劉爭(zhēng)號(hào) 謝勇 白海龍 陳南寧

摘要：通過(guò)建立牛奶包裝容器選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)五種常見(jiàn)牛奶包裝的優(yōu)劣進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，以期為牛奶包裝容器提供有效改進(jìn)意見(jiàn)。利用層次分析法結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究從機(jī)械性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)以及消費(fèi)者滿意度多個(gè)維度對(duì)牛奶包裝容器進(jìn)行建模求解，通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，得出各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)牛奶包裝容器選擇的影響權(quán)重值。一級(jí)指標(biāo)中的機(jī)械性能權(quán)重分最高，機(jī)械性能在包裝容器選擇中占據(jù)重要地位。五種候選容器中，易拉罐包裝的綜合評(píng)價(jià)分最高。借助層次分析法建立牛奶包裝容器綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為最優(yōu)選擇提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牛奶包裝容器；評(píng)價(jià)指標(biāo)；層次分析法

中圖分類號(hào)：TB48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1400 （2021） 05-0045-07

Milk Packaging Material Selection Method on Analytic Hierarchy Process

LIU Zheng-hao， XIE Yong， BAI Hai-long， CHEN Nan-ning（College of Packaging and Materials Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou Hunan 412007， China）

Abstract： By studying the establishment of milk packaging material selection evaluation indicators， quantitative evaluation for five common milk packaging materials， in order to provide effective suggestions for improvement of milk packaging container. Using AHP combined with existing research at home and abroad to model and solve milk packaging materials from multiple dimensions of mechanical performance， economic indicators， environmental and consumer satisfaction， after passing the consistency test， various indicators are obtained Material selection influence weight value. The mechanical performance weight is the highest in the first-level indicators， and the mechanical performance occupies an important position in the selection of packaging materials. Among the five candidate materials， the comprehensive evaluation score of the can packaging is the highest. With the aid of analytic hierarchy process， the comprehensive evaluation index system of milk packaging materials is established， which provides a theoretical basis for the most optimal materials.

Key words： milk packaging container； evaluation index； analytic hierarchy process

近年來(lái)，隨著人們健康意識(shí)的不斷加強(qiáng)和對(duì)牛奶認(rèn)識(shí)的加深，對(duì)牛奶的需求逐年遞增[1]。牛奶包裝容器作為奶源地向市場(chǎng)輸送的“搬運(yùn)工”，擔(dān)任著保護(hù)牛奶不受二次污染、便于儲(chǔ)運(yùn)以及促進(jìn)銷售等角色。最初的牛奶包裝是用玻璃瓶裝好送給客戶，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得容器的種類劇增，為適應(yīng)消費(fèi)者的需求，出現(xiàn)了塑料瓶（HDPE、LDPE廣口瓶以及PE塑料瓶）、紙質(zhì)類包裝（百樂(lè)寶、利樂(lè)包、屋頂盒）以及金屬易拉罐等多種牛奶包裝[2]。如何在種類繁多的容器中選擇一種最合適的牛奶包裝容器是一個(gè)重要研究課題。

1 研究概況

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于牛奶包裝容器的選擇大多數(shù)是基于環(huán)境的角度給予評(píng)價(jià)，生命周期法（Life Cycle Assessment，LCA）是最常用的手段之一，以牛奶包裝容器的全生命周期所消耗的能量多少作為候選容器的優(yōu)劣選擇。LCA最早的應(yīng)用是用于評(píng)價(jià)可口可樂(lè)飲料的不同包裝容器的資源消耗[3]。后經(jīng)多年發(fā)展改善，已經(jīng)用于多個(gè)領(lǐng)域的環(huán)境測(cè)評(píng)，尤其是在包裝領(lǐng)域內(nèi)。如：王凱麗[4]等運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)法對(duì)罐裝薯片包裝的整個(gè)生命系統(tǒng)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。劉莎[5]等以改進(jìn)的旅行裝牛奶包裝為研究對(duì)象，通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)其環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。Jorgelina[6]等用LCA針對(duì)于西班牙的果汁、啤酒和水的包裝容器和尺寸進(jìn)行了評(píng)估選擇，在玻璃、鋁、PET、HDPE以及塑料的各種型號(hào)容器的對(duì)比中，得出了對(duì)環(huán)境影響最小的包裝容器是尺寸稍大的無(wú)菌紙箱和塑料瓶的結(jié)論。Almeida[7]等使用LCA和能值核算對(duì)巴西的軟飲料包裝容器進(jìn)行評(píng)價(jià)選擇，在候選容器中得出了最合適的包裝容器是Glass-40R的結(jié)論。Papong[8]等利用LCA方法進(jìn)一步研究了泰國(guó)聚乳酸（PLA）和PET礦泉水瓶的比較評(píng)估。結(jié)果表明，在對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)，對(duì)化石能源的依賴性以及人體毒性方面，PLA瓶比PET瓶更環(huán)保。

