基于ANP-GRA廢舊滅火器逆向物流回收模式選擇

喬張斌， 楊玉中， 肖展鵬

(河南理工大學 能源科學與工程學院， 河南 焦作 454003)

在全球氣候惡化、國家出臺相關政策以及民眾環保意識不斷提高的背景下，資源的可回收利用成為諸多學者研究的焦點。眾多企業試圖通過逆向物流供應鏈實現經濟效益與企業形象雙贏。滅火器作為一種常見又易被人忽視的便攜式應急物資，內置化學品，存放于公共場所及預防火災發生的地方。每年中國報廢不同型號的滅火器不計其數，其中廢舊滅火器中含鐵質、鋁、橡膠樹脂、有效化學藥試劑等諸多可回收再利用物質，而其所面臨回收規范性差、回收渠道少、循環利用效率低、拆解處理污染大等問題也逐漸引起政府以及企業的重視。因此，亟須完善廢舊滅火器現有的逆向物流回收管理體系，提高回收率，規范回收渠道。其中，回收模式的選擇是首要考慮問題。

廢舊滅火器的回收處理過程實際上是一個逆向物流過程。“逆向物流”即一種廢舊產品從顧客手中回收所發生的一系列過程，目的是對其進行拆解、再制造以及循環利用。產品回收模式成為整個產品生命周期甚至整個逆向物流供應網絡能否有效實施的首要條件[1]。Zhang等[2]將逆向物流回收模式分為3種：制造商自營回收(manufacture take-back，MTB)、經銷商負責回收(retailer take-back，RTB)、第三方負責回收(third party take-back，TPT)。廢舊物品逆向物流回收模式主要集中于電子產品廢棄物、廢舊衣物、快遞包裝、報廢汽車以及近年來電動汽車行業所帶動的廢舊動力電池。很多專家學者是從定性和定量兩方面開展可回收物品研究工作。丁雪楓等[3]和朱凌云等[4]分別從定量和定性的角度出發研究了廢舊汽車動力電池回收模式的選擇。丁雪楓等[3]針對多屬性汽車動力電池決策問題，通過實例得出生產商聯盟回收動力電池最為合適。朱凌云等[4]以電動汽車的報廢動力電池為研究對象，結合上汽集團，建立以自營為基礎的復合型逆向物流回收網絡。倪明等[5]從定性的角度通過比較SDN模式與傳統回收模式，得出SDN模式借助第三方網絡平臺優化廢舊手機回收資源，提高了回收效率。李正軍等[6]從定量的角度比較分析了包裝廢棄物3種回收模式的特點，構建客觀、全面的評價指標體系，結合京東具體實例選擇合適的包裝廢棄物回收模式。劉光富等[7]基于博弈論方法討論社會危險物的最佳回收模式，從定量的角度對危險物回收提出建議。然而存在一定安全隱患的廢舊滅火器回收模式的研究卻極為匱乏。

由于廢舊滅火器逆向物流存在分布地點分散及回收量不確定等問題，對于生產廠家和銷售商以及第三方物流都面臨著回收效率與經濟效益低下的問題，對環保和公眾而言存在潛在的污染

浪費以及安全隱患風險。這些問題決定廢舊滅火器逆向物流回收模式的評價指標的復雜性、相關性、不確定性。評價指標之間的關系常常具有相關性，故本文采用網絡層次分析法(analytic network process，ANP)處理指標間的交互作用并獲得主觀權重[8]。為實現評價指標權重的科學性與合理性，不僅僅要考慮依靠專家經驗評判獲取的主觀權重，還要收集評價指標的客觀信息熵，反映該指標提供的信息量。因此本文采用熵權法確定指標的客觀權重，與網絡層次分析主觀權重進行組合，進而全面反映指標權重的重要性。在評價模型方面，對于廢舊滅火器的研究數據少，信息相對貧乏且評價數據的灰度大，由中國學者鄧聚龍創立的灰色系統理論，專門是針對此類問題的一種解決方法。灰色關聯分析是對系統內包含相互關聯、相互影響的因素之間關聯程度進行比較[9]。事實上，傳統的加權灰色關聯度考慮了各個因素的重要性，其結果不可避免地由少數幾個關聯系數大的指標決定關聯度傾向。因此本文基于熵增定理[10]，用熵值衡量評價對象與理想對象接近的均衡度，可以有效避免這種傾向，實現對評價指標信息的充分利用與挖掘，為廢舊滅火器逆向物流回收模式的選擇提供合理、可行的方法。

