基于熵權(quán)和TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策研究*

程　宏　江志剛　向　鵬　張　華

(武漢科技大學(xué)機(jī)械自動化學(xué)院，湖北 武漢 430081)

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基于熵權(quán)和TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策研究*

程宏江志剛向鵬張華

(武漢科技大學(xué)機(jī)械自動化學(xué)院，湖北 武漢 430081)

為有效進(jìn)行再制造逆向物流模式選擇，根據(jù)再制造逆向物流的特點，建立了包括社會性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性、經(jīng)濟(jì)性的再制造逆向物流模式綠色評價體系，并對各指標(biāo)進(jìn)行量化分析；提出了一種聯(lián)合熵權(quán)法與TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策模型，運用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，采用TOPSIS法進(jìn)行再制造逆向物流模式?jīng)Q策。以某機(jī)床廠廢舊機(jī)床主軸為例，驗證了再制造逆向物流模式?jīng)Q策模型的有效性。

再制造;逆向物流模式; 熵權(quán)法;TOPSIS

目前我國已步入機(jī)械產(chǎn)品報廢的高峰期，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，工作10年以上的傳統(tǒng)機(jī)床超過200萬臺，80%的現(xiàn)役工程機(jī)械超過保質(zhì)期；年報廢汽車約500萬輛，報廢手機(jī)2 000萬部[1]。這些廢舊機(jī)電產(chǎn)品的回收處理是制造企業(yè)將要解決的一大難題，制造企業(yè)必須承擔(dān)更多的回收產(chǎn)品責(zé)任，尤其是其回收、拆卸、再利用和再循環(huán)。

再制造逆向物流是在再制造生產(chǎn)的前提下形成的廢舊產(chǎn)品再次利用的物流體系，也是一種有效節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的廢舊產(chǎn)品處理策略。然而，廢舊產(chǎn)品在其生命周期結(jié)束階段的大量不確定性因素，大大提高了再制造逆向物流模式?jīng)Q策的難度，如廢舊產(chǎn)品回收數(shù)量的不確定性，廢舊產(chǎn)品損壞情況的不確定性和廢舊產(chǎn)品處置方法的不確定性等。即使屬于同類產(chǎn)品，再制造逆向物流發(fā)生的地點和時間也不一樣，制造企業(yè)是否有能力獨立對廢舊產(chǎn)品進(jìn)行回收再制造，還是將廢舊產(chǎn)品外包給第三方或者與其他企業(yè)聯(lián)合經(jīng)營都有待研究。為了使廢舊產(chǎn)品的回收利用價值最大化，不同的廢舊產(chǎn)品需采用不同的再制造逆向物流模式。因此，對再制造逆向物流模式進(jìn)行研究有著重要意義。

目前，針對再制造逆向物流模式?jīng)Q策問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。如Spicer和Johnsonf在生產(chǎn)商延伸責(zé)任制(EPR)的條件下對逆向物流進(jìn)行研究并提出了三種企業(yè)可采用的回收模式[2]；程廣平等基于逆向物流模式選擇的影響因素構(gòu)建了企業(yè)逆向物流的模糊綜合評價模型[3]；張恒等從戰(zhàn)略角度定性地研究再制造逆向物流模式[4]；張敏等根據(jù)再制造逆向物流及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點及現(xiàn)有評價指標(biāo)的不全面性，建立了再制造逆向物流的評價指標(biāo)體系[5]；任鳴鳴等在其研究中，基于層次分析法從物流能力、生態(tài)效益以及發(fā)展戰(zhàn)略三個方面構(gòu)建了逆向物流模式的選擇框架[6]。由此可見，現(xiàn)有針對再制造逆向物流模式選擇的研究已取得了較好的進(jìn)展，然而由于廢舊產(chǎn)品回收時期的不確定性，即使相同的廢舊產(chǎn)品采用不同的再制造逆向物流模式帶來的環(huán)境影響也不一樣。因此，在已有這些再制造逆向物流模式選擇研究的基礎(chǔ)上，迫切需要從環(huán)境保護(hù)方面對再制造逆向物流模式選擇進(jìn)行深入研究。基于此，本文從環(huán)境保護(hù)的角度系統(tǒng)地研究再制造逆向物流模式選擇，建立包括社會性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性、經(jīng)濟(jì)性的再制造逆向物流綠色評價指標(biāo)體系，并對各個指標(biāo)進(jìn)行量化分析，由此提出一種聯(lián)合熵權(quán)法與TOPSIS法的再制造逆向物流模式綠色決策模型，為減少再制造逆向物流過程的資源消耗，促進(jìn)再制造逆向物流的綠色化發(fā)展提供指導(dǎo)。

