CN105825319A - 面向全生命周期的产品可回收度评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，包括步骤：S1：根据产品属性确定产品可回收度评价指标集，并确定评价指标集中各指标的权重系数；S2：基于各可回收度影响因素的权重，结合针对产品各模块的影响因素的评价值，得到产品各模块的可回收度值；S3：将所有模块的可回收度值按照各模块中含有的零件数目加权平均得到产品的综合可回收度。与现有技术相比，本发明所提出的产品可回收度内涵、指标框架、综合评价流程及其计算模型，不同于以往其他定性评价方法，能够定量评估产品可回收性，且评估结果清晰准确。

Description

面向全生命周期的产品可回收度评价方法

技术领域

本发明涉及产品回收评估领域，尤其是涉及一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法。

背景技术

在全球号召节能减排、保护生态环境的背景下，各企业开始重新反思自身的产品设计。传统设计方法主要依据用户提出的性能、质量、成本等要求来设计产品，很少考虑节约资源以及对生态的影响，例如，大量报废淘汰的产品只能做最低级的回收，而具有一定使用价值的零件、材料不能得到有效的再利用，这不仅会造成资源的极大浪费，同时又会影响人类的生活质量和生态环境，影响经济发展的持续性。因此，在设计阶段就应该充分考虑产品的回收性能，即实施回收设计。为了支持面向回收的设计，需要一个能够在设计阶段对产品的回收性能进行评价的工具，为分析产品回收性要求和改进产品设计的各项指标提供依据，加强产品可回收性管理，提升产品效能。

发明人对可回收度定义如下：在一定经济、环境和社会条件下，对产品进行回收的难易程度(概率)。可回收度作为产品可回收性的定量评价指标，这一概念的提出，旨在提高设计人员在早期阶段对于产品可回收性设计的重视，虽然符合现代社会的理念，但却鲜有对此方面的研究。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，包括步骤：

S1：根据产品属性确定产品可回收度评价指标集，并确定评价指标集中各指标的权重系数；

S2：基于各可回收度影响因素的权重，结合针对产品各模块的影响因素的评价值，得到产品各模块的可回收度值；

S3：将所有模块的可回收度值按照各模块中含有的零件数目加权平均得到产品的综合可回收度。

所述评价指标集具体为：

第一层：经济效益，环境影响，技术处理难度；

第二层：

经济效益类为：回收成本，回收效益；

环境影响类包括：噪声，固体废弃物，大气污染物，水体污染物；

技术处理难度类为：联接方式，实体可达性，可视性，模块化，标准化，安全性，材料种类，材料属性，使用工况，使用寿命。

所述步骤S1中各指标的权重系数确定过程具体包括：

S11：根据第一层影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q1，并基于该优先关系矩阵获得经济效益，环境影响，技术处理难度占可回收度值的归一化权重；

S12：根据第二层中环境影响类影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q2，并基于该优先关系矩阵获得环境影响类各影响因素占环境影响的归一化权重；

S13：根据第二层中技术处理难度类影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q3，并基于该优先关系矩阵获得技术处理难度类各影响因素占技术处理难度的归一化权重。

优先关系矩阵建立过程具体包括步骤：

1)将所有影响因素排序，并构建一个n阶矩阵，其中，n为该优先关系矩阵所涉及影响因素的总个数；

2)对所构建的矩阵中的元素进行赋值得到优先关系矩阵，具体为：

$q_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1& I_i>I_j\\ 0.5& I_i=I_j\\ 0& I_i<I_j\end{array}\right.$

其中：q_i,j为优先关系矩阵第i行第j列的元素，I_i为第i行对应影响因素的重要程度，I_j为第j行对应影响因素的重要程度。

根据优先关系矩阵获得归一化权重的过程具体包括步骤:

