基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM的制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型及實(shí)證研究

徐建中，孫 穎，孫曉光

(1.哈爾濱工程大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001； 2.清華大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,北京 100084)

0 引言

創(chuàng)新是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的根本動(dòng)力，綠色創(chuàng)新是制造業(yè)推動(dòng)區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。制造業(yè)是我國的國民經(jīng)濟(jì)重要產(chǎn)業(yè)，它在國家經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中起到中流砥柱的作用，但高能耗和低附加值的粗放型增長(zhǎng)方式也帶來了嚴(yán)重的資源和環(huán)境負(fù)擔(dān)[1]。《中國制造2025》中將“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”、“綠色發(fā)展”作為基本方針，切實(shí)提高制造業(yè)的綠色創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，綠色創(chuàng)新不僅提高了能源和自然資源的利用效率，而且不斷提高制造業(yè)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益[2,3]。制造企業(yè)從污染控制和預(yù)防技術(shù)、生態(tài)工藝和產(chǎn)品、凈化技術(shù)等方面出發(fā)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提高原材料利用率，使經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)相應(yīng)相統(tǒng)一，從而全面提升企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力[4]。高度關(guān)注制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力現(xiàn)狀，并努力提高企業(yè)綠色創(chuàng)新能力，首先要對(duì)制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行科學(xué)、客觀地評(píng)價(jià)。

綠色創(chuàng)新在應(yīng)對(duì)環(huán)境與資源約束、減少碳排放以及環(huán)境污染方面的關(guān)鍵作用已經(jīng)得到研究人員和實(shí)踐者的廣泛認(rèn)可[5,6]。一些學(xué)者通過文獻(xiàn)綜述和專家調(diào)查的方法對(duì)企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行構(gòu)建研究[7,9]，一些學(xué)者在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，將企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)方法分為單一評(píng)價(jià)方法和組合評(píng)價(jià)方法兩種，單一評(píng)價(jià)方法包括主成分分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、TOPSIS法、層次分析法等。Himanshu等根據(jù)中小企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力選擇中小企業(yè)供應(yīng)商，首先通過文獻(xiàn)回顧梳理確定綠色創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)，再利用TOPSIS評(píng)價(jià)得到供應(yīng)商的綠色創(chuàng)新能力排名[10]、Shu等利用層次分析法從創(chuàng)新主體視角評(píng)價(jià)中國的區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新能力[11]、Ke等采用三階段數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型來衡量政府措施對(duì)綠色生產(chǎn)率增長(zhǎng)的影響，同時(shí)提出提高中國制造業(yè)綠色生產(chǎn)力的政策和措施[12]等。組合評(píng)價(jià)方法包括AHP-熵權(quán)評(píng)價(jià)法和粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)模型等。Ye等構(gòu)建了基于AHP-熵權(quán)的大連綠色創(chuàng)新發(fā)展水平評(píng)價(jià)體系，利用AHP-熵權(quán)法綜合評(píng)價(jià)大連市近10年的綠色創(chuàng)新發(fā)展水平[13]、呂曉菲等運(yùn)用三角模糊熵組合賦權(quán)的灰色關(guān)聯(lián)投影法對(duì)17個(gè)資源型城市綠色增長(zhǎng)能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[14]等。此外，還有學(xué)者利用共線性-變異系數(shù)模型[15]、Super-SBM模型[16]、兩階段非徑向方向距離函數(shù)法[17]對(duì)綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。組合評(píng)價(jià)方法中利用智能優(yōu)化算法進(jìn)行創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)：蘇越良等將粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)模型應(yīng)用在企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)中，結(jié)合智能算法的全局搜索能力保證評(píng)價(jià)結(jié)果的精準(zhǔn)性[18]，李榮生[19]、趙琳[20]等都以最優(yōu)和最劣對(duì)象距離之和最小為準(zhǔn)則建立一個(gè)關(guān)于權(quán)重的非線性規(guī)劃問題，運(yùn)用粒子群算法來確定各指標(biāo)的權(quán)重，從而分別對(duì)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和裝備制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。Yuan[21]采用模糊層次分析法確定戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重， 基于約束因子粒子群優(yōu)化算法的新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)分析方法針對(duì)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)做出評(píng)價(jià)。

