绿色制造水平评价指标体系，包括产品设计生态化、生产过程清洁化、能源资源高效利用、回收再生资源化和产业融合一体化5个方面，对东部9省市绿色制造水平进行了评价分析。游建民等［7］从发展效益、资源利用、污染排放、环境保护和科技创新5个方面，构建了区域绿色制造绩效评价指标体系，对贵州国家生态文明试验区的绿色制造绩效进行了测度。

通过梳理研究成果发现：一是当前以“区域工业”为视角开展绿色制造水平的评价研究还是空白；二是现有的区域整体绿色制造水平评价指标体系中关于工业的指标设计不够完善，缺乏评价绿色制造相关科技的指标，也缺乏评价绿色制造成果的指标，如绿色产品、绿色工厂和绿色园区等。

因此，本文以“区域工业”为视角，创新思路，清晰化界定工业绿色制造内涵，将绿色科技和绿色质效融入评价体系，构建的绿色制造水平评价指标体系可以弥补现有研究空白，可为区域工业绿色制造的有效实施指引方向。本文对30个地区工业绿色制造水平进行的实证研究，验证了评价指标体系的科学适用性；提出的增强区域工业绿色制造水平的建议，有一定的思路借鉴和参考价值。

2 工业绿色制造内涵界定

“中国工程院绿色制造发展战略研究”课题组从节约能源、影响环境的角度认知绿色制造，即在产品全生命周期中，使能源利用率最高（能耗最低），对自然环境的影响降到最低（无害或危害极小）［8］。

一些学者则融合了技术、效益角度更全面认知绿色制造，如游建民［7］、陶永等［9］、钟玥等［10］，均指出绿色制造是在保证产品质量和功能前提下，借助于各种先进技术使产品在全生命周期中环境污染最小化，能源消耗最低，实现经济与社会效益协调发展。

综上，结合工信部办公厅发布的《关于开展绿色制造体系的通知》，本文将工业绿色制造内涵界定为：工业绿色制造是借助各种先进的关键工艺技术（即绿色科技），最大程度提高能源利用率、降低能耗（绿色生产），减少污染物排放、最大程度降低对自然环境的危害（绿色排放），最终实现绿色产品、绿色工厂、绿色园区的高质量建设和最大经济效益（绿色质效）。

3 评价指标体系构建

根据工业绿色制造内涵，确定评价体系的框架为“绿色生产”“绿色排放”“绿色科技”“绿色质效”4个方面。研读相关文献和咨询专家学者，结合《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》中的相关统计指标，按照全面性与精髓性相结合原则，构建了科学适用的区域工业绿色制造水平评价指标体系，共有4个一级指标，16个二级指标（见表1）。

评价指标体系的特色和新颖性，体现在框架体系融入了“绿色科技”和“绿色质效”，指标融合了“平均值指标”和“绝对值指标”。根据工业绿色制造的内涵，绿色生产和绿色排放的指标设计采用“平均值指标”，绿色科技和绿色质效的指标设计以“绝对值指标”为主。

表1 区域工业绿色制造水平评价指标体系

3.1 绿色生产

绿色生产是全面推行工业绿色制造的首要因素，其目标是利用节能降耗新技术、清洁生产新工艺、新设备，最大程度提高传统能源利用率，降低能耗，同时加大使用清洁新能源，最终减少因传统能源的利用造成的环境污染。设计3个指标来评价绿色生产水平：一是单位工业增加值综合能耗，二是单位工业增加值煤耗——两者用于评价通过对传统能源（煤炭、石油、天然气等）的节能降耗，达到的绿色生产水平。煤炭在能源消费总量中占比较大，因此将煤耗单列一个指标。三是工业清洁新能源发电量比率，用于评价通过加大对清洁新能源（风能、太阳能等）的使用，达到的绿色生产水平。

3.2 绿色排放

绿色排放是全面推行工业绿色制造的关键因素，其目标是通过废水、废气、废物高效治理新工艺、新设备，最大程度减少污染物排放，对自然环境的危害降到最小。因为工业污染物种类很多，根据《中国统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》的历年统计指标，精选出COD、氨氮、SO2、氮氧化物、固体废物为指标设计对象，设计5个指标来评价绿色排放水平：一是单位工业增加值COD排放量，二是单位工业增加值氨氮排放量，两者用于评价对废水污染物治理达到的绿色排放水平；三是单位工业增加值SO2排放量，四是单位工业增加值氮氧化物排放量，两者用于评价对废气污染物治理达到的绿色排放水平；五是单位工业增加值固体废物产生量，用于评价对固体废物治理达到的绿色排放水平。

