裝備可持續發展能力量化分析——從資源環境約束的視角

劉世倫，倪明仿，馬 翠，呼凱凱

(1．裝甲兵工程學院技術保障工程系，北京100072;2．96630部隊，北京102206)

目前，裝備發展面臨2個突出的矛盾［1-2］:資源的有限性與裝備的高消耗之間的矛盾;環境的脆弱性與裝備的高污染之間的矛盾。因此，亟待加強對裝備可持續發展有關問題的深入研究。文獻［1，3-4］作者提出了裝備資源特性設計思想，探討了從裝備研制源頭采用科學的設計方法，提高裝備的資源節約性與環境友好性，促進裝備可持續發展;楊宏偉等［5］梳理了裝備全壽命周期各階段的資源節約工作重點，為開展裝備資源節約實踐提供了方法指導;魏楊倬等［6］對裝備可持續發展的策略途徑進行了定性分析。

在宏觀經濟領域多采用影響因素分解法［7-9］、基于經濟增長和技術進步［10-11］等方法來定量分析系統的可持續發展能力。考慮到裝備系統的軍事性、國防戰略性等特征，上述方法難以直接應用到裝備領域中。裝備可持續發展能力從根本上取決于裝備面臨的資源環境約束程度，約束越大，可持續發展能力越差;反之，則越好。本文將資源環境約束視為裝備可持續發展的阻力，以此來探討裝備可持續發展能力量化分析問題。

1 思路與方法

資源環境約束包括資源約束和環境約束2個方面。首先，從資源的稀缺性、有用性2方面構建資源約束量化模型;然后，從裝備所處環境的容納能力、裝備對環境的危害2方面構建環境約束量化模型;最后，將資源約束和環境約束綜合起來，形成裝備可持續發展能力的度量模型。

應用冪權重法對各項子因素進行綜合的做法最早見于經濟學中的柯布-道格拉斯函數［12］;軍事領域中利用冪權重法建立了戰斗力生成模型［13］。

與傳統的加權求和法相比，冪權重法具備特有的“趨0性”，即當其任一指標趨于0時，其綜合值也趨于0。在資源環境約束度的量化分析中，也存在這種“趨0性”，即當任意一項子指標趨于極大或極小值時，資源環境約束度也趨于極端值，因此，本文采用冪權重法對資源環境約束度的各項指標進行綜合，其基本形式為

式中:R為對各項子指標賦權匯總得到的綜合值;Ai為第i個子指標的值，Ai∈［0，1］;αi為第 i個子指標的權重

2 模型構建

2．1 資源約束

資源約束是由于裝備建設所需資源短缺而對裝備發展造成的制約效應。資源約束體現在資源的稀缺性和有用性2個方面，二者缺一不可。某種資源越稀缺、對裝備越有用，則其對該型裝備的資源約束越強。定義稀缺度(Scarcity Degree，SD)和有用度(Usefulness Degree，UD)分別為資源的稀缺性和有用性的度量指標。

2．1．1 資源稀缺度

資源稀缺度主要通過存量稀缺度(Reserves Scarcity，RES)、進口風險度(Import Risk，IR)、技術稀缺度(Technology Scarcity，TES)3個指標來度量。

RES是指由于資源儲存量少(由于裝備系統主要消耗的是不可更新的資源，本文僅關注不可更新資源的存量稀缺)，難以持續滿足人們不斷增長的需求而造成的資源稀缺的程度。衡量RES的指標主要有資源的儲采比、循環利用率和消耗增長率。IR是指由于國際貿易、地緣政治等因素，使得資源進口面臨中斷、抬價、受阻等風險，導致國內資源的供需矛盾，進而造成資源稀缺的程度。衡量IR的指標主要有對外依存度、進口集中度和地緣政治風險。TES是指雖然擁有一定的資源儲存量，但由于缺乏核心技術，導致資源開采成本高、深加工利用困難而造成的資源稀缺程度。

可采用德爾菲法、層次分析法等得到RES、IR和TES的取值。SD的3項指標具有如下2個特性:1)取值范圍均為［0，1］，且取值越大，相應的稀缺程度越重;2)當任一指標取極大值時，綜合值也取極大值，即若某種資源儲存量特別稀少(RES→1)，或者對外依賴嚴重(IR→1)，或者核心技術嚴重受制于人(TES→1)，那么該資源的稀缺度取值也應當接近極大值(SD→1)。根據冪權重法可得

SD=1-(1-RES)α11(1-IR)α12(1-TES)α13。(2)

2．1．2 資源有用度

資源有用度的衡量指標如圖1所示，可見:衡量UD的指標主要有資源的消耗量，可回收再利用性，功能、性能、任務影響，經濟影響以及長遠戰略價值。UD的各項子指標的取值范圍均為［0，1］，可采用層次分析法等得到UD的值。

圖1 資源有用度衡量指標構成及各項指標的特性

2．1．3 單項資源約束度

定義單項資源約束度(Single Resource Constraint Degree，SRCD)為單一品種資源對裝備產生約束的度量值。結合資源約束的含義，SRCD、SD和UD應滿足3個條件:1)SD、UD和SRCD的取值范圍均為［0，1］;2)SRCD為SD和UD的賦權綜合值，且與二者均呈正相關關系;3)當SD或UD中任意一項趨于0時，SRCD也趨于0。根據冪權重法可得