通過文獻(xiàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行了較全面的研究，具有較高參考價(jià)值，但仍存在一些問題：第一、TOPSIS法、層次分析法等賦權(quán)方法大多比較主觀，主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果將產(chǎn)生一定的負(fù)面影響；第二、多元統(tǒng)計(jì)方法如主成分分析法等對(duì)樣本量和評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)的分布形態(tài)具有較高要求，使其應(yīng)用領(lǐng)域受限；第三、多屬性群決策法在分析與評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)據(jù)量較大時(shí)，存在可操作性差、篩選效率低等問題；第四、傳統(tǒng)的基于梯度下降尋優(yōu)(如：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，支持向量機(jī)等)的算法樣本訓(xùn)練速度較慢，預(yù)測(cè)精度較低。

針對(duì)以上問題，將制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)作為研究目標(biāo)，提出了基于熵權(quán)TOPSIS的粒子群優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)的制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型。首先，熵權(quán)法客觀計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，有效避免人為主觀因素的影響，通過TOPSIS法得到評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)值，可以解決對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)集樣本數(shù)量要求高、分布形態(tài)限制嚴(yán)格的問題[22]。再將綜合評(píng)價(jià)值作為先驗(yàn)樣本輸入極限學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練與測(cè)試，在訓(xùn)練過程中引入粒子群算法優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)(PSO-ELM)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與連接權(quán)值，得到較合適的輸入權(quán)值與閾值，PSO-ELM可以高效地完成大量數(shù)據(jù)信息的分析評(píng)價(jià)，同時(shí)可以保證預(yù)測(cè)精度和穩(wěn)定性再進(jìn)行新一輪網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，輸出網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)結(jié)果，以此建立制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型，結(jié)合PSO的全局尋優(yōu)能力和極限學(xué)習(xí)機(jī)的局部搜索優(yōu)勢(shì)，將有效防止網(wǎng)絡(luò)陷入局部極小值，同時(shí)能保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)60家制造企業(yè)進(jìn)行了實(shí)證研究，這對(duì)全面推行綠色制造，促進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使制造業(yè)邁向產(chǎn)業(yè)鏈中高端具有重要的理論意義及實(shí)踐指導(dǎo)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

通過系統(tǒng)梳理和總結(jié)制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的影響因素，以及文獻(xiàn)閱讀和對(duì)調(diào)研資料展開分析，結(jié)合指標(biāo)篩選的科學(xué)性與導(dǎo)向性、定性和定量評(píng)價(jià)指標(biāo)相統(tǒng)一宗旨，充分考慮企業(yè)的投入、研發(fā)、生產(chǎn)和管理特殊性，得出企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)初選結(jié)果。再利用Delphi方法進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)選，通過焦點(diǎn)小組訪談法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行修正，得出用于評(píng)價(jià)企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的指標(biāo)體系(見表1)。綠色創(chuàng)新支撐能力(I1)是企業(yè)進(jìn)行綠色創(chuàng)新工作的基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)合企業(yè)環(huán)境文化和創(chuàng)新環(huán)境兩個(gè)角度進(jìn)行篩選；綠色創(chuàng)新投入能力(I2)是企業(yè)對(duì)綠色創(chuàng)新戰(zhàn)略的具體實(shí)施與管理，決定了其綠色創(chuàng)新能力發(fā)展水平；綠色創(chuàng)新產(chǎn)出能力(I3)將企業(yè)可持續(xù)發(fā)展作為目標(biāo)，充分考慮環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM的制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1 熵權(quán)TOPSIS方法

2.1.1 熵權(quán)法

在信息理論中，熵可以測(cè)量一個(gè)離散隨機(jī)變量的不確定性取值的概率[23]，當(dāng)某個(gè)指標(biāo)有序程度越高，信息熵反而越低，指標(biāo)權(quán)重越大。在多目標(biāo)決策與評(píng)價(jià)中，熵通過信息量來提高決策信息精度，熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重的步驟如下：

