基于ISM-MICMAC模型的制造業綠色發展與能源管理協同優化機制研究*
——以河南省為例

董 君

(河南工學院 管理學院,河南 新鄉 453003)

0 引言

因制造業是二氧化碳排放的主要來源之一,所以在制造業上做到節能減排,發展可持續制造勢在必行[1]。在全球氣候合作等相關政策的引領下,國內外學者對制造業綠色轉型發展問題展開了廣泛的研究,主要集中在以下幾個方面:(1)產業結構轉型:楊嵐等[2]從產業結構綠色轉型和企業技術升級雙視角對制造業綠色轉型問題進行了探討;萬攀兵等[3]從技術改造視角考察了環境技術標準影響制造業兼顧減排和綠色發展的微觀機理,構建了雙重差分模型并進行了理論分析的驗證;張峰等[4]利用面板數據計量模型研究了技術進步、資源稟賦對制造業綠色轉型的驅動效果,并從全國層面與主要經濟圈兩個維度進行了綜合對比分析。(2)環境規制:孫海波等[5]深入剖析了環境規制、清潔技術創新與工業企業綠色轉型之間的關系,并利用面板門檻回歸模型和交互型模型展開了實證研究;雷玉桃等[6]首先闡述了環境規制對制造業綠色轉型產生的直接和間接影響,在此基礎上利用EBM-GML模型對綠色全要素生產率進行了計算,并用以衡量制造企業綠色轉型程度;侯建等[7]利用Super-SBM及動態面板門檻模型對制造業綠色轉型異質性結構展開了詳細分析;Gong等[8]通過研究驗證了環境規制和制造業綠色轉型之間的顯著倒U型曲線關系。(3)工藝規劃:耿凱峰等[9]對可重入混合流水車間工序規劃問題展開了研究,同時考慮了工序跳躍以及綠色制造約束;Gong等[10]提出了同時考慮機器和工人柔性的雙柔性車間調度問題,并通過設計混合進化算法對問題求解,以提高能源利用效率,助力制造企業綠色轉型;Afsar等[11]對車間綠色工藝調度問題展開了研究,并考慮了不確定加工時間,實現最小化機器能耗和制造周期指標。

國家《“十四五”可再生能源發展規劃》指出,要優化發展方式,大規模開發可再生能源,促進存儲消納,高比例利用可再生能源。目前很多企業運用微電網技術[12]實現了可再生能源和現有電網之間的轉換,企業可根據實際情況決定何時使用可再生電源或普通電網。顏湘武等[13]針對微電網的多種能源管理問題展開了研究;張衛國等[14]在微電網研究基礎上,關注居民生活中電動車充電的應用場景,從經濟性和穩定性角度出發,探討了多源供電優化和能量調度策略;崔維偉等[15]考慮生產車間復雜的約束條件,展開了多源供電模式在車間生產中的初步研究,構建了不同的訂單任務和能源集成調度模型,并通過系統仿真獲得協同優化供電方案,最終實現企業生產能耗量最低和成本最小的目標。

綜上所述,制造業綠色發展與能源管理協同優化(Collaborative optimization of green development and energy management in manufacturing industry, COGDEM)是一個復雜的系統問題。2000—2019年期間,河南省制造業能源消耗總量約12,000萬噸標準煤,約占能源消耗總量的近55%,制造業廢氣排放量約占全省廢氣排放量的40%。雖然目前河南省制造業綠色轉型初見成效,但仍然存在轉型方式單一、轉型水平較低等問題;傳統能源綠色轉型方面,非化石能源消費占比偏低、偏煤的能源消費結構加大了節能減排的壓力。本文從河南省30家制造業訪談資料和相關學者文獻成果研究入手,基于扎根理論展開COGDEM問題的Nvivo質性分析,利用系統動力學理論建立解釋結構模型(Interpretative structural modelling, ISM),將復雜系統進行子系統分解,再利用實踐經驗和知識以及計算機軟件等形成多級遞接結構模型;同時采用交叉影響矩陣相乘模型(Matriced impacts corises-multiplication appliance classment modelling, MICMAC)對影響因素開展驅動力和依賴性分析。

1 影響因素分析

在扎根理論的基礎上,本文利用Nvivo12軟件對河南省30家制造企業和20篇“制造業綠色轉型發展”相關的文獻原始資料進行整合編碼,采用2007年Strauss和Corbin[16]提出的開放式、主軸式、選擇式三級編碼方法,提取制造業綠色發展與能源計劃耦合優化機制的影響因素。