然而，包裝容器的選擇是一個(gè)多目標(biāo)、多準(zhǔn)則決策的模型，單從環(huán)境角度為牛奶選擇最合適的包裝容器是片面且不客觀的。基于此，筆者提出用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）從多維度的對(duì)牛奶包裝容器進(jìn)行選擇評(píng)優(yōu)，以期為牛奶包裝容器提供有效改進(jìn)意見(jiàn)。

2 基于層次分析法的包裝容器選擇

層次分析法，簡(jiǎn)稱AHP，是由美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授T.L.Satty于20世紀(jì)70年代提出的一種多目標(biāo)決策分析方法論。其原理是將與決策有關(guān)的因素分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等若干層次，通過(guò)對(duì)各因素的計(jì)算和比較，得出不同因素權(quán)重，為決策者選擇最優(yōu)方案提供參考依據(jù)[9， 10]。

2.1評(píng)價(jià)對(duì)象

選取市場(chǎng)常見(jiàn)的五種牛奶包裝作為評(píng)價(jià)對(duì)象，分別是百利包、利樂(lè)包、PET瓶、玻璃瓶以及易拉罐[11]。百利包的包裝原材料是LDPE薄膜，結(jié)構(gòu)為三層共擠復(fù)合結(jié)構(gòu)[12]。利樂(lè)包的包裝原材料由紙板、LDPE和鋁層壓板組成，其結(jié)構(gòu)為六層復(fù)合結(jié)構(gòu)（PE/紙板-PE-Al-PE/PE）[12]。PET瓶的包裝原材料由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和輔助容器組成[13]。玻璃瓶的包裝原材料由石英粉（二氧化硅）、石灰石、純堿、白云石、長(zhǎng)石、硼酸、碎玻璃等制造而成[14]。易拉罐的包裝原容器主要是馬口鐵[14]。

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和選擇層次模型

由于牛奶含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪以及纖維素等重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，牛奶包裝容器應(yīng)具備避光、阻氧性、密封性以及環(huán)保性等特性[15]。根據(jù)參考文獻(xiàn)[16-18]，結(jié)合牛奶包裝容器需具備的特性。將牛奶包裝容器的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為四個(gè)一級(jí)指標(biāo)和14個(gè)二級(jí)指標(biāo)。在評(píng)價(jià)模型中，一級(jí)指標(biāo)包括機(jī)械性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、消費(fèi)者滿意度指標(biāo)。機(jī)械性能旨在度量容器保護(hù)牛奶不受二次污染以及便于儲(chǔ)運(yùn)的能力，包括透氣率、抗壓強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、摩擦系數(shù)、透光率，機(jī)械性能越好，包裝容器加工越簡(jiǎn)單，牛奶越不容易受污染，越能延長(zhǎng)牛奶貨架壽命。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)旨在度量容器在生產(chǎn)、運(yùn)輸以及回收的成本價(jià)格，包括采購(gòu)成本、運(yùn)輸成本以及回收處置成本。環(huán)境指標(biāo)旨在度量容器的全生命周期所需要消耗的資源和能量，包括能量消耗、環(huán)境污染以及回收再利用能力。在模型中，剔除掉包裝品牌因素對(duì)消費(fèi)者滿意度造成的影響，僅從視覺(jué)、觸覺(jué)以及易開(kāi)啟性對(duì)包裝容器的消費(fèi)者滿意度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在度量消費(fèi)者對(duì)包裝的認(rèn)可度，消費(fèi)者滿意度越高，消費(fèi)者重復(fù)購(gòu)買的次數(shù)越多，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越好。