(1)構(gòu)建初始決策矩陣

設(shè)綠色創(chuàng)新能力集合有m個(gè)樣本，評(píng)價(jià)指標(biāo)為n，第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值為aij，則所有綠色創(chuàng)新能力集合的決策矩陣為：

(1)

(2)標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣

若aij是效益型指標(biāo)，則標(biāo)準(zhǔn)化處理為：

(2)

若aij是成本型指標(biāo)，則標(biāo)準(zhǔn)化處理為：

(3)

最后歸一化處理為：

(4)

得到標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣：R=(rij)m×n。

(3)確定指標(biāo)權(quán)重

標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣第j個(gè)指標(biāo)的熵：

(5)

其中，k=1/lnm，0≤ej≤1，rij=0時(shí)，規(guī)定rijlnrij=0。

用E表示指標(biāo)的總熵，則：

(6)

第j個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值數(shù)據(jù)的差異性系數(shù)dj可表示為：

dj=1-ej,j=1,2,…,n

(7)

對(duì)于第j個(gè)指標(biāo)，ej越小，則rij的差異性dj越大，則對(duì)樣本評(píng)價(jià)rij的作用就越大；如果所有的rij都相等，ej=emax=1，dj=0，表明第j個(gè)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中無用；ej越大，則rij的差異性dj越小。

第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重因子為：

(8)

2.1.2 TOPSIS評(píng)價(jià)模型

TOPSIS法作為一種重要的多目標(biāo)決策分析方法，主要通過計(jì)算各待評(píng)樣本與正理想解、負(fù)理想解的相對(duì)距離，并排序選優(yōu)，距離正理想解較近且距離負(fù)理想解較遠(yuǎn)的方案較優(yōu)[24]。

基于熵權(quán)TOPSIS法的制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)，TOPSIS模型的計(jì)算過程如下：

(1)標(biāo)值加權(quán)矩陣

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的決策矩陣R=(rij)m×n和上述所得各指標(biāo)的熵權(quán)wj，計(jì)算指標(biāo)值加權(quán)矩陣：

(9)

(2)確定正理想解和負(fù)理想解

={(maxvij|j∈J1),(minvij|j∈J2|i=1,2,…,m)}

(10)

={(minvij|j∈J1),(maxvij|j∈J2|i=1,2,…,m)}

(11)

其中，V+表示正理想解，V-表示負(fù)理想解。

(3)計(jì)算歐式距離

與正理想解、負(fù)理想解的距離計(jì)算公式為：

(12)

(13)

(4)計(jì)算TOPSIS評(píng)價(jià)值

根據(jù)值的大小排序，形成順序表，其計(jì)算公式為:

(14)

2.2 PSO-ELM模型構(gòu)建

2.2.1 極限學(xué)習(xí)機(jī)

極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)最初是Huang等根據(jù)摩爾-彭羅斯(MP)廣義逆矩陣?yán)碚撎岢?，主要用來解決單隱層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法[25]。ELM作為快速學(xué)習(xí)算法，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定中，其隨機(jī)選取輸入層和隱含層間的權(quán)值和隱含層節(jié)點(diǎn)閾值，不需要在迭代過程中變化參數(shù)，為使輸出的誤差最小，隱含層的輸出參數(shù)通過求解平方損失函數(shù)的最小平方解獲得。與傳統(tǒng)的基于梯度下降尋優(yōu)的算法相比，ELM的訓(xùn)練速度更快，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整時(shí)間，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域[26,27]。

設(shè)有N個(gè)不同的樣本(xi,ti)，1≤i≤N，其中xi=(xi1,xi2,…,xim)T∈Rm，ti=(ti1,ti2,…,tim)T∈Rn，這里的m，M，n分別表示網(wǎng)絡(luò)輸入層、隱含層和輸出層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，則極限學(xué)習(xí)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，極限學(xué)習(xí)機(jī)可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式:

