CN102222279A - 基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法，在评价中利用多指标的层次分析法+模糊综合评评价，综合考虑经济、社会、环境、性能等多方面的影响因素，在建立多层次评价指标体系的基础上，将多层次指标权重分析方法与模糊数学中的不确定性指标模糊隶属度概念结合。该评估方法能对制革行业生产全过程进行全面的、可靠的评估，可为制革企业环境影响评价、工程设计、施工、验收、运营管理等环境管理提供有效的技术支撑。

Description

基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法

技术领域

本发明涉及一种制革行业技术的评估方法，具体涉及一种采用模糊综合评判法层次分析法综合性评价制革行业可行技术的评估方法

背景技术

制革、毛皮加工工业是轻工行业继造纸和酿造工业之后的第三大污染工业，制革废水的污染是制革、毛皮工业主要污染源之一。能否有效地解决制革、毛皮工业的污染问题，已直接关系到我国皮革行业能否健康可持续发展。

制革过程要经过浸水、脱脂、脱毛浸灰、脱灰、软化、浸酸、鞣制、中和、复鞣、染色加脂等，工序繁多，使用的化工材料也非常繁杂。为了去掉动物原皮上的毛发，浸灰脱毛工序使用石灰和硫化钠或硫氢化钠，结果大量碱性化合物、硫化物、角蛋白及胶原蛋白进入水中，产生的污染物以CODCr计浓度很高。浸灰废液中COD_Cr达10000mg/L以上，占废水总负荷的40％左右，硫化物浓度高达3000mg/L以上，占废水总硫化物的90％以上。因此制革废水是一种耗水量较大、有机物浓度高、悬浮物浓度高、色度高的废水，并含有有毒有害的化学物质，此外制革废水中还含有大量难以降解的物质，如丹宁、木质素，还含有特有的对污水处理不利的无机化合物如硫化物、铬及酸碱等。

目前国内许多制革及毛皮加工企业均建成了废水处理设施，生产工艺方面也确定了清洁生产的标准，但由于设计、工艺、运行及管理等方面均存在着一定的问题，导致许多废水治理工程的处理和净化效果并不理想，一些治理工程甚至无法进行正常稳定运转、达标排放。某些废水治理工艺运行效果虽然比较好，但存在着工程建设投资大、运转费用高等问题，在一定程度上限制了处理技术的推广和运用。其主要原因是该行业废水工程治理方面标准和技术规范等方面的缺失或不完整，废水治理工程的设计、建设运行没有完善的规范、标准及一个相对统一质量控制准则，情况亟待改善。

最佳可行技术的筛选以当地污水水质和环境、社会、经济等因素为评价指标，分析研究备选污水处理技术的可行性，确定最适处理技术。对于污水处理的问题，国外的研究主要集中在全过程处理的管理体系建设上，而对具体处理技术的筛选研究很少。国内研究者选用了不同的方法并用于实际问题的解决，这些方法主要包括层次分析法、模糊数学法、价值系数法、费用-效益分析法和组合处理方法。

将各种实用、低成本及处理效果良好的制革及毛皮加工废水治理技术总结分析，形成该行业的国家技术规范体系，对废水治理工程的建设进行全过程管理是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺点，提供一种综合现有各种技术优点的，评价客观，可用的基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法。

本发明的基本原理是：各专家咨询评价的结果定量化后用于层次分析法，获得指标体系中各个指标的权重，避免单纯专家咨询评价所带来的人为误差；针对每个指标的特点选择合适的偏好函数，并设定相应的阈值，用方法对制革企业最佳可行技术进行多目标筛选。

本发明目的通过如下技术方案实现：

基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法，包括如下步骤：

(1)根据制革行业生产企业的特点，确定制革行业技术评估包括制革行业技术环境评估指标和技术性能评价；评估形成目标层、准则层和因素层3层的层次结构；其中设立制革行业技术环境评估指标总目标层A，基于总目标层A下设的5个准则层B1指标，准则层B1指标包括生产技术特征指标、资源与能源消耗指标、资源综合利用指标、污染物产生指标和社会经济效益指标；准则层B指标包括26个因素层C1指标；