1　再制造逆向物流模式綠色評價的指標(biāo)體系及量化方法

目前再制造逆向物流模式可分為自營模式、聯(lián)營模式和外包模式。自營模式是指廢舊產(chǎn)品由制造企業(yè)單獨地進(jìn)行回收再制造。聯(lián)營模式是指生產(chǎn)相近產(chǎn)品的制造企業(yè)以合作的方式對廢舊產(chǎn)品共同開展回收再制造，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢從而達(dá)到互利的目的。外包模式是制造企業(yè)委托專業(yè)再制造機(jī)構(gòu)，由其完成廢舊產(chǎn)品的回收處理過程。

1.1再制造逆向物流模式的綠色評價體系

再制造逆向物流的社會性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性等因素對再制造逆向物流模式選擇影響很大，同時也能體現(xiàn)再制造逆向物流的綠色性。基于此，本文建立了一種再制造逆向物流模式的綠色評價體系，如圖1所示。該評價體系的最上層是目標(biāo)層，目標(biāo)層的5個屬性分別為社會性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性，它們構(gòu)成了評價體系的準(zhǔn)則層，準(zhǔn)則層進(jìn)一步細(xì)分為生態(tài)效益、綠色工藝實施率、大氣污染等15個評價指標(biāo)。

1.2再制造逆向物流模式評價指標(biāo)的量化

在再制造逆向物流模式綠色評價體系中，由于各個評價指標(biāo)所代表的物理意義不同，因此存在量綱上的差異，這種差異是影響對再制造逆向物流模式評價的主要因素，須對評價值進(jìn)行無量綱歸一化處理。

1.2.1社會性指標(biāo)

任何一個企業(yè)進(jìn)行再制造逆向物流時，必須考慮在所處社會環(huán)境中，其物流模式的選取是否為社會取得正生態(tài)效益，消費者是否認(rèn)可，以及環(huán)保效果是否最佳等方面因素，從而營造良好的企業(yè)形象，同時有助于節(jié)約社會資源。

(1)生態(tài)效益A1

生態(tài)效益的目標(biāo)是減少資源使用和環(huán)境影響的同時，能將產(chǎn)品的附加值增加到最大。再制造逆向物流模式的選取應(yīng)保證能帶來大量的生態(tài)效益，保障在物流過程中對環(huán)境產(chǎn)生有益影響。生態(tài)效益可由下式表示：

(1)

(2)消費者認(rèn)可度A2

再制造逆向物流模式的選取應(yīng)充分考慮消費者的認(rèn)可度，逆向物流的開展是企業(yè)為改善與消費者之間的關(guān)系、提高企業(yè)競爭力的表現(xiàn)。消費者認(rèn)可度可由下式表示：

(2)

(3)環(huán)保效果A3

實施再制造逆向物流必然會對環(huán)境造成影響，且不同的再制造逆向物流模式造成的環(huán)境影響不一樣，所以選擇再制造逆向物流模式時應(yīng)保證在同樣的技術(shù)條件下環(huán)保效果最優(yōu)，資源消耗最少。環(huán)保效果可由下式表示：

(3)

式中：maxxi表示采取某再制造逆向物流模式時環(huán)保效果的最佳程度；minxi表示采取某再制造逆向物流模式時環(huán)保效果的最差程度；xi表示采取某再制造逆向物流模式時環(huán)保效果的實際程度。

1.2.2技術(shù)性指標(biāo)