圖1 ELM的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

(15)

其中，g(x)為隱含層神經(jīng)元的激活函數(shù)，表示向量?jī)?nèi)積，wi=[wi1,wi2,…,wim]T為第i個(gè)隱含層神經(jīng)元的輸入權(quán)值向量，bi是第i個(gè)隱含層節(jié)點(diǎn)閾值，βi=[βi1,βi2,…,βin]T為連接第i個(gè)隱含層節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)輸出層節(jié)點(diǎn)的輸出權(quán)值向量；oj=[oj1,oj2,…,ojn]T為網(wǎng)絡(luò)輸出值。

ELM的代價(jià)函數(shù)為:

(16)

式中，S=(wi,bi,i=1,2,…,M)包括網(wǎng)絡(luò)輸入權(quán)值wi和隱層節(jié)點(diǎn)閾值bi。極限學(xué)習(xí)機(jī)訓(xùn)練目標(biāo)為尋求最優(yōu)的S和β，從而得出網(wǎng)絡(luò)輸出值和對(duì)應(yīng)實(shí)際值之間的誤差最小，即：

min(E(S,β))=min‖H(w1,…,wM,b1,…,bM,x1,…,xN)β-T‖

(17)

式中，H表示隱含層輸出矩陣，β表示輸出權(quán)值矩陣，T表示樣本集的目標(biāo)值矩陣，H，β，T分別定義如下：

H(w1,…,wM,b1,…,bM,x1,…,xN)

(18)

ELM的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程可視為非線性優(yōu)化問題，公式(17)為目標(biāo)函數(shù),根據(jù)輸入xj，存在隱含層輸出矩陣H，據(jù)此得出輸出權(quán)值將取決于給定的線性系統(tǒng)的最小二乘解，即:

(19)

2.2.2PSO-ELM模型

由于極限學(xué)習(xí)機(jī)隨機(jī)的選擇輸入權(quán)值和閾值，訓(xùn)練的精度和時(shí)間將受一定程度的影響且易出現(xiàn)過度訓(xùn)練[28,29]，因此，本文提出粒子群優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)模型(PSO-ELM)，有效避免盲目訓(xùn)練ELM網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)d維搜索空間中，第i個(gè)粒子在第t次迭代的位置向量為Xi(t)=(xi1,xi2,…,xid)，速度向量為Vi(t)=(Pb1,Pb2,…,Pbd)。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)確定每個(gè)粒子對(duì)應(yīng)適應(yīng)度值，計(jì)算出個(gè)體極值Pib=(Pb1,Pb2,…,Pbd)和種群的群體極值PG=(PG1,PG2,…,PGd)。在每次迭代過程中，粒子通過Pib和PG調(diào)整速度和位置向量，即

Vi(t+1)=ωVi(t)+c1r1[Pib-Xi(t)]+c2r2[PG-Xi(t)]

(20)

Xi(t+1)=Xi(t)+Vi(t)

(21)

其中,c1和c2為學(xué)習(xí)因子；r1和r2為0到1區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，為避免粒子的盲目搜索，將其速度限制在[-vmax,vmax]區(qū)間內(nèi)；ω為慣性權(quán)值計(jì)算公式表示為：

(22)

其中，ωmax和ωmin分別表示最大慣性權(quán)值和最小慣性權(quán)值，T表示算法迭代總次數(shù)，t為當(dāng)前迭代次數(shù)。

本文選取了均平方誤差(MSE)作為PSO的適應(yīng)度函數(shù)，其計(jì)算公式為:

(23)

其中，nv表示訓(xùn)練集中樣本的數(shù)量。

粒子個(gè)體極值Pi和粒子群體極值PG的更新計(jì)算公式為:

(24)

(25)

其中，MSEPi,MSEPib,MSEPG分別表示第i個(gè)粒子相對(duì)應(yīng)的均平方誤差，第i個(gè)粒子的最優(yōu)均平方誤差和粒子群體中的最優(yōu)均平方誤差。