2．1．4 資源約束度

定義“資源約束度(Resource Constraint Degree，RCD)為多種資源約束同時施加于同一裝備上的綜合值。RCD可通過對多個SRCD加權求和得到，即

式中:SRCDi為第i項單項資源的約束度;βi為其權重。

2．2 環境約束

環境約束是由環境承載的有限性和裝備高排放、高污染等特性造成的制約裝備發展的效應。值得注意的是:同樣的污染物排放，對生態保護區和沙漠戈壁灘，對封閉的湖泊和流動的河海，造成的危害是完全不同的。因此，環境約束包括環境本身的容納能力和裝備破壞環境的程度2個方面。

2．2．1 環境容量指數

采用環境容量指數(Environmental Capacity Index，ECI)來度量環境容納能力，取值范圍為［0，1］。ECI主要體現在生態系統穩定性、生態價值以及區域開放流動性3個方面，其衡量指標及各指標的特性如圖2所示。可采用層次分析法等得到ECI的值。

圖2 環境容量指數的衡量指標構成及各項指標的特性

2．2．2 環境危害指數

采用環境危害指數(Environmental Harmfulness Index，EHI)來衡量裝備對環境造成的危害程度。衡量EHI的指標主要有生態系統危害和人體危害2方面，如圖3所示。可采用層次分析法等得到EHI的值。

圖3 環境危害指數衡量指標構成

2．2．3 環境約束度

采用環境約束度(Environment Constraint Degree，ECD)來度量裝備面臨環境約束的程度。當環境容量極大(ECI→1)，或裝備對環境的危害極小(EHI→0)時，環境約束度都應當取極小值(ECD→0)。根據冪權重法可得

2．3 裝備可持續發展度

定義資源環境約束度(Resources and Environment Constraint Degree，RECD)為裝備發展面臨的資源環境約束程度的度量指標。考慮到當RCD或ECD二者任一指標取極大值(趨近1)時，RECD也應取極大值(趨近1)，根據冪權重法可得

RECD=1-(1-RCD)α41× (1-ECD)α42。(6)

定義裝備可持續發展度(Equipment Sustainable Development Degree，ESDD)為裝備可持續發展能力的度量指標。由于將資源環境約束視為資源特性水平的“對立面”，因此二者的內在關系可表示為

ESDD=1-RECD=(1-RCD)α41(1-ECD)α42。(7)

3 算例分析

3．1 資源約束分析

以某型裝備(記為“T裝備”)為例，為簡化分析，僅考慮其所消耗的3種主要資源:燃油(T裝備的動力)、鋼鐵(T裝備的主要結構)、稀土材料(T裝備的核心芯片、激光元器件、特種結構材料中少量使用)。根據資料統計，石油全球儲產比為 54．2年［14］，我國石油對外依存度為 56．7%［15］，地緣政治風險較大，但油料加工技術基本不需要進口;我國稀土原材料基本不需要進口，但基于稀土材料的核心零部件制造技術(如芯片技術等)對外依賴程度較高;我國鋼鐵對外依存度為56．4%［15］。根據資源約束度及其各項子指標的計算方法，按照等權重計算，各指標計算結果如表1所示。

從表1可以看出:T裝備面臨的資源約束度為0．595，略偏高，主要是由3類資源的稀缺度和有用度均偏高造成的。從資源有用度來看:3類資源的UD≥0．5，都是裝備所需的重要資源。從資源稀缺度來看:石油資源的存量稀缺度和進口風險度較高，尤其是稀土資源的技術稀缺最為突出，鋼鐵資源在3方面都存在一定程度的稀缺。

表1 資源約束度等相關指標計算結果

3．2 環境約束分析

根據環境約束度各項子指標的構成及其計算方法，按照等權重計算可得:ECI=0．6;EHI=0．352;ECD=0．375。可見:T裝備所處環境的容納能力較強，對環境造成的危害不太嚴重，T裝備面臨的環境約束較低。

3．3 總體分析

根據式(6)、(8)可得到:RECD=0．496;ESDD=0．504。可見:T裝備的可持續發展能力不高，其面臨的資源約束比環境約束更嚴重，尤其是石油和稀土資源的約束度較高，主要是由于所采用稀土材料核心技術的自主能力不足，石油資源的存量不足且對外依賴度過大。

3．4 靈敏度分析

針對T裝備可持續發展度不高的問題，可通過2種途徑來改進:1)提高稀土材料核心技術的自主能力;2)采用新能源技術、新型動力系統結構，提高能效水平，在裝備中逐步減少石油資源的消耗。假設通過技術攻關，稀土材料核心技術進口率從0．7下降到0．3;通過新能源技術的應用，石油成為裝備的輔助燃料，其有用度從0．6下降到0．2;其他參數不變。重新計算得到的各項指標值如表2所示。

表2 技術改進后相關指標計算結果

從表2可以看出:當稀土核心技術進口率和石油有用度2個指標值均下降40%后，石油資源約束度從0．627下降到 0．362，下降了 26．5%;稀土資源約束度從0．646 下降到 0．541，下降了 10．5%;裝備可持續發展度從0．504提高到0．574，提高了7%，效果比較明顯。

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