3.3 绿色科技

绿色科技是全面推行工业绿色制造的决定性支撑因素。无论是生产环节中的节能降耗，还是排放环节中的污染物的高标准治理，都需要依赖先进的工艺技术和装备。设计3个指标来评价绿色科技水平：

一是绿色制造发明专利数量。是指拥有绿色新材料、绿色生产关键工艺和设备、绿色回收处理和利用设备等方面的发明专利数量。该指标从发明专利角度评价绿色科技水平。

二是绿色制造系统集成项目数量。工信部从2016年开始组织绿色制造系统集成项目的申报和审批，该项目以绿色设计平台建设、绿色关键工艺突破、绿色供应链系统构建为研究对象，对提升绿色精益生产能力、提升绿色装备自主保障能力有着重要的作用［11］。该指标从绿色制造项目角度评价绿色科技水平。

三是绿色制造科技奖数量。包括中国机械工程学会的“绿色制造科学技术进步奖”和中国节能协会的“节能减排科学技术进步奖”。前者围绕4个方面进行评选，分别是：绿色制造技术与装备、绿色制造工艺、制造领域的资源循环再利用、与绿色制造技术有关的技术或成果［12］。后者奖励在节能减排科学研究、技术创新与开发方面有突出贡献的科学技术［13］。获奖的科学技术，对增强区域工业绿色制造水平有着强大的科技支撑和驱动力。该指标从绿色制造获奖技术角度评价绿色科技水平。

3.4 绿色质效

绿色质效是指工业绿色制造实施的成果和经济效益。研究设计5个指标来评价绿色质效水平：

一是绿色园区数量。绿色园区的特色是实现能源梯级利用、水资源循环利用、废物交换利用、土地节约集约利用和绿色智慧管理［14］。该指标从绿色园区建设角度评价绿色制造成果水平。

二是绿色产品数量。绿色产品是指在产品全生命周期过程中质量品质高、资源能源消耗少、对人体健康和环境影响小、便于回收利用、无毒无害的产品［14］。该指标从绿色产品研发角度评价绿色制造成果水平。

三是绿色工厂数量。绿色工厂是指具备清污分流、废水循环利用、固体废物资源化和无害化利用、能源低碳化的工厂［14］。该指标从绿色工厂建设角度评价绿色制造成果水平。

四是工业利润额占主营收入比重。五是工业增加值占GDP比重。两者用于评价绿色制造实施带来的经济效益水平。

4 研究方法

4.1 熵权法

熵权法是一种客观赋权方法，利用信息熵计算出指标权重。如果指标的变异程度较小，则信息熵较大，在评价中所起的作用较小，权重就会较小。相反，权重就会较大。

熵权法的步骤是［15］：

设有m个评价对象，n个评价指标，xij是第i个评价对象中第j个指标的原数据。

（1）数据标准化处理。

对于正向指标，按照公式（1）处理。对于逆向指标，按照公式（2）处理。

（2）计算第j项指标下第i个评价对象的特征比重：

4.2 TOPSIS法

TOPSIS法通过计算各项指标的正理想解和负理想解，确定各个评价对象与两解之间的欧氏距离，得出与最优方案的接近程度，作为评价优劣的标准。若评价对象最靠近正理想解同时又远离负理想解，则为最优方案，否则为最差方案［15］。