PSO-ELM的基本思想為：種群中每個(gè)粒子Pi由ELM中的輸入權(quán)值wi和閾值bi組成，根據(jù)粒子的迭代尋優(yōu)找出參數(shù)的最優(yōu)值，同時(shí)，利用MP廣義逆矩陣分析確定輸出權(quán)重，從而達(dá)到降低預(yù)測(cè)誤差。

2.3 基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM算法具體步驟

基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM算法在制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)中的實(shí)施步驟為：

(1)確定企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理，并把數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集、測(cè)試集；

(3)基于熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；

(4)根據(jù)步驟(3)所得結(jié)果求出指標(biāo)加權(quán)矩陣，結(jié)合TOPSIS法計(jì)算出綠色創(chuàng)新能力綜合評(píng)價(jià)值；

(5)初始化粒子群個(gè)體，每個(gè)粒子由輸入權(quán)值和閾值組成，Pi=[w11,w12,…,w1M,w21,w2M,…,wm1,wm2,…,wmM,b1,b2,…,bM]；

(6)將步驟(4)得到的結(jié)果作為輸入，采用訓(xùn)練集樣本進(jìn)行基于PSO-ELM網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練；

(7)將優(yōu)化后的輸入權(quán)值和閾值帶入PSO-ELM；

(8)利用PSO-ELM對(duì)測(cè)試集樣本進(jìn)行驗(yàn)證和結(jié)果分析，并推廣應(yīng)用。

圖2為基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM網(wǎng)絡(luò)模型在制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)中的流程圖。

圖2 基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM網(wǎng)絡(luò)模型的綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)流程圖

3 制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)實(shí)證

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取60家制造企業(yè)為實(shí)證研究對(duì)象(以下將60家制造企業(yè)隨機(jī)編號(hào))，樣本企業(yè)主要集中在石油化工、船舶設(shè)備制造、航空設(shè)備制造等制造業(yè)，根據(jù)前文權(quán)重確定方法，對(duì)我國制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行實(shí)證分析。其中，指標(biāo)原始數(shù)據(jù)可查閱的定量指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于2016年企業(yè)年度報(bào)告、自查報(bào)告和國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，定性指標(biāo)數(shù)據(jù)由從事制造企業(yè)綠色創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)或創(chuàng)新管理的專家打分取得，以1～50號(hào)制造企業(yè)作為基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練集，51～60號(hào)制造企業(yè)作為測(cè)試集。

3.2 基于熵權(quán)TOPSIS法的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

本節(jié)使用熵權(quán)TOPSIS評(píng)價(jià)模型，借助Matlab 2014a編程運(yùn)算，測(cè)評(píng)60家制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力，具體操作步驟如下：

(1)根據(jù)前文計(jì)算確定標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣，同時(shí)根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算60個(gè)實(shí)證分析樣本評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵(ej)、差異性系數(shù)(dj)及權(quán)重(wj)，表2的內(nèi)容為計(jì)算過程參數(shù)和指標(biāo)的權(quán)重。

表2 基于熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的過程參數(shù)表和標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重值

(2)綠色回收設(shè)施投入強(qiáng)度(I24)指標(biāo)權(quán)重在所有指標(biāo)中排名第一，過去的研究也支持這一發(fā)現(xiàn)，回收的目的是通過拆解舊產(chǎn)品并取出可以重新使用或可以銷售的零部件來降低產(chǎn)品的成本，因此它對(duì)制造企業(yè)具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[10]。排名第二的是綠色技術(shù)投入強(qiáng)度(I22)，綠色技術(shù)投入強(qiáng)度是指一組資源，部署在制造企業(yè)內(nèi)部，以提高企業(yè)的環(huán)境績(jī)效，也有助于研發(fā)環(huán)保型創(chuàng)新產(chǎn)品[30]。基于表2獲得的過程參數(shù)和指標(biāo)權(quán)重，按照2.1.1介紹的應(yīng)用TOPSIS方法對(duì)制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行的綜合測(cè)評(píng)，計(jì)算正距離(S+)、負(fù)距離(S-)和相對(duì)接近度(Y)，獲得如表3所示的過程參數(shù)表和評(píng)價(jià)結(jié)果。

