基于熵權(quán)和TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策研究*

程　宏　江志剛　向　鵬　張　華

(武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430081)

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基于熵權(quán)和TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策研究*

程宏江志剛向鵬張華

(武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430081)

為有效進(jìn)行再制造逆向物流模式選擇，根據(jù)再制造逆向物流的特點(diǎn)，建立了包括社會(huì)性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性、經(jīng)濟(jì)性的再制造逆向物流模式綠色評價(jià)體系，并對各指標(biāo)進(jìn)行量化分析；提出了一種聯(lián)合熵權(quán)法與TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策模型，運(yùn)用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，采用TOPSIS法進(jìn)行再制造逆向物流模式?jīng)Q策。以某機(jī)床廠廢舊機(jī)床主軸為例，驗(yàn)證了再制造逆向物流模式?jīng)Q策模型的有效性。

再制造;逆向物流模式; 熵權(quán)法;TOPSIS

目前我國已步入機(jī)械產(chǎn)品報(bào)廢的高峰期，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工作10年以上的傳統(tǒng)機(jī)床超過200萬臺(tái)，80%的現(xiàn)役工程機(jī)械超過保質(zhì)期；年報(bào)廢汽車約500萬輛，報(bào)廢手機(jī)2 000萬部[1]。這些廢舊機(jī)電產(chǎn)品的回收處理是制造企業(yè)將要解決的一大難題，制造企業(yè)必須承擔(dān)更多的回收產(chǎn)品責(zé)任，尤其是其回收、拆卸、再利用和再循環(huán)。

再制造逆向物流是在再制造生產(chǎn)的前提下形成的廢舊產(chǎn)品再次利用的物流體系，也是一種有效節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的廢舊產(chǎn)品處理策略。然而，廢舊產(chǎn)品在其生命周期結(jié)束階段的大量不確定性因素，大大提高了再制造逆向物流模式?jīng)Q策的難度，如廢舊產(chǎn)品回收數(shù)量的不確定性，廢舊產(chǎn)品損壞情況的不確定性和廢舊產(chǎn)品處置方法的不確定性等。即使屬于同類產(chǎn)品，再制造逆向物流發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間也不一樣，制造企業(yè)是否有能力獨(dú)立對廢舊產(chǎn)品進(jìn)行回收再制造，還是將廢舊產(chǎn)品外包給第三方或者與其他企業(yè)聯(lián)合經(jīng)營都有待研究。為了使廢舊產(chǎn)品的回收利用價(jià)值最大化，不同的廢舊產(chǎn)品需采用不同的再制造逆向物流模式。因此，對再制造逆向物流模式進(jìn)行研究有著重要意義。

目前，針對再制造逆向物流模式?jīng)Q策問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。如Spicer和Johnsonf在生產(chǎn)商延伸責(zé)任制(EPR)的條件下對逆向物流進(jìn)行研究并提出了三種企業(yè)可采用的回收模式[2]；程廣平等基于逆向物流模式選擇的影響因素構(gòu)建了企業(yè)逆向物流的模糊綜合評價(jià)模型[3]；張恒等從戰(zhàn)略角度定性地研究再制造逆向物流模式[4]；張敏等根據(jù)再制造逆向物流及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及現(xiàn)有評價(jià)指標(biāo)的不全面性，建立了再制造逆向物流的評價(jià)指標(biāo)體系[5]；任鳴鳴等在其研究中，基于層次分析法從物流能力、生態(tài)效益以及發(fā)展戰(zhàn)略三個(gè)方面構(gòu)建了逆向物流模式的選擇框架[6]。由此可見，現(xiàn)有針對再制造逆向物流模式選擇的研究已取得了較好的進(jìn)展，然而由于廢舊產(chǎn)品回收時(shí)期的不確定性，即使相同的廢舊產(chǎn)品采用不同的再制造逆向物流模式帶來的環(huán)境影響也不一樣。因此，在已有這些再制造逆向物流模式選擇研究的基礎(chǔ)上，迫切需要從環(huán)境保護(hù)方面對再制造逆向物流模式選擇進(jìn)行深入研究。基于此，本文從環(huán)境保護(hù)的角度系統(tǒng)地研究再制造逆向物流模式選擇，建立包括社會(huì)性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性、經(jīng)濟(jì)性的再制造逆向物流綠色評價(jià)指標(biāo)體系，并對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化分析，由此提出一種聯(lián)合熵權(quán)法與TOPSIS法的再制造逆向物流模式綠色決策模型，為減少再制造逆向物流過程的資源消耗，促進(jìn)再制造逆向物流的綠色化發(fā)展提供指導(dǎo)。