1 廢舊滅火器逆向物流回收模式評價指標體系

目前，中國企業廢舊滅火器回收模式主要有企業制造商自營回收、經銷商負責回收、第三方物流負責回收。本文選擇合理的方法選擇適合的回收模式。

為使廢舊滅火器逆向物流回收模式更具有科學性、可操作性、實用性，合理的評價指標是其模式選擇的基本保證。Yender[11]最早開始從環境、立法、技術以及經濟因素4個方面考慮影響電池回收。朱凌云等[4]從經濟、技術、管理、社會4個方面構建廢舊動力電池的評價指標體系。郝皓等[12]從經濟效益、生態環境效益、社會效益3個維度構建報廢汽車蓄電池逆向物流可行性的評價指標體系。Tian等[13]從環境、社會、技術3個維度構建中國汽車逆向物流回收模式的評價指標體系。Xi等[14]從成本、環境、企業服務能力以及基本素質4個方面構建了汽車逆向物流供應商的評價指標體系。本文基于已有的研究成果，結合廢舊滅火器逆向物流的特點，系統構建廢舊滅火器逆向物流回收模式的評價指標體系，包含經濟、社會、技術以及環境4個維度，共15個二級指標，見表1。

表1 廢舊滅火器逆向物流回收模式評價指標體系

2 廢舊滅火器逆向物流回收模式選擇模型

2.1 確定組合權重

2.1.1 ANP確定主觀權重

2.1.1.1 繪制網絡結構

ANP根據決策屬性將其分為控制層和網絡層。控制層由決策問題組成，網絡層由諸多因素組成進而影響控制層，因素之間相互影響，受到控制層的支配。ANP相比較于AHP的優勢在于除了分析同一元素組兩兩元素之間的關系，又考慮不同元素組中各個元素的影響關系[15]。典型的網絡層次分析圖其控制層的影響準則是相互獨立的，如圖1所示。

圖1 經典ANP結構圖

2.1.1.2 構建加權超矩陣

(1)

(2)

(3)

2.1.1.3 極限處理

2.1.2 熵權法確定客觀權重

2.1.2.1 構建初始評價矩陣

設有m個評價對象，n個評價指標，矩陣X由評價對象的評價指標值組成，xij表示第i個評價對象的j個評價指標值，由于不同評價指標量化單位與取值范圍的不同，故先將其標準化，標準化的方法很多，其中無量綱規范化評價矩陣為

(4)

當指標為效益型指標時，規范化公式為

(5)

當指標為成本型指標時，規范化公式為

(6)

2.1.2.2 確定指標的熵值

第j個評價指標的熵值ej的計算式為

(7)

式中，k=1/lnm，m表示評價對象的個數，當系數k=1時表示評價指標的信息熵。其意義為：在綜合評價中指標值的變化趨勢剛好與熵值相反，即信息熵值越小，該指標提供的信息量越大，所占權重也越大[16]。

2.1.2.3 計算指標的熵權

指標的熵權aj計算式為

Gj=1-ej，1≤j≤n

(8)

(9)

2.1.3 組合主客觀權重

假設主觀權重向量為a11,a12,…，a1n，客觀權重向量為a21,a22,…,a2n，則組合權重的計算方法為

(10)

乘法組合賦權法利用“倍增效應”，有效使得權重大的指標權重組合后更大，很好地將眾多指標權重均勻的情況區分開來，故本文采用乘法組合賦權法。

2.2 灰色關聯分析建立評價模型

假設A=(ai|i=1,2,…,m)是m個評價對象的集合，B=(bj|j=1,2,…,n)為n個評價指標的集合，不同評價對象對應不同指標值的矩陣V=(Vij|i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

2.2.1 確定理想對象obj*

2.2.2 評價對象與理想對象指標值的預處理

對數據預處理有線性變換、初值化與均值化3種。線性變換是指原始數據中某一指標的數據值除以該指標中的理想對象obj*，得到一個相比較于最優值的百分比新向量，其計算方法為

(11)

2.2.3 計算加權灰色關聯度

灰色關聯度是理想序列與比較序列接近程度的測度。其中，灰色關聯系數為

(12)

灰色關聯度為

(13)

式中，ak為各個指標對應的權重系數。

2.2.4 歸一化評價對象差值

歸一化后的序列為

(14)

2.2.5 計算序列C′i的熵及均衡度

(15)

雖然加權灰色關聯度考慮各個指標的重要性差異，但存在極少數關聯系數決定關聯度傾向的問題，為避免這種情況出現，引入均衡度。均衡度可測量各個評價指標與理想序列接近的均衡程度，為此可以有效避免單純只計算貼近度的問題。

2.2.6 計算均衡接近度并進行評價

W2=Bi×r

(16)

2.2.7 多層次灰色關聯評價

W=A×W2

(17)

針對評價對象各指標間關系分為不同層次，采用層次分析法計算出廢舊滅火器逆向物流回收模式中經濟因素、社會因素、技術因素以及環境因素各層所占的比重關系，以各個評價指標權重矩陣以及關聯度得出接近度的結果矩陣作為各個因素的評價矩陣，綜合評價得出最終3種模式均衡接近度，選出最優方案。

