基于RFID技術的廢舊家電質量評估

季　杰,　劉志峰,　黃海鴻,　許澤瑩,　薛雅瓊

(合肥工業大學 機械與汽車工程學院,安徽 合肥　230009)

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基于RFID技術的廢舊家電質量評估

季杰,劉志峰,黃海鴻,許澤瑩,薛雅瓊

(合肥工業大學 機械與汽車工程學院,安徽 合肥230009)

摘要:針對目前廢舊家電回收市場混亂、資源再利用率低、環境污染嚴重等現狀,文章提出了基于RFID(radio frequency identification)技術的廢舊家電產品回收模式。假設產品在出廠時便含有RFID標簽,之后生命周期中的各個階段都將錄入RFID信息,回收時根據RFID信息基礎對廢舊家電進行質量評估。首先利用RFID技術所記錄的產品使用信息結合人工檢測信息,建立廢舊家電質量評價模型;再利用層次分析法求得各評價指標的權重大小,運用模糊綜合評價法對模型進行求解;最后計算綜合評價結果,根據評價結果對廢舊家電產品進行質量評估。

關鍵詞:RFID技術;廢舊家電;回收;模糊綜合評價法

如今越來越多的家電產品進入報廢的高峰期[1]。歐洲、日本等發達國家已經通過制定相關的法律法規,形成了較完整的廢舊家電回收體系[2-3],并且普遍采用機械化和自動化程度較高的流水線來處理電子廢棄物[4]。日本相對歐洲發達國家加入了較多的人工拆解工序,即破碎前進行最大程度的拆解,從而追求更高的回收利用率[5]。而目前我國廢舊家電產品回收網絡不健全,其中個體收購者占據回收市場的主導地位,導致廢舊家電回收利用率低、環境污染嚴重[6]。因此,我國急需建立完善的回收體系,制定相關法律政策,提高廢舊家電產品的回收利用率。

正確合理地制訂廢舊家電處理方式是提高再利用率的關鍵技術之一,而廢舊家電的質量評估是對其進行處理決策的重要依據。如對于結構功能完整的零部件可以再重用,結構損傷的零部件可以進行再制造，恢復其功能完整性和強度保持率,正確的處理決策將大大提高回收利用率。文獻[7]收集了企業產品回收的成功案例,開發了工具,可對廢舊家電產品制訂合適的處理級別,得到合適的處理策略;文獻[8]將環境影響、相關成本和材料可回收性定為主要決策因素,運用模糊分析法將這3個要素整合,為廢舊家電產品做出回收決策;文獻[9]通過分析家電產品在使用階段的不確定性和市場對回收零部件或材料的需求變化這2種影響因素,提出了基于層次分析的評估模型;文獻[10]通過廢舊家電產品零部件的功能完整性、拆卸難易程度、有無破壞、有無銹蝕及污染性這5個指標來確定產品的回收級別。

以上文獻有的從材料回收價值、產品使用階段不確定性和市場的需求等方面決策回收處理方式,具有很大的不確定性;有的根據零部件功能完整性、拆解難易程度等單一定性指標決策回收方式,具有很大片面性。本文將RFID(radio frequency identification)技術引入廢舊家電回收,得到廢舊家電生命周期中的精確數據;以此數據作為定量信息,結合定性信息構建模糊評價模型,運用模糊層次分析法進行綜合判斷,通過質量評估決策廢舊家電的回收處理方式。

1RFID技術在廢舊家電回收中的應用

1.1RFID技術

近年來,RFID技術在工業、商業和服務業中得到了快速的發展與應用。德國是最早把RFID技術運用于在固廢收運管理中的國家之一,它通過無線射頻技術對垃圾收集器進行識別,以便征收垃圾處理費用[11]。美國“回收銀行”公司利用RFID系統記錄居民可回收利用的生活垃圾,從而給居民相應的獎勵[12]。由此看出,RFID技術在廢舊家電回收中有著樂觀的應用前景。上海金橋再生資源有限公司模仿美國“回收銀行”的運營模式,收集居民的廢舊家電,獲得了很好的效果[13]。

RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術,它利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID技術成本低,同時能快速識別多個標簽,可在惡劣環境中使用。

廢舊家電回收過程中將經歷回收點、檢測中心等多個環節,每個環節均產生大量的信息,信息的錄入將耗費大量的人力、物力;并且有的電子垃圾具有高毒性,操作過程中可能對人造成危害。RFID技術能夠很好地解決此問題。

