鄧乾旺　李衛(wèi)明　李　珣　劉霞輝

湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長沙,410082

機(jī)械產(chǎn)品回收與再制造系統(tǒng)中綠色影響因子關(guān)聯(lián)仿真模型

鄧乾旺李衛(wèi)明李珣劉霞輝

湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長沙,410082

從系統(tǒng)工程的角度分析提煉了系統(tǒng)的綠色影響因子，從技術(shù)、過程、主體等多維度歸納了控制因素集，從經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、人因等維度歸納了綠色績效輸出集。提出關(guān)聯(lián)規(guī)則并進(jìn)行關(guān)聯(lián)仿真，結(jié)合仿真結(jié)果對綠色績效輸出集進(jìn)行聚類分析，最終得到了50個系統(tǒng)因素。建立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有向圖，基于解釋結(jié)構(gòu)矩陣建立了整體結(jié)構(gòu)，分析了要素之間的層級關(guān)聯(lián)以及對比關(guān)系，為回收與再制造系統(tǒng)綠色績效輸出提供了優(yōu)化方向。

回收與再制造;綠色績效;關(guān)聯(lián)仿真建模;解釋結(jié)構(gòu)模型

0　引言

廢舊產(chǎn)品經(jīng)過回收、拆卸、清洗、檢測、分類、再制造等過程得到新產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用，減少環(huán)境污染?；厥张c再制造方面的研究已有許多研究成果，并集中在兩個方面：內(nèi)部控制因素和綠色績效輸出[1]。內(nèi)部控制因素為回收與再制造系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)集合，綠色績效為系統(tǒng)輸出集合。在控制方面,文獻(xiàn)[2-3]研究了政府政策獎懲、經(jīng)濟(jì)激勵、教育宣傳以及消費(fèi)者意識等限制條件下回收與再制造問題；文獻(xiàn)[4]研究了回收產(chǎn)品中回收定價(jià)策略；文獻(xiàn)[5-7]論述了數(shù)量及時間不確定性條件下運(yùn)輸庫存控制、物流設(shè)施選址、逆向物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等；文獻(xiàn)[8-10]對再制造決策、再制造計(jì)劃以及工藝路線設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[11-12]對不同限制條件下再制造品定價(jià)以及供應(yīng)鏈問題進(jìn)行了研究。而在綠色績效方面,文獻(xiàn)[13-16]對經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源、人因等方面作出了綜合評價(jià)?，F(xiàn)有的研究成果,從經(jīng)濟(jì)角度主要包含回收成本、運(yùn)輸與庫存成本、拆卸回收成本與利潤[17]等方面；從環(huán)境角度，研究了三廢排放、能耗問題，噪聲污染等問題；從資源消耗角度，研究了電力資源、人力資源、設(shè)施資源和物質(zhì)資源等；從人因角度，研究了工作環(huán)境改善以及環(huán)境污染改善、行業(yè)規(guī)模以及可持續(xù)性等人因因素。通過分析上述研究可知，目前文獻(xiàn)對回收與再制造系統(tǒng)因素的研究日益廣泛，但是研究中并未涉及回收與再制造系統(tǒng)整個框架模型以及系統(tǒng)邊界問題，對回收與再制造系統(tǒng)中控制因素和綠色影響輸出因素之間的關(guān)系缺乏因果表述，且對影響系統(tǒng)輸出的主要關(guān)鍵性因素缺乏明確研究表述，只是從某一個角度考慮因素對系統(tǒng)的影響，缺乏系統(tǒng)因素整體結(jié)構(gòu)框架以及系統(tǒng)因素之間的比對關(guān)系。本文從系統(tǒng)角度構(gòu)建回收與再制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真研究，分析了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)集合以及輸出集合，并利用結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)建立了整體模型，分析了要素之間關(guān)聯(lián)關(guān)系以及相互重要性程度。本文建立的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用了關(guān)聯(lián)仿真[18-19]、結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)[20-21],并進(jìn)行了數(shù)學(xué)形式化處理[22]，具有較好的通用性。