设立技术性能评价指标总目标层A2，技术性能评价指标总目标层A2下设3个准则层B2，3个准则层B2包括生产技术特征指标、污染物控制指标、社会经济效益指标；准则层B2指标包括26个因素层C2指标；

(2)采用专家系统进行层次分析法确定各指标因素的权重；

(3)采用隶属度函数，在因素论域评价指标基础上，建立评语等级集，确定标准隶属度集；

(4)根据以上隶属函数进行计算评价因素i隶属于评价等级j的隶属度R_ij，生成因素集与评语集之间的模糊关系矩阵R；

(5)根据权重和模糊评判矩阵计算得到综合评价向量，根据隶属度最大原则进行模糊综合评价，得出制革行业技术的评估结果。

为进一步实现本发明目的，各指标因素的权重的确定方法如下，通过计算出系统中各评价指标体系各个层次、各个分支的两两判断矩阵；然后各判断矩阵的最大特征根及特征向量，以确定各相邻两层之间的、体现各因素相对重要性的优先级权重，并进行判断矩阵一致性检验。

各指标因素的权重的确定步骤如下：

a.专家组对各个因素的重要性按1-9比率标度表进行标度评判，通过专家咨询，分别考查B1层和B2因素，以及C1层和C2层因素的相对重要性，得出A1-B1、A2-B2、B1-C1和B2-C2重要性判断矩阵：B1或B2＝(b_ij)n×n(i，j＝1，2，…n)；b_ij表示因素i比因素j相对上一层次某属性相比较的重要性，n为矩阵的阶数；

b.计算判断矩阵每一行元素的乘积M_i； $M_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{b}_{\mathrm{ij}}$

c.计算M_i的n次方根W_i； $\stackrel{\‾}{W_i}=\sqrt[n]{M_i}$

d.对向量W＝[W1，W2，…，Wn]T正规化：

$\stackrel{\‾}{W_i}=\frac{\stackrel{\‾}{W_i}}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{W_i}}$

W＝[W₁，W₂，…，W_n]T，即为所求的特征向量，特征向量为同层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值；

e.计算判断矩阵的最大特征根λmax

${\mathrm{\λ}}_{\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left(\mathrm{BW}\right)}_i}{n{W}_i}$

式中(BW)_i为向量BW的第i个元素；

f.计算判断矩阵一致性检验系数CI；

$\mathrm{CI}=\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{n-1}\right)---(4-6)$

g.计算判断矩阵一致性检验系数CR，判断其一致性

$\mathrm{CR}=\frac{\mathrm{CI}}{\mathrm{RI}}---(4-7);$ 其中RI为平均随机一致性指标；

h.层次总排序的一致性检验

根据公式

计算得：如果CR＜0.10，认为层次总排序结果具有满意的一致性。

隶属度函数用来描述某评价因素在评语集某个级别的逼近程度，隶属度函数的确定方法如下：

从所有的制革行业最佳可行技术中选取十种以上的废水处理技术，制作包含处理技术和指标体系的评价表；

对于定性指标，聘请相关领域的专家就处理技术在某些方面的指标进行定性评价，最终获得制革行业最佳可行技术在各个指标下的优先度以及在指标体系下总的优先度；建立评语集对各指标因素进行评判，优先度用5种尺度来衡量，分别为很好、好、中等、差、很差，用数字1-5对5种尺度进行量化后，将量化结果作为得到评判矩阵；

对于定量指标，通过在对制革行业实地调查的基础上，给出待评方案中各指标的评价值，采用半阶梯分布函数作为它们的隶属度；

模糊综合评价计算的确定方法如下，在被评价对象的因素论域U与评语等级集V之间进行单因素评价，建立模糊关系矩阵R；

利用B＝A°R模型计算，其中A为权重向量，°为合成算子，对B＝(b₁，b₂，…，b_m)向量进行加权平均得总评分；

$G=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{J}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i}$