假設家電產品出廠時的RFID標簽中儲存了產品的基本信息,RFID標簽將伴隨電子產品的整個生命周期,詳細記錄其使用情況。如維修時,維修人員需輸入維修信息;當產品運行時系統的傳感器自動記錄運行數據;獨立的物理與化學傳感器將自動獲取產品工作時的數據以及工作環境的相關參數,并儲存到RFID標簽。因此,RFID編碼成為電子產品的唯一“身份”標識。

1.2基于RFID技術的廢舊家電逆向物流過程

廢舊家電產品回收模式運行流程如圖1所示。

回收點向消費者收集廢舊家電,通過RFID標簽記錄家電信息,并進行品種、型號的簡單分類。當達到一定數量時將廢舊家電運往檢測中心。首先對廢舊家電進行功能檢測,然后通過本文的質量評判方法將回收產品分為A、B、C、D4類。A類為質量良好、功能完整、外觀無破損且在合理使用年限之內,可以直接進入二手市場;B類為質量一般、能夠實現基本功能、次要零部件受損、在使用年限之內,可通過簡單再制造后進入二手市場;C類為質量較差、部分主要零部件與次要零部件完好,只回收零部件;D類為質量差,直接破碎后回收原材料。

圖1　廢舊家電產品回收模式運行流程

2廢舊家電質量模糊評估模型

本文采用模糊綜合評價理論構建廢舊家電質量評估模型,它可以實現定性指標與定量指標的有效結合,得到比較全面綜合的評價結果。

2.1模糊綜合評價理論綜述

模糊綜合評價理論是以模糊數學為基礎,將相關的模糊概念用模糊集合表示,應用模糊關系合成的原理,通過模糊運算獲得集合表示的評價結果,主要步驟如下:

(1) 將評價因素組成指標集U={u1,u2,…,um},U為被評對象的m個指標集,V={v1,v2,…,vn}為對被評對象可能做出的評價結果集,可根據實際情況進行分級。

(2) 逐個對被評對象從每個指標ui(i=1,2,…,m)上進行量化,得到模糊關系矩陣為:

(1)

其中,元素rij為某一被評對象的第i個指標對Yj分類的隸屬度。

(3) 通過矩陣R可以得出一個U到V的模糊線性關系L,它對指標集U上的關于權重分配的模糊向量W=(w1,w2,…,wm) 有:B=L(W)=WR=

(2)

2.2廢舊家電分級指標與等級的確定

影響廢舊家電質量的因素有很多,本文根據RFID標簽記錄的家電產品使用全生命周期記錄的信息,選取5個因素作為廢舊家電質量評價指標,分別為使用年限、產品運行時間(使用頻率)、維修信息、品牌型號和檢測信息。其中檢測信息是對回收來的廢舊家電進行基本的功能檢測獲得的,此信息不是從RFID標簽中獲取,需人為判定。一般來說,家電使用年限越長,質量就越差。根據文獻[14],家電的使用壽命分別為:電視機8～10 a,電冰箱12～16 a,空調8～10 a,洗衣機8 a,個人電腦6 a。由于不同家電使用壽命不同,使用時間標準應針對性劃分。本文只考慮電視機、空調、洗衣機3種使用年限差不多的家電。使用頻率指家電平均1 d使用的時間,可以通過RFID記錄的產品運行時間除以家電使用年限得到,使用頻率越高,質量損害就越大,對于電冰箱的使用一般都為24 h運行,因此換算成頻率,此值越小,說明使用時間越短,冰箱零部件耗損越少,質量就越好。維修信息記錄著家電產品的維修歷史,不同的維修方法對家電使用壽命有明顯影響。不同的品牌有不同的質量品質,不同家電需分別劃分,本文只做籠統闡述。綜合以上5個方面建立影響因素集合U={u1,u2,u3,u4,u5}。

根據廢舊家電回收處理方式分為流入二手市場(Ⅰ級)、再制造(Ⅱ級)、零部件回收(Ⅲ級)、破碎后原材料回收(Ⅳ級)4級。評價結果集分別用V={v1,v2,…,vm}來表示。評估對象技術指標見表1所列。

表1　評估對象技術指標

2.3評估指標模糊化處理

評價指標可分為定量指標和定性指標2類。

(1) 定量指標隸屬度的確定方法。根據模糊方法,本文采用中間梯形分布函數建立隸屬度函數,具體方法可表示如下。素集U={u1,u2,…,ui},等級標準V={v1,v2,v3,…,vn},設vj和vj+1為相鄰兩級標準,且vj+1>vj,則vj級隸屬度函數為:

當j=1時,有

當j=2,3,4時,有

(3)