表3 制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力加權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.3 構(gòu)建基于熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM的網(wǎng)絡(luò)模型

(1)確定網(wǎng)絡(luò)輸入輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)目

PSO-ELM網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)m與評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)相同為16個(gè)，PSO-ELM網(wǎng)絡(luò)的輸出是對(duì)企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)，所以輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為n=1。

(2)確定隱含層神經(jīng)元數(shù)量

隱含層神經(jīng)元的數(shù)目對(duì)PSO-ELM的訓(xùn)練和預(yù)測(cè)結(jié)果有一定的影響，當(dāng)神經(jīng)元數(shù)目過少將不能較好擬合出實(shí)際的指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)值，但神經(jīng)元數(shù)目過多，將會(huì)增加時(shí)間成本，且會(huì)出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象。本文在實(shí)驗(yàn)中將隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)以步長(zhǎng)5從5個(gè)逐漸增加到25個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取最小的MSE對(duì)應(yīng)的隱含層神經(jīng)元數(shù)目，即M=15。

(3)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)

訓(xùn)練樣本的準(zhǔn)確客觀性是保證網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果精確度的基本條件。為保證制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)的客觀準(zhǔn)確并提高企業(yè)工作效率，選取制造企業(yè)樣本數(shù)據(jù)中的前50個(gè)作為訓(xùn)練集，即輸入向量X=[X1,X2,…,X50]T，根據(jù)熵權(quán)TOPSIS的綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算樣本中編號(hào)1～50企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)值，并將其作為極限學(xué)習(xí)機(jī)的輸出目標(biāo)值，即目標(biāo)輸出向量t訓(xùn)練=[t1,t2,…,t50]T，t檢驗(yàn)=[t51,t52,…,t60]T，利用訓(xùn)練集樣本對(duì)PSO-ELM進(jìn)行訓(xùn)練。

(4)粒子群優(yōu)化算法的參數(shù)設(shè)置

粒子群優(yōu)化算法最大迭代次數(shù)為300，種群規(guī)模為50，慣性系數(shù)ωmax=1.2,ωmin=0.4收斂閾值ε=0.0001，最大速度Vmax=0.8，圖3顯示了PSO-ELM的優(yōu)化迭代曲線。

圖3 粒子群算法優(yōu)化迭代曲線

極限學(xué)習(xí)機(jī)輸入權(quán)值和閾值優(yōu)化過程如圖3所示，可以得出最優(yōu)個(gè)體和次優(yōu)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)逐漸減小且趨于一致，并最終達(dá)到收斂，兩者適應(yīng)度的精度相似。

3.4 訓(xùn)練結(jié)果

為了更直觀了解評(píng)價(jià)結(jié)果，將熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM模型所有樣本數(shù)據(jù)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)期望值和仿真預(yù)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比，見圖4所示，可以看出測(cè)試樣本預(yù)測(cè)值和期望值之間擬合程度較高，訓(xùn)練樣本的預(yù)測(cè)曲線和期望曲線的發(fā)展趨勢(shì)相同，同時(shí)也存在一定程度的誤差，但相比較而言較小。因ELM網(wǎng)絡(luò)由訓(xùn)練樣本中提取隱含的知識(shí)及規(guī)律，從而降低了評(píng)價(jià)期間的主觀和偶然因素的干擾，所以根據(jù)ELM的誤差低和學(xué)習(xí)速度快等優(yōu)勢(shì)，能夠高效處理繁雜的企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)的問題。根據(jù)圖5所示兩種模型全部樣本數(shù)據(jù)綠色創(chuàng)新能力綜合性指標(biāo)期望值與仿真預(yù)測(cè)值擬合曲線，可以得出ELM模型預(yù)測(cè)值與期望值差距較大，且ELM模型擬合曲線的偏差較大、預(yù)測(cè)結(jié)果的精度很不穩(wěn)定。PSO-ELM模型預(yù)測(cè)輸出值與期望值的擬合程度較高且偏差較小，PSO對(duì)極限學(xué)習(xí)機(jī)的輸入權(quán)值和閾值進(jìn)行優(yōu)化，有效減少預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練時(shí)間和預(yù)測(cè)精度。