式中G为技术水平最终指标得分。

本发明与现有方法相比，具有如下优点：

可以有效地克服层次分析法过于主观和无法保证方案独立性的缺点，该评估方法能对制革行业生产全过程进行全面的、可靠的评估，可为皮革及毛皮加工工业项目环境影响评价、工程设计、施工、验收、运营管理等环境管理提供有效的技术依据。

附图说明

图1为最佳可行技术的评估方法的流程图：

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法，包括如下步骤：

(1)根据制革行业生产企业的特点，确定制革行业技术评估包括制革行业技术环境评估指标和技术性能评价；评估形成目标层、准则层和因素层3层的层次结构；其中设立制革行业技术环境评估指标总目标层A，基于总目标层A下设的5个准则层B1指标，准则层B1指标包括生产技术特征指标、资源与能源消耗指标、资源综合利用指标、污染物产生指标和社会经济效益指标；准则层B指标包括26个因素层C1指标；

设立技术性能评价指标总目标层A2，技术性能评价指标总目标层A2下设3个准则层B2，3个准则层B2包括生产技术特征指标、污染物控制指标、社会经济效益指标；准则层B2指标包括26个因素层C2指标；

确定制革行业技术评估包括制革行业技术环境评估指标和技术性能评价；评估形成目标层、准则层和因素层3层的层次结构是通过专家及资料调研确定最佳可行技术评价指标集和待评方案，在对评估项目的各项指标进行分析，定性与定量相结合，建立多因素、多层次综合排序的指标评价体系结构确定的；

(2)采用专家咨询评价获得最佳可行技术在各个指标下的定性评价结果，进行层次分析法确定各指标因素的权重；

在对制革行业实地调查的基础上，利用德尔菲法，根据研究专家的意见，得出制革行业最佳可行技术评价指标体系B1层因素和C1层因素的的同一层次之间，依照规定的标度定量化后的两两判断矩阵进行标度评判，以1-9数字表示相对重要性。然后计算出各判断矩阵的最大特征根及特征向量，以确定各相邻两层之间的、体现各因素相对重要性的优先级权重，进行层次单排序、层次总排序，并进行判断矩阵一致性检验。

其计算步骤如下：

a.专家组对各个因素的重要性按1-9比率标度表进行标度评判，通过专家咨询，分别考查B1层和B2因素，以及C1层和C2层因素的相对重要性，得出A1-B1、A2-B2、B1-C1和B2-C2重要性判断矩阵：B1或B2＝(b_ij)n×n(i，j＝1，2，…n)；b_ij表示因素i比因素j相对上一层次某属性相比较的重要性，n为矩阵的阶数；

B＝(b_ij)n×n  (i，j＝1，2，…n)

b_ij表示因素i比因素j相对上一层次某属性相比较的重要性，n为矩阵的阶数。

b.计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi

$M_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{b}_{\mathrm{ij}}$

c.计算Mi的n次方根Wi

$\stackrel{\‾}{W_i}=\sqrt[n]{M_i}$

d.对向量W＝[W₁，W₂，…，W_n]T正规化，即：

$\stackrel{\‾}{W_i}=\frac{\stackrel{\‾}{W_i}}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{W_i}}$

则W＝[W₁，W₂，…，W_n]T，即为所求的特征向量，也就是同层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值。

e.计算判断矩阵的最大特征根λmax

${\mathrm{\λ}}_{\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left(\mathrm{BW}\right)}_i}{n{W}_i}---(4-5)$

式中(BW)_i为向量BW的第i个元素。

f.计算判断矩阵一致性检验系数CI

$\mathrm{CI}=\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{n-1}\right)$

g.计算判断矩阵一致性检验系数CR，判断其一致性

$\mathrm{CR}=\frac{\mathrm{CI}}{\mathrm{RI}}$

其中RI为平均随机一致性指标，

h.层次总排序的一致性检验

根据公式 $\mathrm{CR}=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{\mathrm{CI}}_j}{\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{\mathrm{RI}}_j}$