1　再制造逆向物流模式綠色評價(jià)的指標(biāo)體系及量化方法

目前再制造逆向物流模式可分為自營模式、聯(lián)營模式和外包模式。自營模式是指廢舊產(chǎn)品由制造企業(yè)單獨(dú)地進(jìn)行回收再制造。聯(lián)營模式是指生產(chǎn)相近產(chǎn)品的制造企業(yè)以合作的方式對廢舊產(chǎn)品共同開展回收再制造，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢從而達(dá)到互利的目的。外包模式是制造企業(yè)委托專業(yè)再制造機(jī)構(gòu)，由其完成廢舊產(chǎn)品的回收處理過程。

1.1再制造逆向物流模式的綠色評價(jià)體系

再制造逆向物流的社會(huì)性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性等因素對再制造逆向物流模式選擇影響很大，同時(shí)也能體現(xiàn)再制造逆向物流的綠色性。基于此，本文建立了一種再制造逆向物流模式的綠色評價(jià)體系，如圖1所示。該評價(jià)體系的最上層是目標(biāo)層，目標(biāo)層的5個(gè)屬性分別為社會(huì)性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性，它們構(gòu)成了評價(jià)體系的準(zhǔn)則層，準(zhǔn)則層進(jìn)一步細(xì)分為生態(tài)效益、綠色工藝實(shí)施率、大氣污染等15個(gè)評價(jià)指標(biāo)。

1.2再制造逆向物流模式評價(jià)指標(biāo)的量化

在再制造逆向物流模式綠色評價(jià)體系中，由于各個(gè)評價(jià)指標(biāo)所代表的物理意義不同，因此存在量綱上的差異，這種差異是影響對再制造逆向物流模式評價(jià)的主要因素，須對評價(jià)值進(jìn)行無量綱歸一化處理。

1.2.1社會(huì)性指標(biāo)

任何一個(gè)企業(yè)進(jìn)行再制造逆向物流時(shí)，必須考慮在所處社會(huì)環(huán)境中，其物流模式的選取是否為社會(huì)取得正生態(tài)效益，消費(fèi)者是否認(rèn)可，以及環(huán)保效果是否最佳等方面因素，從而營造良好的企業(yè)形象，同時(shí)有助于節(jié)約社會(huì)資源。

(1)生態(tài)效益A1

生態(tài)效益的目標(biāo)是減少資源使用和環(huán)境影響的同時(shí)，能將產(chǎn)品的附加值增加到最大。再制造逆向物流模式的選取應(yīng)保證能帶來大量的生態(tài)效益，保障在物流過程中對環(huán)境產(chǎn)生有益影響。生態(tài)效益可由下式表示：

(1)

(2)消費(fèi)者認(rèn)可度A2

再制造逆向物流模式的選取應(yīng)充分考慮消費(fèi)者的認(rèn)可度，逆向物流的開展是企業(yè)為改善與消費(fèi)者之間的關(guān)系、提高企業(yè)競爭力的表現(xiàn)。消費(fèi)者認(rèn)可度可由下式表示：

(2)

(3)環(huán)保效果A3

實(shí)施再制造逆向物流必然會(huì)對環(huán)境造成影響，且不同的再制造逆向物流模式造成的環(huán)境影響不一樣，所以選擇再制造逆向物流模式時(shí)應(yīng)保證在同樣的技術(shù)條件下環(huán)保效果最優(yōu)，資源消耗最少。環(huán)保效果可由下式表示：

(3)

式中：maxxi表示采取某再制造逆向物流模式時(shí)環(huán)保效果的最佳程度；minxi表示采取某再制造逆向物流模式時(shí)環(huán)保效果的最差程度；xi表示采取某再制造逆向物流模式時(shí)環(huán)保效果的實(shí)際程度。

1.2.2技術(shù)性指標(biāo)

再制造逆向物流模式的技術(shù)性評價(jià)主要從再制造逆向物流中的工藝和設(shè)備兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，包括綠色工藝實(shí)施率和綠色設(shè)備使用率。