3 實例研究

以某省某市消防器材制造公司為案例進行研究，該公司于1998年成立，注冊資金為600萬元主要生產各類消防器材、消防藥劑、防火材料以及各類消防系統裝置，集生產、維修、工程于一體。企業近年來快速發展，生產成本上漲，追求企業效益是當務之急。目前，國家正在逐步完善資源的可回收利用法律法規，鼓勵企業提高對資源的利用率，提高企業綠色度。居民生活水平提高，對產品的附加值要求也越來越高，除滿足產品質量以外，還考慮產品的售后、環保、企業的社會責任等。因此，該企業預完善產品的生命周期，選擇適合本企業的廢舊滅火器回收模式。

3.1 確定主觀權重

3.1.1 繪制網絡結構圖

經過實地調研后，由滅火器生產制造商、零售商以及第三方回收，每個領域各兩名專家組成跨職能評價小組，展開頭腦風暴，在評價指標體系的基礎上，確定指標間的相互影響關系，構建網絡結構圖，如圖2所示。

圖2 廢舊滅火器逆向物流回收模式網絡結構圖

3.1.2 構建未權重化超矩陣

由于廢舊滅火器逆向物流回收模式網絡結構圖指標間存在復雜的相互影響關系，未權重化超矩陣的構建亦很復雜。本文原始判斷矩陣的構建是來自職能小組的打分。由于篇幅有限，以A組中某元素為例，以Fa1為次準則、經濟因素組A中其他元素為相對優勢度為例構造判斷矩陣(表2)。由表2可得

同理可根據指標的相互影響關系構建出其他判斷矩陣，列向量經歸一化后按照順序排列。即可得到未權重化的超矩陣。

表2 Ga及Fa1影響下A組元素的判斷矩陣

3.1.3 構建加權超矩陣

通過元素組間優勢度影響關系獲得加權矩陣，對未權重化超矩陣進行加權處理，可以有效體現出不同因素組間元素間的優勢度關系。根據式(3)可得加權矩陣：經加權處理后可得到加權超矩陣，見表3。

表3 加權超矩陣

3.1.4 權重化極限處理

經計算，當權重化矩陣的冪次運算達到穩定時，即可得到極限矩陣。任取一列即為該專家所給打分經過ANP計算所求得的指標權重。為保證結果的客觀性，對跨職能專家小組的結果求取均值作為主觀權重向量，即(0.129 6，0.162 5，0.168 6，0.048 1，0.079 5，0.075 3，0.050 1，0.032 6，0.036 8，0.036 9，0.038 4，0.053 1，0.028 2，0.034 5，0.025 9)。

3.2 確定客觀權重

基于本文構建的廢舊滅火器逆向物評價指標體系的具體要求，對該消防器材生產商、與它輻射范圍內的零售商以及具備相應回收能力的第三方回收公司進行調查。調查主要內容是企業的基本狀況，包括廠商規模、財務狀況、業務能力、發展規劃、與合作商的關系以及相關的法律法規政策等。在采納相關領域數位專家與生產商管理人員意見的基礎上，對3種模式的各個指標進行打分，并按照指標類型進行規范化處理，其結果見表4。

表4 3種模式指標打分數據

根據式(4)～式(6)對專家初始判斷矩陣標準化，再由式(7)～式(9)計算出各個指標的熵權為(0.168 2，0.046 6，0.011 5，0.077 1，0.033 1，0.033 1，0.168 2，0.077 1，0.877，0.011 5，0.011 5，0.168 2，0.009 1，0.087 7，0.009 1)。

經乘法組合原則，由式(10)計算出組合賦權為(0.119 6，0.169 8，0.148 6，0.046 9，0.092 3，0.075 7，0.054 8，0.027 2，0.030 4，0.033 5，0.037 3，0.063 2，0.026 5，0.052 8，0.021 4)。

3.3 灰色關聯評價模型

為更好地挖掘評價指標的數據信息，根據各個指標類型以及打分情況，成本型指標越小越好，效益型指標越大越好，確定理想對象為(0.100 0，0.600 0，0.600 0，0.600 0，0.100 0，0.600 0，0.600 0，0.000 0，0.600 0，0.600 0，0.600 0，0.600 0，0.600 0，0.100 0，0.600 0)。

