基于模糊推理Petri網廢舊家電產品拆卸回收

摘要：

由于家電產品的使用環境條件可能不同，因而使得廢舊家電產品都有其自身的特殊性.為了使具有不同特性的廢舊家電產品的拆卸回收價值最大化，采用模糊推理Petri網建立模型描述相關的模糊拆卸準則，并使用模糊推理算法，借助MATLAB軟件找出某一拆卸方案的最大真實度，從而作出最佳的拆卸回收方案.實例證明，此模型能夠實時針對具有不同特性的產品決策作出最佳的拆卸回收方案，從而盡可能使得拆卸回收的價值達到最大化.

關鍵詞：

拆卸回收； 模糊推理算法； 模糊推理Petri網； 價值最大化

中圖分類號：TH 166； X 705 文獻標志碼：A

Disassembly and recycling of waste household appliances

based on fuzzy reasoning Petri nets

YANG Lin， NI Jun-fang

（College of Mechanical and Electronic Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China）

Abstract：

As household appliances may have different environmental conditions during their use stage， the used products have their own particularity. In order to maximize the value of waste household appliances with different characteristics， a fuzzy reasoning Petri net was used to establish a mathematical model for representing related disassembly rules. Based on the proposed fuzzy reasoning algorithm and MATLAB， the biggest confidence of a certain disassembly method was found out to determine the best method of disassembly and recycling. An example proved that the model can make the best and real-time decision for the specific product with different characteristics and maximize the value of waste household appliances Disassembly and recycling.

Key words：

disassembly and recovery； fuzzy reasoning； fuzzy Petri nets； value maximization

我國從2009年開始進入家用電器報廢的高峰期，預計到“十二五”末期，年報廢量將達到1.6億多臺，其中包含大量的廢舊小家電產品.如何使得如此龐大數目的廢舊家電實現其生命周期的終期價值，建立完善的舊家電拆卸回收系統很有必要.廢舊家電產品具有其自身的特殊性，例如使用年限、使用環境條件不同等，因此為了保證每件廢舊家電產品的終期價值都能實現最大化，每件產品的拆卸順序都可能不同.所以首先要檢查每件產品，收集盡可能多的相關數據，并根據經驗和相應的規范作出假設，然后決定拆卸方案.廢舊家電的拆卸方法是保證實現回收價值最大、避免環境污染以及資源浪費的關鍵.目前，國內外許多學者已研究了不同的拆卸模型，例如無向圖^[1]、有向圖^[2]、與或圖^[3]和拆卸Petri網^[4]等.建立這些模型都是為了從所有可能的拆卸順序中找出最優的拆卸方案.

本文采用模糊推理Petri網建立模型描述具體的廢舊家電產品的相關拆卸規則，并運用模糊推理算法找出最大的真實度，從而作出相應的決策.利用該模型，可從具體的家電產品入手，針對其特性，實時作出最佳的決策，從而盡可能減少拆卸的時間，并保證回收價值的最大化.

1 模糊推理Petri網

1.1 模糊推理Petri網的模型

大多數情況下往往很難計算出精確的數據.因此，使用模糊產品規則可恰當描述真實的世界.模糊推理Petri網是從Petri網的基礎上延伸而來的.模糊推理Petri網的描述起源于文獻[5].模糊推理Petri網不同于傳統的Petri網，其中托肯表示庫所狀態為真的置信度，其值在0～1之間；規則的觸發不會使得原來的真值消失；變遷的引發不存在并發沖突問題.

2 舊家電拆卸回收系統

從產品的全生命周期考慮，拆卸與回收也是其中的重要環節.對于回收的大量廢舊家電產品，由于其本身的特性，很難統一明確其回收方法，所以本文采用一種動態系統實時收集相關數據，并借助于模糊推理Petri網的規則作出決策.其拆卸回收系統模型如圖1所示.

回收的廢舊家電首先需要分類收集.如果產品上面有紙貼的標記，一定要將其清除；再對每一個產品或部件，檢查其完好性、使用期限、拆卸難易性、材料成分等，收集并記錄相關數據；然后決定是重新使用，還是繼續拆卸、回收、廢棄處理；最后，將拆卸下的子拆卸部件返回檢查，再進入系統循環.

3 實例應用

對于不同種類的舊家電產品以及相同種類的舊家電產品，由于使用情況的不同，每件產品的拆卸順序可能都不一樣.因此在保證回收價值最大化和降低環境污染的前提下，運用動態模糊決策其回收方式.并且由于使用情況不同，很難統一確定其重用價值的真實度，所以回收前需要對每一件產品進行檢查并模糊定量其真實度.從一個實際的舊家電產品入手，推出大致可能出現的情況，并作出相應的決策.

對于回收的舊家電產品，首先估計其重用價值，如果產品完好并且還在使用期限內即還有使用價值就可直接重新使用，否則需要進一步分析，是不是有重要價值的零部件，并且考慮其拆卸成本是不是低于粉碎成本.如果沒有任何重要價值的零部件則考慮回收可再生的材料，對于不可再生的材料要進行填埋處理，對于有危害物質的材料要進行分離處理^[7-8].本文模糊拆卸Petri網的決策模型如圖2所示.

圖2中，P1表示產品或零部件完好無損并在使用期限內；P2表示某個零部件的重用價值很高；P3表示零部件拆卸成本低于粉碎成本；P4表示構成產品零部件的材料無再生價值；P5表示構成產品零部件的材料不兼容；P6表示構成產品零部件的材料無危害物質；P7表示產品或零部件被重新使用；P8表示拆卸下重用價值高的零部件；P9表示產品零部件被填埋；P10表示不同材料零部件通過拆卸分類；P11表示粉碎不同材料產品零部件再分離不同材料；P12表示直接回收材料作再生處理；P13表示對有危害物質材料進行分離處理.

以微波爐爐門拆卸為例說明該方法的實用性.微波爐爐門包含門面，門面由爐門玻璃G和金屬門框F組成；門體B由金屬微孔網觀察窗和扼流槽組成；門封S由一種特殊塑料構成，門鉤H由塑料構成.由于門封是嵌在爐門上的，最容易拆卸，拆開門封后才能擰下扼流槽內的四個螺釘，然后才能使得門體和門鉤與門面分離，最后拆下相應的玻璃、門框、門體和門鉤，所以根據一般經驗得到的拆卸Petri網^[9]如圖3所示.

考慮到產品的特殊性，對特定的某個爐門重新評估，根據收集到的數據作出不同的假設.

檢查已經拆下的爐門，得出如下假設：（1）爐門完好并在使用壽命內的可信度為0.9；（2）門體重用價值很高的可信度為0.9；（3）門體拆卸成本低于粉碎成本的可信度為1；（4）材料有很高再生價值的可信度0.8；（5）材料成分不可兼容的可信度為1；（6）材料成分不含有害物質的可信度為1；因此，此爐門的初始狀態是

4 結論

舊家電拆卸回收是產品生命周期的一個重要環節.本文在考慮回收價值最大化并對環境污染最小的前提下，提出了一種基于模糊推理Petri網規則，并借助于MATLAB軟件計算出最大置信度，從而對拆卸回收作出動態決策，及時反饋信息，以保證對不同的產品使用最佳的拆卸方案.但是，由于舊家電產品的復雜特性，還未能考慮到所有的情況，而且不能作出特別精確的判斷，還有待于建立更加詳盡的系統，特別是對產品進行詳細的檢查，需要一個高效的系統快速記錄產品的信息，明細實施方案，以便得出最佳的假設，更全面地收集不同舊家電產品的相關信息，保證實現拆卸回收價值最大化.

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