(1)綠色工藝實(shí)施率B1

綠色工藝需要從逆向物流的全生命周期角度進(jìn)行考慮，在其生命周期內(nèi)采用對廢舊產(chǎn)品回收、利用、處理等過程能源損耗少和環(huán)境污染少的工藝方案才能有效地促進(jìn)再制造逆向物流的綠色化發(fā)展。

(4)

(2)綠色設(shè)備使用率B2

綠色設(shè)備的采用能避免設(shè)備資源上的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)提高廢舊產(chǎn)品的回收率和再制造率，凈化再制造逆向物流環(huán)境。

(5)

1.2.3環(huán)境性指標(biāo)

再制造逆向物流的環(huán)境性指標(biāo)借鑒文獻(xiàn)[7]的環(huán)境性指標(biāo)評價(jià)方法，主要是針對再制造逆向物流模式對環(huán)境的影響程度進(jìn)行評價(jià)，如表1所示。

表1再制造逆向物流模式環(huán)境性評價(jià)矩陣

再制造逆向物流過程環(huán)境影響因素大氣污染水污染固體污染噪聲污染廢舊產(chǎn)品回收C11C12C13C14運(yùn)輸C21C22C23C24倉儲(chǔ)C31C32C33C34處理C41C42C43C44再制造C51C52C53C54

其中一維代表再制造逆向物流的5個(gè)過程，另一維代表4個(gè)環(huán)境影響要素。專家首先通過再制造逆向物流各個(gè)階段對不同環(huán)境影響要素進(jìn)行分析評價(jià)，并建立5個(gè)等級{0.2，0.4,0.6,0.8,1}，對環(huán)境影響最小的取1，相反取0.2。最后，在確定每個(gè)數(shù)值之后，對其求和作為再制造逆向物流模式的環(huán)境性評價(jià)指標(biāo)C。

(6)

1.2.4資源性指標(biāo)

再制造逆向物流模式的資源性評價(jià)主要是從資源循環(huán)利用的角度對再制造逆向物流模式進(jìn)行評價(jià)。資源型指標(biāo)主要包括廢品回收率、廢品再制造率和綠色能源比率。

(1)廢品回收率D1

廢品回收是實(shí)施再制造逆向物流的前提，越高的廢品回收率，對減少資源浪費(fèi)和保護(hù)環(huán)境越有用。根據(jù)目前的企業(yè)統(tǒng)計(jì)和分析可知，當(dāng)產(chǎn)品的回收率達(dá)到90%時(shí)，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能好，即隸屬度為1；當(dāng)回收率小于30%時(shí)，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能很差，即隸屬度為0。由此可得該指標(biāo)的函數(shù)為：

(7)

(2)廢品再制造率D2

根據(jù)目前的企業(yè)統(tǒng)計(jì)和分析，當(dāng)廢品再制造率達(dá)到85%時(shí)，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能好，則隸屬度為1；當(dāng)廢品再制造率小于15%時(shí)，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能很差，即隸屬度為0。由此可得該指標(biāo)的函數(shù)為：

(8)

(3)綠色能源比率D3

根據(jù)目前的企業(yè)統(tǒng)計(jì)和分析，當(dāng)綠色能源比率達(dá)到90%時(shí)，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能好，則隸屬度為1；當(dāng)綠色能源比率小于25%時(shí)，則認(rèn)為該指標(biāo)的再制造逆向物流綠色性能很差，即隸屬度為0。由此可得該指標(biāo)的函數(shù)為：

(9)

1.2.5經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

再制造逆向物流模式的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要從成本方面考慮，為企業(yè)決策再制造逆向物流模式提供支持。再制造逆向物流成本主要由物流費(fèi)用、用戶費(fèi)用和環(huán)境治理費(fèi)用組成，該指標(biāo)的函數(shù)為：

(10)

式中：Ep代表再制造逆向物流帶來的利益；E1代表再制造逆向物流過程中物流費(fèi)用；E2代表再制造逆向物流過程中用戶費(fèi)用；E3代表再制造逆向物流過程中環(huán)境治理費(fèi)用。