(2) 定性指標隸屬度確定方法。針對定性指標隸屬度,本文采用百分比統計法。該方法是直接將被評價對象的評價結果進行百分比統計,并將結果作為該指標的隸屬度。隸屬度確定方法如下:

(4)

綜合(1)式、(2)式計算評價指標i隸屬于評價等級j的隸屬度rij,生成隸屬函數R,即

2.4指標權重層次分析法確定

對于指標權重的確立,本文采用層次分析法(AHP)方法來獲取指標權重。層次分析法一般采用Satty教授提出的9比例標度法,在本文中修改Satty的9分位尺度方法,采用股票和其他經濟領域經常使用的黃金分割即0.618比例標度法[15]。0.618尺度法的含義見表2所列。

邀請專家對各個因素的重要程度進行兩兩比較,B1、B2、B3、B4、B5分別為使用年限、使用頻率、維修信息、品牌、檢測信息,得到A-B的判斷矩陣,結果見表3所列。

表2　0.618尺度法的含義

表3　判斷矩陣

以B層指標相對于A層權重的計算過程,詳細敘述權重的確定過程,主要包括如下4個步驟。

[1.247,0.771,1.694,0.571,2.742]T。

(2) 將W進行歸一化處理,得到B層各因素相對于A層的權重為:

[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401]T。

(4) 一致性檢驗。

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.009 3,由于維數為n=5,查表可知RI=1.12，則有：

CR=CI/RI=0.009 3/1.12=

0.008 3<0.1,

因此通過一致性檢驗,經過計算得出B層相關元素相對于A層的權重為:

W=[0.169，0.104，0.248，0.078，0.401]。

3案例

假設回收一臺SONY牌的電視機,檢測信息良好,使用年限為8 a,使用頻率為7 h/d,無維修信息。采用本文提出的方法對廢舊家電進行質量評估,具體步驟如下所述。

(1) 定性指標隸屬度確定。回收企業專業人員對維修信息、品牌、檢測信息進行評價并分配隸屬度。評價結果見表4所列。

表4　定性評價指標

(2) 定量指標隸屬度確定。將u1=8,u2=7帶入(3)式,得到u1與u2的模糊集分別為[0，67，0.33]、[0.17，0.83]。

(3) 綜上所述,歸一化處理后可得矩陣R為:

(4)總評價結果。由表3可得,

W=[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401],

即總評價結果為:

B=WR=

[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401]×

[0.485，0.306，0.153，0.056]。

通過質量評判,48.5%屬于Ⅰ級,30.6%屬于Ⅱ級,15.3%屬于Ⅲ級,5.6%屬于Ⅳ級。根據最大隸屬度原則,此廢舊家電產品屬于Ⅰ級(進入二手市場)產品。

4結束語

本文利用RFID可以記錄產品信息的特點,根據使用年限、使用頻率、維修情況等重要信息建立了質量分級模型,在確定權重時加入了客觀權重,改善了傳統方法主觀性強的缺點,更加精確、快速地判斷廢舊家電產品的質量。在未來的工作中,需要進一步研究不同類型家電的特性,如考慮安全使用年限、使用頻率等生命周期參數對質量的影響,針對單品種家電指定更加精確的質量劃分等級。

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(責任編輯胡亞敏)

Quality evaluation of waste household appliances based on RFID

JI Jie，LIU Zhi-feng，HUANG Hai-hong，XU Ze-ying，XUE Ya-qiong

(School of Machinery and Automobile Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China)

Abstract:For the chaotic recycling market of waste household appliances， low utilization rate of resources and serious environmental pollution， the waste household appliances recycling mode based on radio frequency identification(RFID) technology is proposed. The product is assumed to have RFID tags in the factory，then the RFID information will be entered in all life cycle stages of product， the quality of waste household appliances is evaluated based on RFID information during recycling. Firstly, the quality evaluation model of waste household appliances is established based on the product information recorded by RFID technology and the artificial detection information. Secondly， the weights of evaluation indexes are gotten by using the analytic hierarchy process， and the model is solved by using the fuzzy comprehensive evaluation method. Finally, the comprehensive evaluation results are calculated， and the quality of waste household appliances product is evaluated according to the results.

Key words:radio frequency identification(RFID); waste household appliance; recycling; fuzzy comprehensive evaluation method

中圖分類號:X705

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5060(2016)02-0145-05

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.001

作者簡介：季杰(1991-),男,安徽合肥人,合肥工業大學碩士生;劉志峰(1963-),男,陜西寶雞人,博士,合肥工業大學教授,博士生導師.

基金項目：國家高技術研究發展計劃(863計劃)資助項目(2013AA040205)

收稿日期：2014-01-07；修回日期：2015-04-07