圖4 熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM模型擬合曲線

圖5 兩種模型擬合曲線

在已有訓(xùn)練結(jié)果的基礎(chǔ)上，將后10家制造企業(yè)的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為樣本輸入到PSO-ELM經(jīng)過訓(xùn)練的模型中，得到表4所示的檢測(cè)結(jié)果。

通過表4對(duì)比2種模型測(cè)試集期望值與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差，從中可以得出，第52家制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力最強(qiáng)，其綜合評(píng)價(jià)值為0.7175。在2種模型中，ELM模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差變化較大，預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差在1.1%～6%之間變動(dòng)，預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性較差；PSO-ELM模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差均小于1.7%，僅一個(gè)預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差為4.3%，相對(duì)誤差的平均數(shù)僅為1.3%。該測(cè)試結(jié)果表明，借助熵權(quán)TOPSIS法計(jì)算出綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)中每一個(gè)指標(biāo)權(quán)重設(shè)置，與在訓(xùn)練后的三層極限學(xué)習(xí)機(jī)模型中利用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證的結(jié)果相一致，學(xué)習(xí)訓(xùn)練后的PSO-ELM模型對(duì)制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)具有較好的學(xué)習(xí)效果和非線性映射能力，同時(shí)具有良好的魯棒性，將訓(xùn)練好的極限學(xué)習(xí)機(jī)保存，在對(duì)其他制造企業(yè)進(jìn)行綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)時(shí)只需將制造企業(yè)的指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入，即可獲得評(píng)價(jià)結(jié)果。利用評(píng)價(jià)指標(biāo)的層級(jí)和邏輯關(guān)系，深入剖析得到不同制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力差異的根本原因及因果關(guān)系。同時(shí)，構(gòu)造高精度的智能評(píng)判環(huán)境為制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)。

表4 三種模型測(cè)試集期望值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

3.5 制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)敏感性分析

為檢查模型的穩(wěn)健性并消除任何可能的偏差，本文將使用Mangla等人提出的靈敏度分析[31]。選取各準(zhǔn)則層權(quán)重最大的指標(biāo)對(duì)企業(yè)綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行敏感性分析，分別為引導(dǎo)綠色生產(chǎn)消費(fèi)認(rèn)可度指標(biāo)、綠色回收設(shè)施投入強(qiáng)度指標(biāo)和綠色專利占比率指標(biāo)，分析結(jié)果及制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力排名如表5所示。

表5 三種模型測(cè)試集期望值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

表5所示的敏感性分析結(jié)果表明，指標(biāo)層關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)價(jià)值的變化，沒有直接影響綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)的顯著變化，第52家企業(yè)綠色創(chuàng)新能力排名第一，第56家企業(yè)綠色創(chuàng)新能力排名最后，結(jié)果較穩(wěn)健。

3.6 制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)結(jié)果分析

總體來看，測(cè)試集10家企業(yè)總體上的綠色創(chuàng)新能力還位于中等偏下水平，其中有3家的評(píng)價(jià)值超過0.500，還存在有1家評(píng)價(jià)值僅為0.3123，因此這10家企業(yè)的綠色創(chuàng)新戰(zhàn)略實(shí)施情況不容樂觀，但卻具有較大發(fā)展空間。因此，有必要切實(shí)加強(qiáng)制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力建設(shè)，提高綠色創(chuàng)新能力，整合和促進(jìn)其適應(yīng)制造企業(yè)發(fā)展的需求。

(1)加快綠色創(chuàng)新能力基礎(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建

信息平臺(tái)：制造企業(yè)綠色創(chuàng)新能力是隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展而出現(xiàn)并發(fā)展，信息促進(jìn)綠色創(chuàng)新能力的成熟與完善。