2　基于熵權(quán)法和TOPSIS的決策模型

再制造逆向物流模式選擇屬于多目標(biāo)決策問題，需要在社會(huì)性、技術(shù)性、環(huán)境性、資源性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上建立決策模型，并對各模式進(jìn)行定量的綜合分析比較，進(jìn)而選擇最佳的再制造逆向物流模式。目前許多決策問題都采用定性分析的方法，少部分學(xué)者通過定量分析方法對決策展開討論，但存在缺乏可操作性和過于復(fù)雜的缺點(diǎn)。TOPSIS法具有算法簡單、分析結(jié)果較合理、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，能更好地應(yīng)用于多目標(biāo)決策問題。常用的確定權(quán)重方法，如模糊評價(jià)法和層次分析法(AHP)等，都是基于專家打分的形式來確定指標(biāo)權(quán)重，但結(jié)果缺乏客觀性。熵權(quán)法是一種運(yùn)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法，其計(jì)算結(jié)果較為客觀且更切合實(shí)際。基于此，本文采用熵權(quán)法計(jì)算出權(quán)重，再將其應(yīng)用到TOPSIS法進(jìn)行決策，為再制造物流逆向模式提供一種新的決策途徑。

2.1熵權(quán)法求權(quán)重

早期有關(guān)熵的研究主要集中在熱力學(xué)領(lǐng)域，后來被逐漸引進(jìn)到信息論，在信息論中熵主要用來體現(xiàn)不確定性的度量[8-9]。熵值越小，表示在評價(jià)體系中某指標(biāo)的權(quán)重越大；反之若熵值越大，則該指標(biāo)在評價(jià)體系中的權(quán)重越小。

具體來講，為了獲得多個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，可采用如下的步驟計(jì)算。

先確定第j個(gè)指標(biāo)的熵值EJ：

(11)

式中：n為方案的個(gè)數(shù)；k=1/lnn,從而保證0≤Ej≤1。

信息偏差度：

dj=1-Ej

(12)

最后，確定各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重：

(13)

2.2 TOPSIS算法的基本理論

TOPSIS法的目的是通過計(jì)算某評價(jià)對象與正負(fù)理想解的距離大小來進(jìn)行排序，以解決多目標(biāo)決策問題。若評價(jià)對象離正理想解最近的同時(shí)離負(fù)理想解最遠(yuǎn)，則該評價(jià)對象為最佳解；否則為最差解。

2.2.1建立多屬性決策矩陣D

設(shè)某評價(jià)對象有m個(gè)決策項(xiàng)目，每個(gè)決策項(xiàng)目對應(yīng)有n個(gè)評價(jià)指標(biāo)。決策項(xiàng)目集為：

指標(biāo)集為：

式中：Ai表示第i個(gè)決策項(xiàng)目；xij表示決策項(xiàng)目i的第j個(gè)指標(biāo)評價(jià)，則決策矩陣D為：

2.2.2建立標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R

決策矩陣D中各指標(biāo)量綱不同，有些是屬于效益型指標(biāo)，這些指標(biāo)屬性越大對決策者來說就越好，例如：生態(tài)效益和綠色工藝實(shí)施率等。而有些指標(biāo)屬于成本型指標(biāo)，這些指標(biāo)越小對決策者越好，如：物流費(fèi)用和環(huán)境污染治理費(fèi)用等。因此，決策矩陣D需要采用歸一化處理才能確保各指標(biāo)之間能夠相互比較。

若xij屬于成本型指標(biāo)，則歸一化處理后的結(jié)果為：

(14)

若xij屬于效益型指標(biāo)，則歸一化處理后的結(jié)果為：

(15)

歸一化處理結(jié)束后的矩陣為

2.2.3建立加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣V

(16)

2.2.4確定理想和負(fù)理想解

設(shè)效益性指標(biāo)為B、成本性指標(biāo)為C，確定正負(fù)理想解：

(17)

(18)

2.2.5各方案與正負(fù)理想解距離的計(jì)算

(19)

2.2.6各方案接近程度的計(jì)算與決策

(20)

式中：0

3　案例分析

機(jī)床主軸是機(jī)床重要的組成零部件，也是機(jī)床易出現(xiàn)故障的零部件，限制著機(jī)床的使用壽命。機(jī)床主軸具有較高的附加值，其性能優(yōu)劣影響著工件的加工精度和加工質(zhì)量，而機(jī)床主軸再制造逆向物流模式的選擇影響著其附加值的有效利用。下面以廢舊機(jī)床主軸的再制造逆向物流模式?jīng)Q策為例對以上模型進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)決策矩陣