再制造逆向物流模式的技術(shù)性評價主要從再制造逆向物流中的工藝和設(shè)備兩個方面進(jìn)行考慮，包括綠色工藝實施率和綠色設(shè)備使用率。

(1)綠色工藝實施率B1

綠色工藝需要從逆向物流的全生命周期角度進(jìn)行考慮，在其生命周期內(nèi)采用對廢舊產(chǎn)品回收、利用、處理等過程能源損耗少和環(huán)境污染少的工藝方案才能有效地促進(jìn)再制造逆向物流的綠色化發(fā)展。

(4)

(2)綠色設(shè)備使用率B2

綠色設(shè)備的采用能避免設(shè)備資源上的嚴(yán)重浪費，同時提高廢舊產(chǎn)品的回收率和再制造率，凈化再制造逆向物流環(huán)境。

(5)

1.2.3環(huán)境性指標(biāo)

再制造逆向物流的環(huán)境性指標(biāo)借鑒文獻(xiàn)[7]的環(huán)境性指標(biāo)評價方法，主要是針對再制造逆向物流模式對環(huán)境的影響程度進(jìn)行評價，如表1所示。

表1再制造逆向物流模式環(huán)境性評價矩陣

再制造逆向物流過程環(huán)境影響因素大氣污染水污染固體污染噪聲污染廢舊產(chǎn)品回收C11C12C13C14運輸C21C22C23C24倉儲C31C32C33C34處理C41C42C43C44再制造C51C52C53C54

其中一維代表再制造逆向物流的5個過程，另一維代表4個環(huán)境影響要素。專家首先通過再制造逆向物流各個階段對不同環(huán)境影響要素進(jìn)行分析評價，并建立5個等級{0.2，0.4,0.6,0.8,1}，對環(huán)境影響最小的取1，相反取0.2。最后，在確定每個數(shù)值之后，對其求和作為再制造逆向物流模式的環(huán)境性評價指標(biāo)C。

(6)

1.2.4資源性指標(biāo)

再制造逆向物流模式的資源性評價主要是從資源循環(huán)利用的角度對再制造逆向物流模式進(jìn)行評價。資源型指標(biāo)主要包括廢品回收率、廢品再制造率和綠色能源比率。

(1)廢品回收率D1

廢品回收是實施再制造逆向物流的前提，越高的廢品回收率，對減少資源浪費和保護(hù)環(huán)境越有用。根據(jù)目前的企業(yè)統(tǒng)計和分析可知，當(dāng)產(chǎn)品的回收率達(dá)到90%時，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能好，即隸屬度為1；當(dāng)回收率小于30%時，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能很差，即隸屬度為0。由此可得該指標(biāo)的函數(shù)為：

(7)

(2)廢品再制造率D2

根據(jù)目前的企業(yè)統(tǒng)計和分析，當(dāng)廢品再制造率達(dá)到85%時，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能好，則隸屬度為1；當(dāng)廢品再制造率小于15%時，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能很差，即隸屬度為0。由此可得該指標(biāo)的函數(shù)為：

(8)

(3)綠色能源比率D3

根據(jù)目前的企業(yè)統(tǒng)計和分析，當(dāng)綠色能源比率達(dá)到90%時，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能好，則隸屬度為1；當(dāng)綠色能源比率小于25%時，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能很差，即隸屬度為0。由此可得該指標(biāo)的函數(shù)為：

(9)

1.2.5經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

再制造逆向物流模式的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要從成本方面考慮，為企業(yè)決策再制造逆向物流模式提供支持。再制造逆向物流成本主要由物流費用、用戶費用和環(huán)境治理費用組成，該指標(biāo)的函數(shù)為：

(10)

式中：Ep代表再制造逆向物流帶來的利益；E1代表再制造逆向物流過程中物流費用；E2代表再制造逆向物流過程中用戶費用；E3代表再制造逆向物流過程中環(huán)境治理費用。