1　回收與再制造綠色系統(tǒng)因素選取

1.1回收與再制造綠色系統(tǒng)控制因素

在回收與再制造系統(tǒng)控制因素的研究中,陽成虎等[4]考慮了廢舊產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶心理回收價(jià)格等因素,制定了基于回收價(jià)格、回收數(shù)量和再制造成本閾值的最優(yōu)回收策略。趙忠等[10]論述了國內(nèi)外廢舊產(chǎn)品回收計(jì)劃、拆卸計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃等方面的研究現(xiàn)狀,闡述了再制造中不確定性特征、產(chǎn)品回收后狀態(tài)、再制造生產(chǎn)計(jì)劃控制方面的不足。倪霖等[13]指出當(dāng)前逆向物流研究主要集中于體系結(jié)構(gòu)研究、回收策略、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和逆向物流供應(yīng)商選擇上。王旭等[14]討論了技術(shù)屬性所包含的裝備先進(jìn)性、管理手段先進(jìn)性、物流技術(shù)先進(jìn)性。韓小花等[23]分析了閉環(huán)供應(yīng)鏈回收渠道決策，得出制造商競爭、廢舊產(chǎn)品回收的難易和再制造成本共同影響回收渠道演化結(jié)果的結(jié)論。代應(yīng)等[24-25]對回收系統(tǒng)的主體功能，系統(tǒng)要素(主體、物流、信息、回收渠道)，組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)外環(huán)境因素進(jìn)行了研究,建立了由生產(chǎn)商、消費(fèi)者、報(bào)廢回收中心等多節(jié)點(diǎn)集成的綠色回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型;認(rèn)為實(shí)現(xiàn)綠色回收需要提高全民意識且法律手段與經(jīng)濟(jì)杠桿并行，提高再制造技術(shù)理論應(yīng)用，推行汽車綠色設(shè)計(jì)。周丹等[26]研究了回收中EPR(extended producer responsibility)的實(shí)施手段，包括強(qiáng)制法律手段以及非強(qiáng)制經(jīng)濟(jì)(價(jià)格補(bǔ)貼等)和教育手段(環(huán)境意識、綠色消費(fèi))等。劉笑萍等[27]分析了用戶主動返回的激勵性因素，其中回收距離、手續(xù)的便利性、經(jīng)濟(jì)性、再制造能力、企業(yè)形象規(guī)模、個人的經(jīng)濟(jì)狀況、社會責(zé)任感等都與用戶主動參與回收息息相關(guān)。周育紅等[28]從法制建設(shè)、回收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、回收技術(shù)研究、宣傳教育等方面提出了針對回收與再制造的建議。趙宜等[29]針對回收產(chǎn)品收集、預(yù)處理和再制造等問題,建立了回收物流設(shè)施選址模型。毛玉如等[30]從立法、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、政策和回收體系等方面探討了回收處理情況。周永圣等[31]對政府監(jiān)控行為進(jìn)行了定量描述，研究了政府監(jiān)視下的三種回收模式。劉志峰等[32]探討了廢舊產(chǎn)品有效的回收途徑，并基于工藝、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、設(shè)備等相關(guān)數(shù)據(jù)和專家知識,建立了回收工藝流程評價(jià)決策系統(tǒng)。謝家平等[33]構(gòu)建了廢棄產(chǎn)品返回?cái)?shù)量及時間、回收處理過程中的再造零部件和可再生材料的比例等預(yù)測模型。李清等[34]從產(chǎn)品維(產(chǎn)品磨損),市場維(認(rèn)可度、銷售水平、價(jià)格水平)，過程維(環(huán)境和處理成本、投資、處理能力、經(jīng)濟(jì)效益)，政策維(政府支持與關(guān)注)，環(huán)境維五個方面研究了回收處理策略的決策要素。顧巧論等[35]在再制造系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)模型研究過程中發(fā)現(xiàn)，再制造政策法規(guī)、廢舊產(chǎn)品信息、新產(chǎn)品需求以及回收方式價(jià)格、相關(guān)宣傳等會嚴(yán)重影響再制造與制造系統(tǒng)之間的博弈，此外，他們還研究了再制造庫存問題。曹華軍等[36]以低成本、節(jié)能、環(huán)境友好為改進(jìn)目標(biāo)，提出了再制造技術(shù)框架。張萌等[37]闡述了回收成本包括回收能力建設(shè)和投資以及支付給消費(fèi)者的成本。