TOPSIS法的步骤是［15］：

设有m个评价对象，n个评价指标，是第i个评价对象中第j个指标的原数据。

（1）逆向指标正向化处理。

（2）用向量规范法求得规范矩阵G：

（3）构建加权规范矩阵Z：

（4）确定每个指标的正理想解和负理想解。

正理想解为：

负理想解为：

（5）计算各评价对象到正理想解和负理想解的欧氏距离：

（6）计算各评价对象到正理想解的贴近度：

5 实证研究

5.1 数据来源

根据表1的评价指标体系，获取30个地区2017年的数据。数据来源于2018《中国统计年鉴》、2018《中国环境统计年鉴》、2018《中国能源统计年鉴》、30个地区的《统计年鉴》和《环境统计公报》，以及工信部关于下发绿色制造名单的相关文件。其中，绿色制造发明专利池目前正在建设中，暂用“有效发明专利数量”代替。绿色制造系统集成项目数量、绿色制造科技奖数量、绿色园区数量、绿色产品数量、绿色工厂数量均为其自首批批准后至2018年底的总数量。

5.2 使用熵权法确定指标权重，分析重要因素

5.2.1 指标权重确定

按照公式（1）～公式（5）计算出指标权重，见表1。在数据标准化处理时，一些地区的指标C3和D1原数据为0，需要修正，标准化后为0的数据，用0.000 1代替。

5.2.2 重要因素分析

图1是指标权重图，可以看出，绿色产品数量（D3）、单位工业增加值SO2排放量（B3）、绿色制造发明专利数量（C1）、单位工业增加值煤耗（A2）、绿色制造科技奖数量（C3）是影响各地区工业绿色制造水平的重要因素。

图1 区域工业绿色制造水平指标权重

（1）绿色产品数量（D3）。该指标权重为0.155 7，是影响各地区工业绿色制造水平的第一要素。绿色产品是绿色制造实施的最直接成果，其内涵在前文已经阐述。研发更多绿色产品，可以从绿色质效方面增强工业绿色制造水平。

截至2018年底，工信部已经评选出三批绿色设计产品，共726种，覆盖家用洗涤剂、可降解塑料、房间空气调节器、电动洗衣机、家用电冰箱、吸油烟机和电饭锅等几十类产品。广东省拥有225种位居第一，山东省拥有122种位居第二，安徽省拥有116种位居第三。

（2）单位工业增加值SO2排放量（B3）。该指标权重为0.129 3，是影响各地区工业绿色制造水平的第二要素。SO2是工业废气排放的主要污染物，排放过多会直接导致酸雨。控制SO2排放量，降低单位工业增加值SO2排放量，是从绿色排放方面增强工业绿色制造水平的最大动力。

（3）绿色制造发明专利数量（C1）。该指标权重为0.110 2，是影响各地区工业绿色制造水平的第三要素。绿色制造的实施，离不开绿色科技的支撑，而发明专利是科技的核心。加大研发力度，创造更多绿色发明专利，是提升工业绿色制造水平的重要科技动力。

（4）单位工业增加值煤耗（A2）。该指标权重为0.089 1，是影响各地区工业绿色制造水平的第四要素。煤炭在能源消耗总量中占比最大，控制煤炭消费总量，降低单位工业增加值煤耗，可以从绿色生产方面增强工业绿色制造水平。

（5）绿色制造科技奖数量（C3）。该指标权重为0.083 4，是影响各地区工业绿色制造水平的第五要素。前文已经对该指标进行阐述，获奖的科学技术，对增强区域工业绿色制造水平有着强大的科技支撑和驱动力。

综上，提升各地区工业绿色制造水平的有效路径是借助绿色科技尤其是发明专利，在降低煤炭消耗的同时，最大化减少SO2的排放量，研发生产出更多高质量的绿色产品。

5.3 使用TOPSIS法进行评价

按照公式（6）～公式（13），计算各评价对象到正理想解的贴近度，并降序排列，如表2所示。其中绿色生产、绿色排放、绿色科技和绿色质效的贴近度计算，类同绿色制造水平的计算，只是在构建加权规范矩阵时，指标权重需要重新计算，根据各指标的熵值计算出它们相对于所属一级指标的权重即可。

表2 2017年30个地区工业绿色制造水平排名

5.4 评价结果分析

将绿色制造水平分为“很高”“较高”“一般”“较低”“很低”5个等级，对30个地区进行等级划分，见表3。

表3 2017年30个地区工业绿色制造水平等级

5.4.1 工业绿色制造水平“很高”的地区

这类地区是北京、广东。

整体来看，从工业绿色制造4个方面排名分析（见表2）。北京的优势是绿色生产和绿色排放（排名均为1），在绿色科技（排名4）和绿色质效（排名6）方面尚有提升空间。广东的绿色科技和绿色质效水平卓越（排名均为1），绿色生产（排名13）是最大的短板，需要提升能源利用率，降低单位工业增加值能耗，加大使用清洁新能源发电。