知識(shí)平臺(tái)：知識(shí)是綠色創(chuàng)新能力形成和運(yùn)行的基礎(chǔ)，有助于實(shí)現(xiàn)核心綠色創(chuàng)新能力的兼容補(bǔ)充和有機(jī)整合。

制度平臺(tái)：制度是制造企業(yè)運(yùn)行和整合的根本保證，有效的管理規(guī)則可以調(diào)整綠色創(chuàng)新能力的行為，合理的制度有利于激發(fā)綠色創(chuàng)新積極性，構(gòu)建核心綠色創(chuàng)新能力。

文化平臺(tái)：企業(yè)環(huán)境倫理與文化的整合與創(chuàng)新有助于培育綠色創(chuàng)新能力的人本文化，文化創(chuàng)新也可以提高綠色創(chuàng)新能力，形成更好的創(chuàng)新條件。

(2)加大綠色創(chuàng)新投入力度

加大綠色創(chuàng)新投入包括綠色創(chuàng)新教育培訓(xùn)、綠色科研人員和綠色技術(shù)改造等，與外部合作是在國際新形勢(shì)下必須采取的措施，將外部先進(jìn)技術(shù)和信息資源整合到一起，實(shí)現(xiàn)綠色創(chuàng)新能力和資源的互補(bǔ)，切實(shí)提高制造企業(yè)綠色技術(shù)的消化吸收能力，最終達(dá)到從綠色技術(shù)引進(jìn)到自主研發(fā)的動(dòng)態(tài)演進(jìn)。

政府有責(zé)任和能力發(fā)揮其應(yīng)有的作用，因此應(yīng)制定更嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，嚴(yán)格執(zhí)行，引導(dǎo)制造企業(yè)實(shí)施綠色創(chuàng)新，同時(shí)加大對(duì)制造企業(yè)綠色創(chuàng)新的稅收優(yōu)惠和財(cái)政補(bǔ)貼等。

4 結(jié)束語

面對(duì)日益突顯的環(huán)境問題，同時(shí)也為兼顧經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，綠色創(chuàng)新思想逐漸深入到制造企業(yè)中，而綠色創(chuàng)新能力更是直接評(píng)價(jià)企業(yè)綠色制造的執(zhí)行效果。在分析現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法的不足之處基礎(chǔ)上，運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM模型對(duì)制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本文利用熵權(quán)TOPSIS法計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值，并將其作為先驗(yàn)樣本進(jìn)行極限學(xué)習(xí)機(jī)的訓(xùn)練與測(cè)試，應(yīng)用PSO對(duì)極限學(xué)習(xí)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與連接權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化，減少預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練時(shí)間和預(yù)測(cè)精度。在模擬智能決策過程、知識(shí)活動(dòng)和專家經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，高效地完成大量數(shù)據(jù)信息的分析與評(píng)價(jià)，為管理創(chuàng)新方法的理論研究和制造企業(yè)應(yīng)用推廣提供一條值得探索的途徑。

本文構(gòu)建了包括綠色創(chuàng)新支撐能力、綠色創(chuàng)新投入能力和綠色創(chuàng)新產(chǎn)出能力在內(nèi)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選取制造企業(yè)作為實(shí)證研究對(duì)象，研究結(jié)果表明熵權(quán)TOPSIS-PSO-ELM模型降低了綠色創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)過程中主觀評(píng)價(jià)的隨意性，同時(shí)，極限學(xué)習(xí)機(jī)模型的學(xué)習(xí)能力可以讓評(píng)價(jià)分析結(jié)果更準(zhǔn)確。最后為企業(yè)提高綠色創(chuàng)新能力給予建議，同時(shí)，下一步工作也將考慮數(shù)據(jù)發(fā)掘方法及改進(jìn)粒子群算法相結(jié)合的模型用于評(píng)價(jià)制造企業(yè)的綠色創(chuàng)新能力。