计算得：如果CR＜0.10，由此可见，认为层次总排序结果具有满意的一致性。

(3)采用隶属度函数建立规范化评价矩阵。

从所有的制革行业最佳可行技术中选取十种以上的废水处理技术，制作包含处理技术和指标体系的评价表。在因素论域U＝(U₁，U₂，…，U_p)(即评价指标)基础上，建立评语等级集V＝(V₁，V₂，…，V_n)，确定标准隶属度集J＝(J₁，J₂，…，J_m)。其中：V_j(j＝1，2，…，n)是评价等级标准，n为评语等级数。一般情况下，评语等级数取[3，7]中的整数，如果取的过大，那么语言难以描述且不易判断等级归属；如果取的过小不符合模糊综合评判的质量要求

对于定性指标，聘请相关领域的专家就处理技术在某些方面的指标进行定性评价，最终获得制革行业最佳可行技术在各个指标下的优先度以及在指标体系下总的优先度。建立评语集对各指标因素进行评判，优先度用5种尺度来衡量，分别为很好、好、中等、差、很差，用数字1-5对5种尺度进行量化后，将量化结果作为得到评判矩阵。

对于定量指标，通过在对制革行业实地调查的基础上，给出待评方案中各指标的评价值，采用半阶梯分布函数作为它们的隶属度。

指标限值可采用如下两种方式：由专家组讨论后给出；参考技术库中数据、污染物排放标准等给出。由技术库中数据自动给出的方法如下：根据环境技术数据库中数据，查出该指标的最高值与最低值，在最高值与最低值之间通过均匀插值分为5档。

评价指标按属性通常分为效益型、成本型和固定型三类。效益型指标是指评价值越大越好的指标，成本型指标是指评价值越小越好的指标，固定型指标则是指评价值越接近某一固定值越好的指标。设0₁、0₂、0₃分别为成本型指标、效益型指标、固定型指标的下标集，则0₁∪0₂∪0₃＝{1，2，…，m}，且0s∩0t＝Φ(s≠t，s，t＝1，2，3)。

待评方案的评价值必须满足：

成本型指标I_j，有u_j≤a_ij；

效益型指标I_j，有u_j≥a_ij；

固定型指标I_j，有u_j＝a_j，其中a_j是固定型指标I_j的理想值。

做如下的规范化工作：

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{a_j^{\max }-a_{\mathrm{ij}}}{a_j^{\max }-u_j},i=\mathrm{1,2},...,n+1;j\∈O_1$

$r_{\mathrm{ij}}=\frac{a_{\mathrm{ij}}-a_j^{\max }}{u_j-a_j^{\max }},i=\mathrm{1,2},...,n+1;j\∈O_2$

$r_{\mathrm{ij}}=1-\frac{|a_{\mathrm{ij}}-u_j|}{\underset{i}{\max }|a_{\mathrm{ij}}-u_j|},i=\mathrm{1,2},...,n+1;j\∈O_3$

a^min _j＝min{a_1j，a_2j，…，a_nj}，a^max _j＝max{a_1j，a_2j，…，a_nj}分别表示评价指标I_j的最小值和最大值。记评价矩阵A规范化后的矩阵为R＝[r_ij]n×m.

(4)根据以上隶属函数进行计算评价因素i隶属于评价等级j的隶属度R_ij，生成因素集与评语集之间的模糊关系矩阵R

(5)根据权重和模糊评判矩阵计算得到综合评价向量；根据隶属度最大原则进行模糊综合评价，得出结果。

模糊综合评价计算的确定方法如下：利用B＝A°R模型计算(A为权重向量，°为合成算子)，对B＝(b₁，b₂，…，b_m)向量进行加权平均得总评分。

其公式为

$G=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{J}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i}$

式中G为最终指标得分，比较各种工艺的评价结果，通过专家系统进一步验证，选出最佳可行技术。

Claims (5)

1.基于模糊综合评判法的制革行业技术的评估方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据制革行业生产企业的特点，确定制革行业技术评估包括制革行业技术环境评估指标和技术性能评价；评估形成目标层、准则层和因素层3层的层次结构；其中设立制革行业技术环境评估指标总目标层A，基于总目标层A下设的5个准则层B1指标，准则层B1指标包括生产技术特征指标、资源与能源消耗指标、资源综合利用指标、污染物产生指标和社会经济效益指标；准则层B指标包括26个因素层C1指标；