綜上所述，回收與再制造系統(tǒng)是考慮回收、拆解、再制造、再利用各個過程環(huán)節(jié)，圍繞主體、過程、技術(shù)、物流、資源、資本、政策、社會、人因等不同維度，將過程、主體、結(jié)構(gòu)、功能等要素集成的系統(tǒng)。因此回收與再制造系統(tǒng)是在資本和技術(shù)的支撐控制下，尋找系統(tǒng)所需信息，將系統(tǒng)組織集成，在主體參與下實(shí)現(xiàn)綠色績效輸出的過程。本文從技術(shù)、過程、主體、組織、控制、信息、資本七個維度歸納出回收與再制造綠色系統(tǒng)中控制因素屬性集,并提煉出分類屬性集因素,形成回收與再制造系統(tǒng)項(xiàng)目控制因素集，如表1所示。

1.2回收與再制造綠色系統(tǒng)綠色績效輸出因素

經(jīng)濟(jì)因素方面,倪霖等[13]從利潤率、運(yùn)輸儲存、拆卸清洗、廢品處理、管理服務(wù)等成本經(jīng)濟(jì)角度評價(jià)了回收與再制造價(jià)值;代應(yīng)等[24-25]提出經(jīng)濟(jì)績效水平包含盈利能力如資金周轉(zhuǎn)、凈資產(chǎn)利用率、總資產(chǎn)利用率,成本水平包含運(yùn)輸成本、投資成本、運(yùn)營成本、補(bǔ)償和監(jiān)督成本,以及懲罰成本和環(huán)境污染治理成本;魏潔等[38]考慮了回收物流主體的利潤;黃祖慶等[39]研究了回收中主體間期望收益及稅收價(jià)格;李響等[40]分析了回收價(jià)格對再制造企業(yè)收益的影響;董景峰等[41]以物流成本最小為目標(biāo)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì);范體軍等[42]分析了考慮激勵與不考慮激勵情況下再制造產(chǎn)品成本對回收率和利潤關(guān)系;李麗等[43]分析了系統(tǒng)中回收價(jià)格、轉(zhuǎn)移價(jià)格、回收量、制造商利益、分銷商利益、消費(fèi)者利益和政府利益之間的相互制約關(guān)系;

表1回收與再制造系統(tǒng)項(xiàng)目控制因素集

項(xiàng)目控制集(It)項(xiàng)目控制因素具體分類技術(shù)集(T) T1,回收設(shè)施/技術(shù)[16,36];T2,物流設(shè)施/技術(shù)[14];T3,拆卸清洗設(shè)施/技術(shù)[16,36];T4,檢測分類設(shè)施/技術(shù)[16];T5,再制造設(shè)施/技術(shù)[16,36];T6,優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)[16];T7,環(huán)境友好性改進(jìn)技術(shù)[36]過程集(P) P1,產(chǎn)品回收;P2,拆卸清洗;P3,檢測評估;P4,再處理;P5,再制造;P6,質(zhì)量檢測;P7,裝配;P8,停滯[29]主體集(S) S1,消費(fèi)者;S2,政府;S3,回收商;S4,物流供應(yīng)商;S5,制造商;S6,再制造商;S7,處理商;S8,其余[2425]組織集(O) O1,回收網(wǎng)絡(luò)[28];O2,運(yùn)輸路徑[41];O3,企業(yè)規(guī)模與分布[27];O4,再制造工藝[8,32];O5,設(shè)施與車間布局[32];O6,逆向物流網(wǎng)絡(luò)[29];O7,回收體系[13,30];O8,再制造體系[4,34];O9,再制造供應(yīng)鏈[12,23]控制集(C) C1,認(rèn)知行為控制[44];C2,回收策略[4,13];C3,拆卸評估及計(jì)劃[23];C4,生產(chǎn)計(jì)劃[23];C5,庫存運(yùn)輸控制[35];C6,質(zhì)量控制[33];C7,強(qiáng)制性法律約束[26];C8,非強(qiáng)制性經(jīng)濟(jì)激勵與教育宣傳[26,35];C9,企業(yè)管理[14]信息集(I) I1,回收產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[23];I2,回收產(chǎn)品質(zhì)量[33,35];I3,回收時間[33];I4,信息共享[35];I5,市場分布[29];I6,經(jīng)濟(jì)水平及人口分布[27];I7,報(bào)廢總量[4];I8,消費(fèi)者接受程度[27];I9,回收數(shù)量[4]資本集(F) F1,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[37];F2,適應(yīng)性擴(kuò)建投資[37];F3,回收價(jià)格[4,35];F4,銷售價(jià)格[27,29,35];F5,政府投入[31]