其中以經濟因素為例計算：

1)根據表4各個專家的打分情況，構造判斷矩陣：

2)由式(5)、式(6)、式(11)對判斷矩陣規范化處理：

3)計算評價對象與理想對象的差值：

4)由式(12)、式(13)計算加權關聯度：

R=(0.605 9，0.708 3,0.818 2)。

5)由式(14)對差值序列歸一化，結果為

6)由式(16)分別計算各評價對象的均衡度：

B1=H(C′)/Hm=0.931 4，B2=0.964 5，B3=0.910 1。重復步驟1)～6)可計算出其余因素評價對象與理想對象的均衡接近度，見表5。

表5 評價對象與理想對象的均衡接近度

利用層次分析法，計算出頂層權重為(0.459 9，0.219 9，0.200 9，0.119 4)。

7)由式(17)進行綜合結果計算，得

W=(0.547 9，0.606 8，0.692 0)。

3.4 結果分析

利用MATLAB2014a繪制出3種模式各個指標與理想對象的離散序列圖，如圖3所示。

圖3 離散序列接近程度示意圖

由式(15)計算出3種回收模式評價指標與理想對象指標序列的信息熵，見表6。

由加權灰色關聯分析計算出3種模式的計算結果為：MTB=0.605 9，RTB=0.708 3，TPT=0.818 2。TPT的結果在三者中最大，RTB次之。將序列均衡度考慮到加權灰色關聯分析中得出3種模式的權重結果為：MTB=0.547 9，RTB=0.606 8，TPT=0.692 0，得到相同的結果。根據圖3可以清晰看出TPT模式與理想對象的擬合程度更好。綜合上述結論，TPT模式更適合該企業的廢舊滅火器回收。從一級指標來看，經濟因素占比為0.459 9，社會因素占比為0.219 9，幾乎占據決定因素的80%，相比較于其他兩個一級指標在選擇回收模式中為重點考慮對象。在二級指標中，指標權重占比前5的分別是盈利水平Fa3、廢舊產品的回收能力Fa2、投資運營成本Fa1、法規政策Fb1、公眾意識Fb2，其具體原因從以下方面進行分析。

利潤是企業生存的根本，回收模式業務是在利潤角度下展開的。利潤源自投入與產出的差值，直接表明某項業務的正確與否。就任何一種回收模式而言，盈利水平是企業考慮的第一要素。廢舊產品的回收能力與投資運營成本間接決定著企業盈利，因此經濟因素中的指標所占權重大。2005年日本通過制定《環保型社會基本法》，約95%的購買者可以實現廢舊滅火器的回收再利用，并且收集費用不因地域不同產生差異，建立用戶征收體制；韓國委托專門企業建立廢舊滅火器的回收、運輸、保管、分解系統；歐美在20世紀已經頒布關于廢舊滅火器回收管理條例。國家政策以及相關的法律法規是企業開展此項業務與民眾積極參與其中的又一關鍵因素。

根據信息熵結果，在RTB回收模式主導下，盈利水平是最好的，而TPT模式次之，主要是由于零售商分布各地，且消費者易于購買和回收滅火器；就投資運營建設成本而言，TPT回收模式與理想對象最為接近，是最優的。若該企業將回收業務外包給第三方，可節省大量成本資金，降低企業的資金風險，短時期內可獲得效益；產品的回收能力，TPT回收是處于中等水平，亞于RTB回收模式。綜合上述結果，該企業更適合第三方負責回收，主要有以下優勢：①發揮各自核心業務。該企業的核心業務以生產制造為主，第三方主要負責回收為主，在發揮各自優勢的同時可節約企業的投資成本，并可獲得一定的回收效益。②較強的供應鏈能力。從基礎設施、專業化水平可以看出，第三方回收是比較適合的模式。

4 結語

結合廢舊滅火器逆向物流的特點，建立了回收模式評價指標體系，構建了基于組合權重和改進的灰色關聯的評價選擇模型。參考現有的逆向物流回收模式的文獻，考慮經濟、社會、管理因素之外，在環境因素中增加滅火器填充物無害化處理率，使得評價指標能夠全面反映廢舊滅火器逆向物流過程中的影響因素，提高了指標體系的科學性；主客觀組合賦權法既分散了主觀賦權法專家依靠直覺打分的缺點，又克服客觀賦權收集數據局限于樣本，采用乘法組合權重，“倍增效應”能更好區分指標均勻的情況，提高了分配權重的科學性；改進的灰色關聯模型通過計算評價對象與理想對象的均衡接近度，橫向與縱向結合比較評價結果，考慮評價對象與理想對象的整體接近程度，克服了最終結果評價，使得評價模型更加合理。

在此之前，有學者預測第三方逆向物流運作模式將會成為一種趨勢，通過ANP-GRA對廢舊滅火器逆向物流回收模式進行選擇，其結果亦說明第三方逆向物流作用模式的有效性。通過結合實例驗證，評價模型具有一定的實用性與可行的評價模型，今后在完善廢物回收相關法律規定有一定的參考意義，將對資源的可回收利用具有推動作用。