通過調(diào)研不同模式下的再制造逆向物流，在統(tǒng)計(jì)大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用本文所建立的再制造逆向物流模式評價(jià)指標(biāo)的量化方法確定3種模式的評價(jià)指標(biāo)決策矩陣，如表2所示。

表2各評價(jià)指標(biāo)值

A1A2A3B1B2CD1D2D3E自營0.80.780.670.760.740.62110.860.83聯(lián)營0.80.650.540.850.820.580.950.980.950.89外包0.60.800.750.920.850.560.98110.94

3.2計(jì)算指標(biāo)的權(quán)重

由式(11)～(13)對各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得到熵權(quán)的評價(jià)指標(biāo)權(quán)重為：ω=(0.295,0.178,0.074,0.983,0.065,0.246,0.074,0.316，0.157,0.119)

3.3構(gòu)造決策并歸一化

圖1所述的15個(gè)指標(biāo)中，社會(huì)性，技術(shù)性和資源性評價(jià)準(zhǔn)則對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)屬于效益型指標(biāo)；環(huán)境性與經(jīng)濟(jì)性評價(jià)準(zhǔn)則對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)則屬于成本型指標(biāo)。按照式(14)、(15)進(jìn)行歸一化處理后得矩陣為：

R=

3.4加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

將歸一化處理后的矩陣R代入式(16)，可得加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為：

V=

3.5再制造逆向物流模式選擇

由式(17)、(18)計(jì)算出理想解A+和負(fù)理想解A-，其結(jié)果如下：

A+=(0.1427，0.1253，0.1694，0.1298，0.1365,

0.1189,0.1474,0.1364,0.1252,0.1542)

A-=(0.0523，0.0846，0.0386,0.0546,0.0737,

0.0621,0.0148,0.0247,0.0421,0.0574)

再根據(jù)式(19)計(jì)算各方案與正理想解的歐氏距離為(0.0603,0.0549,0.0807)，各方案與負(fù)理想解的歐氏距離為(0.0215,0.0129,0.0343)。

最后將各方案的歐式距離代入式(20)，得到的接近程度為：

C1=0.5246，C2=0.3158，C3=0.7469

根據(jù)Cj的大小排序：C3>C1>C2，所以，該機(jī)床廠在決策再制造逆向物流模式時(shí)應(yīng)先考慮外包方案。

4　結(jié)語

本文建立了再制造逆向物流模式綠色評價(jià)體系，分析了各個(gè)指標(biāo)的量化方法，提出了一種聯(lián)合熵權(quán)法與TOPSIS法的再制造逆向物流模式?jīng)Q策模型，該模型能有效地對3種不同的再制造逆向物流模式進(jìn)行評價(jià)決策。但是，隨著再制造逆向物流的不斷發(fā)展，必然會(huì)產(chǎn)生新的指標(biāo)體系，而且各個(gè)指標(biāo)的量化方法需要更加科學(xué)合理，所以再制造逆向物流模式綠色評價(jià)體系還需進(jìn)一步的研究完善。

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(編輯譚弘穎)

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Decision-making model in remanufacturing reverse logistics based on entropy weight and TOPSIS method

CHENG Hong, JIANG Zhigang, XIANG Peng, ZHANG Hua

(College of Machinery and Automation, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, CHN)

In order to make the decision of remanufacturing reverse logistics mode, according to the characteristics of remanufacturing reverse logistics, a green evaluation system of remanufacturing reverse logistics which included sociality, technology,environment, resource and economy is presented, and the quantitative methods of the indexes are analytic.In addition, the decision model of remanufacturing reverse logistics based on entropy weight and TOPSIS method is proposed,in which the index weight is calculated by the entropy weight, and the decision of remanufacturing reverse logistics through the TOPSIS method. Finally, a used spindle of machine tool in the machine factory is taken as an example to illustrate the validity of the above decision model.

remanufacturing; reverse logistics; entropy weight; TOPSIS

F252

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.010

程宏，男，1992年生，碩士，研究方向?yàn)樵僦圃臁?/p>

2016-01-05)

160821

* 國家自然科學(xué)基金( 51275365) ; 武漢市青年科技晨光計(jì)劃( 2014070404010214)