謝家平等[45]分析了廢棄處理策略的成本和效益,從制造費(fèi)用、銷售收入、材料采購費(fèi)用、環(huán)保費(fèi)用等方面量化分析了再用收益、再生收益、填埋成本、回收凈收益、再生項(xiàng)數(shù)等目標(biāo)。在人因方面,倪霖等[13]評價(jià)了體系中企業(yè)核心競爭力，包括顧客滿意度、信譽(yù)度、快速響應(yīng)、品牌保護(hù)、拆解利用技術(shù)水平、三廢處理能力，社會角度涉及滿足國家法律要求、改善環(huán)境等;代應(yīng)等[24-25]提出改善員工素質(zhì)、信譽(yù)度、工作環(huán)境等相關(guān)內(nèi)容；陸瑩瑩等[46]討論了消費(fèi)者的態(tài)度、主觀性意識、習(xí)慣和回收信息及經(jīng)濟(jì)因素等主導(dǎo)回收行為的發(fā)生條件；余福茂等[44]探究了知覺行為控制、環(huán)境意識、輿論宣傳等因素對回收行為的影響。在環(huán)境方面,胡劍波等[16]分析了基于綠色再制造的企業(yè)運(yùn)營,從資源綜合利用率、排放物利用率、環(huán)境污染率、原材料減量使用、減少三廢排放、減少噪聲產(chǎn)生、減少對工人健康危害等方面對環(huán)境污染進(jìn)行了闡述;代應(yīng)等[24-25]從環(huán)境方面出發(fā)提出研究總能耗以及三廢處理問題的方法;劉志峰等[47]提出環(huán)境污染包含大氣影響、水質(zhì)影響、固體廢棄物排放和噪聲影響。在資源方面,倪霖等[13]研究了廢舊汽車回收率、材料再利用率等指標(biāo);王旭等[14]指出綠色資源屬性方面包含人力、設(shè)備、再利用三個方面,具體包括員工素質(zhì)、拆解設(shè)施利用率、環(huán)保設(shè)施利用率、材料回收率;代應(yīng)等[24-25]討論了材料利用率和包裝利用率以及增加就業(yè)崗位等指標(biāo)。結(jié)合引言中關(guān)于文獻(xiàn)[13-16]的總結(jié)以及經(jīng)濟(jì)[48]、環(huán)境[49]、資源數(shù)據(jù)庫[50]對上述績效指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)歸納,最終得到綠色績效輸出為以下四個方面——經(jīng)濟(jì)集、環(huán)境集、資源集、人因集。表2歸納出了綠色績效輸出Tr,包含經(jīng)濟(jì)集Ec、環(huán)境集En、資源集Re、人因集Hf。

表2　回收與再制造系統(tǒng)綠色績效輸出因素集

2.1關(guān)聯(lián)模型

2.1.1定義關(guān)聯(lián)規(guī)則

分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因素,定義項(xiàng)目控制因素集合P、T、S、O、C、F、I;項(xiàng)目控制集合It={Tx,Py,Sz,On,Cm,Ij,Fl}(x,y,z,n,m,j,l∈N);序列δ={x,y,z,n,m,j,l};項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫D={It1,It2,…,Iti,…,Itp};It中的任一子集X?D、Y?D;定義綠色事務(wù)輸出集合Tr={Ec,En,Re,Hf},控制函數(shù)為fx,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合M={It,fx,Tr}。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)機(jī)理

規(guī)則2控制項(xiàng)目集優(yōu)化。控制項(xiàng)目集X形成事務(wù)集Trx，數(shù)量為項(xiàng)目集X的支持?jǐn)?shù)σx,支持度sup(X)=σx/∑|Tr|,sup(X)越大,則稱X為大項(xiàng)目集,否則X為小項(xiàng)目集;X中項(xiàng)目元素出現(xiàn)在各項(xiàng)目集中的次數(shù)稱為頻數(shù),如元素P出現(xiàn)在各項(xiàng)目集中的次數(shù)，記為|P|,頻數(shù)越大，項(xiàng)目元素越重要。