1.1 開放式編碼

對本文研究中選取的多案例進行初步概念化和逐句貼標簽,并進行整理和歸納,獲得160個標簽和110個初步概念。在此基礎上進行凝練和挖掘,最終挖掘出100個概念和49個范疇。49個范疇詳見表1。

表1 主范疇編碼

1.2 主軸和選擇式編碼

在開放式編碼的基礎上,進行各個因素邏輯關系的梳理、分析和歸納,得出15個主范疇,結果如表1所示。

1.3 飽和度檢驗

為了驗證所構建扎根模型的飽和度[17],對另外5家河南省制造企業和另外10篇相關文獻原始資料進行收集和整理,均未產生新的研究范疇和邏輯關系。因此可以判斷出本文所提煉的制造業綠色發展與能源計劃耦合優化機制的影響因素在理論上是飽和的。

2 ISM-MICMAC模型研究

2.1 ISM模型分析

根據Nvivo12軟件提取的關鍵因素,進行邏輯關系的梳理,利用SPSSAU軟件構建15*15的鄰接矩陣A[18]。根據(A+I)n-1≠(A+I)n=(A+I)n+1=M原理,利用Matlab軟件計算出可達矩陣M,如表2所示。在獲得的可達矩陣基礎上,進行可達集R、先行集Q和共同集S的整理和歸并,并進行影響因素級位劃分,結果分別如表3和圖1所示。

圖1 COGDEM機制的ISM模型

表2 可達矩陣

表3 可達集、先行集與共同集

由圖1可知,本文構建的制造業綠色發展與能源計劃耦合優化ISM模型共分為6個層次,兩兩組合,依次概括為表象層、中間層和根本層。表象層由模型中的的第一和第二層構成。第一層的影響因素為能源結構優化升級、制造業綠色發展和產業協同優化體制,他們是制造業綠色發展與能源計劃耦合優化的成果展現,并受到第二層相關因素,即轉型風險和收益、協同優化保障條件、協同優化基礎條件、資源協同共享意識的影響。政府部門需要為制造企業和綜合能源運營企業提供智力和技術支撐,以降低他們的轉型風險,提高轉型收益,激發轉型動力;同時需要加大宣傳力度,培養民眾綠色消費習慣,構建和諧發展的生態圈。金融機構應加大融資力度和規模,助力制造業綠色轉型和能源結構優化升級。制造企業和綜合能源運營企業則需要樹立協作共贏的理念,加強區域合作和資源共享,實現信息交流,提升創新能力。

中間層由模型中的第三和第四層構成,第三層的影響因素為轉型意愿和協同優化發展需求;第四層的影響因素為制造企業轉型發展規劃和能源結構發展規劃。發展規劃要闡述目前產業發展的基礎和形勢,剖析未來發展的方向,指出產業間協同優化發展的需求和必要性,并能夠有效地將企業的戰略計劃轉變為行動,通過解決資源配置、組織調整、改革創新等問題,給企業提供清晰的指導意見和實施策略以及優惠政策,進一步影響制造企業和綜合能源運營企業綠色轉型的意愿。

根本層由模型中的第五和第六層構成,其影響因素分別為國際合作和政策引領和制造業和能源發展現狀。2021年11月,《巴黎協定》的制定標志著國際社會開啟全面應對氣候變化的新征程。國際社會倡導全球各個國家積極參與、共同構建協作共贏的氣候治理體系,為中國實現碳達峰、碳中和目標提供了具體的價值參考。2021年10月,中共中央國務院頒布的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出了具體的指導方案。在國家政策引領下,2021年8月和12月河南省人民政府相繼印發了《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的實施意見》《河南省“十四五”現代能源體系和碳達峰碳中和規劃》等相關文件。2022年2月,《河南省“十四五”制造業高質量發展規劃》中指出,要聚焦低碳化發展,建設高覆蓋綠色制造體系。結合河南省制造業和能源產業發展現狀,國際合作和政策引領成為了制造業綠色發展與能源計劃耦合優化的根本驅動力量。