2.3構(gòu)造比較判斷矩陣及求解權(quán)重

判斷矩陣dij一般采用九分制標(biāo)度法，準(zhǔn)則層中由A1～A4四個(gè)一級(jí)指標(biāo)和其對(duì)應(yīng)的14個(gè)二級(jí)指標(biāo)，將它們進(jìn)行兩兩比較，獲得相對(duì)于目標(biāo)層的重要程度，重要程度可用一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)（aij）來(lái)表示。Aij取值詳見(jiàn)表1。

2.3.1構(gòu)造一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣

對(duì)于判斷矩陣的權(quán)重求解常見(jiàn)的方法有算術(shù)平均法、幾何平均法和特征值求解。為了保證結(jié)果的穩(wěn)健性，筆者采用了三種方法分別求出了權(quán)重。其次，因?yàn)镸atlab運(yùn)算存在稍許誤差，可能致使權(quán)重相加不為1，所以都三種方法進(jìn)行求和并取平均值。這樣避免了采用單一方法所產(chǎn)生的偏差，得到的結(jié)論將更全面有效。

2.3.2構(gòu)造二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣

將二級(jí)指標(biāo)求出的權(quán)重和對(duì)應(yīng)的一級(jí)指標(biāo)相乘就是該指標(biāo)在整個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中所占的權(quán)重，解的權(quán)重結(jié)果如表3。

2.3.3構(gòu)造方案層判斷矩陣

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)備選容器P1～P5兩兩比較以確定其相對(duì)于準(zhǔn)則層各元素的相對(duì)重要性，可獲得方案層判斷矩陣，由于版面有限，此處僅列出4個(gè)判斷矩陣，A15、A21、A32、A43。

2.4一致性檢驗(yàn)

由于客觀事物的復(fù)雜性以及評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)上的差異性，得出的容器選擇分析結(jié)果可能會(huì)有一定的片面性。為了證明牛奶包裝容器選擇所得的結(jié)果合理性，各判斷矩陣需要通過(guò)一致性檢驗(yàn)說(shuō)明其在邏輯上的合理性。再求出各判斷矩陣的最大特征值根之后，用公式（1）和（2）求出一致性指標(biāo)CI和一致性比例CR。其中CR如果小于0.1，則可認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受，否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。

通過(guò)表8查找階數(shù)（n）與RI之間的關(guān)系表，計(jì)算出一致性比例。

求解得出準(zhǔn)則層對(duì)于方案層判斷矩陣的數(shù)據(jù)如表9。

2.5結(jié)果分析

由表3得到14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于包裝容器的重要度，分別為透氣率（0.1383）、抗壓強(qiáng)度（0.2694）、斷裂伸長(zhǎng)率（0.04）、摩擦系數(shù)（0.0312）、透光率（0.098）、采購(gòu)成本（0.0526）、運(yùn)輸成本（0.1552）、回收處置成本（0.0235）、能源消耗（0.0326）、回收再利用能力（0.0268）、環(huán)境污染（0.0044）、視覺(jué)（0.0661）、觸覺(jué)（0.0298）和易開(kāi)啟性（0.01）。由方案層判斷矩陣得到五種備選容器的綜合性能權(quán)重。

由式（3）可以看到易拉罐和玻璃瓶的綜合性能最好，其次為利樂(lè)包、PET瓶和百利包。以上分析結(jié)果可作為目前牛奶包裝選材的參考依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中金屬易拉罐和玻璃瓶的綜合機(jī)械性能最優(yōu)，但其環(huán)境指標(biāo)在生產(chǎn)過(guò)程階段需要消耗大量的資源成型。由于在綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，機(jī)械性能占比最重（0.578）會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能較好的容器排名會(huì)靠前。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立牛奶包裝容器的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于AHP構(gòu)建了牛奶包裝容器選擇層次模型，定性和定量分析綜合評(píng)價(jià)了五種牛奶包裝容器，實(shí)現(xiàn)了牛奶包裝容器的快速選擇。層次分析法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，對(duì)于牛奶包裝的選擇具有重要的參考意義。

層次分析法在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)，其各層次指標(biāo)之間相互獨(dú)立，人為因素影響過(guò)多，一定程度上影響了權(quán)重的客觀性。因此需在完善牛奶包裝容器的基本數(shù)據(jù)上，充分采用主客觀結(jié)合的權(quán)重賦值進(jìn)行更科學(xué)全面的選擇研究

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