規(guī)則4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合輸出。根據(jù)規(guī)則1～3中控制項(xiàng)目集It與綠色事務(wù)集Tr以及關(guān)聯(lián)控制函數(shù)f得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合M(X,f,Tr)。

2.1.2關(guān)聯(lián)仿真程序流程

根據(jù)上述規(guī)則制定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真程序流程如圖2所示，具體步驟如下：

(1) 數(shù)據(jù)庫D根據(jù)規(guī)則1產(chǎn)生項(xiàng)目子集Xi,若Xi≠Xi-n轉(zhuǎn)到步驟(2),否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)。

(2)根據(jù)規(guī)則1判斷Xi是否能通過控制函數(shù)fxi產(chǎn)生事務(wù)集Trxi;若不能產(chǎn)生事務(wù)集,則i←i+1，返回步驟(1);否則,判斷支持度與頻數(shù),輸出大項(xiàng)目集Xi中元素,轉(zhuǎn)到步驟(3)。

(3)判斷事務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫T中是否存在元素Trxi;若存在,轉(zhuǎn)步驟(4);否則返回步驟(1)。

(4)計(jì)算支持度sup(Xi),記錄序列δ,記錄關(guān)聯(lián)M{Xi,fi,Tri};轉(zhuǎn)到步驟(5)。

(6)判斷項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫D是否能產(chǎn)生有效子集;若是,i←i+1,跳轉(zhuǎn)到步驟(1);若不是,則輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合M{X,f,Tr},程序結(jié)束。

圖2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)仿真程序流程

2.2回收與再制造綠色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)仿真結(jié)果聚類分析

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合結(jié)果。根據(jù)表1和表2中因素，進(jìn)行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)仿真，得到結(jié)構(gòu)集合M{X,f,Tr},以環(huán)境事務(wù)集為例,結(jié)果如表3所示。

表3　系統(tǒng)關(guān)聯(lián)仿真結(jié)果(以綠色績效輸出-環(huán)境子系統(tǒng)為例)

TrS50=f(I7,I9)

(1)

I7=f1(I6)

(2)

I9=f2(F3,C2,C1,T1,f1(I6))

(3)

T1=f21(F1)

(4)

C1=f22(C7,C8,O1,C2,F3)

(5)

C2=f23(C7,C8,C1)

(6)

F3=f24(C7,C8,C1)

(7)

O1=f221(I5)

(8)

依據(jù)綠色績效事務(wù)形成過程(式(1)～式(8),對回收與再制造綠色系統(tǒng)內(nèi)綠色績效輸出進(jìn)行聚類分析。環(huán)境事務(wù)集元素En3和En4項(xiàng)目控制集均為(T5,P5,S6,8,O4,5,8,C4,I1,2,5～10,F1)；En6和En7的控制集因素均為(T1,P1,S1,3,6,8,O1,C2,7,8,I5～7,9,F1,3),En5與En8控制集之間很相似,且形成過程一致；故可以將兩元素進(jìn)行合并，進(jìn)而對系統(tǒng)結(jié)果進(jìn)行簡化，生成新的元素代替原有的兩種元素,如將再制造氣體排放和再制造污染水量合并為再制造污染，未回收品擱置土地污染和未回收品擱置氣體排放合并為未回收產(chǎn)品導(dǎo)致污染;填埋固體廢棄物與再處理(拆卸清洗)污染實(shí)行合并構(gòu)成再處理污染，從而達(dá)到系統(tǒng)最簡化的效果。具體聚類結(jié)果如表4所示。

3　回收與再制造綠色系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

3.1回收與再制造綠色系統(tǒng)因素

總結(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合中項(xiàng)目控制因素(表1)和聚類后的綠色績效輸出因素(表4),得到回收與再制造綠色系統(tǒng)因素,如表5所示。