重点来看，从工业绿色制造5项重要指标排名分析（见图2）。北京的相对弱势是D3（绿色产品数量）和C1（绿色制造发明专利数量）。广东的相对弱势是B3（单位工业增加值SO2排放量）和A2（单位工业增加值煤耗）。2个地区可以弥补弱势，能够在“很高”绿色制造水平的基础上继续提升。

图2 工业绿色制造“很高”水平地区5项重要指标数据排名

5.4.2 工业绿色制造水平“较高”的地区

这类地区是山东和上海。

整体来看，从工业绿色制造4个方面排名分析（见表2）。山东的最大短板是绿色生产（排名26），其次是绿色排放（排名13）。上海的最大短板是绿色生产和绿色质效（排名19和20）。因此，山东和上海均需要提升传统能源利用率，在降低能耗的同时，增加清洁新能源的利用。此外，山东还需要减少单位工业增加值废水、废气和固体废物的排放，上海还需要加强绿色园区和绿色工厂的建设，研发更多绿色产品，提升工业利润和增加值。

重点来看，从工业绿色制造5项重要指标排名分析（见图3）。山东相对弱势是A2（单位工业增加值煤耗）和B3（单位工业增加值SO2排放量）。上海的相对弱势是D3（绿色产品数量）和A2（单位工业增加值煤耗）。2个地区需要采取措施扭转弱势，就能够从“较高”提升到“很高”水平。

图3 工业绿色制造“较高”水平地区5项重要指标数据排名

5.4.3 工业绿色制造水平“一般”的地区

这类地区是安徽、江苏、天津和浙江。

整体来看，从工业绿色制造4个方面排名分析（见表2）。安徽和江苏的最大短板是绿色生产（排名28、21），其次是绿色排放（排名16、11），需要在降低能耗的同时，减少污染物的排放。天津的最大短板是绿色质效（排名22），其次是绿色科技（排名11），需要研发更多发明专利、获批更多绿色制造系统集成项目，并依靠绿色科技，产出更多的绿色园区、绿色工厂、绿色产品，提升绿色质效。浙江的最大短板是绿色生产（排名22），需要提升能源利用率。

重点来看，从工业绿色制造的5项重要指标排名分析（见图4）。安徽的最大弱势是A2（单位工业增加值煤耗），其次是B3（单位工业增加值SO2排放量）。江苏的最大弱势也是A2，其次是B3、C3（绿色制造科技奖数量）、D3（绿色产品数量）。天津的最大弱势是D3，其次是C1（绿色制造发明专利数量）和C3。浙江的相对弱势是A2和C3。4个地区应从各自的弱势着手，采取措施扭转，提升工业绿色制造水平。

图4 工业绿色制造“一般”水平地区5项重要指标数据排名

5.4.4 工业绿色制造水平“较低”的地区

这类地区是湖北、福建、河南、吉林、陕西、青海、湖南和重庆。

整体来看，从工业绿色制造4个方面排名分析（见表2）。湖北和湖南的绿色生产（排名24、23）和绿色质效（排名26、17）短板比较明显。吉林和青海的绿色排放（排名14、27）、绿色科技（排名27、28）和绿色质效（排名13、25）短板比较明显。陕西和重庆的绿色生产（排名12、18）、绿色科技（排名16、18）和绿色质效（排名21、24）短板比较明显。福建的绿色生产（排名17）和绿色科技（排名15），河南的绿色生产（排名30）是两省的短板之处。8个地区应采取相应措施弥补。

重点来看，从工业绿色制造的5项重要指标排名分析（见图5和图6）。湖北和河南的相对弱势均是A2、D3、C1。福建的相对弱势是C3、C1、A2。吉林的相对弱势是C1、C3、B3。陕西、青海和重庆的相对弱势非常明显，均是D3、B3、C1、C3。湖南的相对弱势是D3、A2、C3。8个地区应从各自的弱势着手，采取措施扭转，提升工业绿色制造水平。