设立技术性能评价指标总目标层A2，技术性能评价指标总目标层A2下设3个准则层B2，3个准则层B2包括生产技术特征指标、污染物控制指标、社会经济效益指标；准则层B2指标包括26个因素层C2指标；

(2)采用专家系统进行层次分析法确定各指标因素的权重；

(3)采用隶属度函数，在因素论域评价指标基础上，建立评语等级集，确定标准隶属度集；

(4)根据以上隶属函数进行计算评价因素i隶属于评价等级j的隶属度R_ij，生成因素集与评语集之间的模糊关系矩阵R；

(5)根据权重和模糊评判矩阵计算得到综合评价向量，根据隶属度最大原则进行模糊综合评价，得出制革行业技术的评估结果。

2.根据权利要求1所述制革行业技术的评估方法，其特征在于：各指标因素的权重的确定方法如下，通过计算出系统中各评价指标体系各个层次、各个分支的两两判断矩阵；然后各判断矩阵的最大特征根及特征向量，以确定各相邻两层之间的、体现各因素相对重要性的优先级权重，并进行判断矩阵一致性检验。

3.根据权利要求2所述制革行业技术的评估方法，其特征在于：各指标因素的权重的确定步骤如下：

a.专家组对各个因素的重要性按1-9比率标度表进行标度评判，通过专家咨询，分别考查B1层和B2因素，以及C1层和C2层因素的相对重要性，得出A1-B1、A2-B2、B1-C1和B2-C2重要性判断矩阵：B1或B2＝(b_ij)n×n(i，j＝1，2，…n)；b_ij表示因素i比因素j相对上一层次某属性相比较的重要性，n为矩阵的阶数；

b.计算判断矩阵每一行元素的乘积M_i； $M_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{b}_{\mathrm{ij}}$

c.计算M_i的n次方根W_i； $\stackrel{\‾}{W_i}=\sqrt[n]{M_i}$

d.对向量W＝[W1，W2，…，Wn]T正规化：

$\stackrel{\‾}{W_i}=\frac{\stackrel{\‾}{W_i}}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{W_i}}$

W＝[W₁，W₂，…，W_n]T，即为所求的特征向量，特征向量为同层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值；

e.计算判断矩阵的最大特征根λmax

${\mathrm{\λ}}_{\max }=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\left(\mathrm{BW}\right)}_i}{{\mathrm{nW}}_i}$

式中(BW)_i为向量BW的第i个元素；

f.计算判断矩阵一致性检验系数CI；

$\mathrm{CI}=\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{n-1}\right)---(4-6)$

g.计算判断矩阵一致性检验系数CR，判断其一致性

其中RI为平均随机一致性指标；

h.层次总排序的一致性检验

根据公式

计算得：如果CR＜0.10，认为层次总排序结果具有满意的一致性。

4.根据权利要求1所述制革行业技术的评估方法，其特征在于：隶属度函数用来描述某评价因素在评语集某个级别的逼近程度，隶属度函数的确定方法如下：

从所有的制革行业最佳可行技术中选取十种以上的废水处理技术，制作包含处理技术和指标体系的评价表；

对于定性指标，聘请相关领域的专家就处理技术在某些方面的指标进行定性评价，最终获得制革行业最佳可行技术在各个指标下的优先度以及在指标体系下总的优先度；建立评语集对各指标因素进行评判，优先度用5种尺度来衡量，分别为很好、好、中等、差、很差，用数字1-5对5种尺度进行量化后，将量化结果作为得到评判矩阵；

对于定量指标，通过在对制革行业实地调查的基础上，给出待评方案中各指标的评价值，采用半阶梯分布函数作为它们的隶属度。

5.根据权利要求1所述制革行业技术的评估方法，其特征在于：模糊综合评价计算的确定方法如下，在被评价对象的因素论域U与评语等级集V之间进行单因素评价，建立模糊关系矩阵R；

利用B＝A°R模型计算，其中A为权重向量，°为合成算子，对B＝(b₁，b₂，…，b_m)向量进行加权平均得总评分；

$G=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{J}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i}$

式中G为技术水平最终指标得分。

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