表4回收與再制造系統(tǒng)綠色績效輸出

綠色績效(Tr)綠色績效具體分類經(jīng)濟(jì)(Ec) 環(huán)境污染治理成本*,再處理成本及收益,運(yùn)輸庫存成本,再制造成本及收益,支付消費(fèi)者資金,政府投入及收益資源(Re) 員工素質(zhì)及職業(yè)崗位,設(shè)施利用率,材料回收利用率,汽車回收率,物質(zhì)資源消耗環(huán)境(En) 節(jié)約總能耗*,運(yùn)輸污染及成本*,再制造污染,再處理污染,噪聲污染,未回收品擱置占用土地及污染和安全隱患*人因(Hf) 工人工作環(huán)境質(zhì)量,回收便利度,公眾滿意水平,企業(yè)形象及法律規(guī)范,產(chǎn)業(yè)化企業(yè)規(guī)模

*表示多屬性因素

表5　回收與再制造系統(tǒng)因素

3.2回收與再制造系統(tǒng)綠色系統(tǒng)解釋結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)上述關(guān)聯(lián)規(guī)則，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合M中映射關(guān)系、仿真結(jié)果(表3)以及過程分析(式(1)～式(8)),建立回收與再制造綠色系統(tǒng)有向圖,如圖3所示。

根據(jù)上述有向圖信息確定鄰接矩陣,運(yùn)用布爾運(yùn)算得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可達(dá)矩陣如下:

圖3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有向圖

在可達(dá)矩陣的基礎(chǔ)上,劃分系統(tǒng)要素之間的關(guān)聯(lián)類型,分析要素類型，找出整個系統(tǒng)中重要要素。確定系統(tǒng)共分17層，并分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.3回收與再制造綠色系統(tǒng)解釋結(jié)構(gòu)模型分析

依據(jù)可達(dá)矩陣及可達(dá)集和先行集的概念,即可達(dá)集R(Si)為系統(tǒng)要素Si可達(dá)要素的集合;先行集A(Si)為可達(dá)系統(tǒng)要素Si要素的集合;計(jì)算系統(tǒng)元素可達(dá)總數(shù)和先行總數(shù)?？蛇_(dá)總數(shù)為系統(tǒng)要素Si可達(dá)其他要素的總數(shù)(可達(dá)矩陣元素行1的個數(shù)總數(shù)),為系統(tǒng)驅(qū)動力因素；先行總數(shù)為可達(dá)系統(tǒng)要素Si要素的總數(shù)(可達(dá)矩陣中元素列1的個數(shù)總數(shù))，為系統(tǒng)依賴性因素；統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖5。

為了更清晰地分清系統(tǒng)要素的依賴性和驅(qū)動性，并找出關(guān)鍵性的要素，將元素消除自身影響，建立可達(dá)數(shù)Y和先行數(shù)X坐標(biāo)系，元素坐標(biāo)為(X,Y)。構(gòu)建因素可達(dá)性與因素依賴性為相對概念。第一步，將X,Y分別減去1。第二步，如果X=0，則X=-Y;若Y=0,則Y=-X;其他情況X、Y值不變。得到依賴驅(qū)動因素坐標(biāo)如圖6所示。由此可知,第一象限為中間元素集,要素具有驅(qū)動性，也具有依賴性；第二象限為純驅(qū)動元素集，第四象限為純依賴元素集，故第二象限內(nèi)不分析因素依賴性，第四象限不分析因素驅(qū)動性，即圖6中負(fù)值不予以考慮。