2　基于熵權(quán)法和TOPSIS的決策模型

再制造逆向物流模式選擇屬于多目標(biāo)決策問題，需要在社會性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上建立決策模型，并對各模式進(jìn)行定量的綜合分析比較，進(jìn)而選擇最佳的再制造逆向物流模式。目前許多決策問題都采用定性分析的方法，少部分學(xué)者通過定量分析方法對決策展開討論，但存在缺乏可操作性和過于復(fù)雜的缺點。TOPSIS法具有算法簡單、分析結(jié)果較合理、應(yīng)用廣泛等特點，能更好地應(yīng)用于多目標(biāo)決策問題。常用的確定權(quán)重方法，如模糊評價法和層次分析法(AHP)等，都是基于專家打分的形式來確定指標(biāo)權(quán)重，但結(jié)果缺乏客觀性。熵權(quán)法是一種運用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來計算指標(biāo)權(quán)重的方法，其計算結(jié)果較為客觀且更切合實際。基于此，本文采用熵權(quán)法計算出權(quán)重，再將其應(yīng)用到TOPSIS法進(jìn)行決策，為再制造物流逆向模式提供一種新的決策途徑。

2.1熵權(quán)法求權(quán)重

早期有關(guān)熵的研究主要集中在熱力學(xué)領(lǐng)域，后來被逐漸引進(jìn)到信息論，在信息論中熵主要用來體現(xiàn)不確定性的度量[8-9]。熵值越小，表示在評價體系中某指標(biāo)的權(quán)重越大；反之若熵值越大，則該指標(biāo)在評價體系中的權(quán)重越小。

具體來講，為了獲得多個評價指標(biāo)的權(quán)重，可采用如下的步驟計算。

先確定第j個指標(biāo)的熵值EJ：

(11)

式中：n為方案的個數(shù)；k=1/lnn,從而保證0≤Ej≤1。

信息偏差度：

dj=1-Ej

(12)

最后，確定各個評價指標(biāo)的權(quán)重：

(13)

2.2 TOPSIS算法的基本理論

TOPSIS法的目的是通過計算某評價對象與正負(fù)理想解的距離大小來進(jìn)行排序，以解決多目標(biāo)決策問題。若評價對象離正理想解最近的同時離負(fù)理想解最遠(yuǎn)，則該評價對象為最佳解；否則為最差解。

2.2.1建立多屬性決策矩陣D

設(shè)某評價對象有m個決策項目，每個決策項目對應(yīng)有n個評價指標(biāo)。決策項目集為：

指標(biāo)集為：

式中：Ai表示第i個決策項目；xij表示決策項目i的第j個指標(biāo)評價，則決策矩陣D為：

2.2.2建立標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R

決策矩陣D中各指標(biāo)量綱不同，有些是屬于效益型指標(biāo)，這些指標(biāo)屬性越大對決策者來說就越好，例如：生態(tài)效益和綠色工藝實施率等。而有些指標(biāo)屬于成本型指標(biāo)，這些指標(biāo)越小對決策者越好，如：物流費用和環(huán)境污染治理費用等。因此，決策矩陣D需要采用歸一化處理才能確保各指標(biāo)之間能夠相互比較。

若xij屬于成本型指標(biāo)，則歸一化處理后的結(jié)果為：

(14)

若xij屬于效益型指標(biāo)，則歸一化處理后的結(jié)果為：

(15)

歸一化處理結(jié)束后的矩陣為

2.2.3建立加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣V

(16)

2.2.4確定理想和負(fù)理想解

設(shè)效益性指標(biāo)為B、成本性指標(biāo)為C，確定正負(fù)理想解：

(17)

(18)

2.2.5各方案與正負(fù)理想解距離的計算

(19)

2.2.6各方案接近程度的計算與決策

(20)

式中：0

3　案例分析

機(jī)床主軸是機(jī)床重要的組成零部件，也是機(jī)床易出現(xiàn)故障的零部件，限制著機(jī)床的使用壽命。機(jī)床主軸具有較高的附加值，其性能優(yōu)劣影響著工件的加工精度和加工質(zhì)量，而機(jī)床主軸再制造逆向物流模式的選擇影響著其附加值的有效利用。下面以廢舊機(jī)床主軸的再制造逆向物流模式?jīng)Q策為例對以上模型進(jìn)行驗證。