2.2 MICMAC模型分析

根據表2可達矩陣每行和每列中1的個數,可計算出該模型依賴性和驅動力均為110,平均值均為7.3;將平均值的誤差線作為四個象限的分割線,可繪制出COGDEM機制的MICMAC驅動力和依賴性分類圖[19],如圖2所示。本文的研究因素主要是依賴因素、聯動因素和獨立因素,不包括自發因素。依賴因素位于第二象限,包括轉型風險和收益(Z10)、協同優化保障條件(Z12)、協同優化基礎條件(Z13)、資源協同共享意識(Z14)、能源結構優化升級(Z7)、制造業綠色發展(Z8)、產業協同優化體制(Z15);這些因素具有較強的依賴性,但是驅動力不強,一般處于系統結構的表象層,受到中間層和根本層因素驅動力的影響。聯動因素位于第三象限,包括轉型意愿(Z9)、協同優化發展需求(Z11);這兩個因素均具有較高的依賴性和驅動力,在系統中起到承上啟下的關鍵作用,能夠將下層因素影響力傳遞給上層。獨立因素位于第四象限,包括國際合作(Z1)、制造業發展現狀(Z2)、能源發展現狀(Z3)、政策引領(Z4)、制造企業轉型發展規劃(Z5)、能源結構發展規劃(Z6);這些因素具有較高的驅動力,但是依賴性不強,主要是影響COGDEM機制的根本因素,同時還包括一些中間層過渡因素。

圖2 COGDEM機制的MICMAC驅動力和依賴性分類圖

3 結論與建議

本文從系統工程的視角出發,基于扎根理論篩選和收集了COGDEM機制的影響因素,并利用Nvivo軟件進行編碼和概念構建,最終確定15個影響因素主范疇。在此基礎上,建立了ISM解釋結構模型和MICMAC分析模型,對影響因素的驅動力和依賴性進行評價。分析結果表明,國際合作和相關政策引領是最根本的影響因素,對其他因素有一定程度上的牽制作用,并對企業行為、綜合能源運營企業的發展規劃具有一定的指引作用。能源結構優化升級、制造業綠色發展、轉型意愿、轉型風險和收益、協同優化發展需求、協同優化保障條件、資源協同共享意識以及產業協同優化體制對根本要素具有較強的依賴性,其中轉型意愿和協同優化發展需求還同時具備一定的聯動作用,將根本因素的影響作用傳遞給表象層因素。國際合作、制造業發展現狀、能源發展現狀、政策引領、制造企業轉型發展規劃以及能源結構發展規劃這幾個因素具有較強的驅動力,相對而言受其他因素影響較小。

綜上所述,在模型構建和分析的基礎上,針對COGDEM機制問題,為了提高制造企業綠色發展轉型以及能源結構升級調整的效率,更好地實現制造業綠色發展與能源管理協同優化,提出以下建議和對策:

(1)加強國際交流和合作,共同創建人類命運共同體和和諧發展生態圈。加強技術引進、應用、創新和成果轉化,提高國內外資源市場的共享力度,營造健康公正平等發展的經濟環境,提高國際地位和影響力,積極參與全球環境與氣候治理,以實際行動實現2030年碳達峰、碳中和的承諾。

(2)積極完善和制定制造企業綠色轉型發展和能源結構調整升級的相關法律法規和政策。完善相應的實施和保障體系,充分發揮其引導和促進作用。加大獎懲力度,給予激勵性的優惠政策,為制造企業綠色發展與能源管理協同優化創造更多更好的基礎條件和支持。

(3)引導制造企業樹立綠色轉型意識。在雙碳政策引領下,增強綠色轉型意識,提高產品綠色化程度以及開發更多廢棄物的綠色化處理工藝。通過提高自身的綠色指標,增強未來的市場競爭力,鼓勵建設集約式綠色制造工廠,形成綠色共享經濟模式。追求企業效益、經濟利益以及環境指標的平衡,是未來全球企業的共同目標,切不可以破壞生態環境為代價換取當下企業的發展以及生產制造模式的轉變。要充分認識推進制造業綠色轉型的重要性和緊迫性,加快轉型進度。

(4)提高制造企業共享發展意識。共享模式可以給制造企業帶來更多的機遇,為企業綠色發展與能源管理協同優化提供更多的成功經驗和示范案例。提高資源共享的廣度、深度和強度,增強需求者、供應者以及社會參與者的匹配聯結,以制造業帶動智慧農業、共享倉儲、智慧物流、智慧金融等,真正實現“多產協同”,以獲得更多高附加產能和價值。加快外電入豫力度,大力實施清潔能源外引通道建設,推動資源優化配置,提升清潔能源占比,加快構建新型現代化能源體系。