圖4　回收與再制造系統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)圖

圖5　可達(dá)數(shù)與先行數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

圖6　依賴驅(qū)動因素坐標(biāo)圖

從圖4的結(jié)構(gòu)角度分析,S28基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入成本和S49經(jīng)濟(jì)水平及人口分布以及S11市場退役機(jī)電產(chǎn)品擁有總量為回收與再制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)輸入層,經(jīng)濟(jì)性投入為系統(tǒng)人為主動發(fā)生因素,而經(jīng)濟(jì)水平制約下的機(jī)電產(chǎn)品數(shù)量是系統(tǒng)發(fā)生客觀因素,主動發(fā)生因素以及客觀因素分別對系統(tǒng)綠色輸出起著決定性作用；技術(shù)設(shè)施類因素是系統(tǒng)技術(shù)層，是構(gòu)建專業(yè)化生產(chǎn)體系的基礎(chǔ)性因素。外部環(huán)境如S46、S45、S4、S23、S3等共同影響著消費(fèi)者對產(chǎn)品的購買，市場需求、產(chǎn)品分布等是背景范疇系統(tǒng)性影響因素；S44和S40從回收角度影響報(bào)廢產(chǎn)品回收率；S22和S9從再制造角度對系統(tǒng)中生產(chǎn)和協(xié)同等過程產(chǎn)生影響。中間層控制因素包含再制造生產(chǎn)計(jì)劃、拆卸計(jì)劃、運(yùn)輸物流網(wǎng)絡(luò)等，屬于決策執(zhí)行結(jié)果層，在底層控制因素影響下由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輸出。最上層因素為綠色績效輸出因素，即經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源和人因等，是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集合輸出的系統(tǒng)綠色影響因素。由圖5和圖6可知,在依賴區(qū)域內(nèi)包含S21、S24、S34、S1、S2、S18、S48等元素,此區(qū)域內(nèi)元素為系統(tǒng)的輸出要素，從坐標(biāo)圖中可以看出S34、S24與S21為第一梯隊(duì)依賴性元素,在調(diào)節(jié)輸出時外部環(huán)境的影響因素復(fù)雜;其次,S1、S2、S18、S48屬于依賴元素的第二梯隊(duì),依賴數(shù)值介于10～20之間,為中等復(fù)雜輸出因素;第三梯隊(duì)中數(shù)值介于1～10之間，如S5、S14、S7、S27、S35、S37、S47等系統(tǒng)輸出,這類系統(tǒng)輸出元素受到其他因素的影響較??；由圖6可知,為了調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出,首先應(yīng)該針對依賴性較小元素進(jìn)行改進(jìn),如S37、S7等,輸出要素的影響因素少,改進(jìn)時具有更加明確的針對性。在系統(tǒng)的輸入要素區(qū)域(第二象限),S28是整個系統(tǒng)根本驅(qū)動力因素;其次，S49、S22、S23、S43、S45、S46是系統(tǒng)次級重要影響因素;可達(dá)數(shù)越大說明元素的影響力越大，故在進(jìn)行系統(tǒng)分析及改進(jìn)時應(yīng)該考慮驅(qū)動數(shù)大的因素，即應(yīng)考慮S28、S49等。同理,在驅(qū)動因素和依賴因素交叉區(qū)域的第一象限內(nèi),S26、S17、S33、S29等依賴性明顯大于驅(qū)動性,故應(yīng)為系統(tǒng)上層因素；而S11、S12、S20、S25等系統(tǒng)元素驅(qū)動性比較大,為系統(tǒng)底層因素。S19、S39、S10等依賴性與驅(qū)動性均很大，為較重要中間元素。

綜上所述,找出關(guān)鍵綠色影響因子對回收與再制造系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，依據(jù)圖4～圖6綜合分析可知,從綠色輸出的角度,政府投入收益、材料回收利用率、設(shè)施利用率、環(huán)境污染治理成本處于第一級依賴性指標(biāo),這類綠色輸出指標(biāo)的影響要素很多，優(yōu)化過程需要涉及系統(tǒng)全過程，涉及諸多方面的因素，優(yōu)化時需要重點(diǎn)控制，以保證有效的綠色輸出；物質(zhì)資源消耗、再制造成本與收益、節(jié)約總能耗、報(bào)廢產(chǎn)品回收率處于依賴性第二級,僅次于第一級指標(biāo),為了實(shí)現(xiàn)有效的綠色輸出同樣需要對全系統(tǒng)進(jìn)行控制;第三級依賴性指標(biāo)為公眾滿意度、再處理成本與收益、工作環(huán)境和質(zhì)量、創(chuàng)造職業(yè)崗位數(shù)量、報(bào)廢產(chǎn)品回收便利度、支付消費(fèi)者資金等,這類綠色輸出指標(biāo)的影響要素較少,為系統(tǒng)局部輸出,只需要對系統(tǒng)某個局部組織加以控制就能得到很好的綠色輸出，這類指標(biāo)的調(diào)控應(yīng)該放在首位，只有在這些指標(biāo)較好輸出的前提下才能對第一級和第二級的輸出指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，最終取得全系統(tǒng)綠色輸出最優(yōu)。