3.1構(gòu)建評價指標(biāo)決策矩陣

通過調(diào)研不同模式下的再制造逆向物流，在統(tǒng)計大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用本文所建立的再制造逆向物流模式評價指標(biāo)的量化方法確定3種模式的評價指標(biāo)決策矩陣，如表2所示。

表2各評價指標(biāo)值

A1A2A3B1B2CD1D2D3E自營0.80.780.670.760.740.62110.860.83聯(lián)營0.80.650.540.850.820.580.950.980.950.89外包0.60.800.750.920.850.560.98110.94

3.2計算指標(biāo)的權(quán)重

由式(11)～(13)對各評價指標(biāo)進(jìn)行計算，得到熵權(quán)的評價指標(biāo)權(quán)重為：ω=(0.295,0.178,0.074,0.983,0.065,0.246,0.074,0.316，0.157,0.119)

3.3構(gòu)造決策并歸一化

圖1所述的15個指標(biāo)中，社會性，技術(shù)性和資源性評價準(zhǔn)則對應(yīng)的評價指標(biāo)屬于效益型指標(biāo)；環(huán)境性與經(jīng)濟(jì)性評價準(zhǔn)則對應(yīng)的評價指標(biāo)則屬于成本型指標(biāo)。按照式(14)、(15)進(jìn)行歸一化處理后得矩陣為：

R=

3.4加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

將歸一化處理后的矩陣R代入式(16)，可得加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為：

V=

3.5再制造逆向物流模式選擇

由式(17)、(18)計算出理想解A+和負(fù)理想解A-，其結(jié)果如下：

A+=(0.1427，0.1253，0.1694，0.1298，0.1365,

0.1189,0.1474,0.1364,0.1252,0.1542)

A-=(0.0523，0.0846，0.0386,0.0546,0.0737,

0.0621,0.0148,0.0247,0.0421,0.0574)

再根據(jù)式(19)計算各方案與正理想解的歐氏距離為(0.0603,0.0549,0.0807)，各方案與負(fù)理想解的歐氏距離為(0.0215,0.0129,0.0343)。

最后將各方案的歐式距離代入式(20)，得到的接近程度為：

C1=0.5246，C2=0.3158，C3=0.7469

根據(jù)Cj的大小排序：C3>C1>C2，所以，該機(jī)床廠在決策再制造逆向物流模式時應(yīng)先考慮外包方案。

4　結(jié)語

本文建立了再制造逆向物流模式綠色評價體系，分析了各個指標(biāo)的量化方法，提出了一種聯(lián)合熵權(quán)法與TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策模型，該模型能有效地對3種不同的再制造逆向物流模式進(jìn)行評價決策。但是，隨著再制造逆向物流的不斷發(fā)展，必然會產(chǎn)生新的指標(biāo)體系，而且各個指標(biāo)的量化方法需要更加科學(xué)合理，所以再制造逆向物流模式綠色評價體系還需進(jìn)一步的研究完善。

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(編輯譚弘穎)

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Decision-making model in remanufacturing reverse logistics based on entropy weight and TOPSIS method

CHENG Hong, JIANG Zhigang, XIANG Peng, ZHANG Hua

(College of Machinery and Automation, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, CHN)

In order to make the decision of remanufacturing reverse logistics mode, according to the characteristics of remanufacturing reverse logistics, a green evaluation system of remanufacturing reverse logistics which included sociality, technology,environment, resource and economy is presented, and the quantitative methods of the indexes are analytic.In addition, the decision model of remanufacturing reverse logistics based on entropy weight and TOPSIS method is proposed,in which the index weight is calculated by the entropy weight, and the decision of remanufacturing reverse logistics through the TOPSIS method. Finally, a used spindle of machine tool in the machine factory is taken as an example to illustrate the validity of the above decision model.

remanufacturing; reverse logistics; entropy weight; TOPSIS

F252

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.010

程宏，男，1992年生，碩士，研究方向為再制造。

2016-01-05)

160821

* 國家自然科學(xué)基金( 51275365) ; 武漢市青年科技晨光計劃( 2014070404010214)