為獲得更好的輸出,需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入,故對系統(tǒng)的輸入因素進(jìn)行分析。首先從系統(tǒng)角度,基礎(chǔ)設(shè)施投入、經(jīng)濟(jì)水平以及人口分布從根本上制約著回收與再制造系統(tǒng)，故應(yīng)該考慮加大對再制造行業(yè)的投入，如再制造技術(shù)、回收技術(shù)和先進(jìn)設(shè)施的研發(fā)和應(yīng)用,增大行業(yè)的投入,促使技術(shù)的進(jìn)步以提高資源利用率。其次研究外部環(huán)境,從市場的購買與回收等方面分析再制造系統(tǒng),研究市場情況與經(jīng)濟(jì)水平、增強(qiáng)消費(fèi)者意識以及相關(guān)環(huán)保意識,從再制造的源頭提高回收利用率;加強(qiáng)宣傳教育投入,增強(qiáng)再制造品的市場競爭力;調(diào)節(jié)再制造品銷售價(jià)格以及策略,促進(jìn)對再制造品的使用,提高消費(fèi)者對再制造產(chǎn)品的接受認(rèn)可度，只有在市場接受認(rèn)可的情況下,再制造才能得到更深層次的發(fā)展。再次制定完善環(huán)境法律，制定行業(yè)技術(shù)規(guī)范，加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)管，只有強(qiáng)有力的市場規(guī)范，才能使再制造系統(tǒng)從宏觀背景層上得以完善。最后，從回收與再制造系統(tǒng)中的骨架因素進(jìn)行分析,第一,需要完善回收物流網(wǎng)絡(luò)，保證回收產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，并贏得社會的認(rèn)可;第二，對再制造生產(chǎn)系統(tǒng)，需要制定生產(chǎn)計(jì)劃以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程有序控制,應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)減少污染，在節(jié)約成本的同時改善生產(chǎn)環(huán)境;第三,建立信息化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行節(jié)點(diǎn)間信息共享，充分節(jié)約資源和能源，節(jié)約成本，減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

4　結(jié)語

本文從系統(tǒng)工程和智能仿真的角度分析回收與再制造系統(tǒng)綠色影響因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，充分挖掘出系統(tǒng)因素以及系統(tǒng)因素間的相關(guān)關(guān)系，通過制定關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行關(guān)聯(lián)仿真，消除主觀影響，形成回收與再制造系統(tǒng)邊界,得出回收與再制造系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、人因等綠色影響子系統(tǒng)因素，并在找出因素相關(guān)性的基礎(chǔ)上構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型，得到系統(tǒng)遞階結(jié)構(gòu)，清楚系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)以及層級關(guān)系，找出關(guān)鍵影響因素，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究優(yōu)化提供理論依據(jù)。

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(編輯王艷麗)

Associated Simulation Model of Key Green Factors in Recycling and Remanufacturing System of Mechanical Products

Deng QianwangLi WeimingLi XunLiu Xiahui

State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body,Hunan University,Changsha,410082

This paper analyzed the green factors of system from the perspective of systems engineering, then they were divided into one sets of control factors in view of technology and process and put into the other sets of green performance in light of economy, resources, environment, human factors.An associated simulation model was also proposed via establishing the association rules, and the output sets of green performance was studied by using clustering analysis based on the simulation results, thus obtaining 50 system factors. Then the system architecture was established on the basis of interpretative structural matrix,after proposing a directed graph of the system structure. Finally, this structure was utilized to analyze hierarchical relationships between the factors, in order to provide an optimization direction to the green outputs of the recycling and remanufacturing system.

recycling and remanufacturing；green performance;associated simulation modeling;interpretative structural modeling(ISM)

2014-06-11

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013AA040206)； 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71473077);湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(13JJA003)

N945.23DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.22.014

鄧乾旺,男,1972年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)樯a(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、制造業(yè)信息化。出版專著1部,發(fā)表論文40余篇。李衛(wèi)明，男，1990年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院碩士研究生。李珣，男,1973年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院博士研究生。劉霞輝，女，1989年生。湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院碩士研究生。