A)变换优先关系矩阵中的优先关系值为模糊关系值，进而分别得到与优先关系矩阵对应的且与其同阶的模糊关系矩阵，具体变换式如下：

$r_{ij}=\frac{q_i-q_j}{2n}+0.5$

其中：r_i,j为q_i,j变换后的模糊关系值，q_i为对应优先关系矩阵中第i行各元素之和，q_j为对应优先关系矩阵中第j行各元素之和；

B)将模糊关系矩阵按行求积，得到各模糊关系矩阵所涉及各影响因素的原始权重：

$g_i={R_i}^{\frac{1}{n}}$

其中：g_i为模糊关系矩阵涉及的第i个影响因素的原始权重，R_i为对应模糊关系矩阵中第i行元素之积；

C)根据得到的原始权重，建立与模糊关系矩阵对应的原始权向量N：

N＝(g₁,g₂,...g_n)^T

D)归一化各原始权向量，并计算得到各影响因素的归一化权重。

所述步骤S3中可回收度值的评估具体包括步骤：

S21：根据对应模块的回收成本和回收效益确定经济效益的评价值：

$E_1=\frac{C_1}{B_1}$

其中；E₁为经济效益的评价值，C₁为回收成本，B₁为回收效益；

S22：载入对应模块环境影响类中各影响因素的理想值和实测值，并基于载入理想值和实测值，及环境影响类各影响因素占环境影响的归一化权重得到环境影响的评价值：

$E_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{(1-\frac{X_i}{X_i^{*}})}^2}{\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{(1-\frac{X_i}{X_i^{*}})}^2+\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{\left(\frac{X_i}{X_i^{*}}\right)}^2}$

其中：E₂为环境影响的评价值，为环境影响中第i个影响因素占环境影响的归一化权重，X_i为环境影响中第i个影响因素的实测值，为环境影响中第i个影响因素的理想值，n₂为环境影响中包含的影响因素的总个数；

S23：按照技术处理难度类各影响因素占技术处理难度的归一化权重设定各项影响因素的总分，并载入对应模块各影响因素的得分，并载入的得分得到技术处理难度的评价值：

$E_3=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_3}{\&Sigma;}}{Y}_i}{\underset{i=1}{\overset{n_3}{\&Sigma;}}{Y}_i^{*}}$

其中：E₃为技术处理难度的评价值，Y_i为技术处理难度中第i个影响因素的得分，Y_i ^*为技术处理难度中第i个影响因素的总分，n₃为技术处理难度包含的影响因素的总个数；

S24：根据获得的经济效益、环境影响和技术处理难度的评价值得到对应模块的可回收度值：

$C={\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{ec}{E}_1+{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{en}{E}_2+{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{te}{E}_3$

其中：C为对应模块的可回收度值，为经济效益占可回收度值的归一化权重，为环境影响占可回收度值的归一化权重，为技术处理难度占可回收度值的归一化权重。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)所提出的产品可回收度内涵、指标框架、综合评价流程及其计算模型，不同于以往其他定性评价方法，能够定量评估产品可回收性，且评估结果清晰准确。

2)综合运用多种评价方法进行评估，并且规范了整个评价过程，具有推广意义。

附图说明

图1为本发明方法的主要步骤流程示意图；

图2为产品可回收度评价体系框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，如图1所示，包括步骤：

S1：根据产品属性确定产品可回收度评价指标集，并确定评价指标集中各指标的权重系数；

如图2所示，评价指标集可以为双层，其中

第一层：经济效益，环境影响，技术处理难度；

第二层包括各第一层指标中所包含的子指标；

具体的，

经济效益类为：回收成本，回收效益；

环境影响类包括：噪声，固体废弃物，大气污染物，水体污染物；

技术处理难度类为：联接方式，实体可达性，可视性，模块化，标准化，安全性，材料种类，材料属性，使用工况，使用寿命。

步骤S1中各指标的权重系数确定过程具体包括：

S11：根据第一层影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q1，并基于该优先关系矩阵获得经济效益，环境影响，技术处理难度占可回收度值的归一化权重；

S12：根据第二层中环境影响类影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q2，并基于该优先关系矩阵获得环境影响类各影响因素占环境影响的归一化权重；

S13：根据第二层中技术处理难度类影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q3，并基于该优先关系矩阵获得技术处理难度类各影响因素占技术处理难度的归一化权重。

其中，优先关系矩阵建立过程具体包括步骤：

1)将所有影响因素排序，并构建一个n阶矩阵，其中，n为该优先关系矩阵所涉及影响因素的总个数；

2)对所构建的矩阵中的元素进行赋值得到优先关系矩阵，具体为：

$q_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1& I_i>I_j\\ 0.5& I_i=I_j\\ 0& I_i<I_j\end{array}\right.$

其中：q_i,j为优先关系矩阵第i行第j列的元素，I_i为第i行对应影响因素的重要程度，I_j为第j行对应影响因素的重要程度。

根据优先关系矩阵获得归一化权重的过程具体包括步骤:

A)变换优先关系矩阵中的优先关系值为模糊关系值，进而分别得到与优先关系矩阵对应的且与其同阶的模糊关系矩阵，具体变换式如下：

$r_{ij}=\frac{q_i-q_j}{2n}+0.5$

其中：r_i,j为q_i,j变换后的模糊关系值，q_i为对应优先关系矩阵中第i行各元素之和，q_j为对应优先关系矩阵中第j行各元素之和；

B)将模糊关系矩阵按行求积，得到各模糊关系矩阵所涉及各影响因素的原始权重： $g_i={R_i}^{\frac{1}{n}}$

其中：g_i为模糊关系矩阵涉及的第i个影响因素的原始权重，R_i为对应模糊关系矩阵中第i行元素之积；

C)根据得到的原始权重，建立与模糊关系矩阵对应的原始权向量N：

N＝(g₁,g₂,...g_n)^T

D)归一化各原始权向量，并计算得到各影响因素的归一化权重。

S2：基于各可回收度影响因素的权重，结合针对产品各模块的影响因素的评价值，得到产品各模块的可回收度值，其中可回收度值的评估具体包括步骤：

S21：根据对应模块的回收成本和回收效益确定经济效益的评价值：

$E_1=\frac{C_1}{B_1}$

其中；E₁为经济效益的评价值，C₁为回收成本，B₁为回收效益；

S22：载入对应模块环境影响类中各影响因素的理想值和实测值，并基于载入理想值和实测值，及环境影响类各影响因素占环境影响的归一化权重得到环境影响的评价值：

$E_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{(1-\frac{X_i}{X_i^{*}})}^2}{\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{(1-\frac{X_i}{X_i^{*}})}^2+\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{\left(\frac{X_i}{X_i^{*}}\right)}^2}$

其中：E₂为环境影响的评价值，为环境影响中第i个影响因素占环境影响的归一化权重，X_i为环境影响中第i个影响因素的实测值，为环境影响中第i个影响因素的理想值，n₂为环境影响中包含的影响因素的总个数；

S23：按照技术处理难度类各影响因素占技术处理难度的归一化权重设定各项影响因素的总分，并载入对应模块各影响因素的得分，并载入的得分得到技术处理难度的评价值：

$E_3=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_3}{\&Sigma;}}{Y}_i}{\underset{i=1}{\overset{n_3}{\&Sigma;}}{Y}_i^{*}}$

其中：E₃为技术处理难度的评价值，Y_i为技术处理难度中第i个影响因素的得分，Y_i ^*为技术处理难度中第i个影响因素的总分，n₃为技术处理难度包含的影响因素的总个数；

S24：根据获得的经济效益、环境影响和技术处理难度的评价值得到对应模块的可回收度值：

$C={\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{ec}{E}_1+{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{en}{E}_2+{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{te}{E}_3$

其中：C为对应模块下的可回收度值，为经济效益占可回收度值的归一化权重，为环境影响占可回收度值的归一化权重，为技术处理难度占可回收度值的归一化权重。

需要注意的是，以上叙述中的模块主要为根据实际情况对产品进行划分，例如一辆汽车，可以分成多个模块进行回收，各模块的回收方式可能是不同的，可回收的程度也可能是不同的，以某型装载机产品系统变速箱为例，变速箱有很多模块可以分开被回收，涉及的回收方式包括重用、再制造、材料回收、废弃物处理。以其中一个应用再制造的模块为例，其所含的污染物如表1所示，

表1

因此，其环境影响类的影响因素为：总尘、苯、甲苯、二甲苯和噪声，分别建立几个优先关系矩阵：

$Q1=\left[\begin{array}{ccc}0.5& 1& 1\\ 0& 0.5& 0\\ 0& 1& 0.5\end{array}\right]$

$Q2=\left[\begin{array}{ccccc}0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\\ 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\\ 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\\ 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\\ 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\end{array}\right]$

$Q3=\left[\begin{array}{cccccccccc}0.5& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0.5& 0.5& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 0.5& 0.5& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 0.5& 0.5& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 0.5& 0.5& 0& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0.5& 0& 0& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0.5& 0.5& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0.5& 0.5& 0& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0.5& 0.5\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0.5& 0.5\end{array}\right]$

经过计算可得各项指标权重值如表2所示，

表2

经济效益的相关参数如表3所示

表3

因此根据本申请方法，人力成本＝耗时*单位工人单位工时薪资，单位工人单位工时薪资＝￥20/人/工时；

因需要6各工人同时工作，故，人力成本＝6*20*(6+0.5+0.5+5+10)＝￥2640；

(2)耗材成本＝工具消耗+清洗用水费用+取用新零件+其他费用；

因此，耗材成本＝540+800+2865.47+1050＝￥5255.47；

(3)二手变速箱回收成本＝￥5100；

(4)再制造箱成本＝人力成本+耗材成本+二手变速箱回收成本；

因此，再制造箱成本＝2640+5255.47+5100＝￥12995.47；

(5)再制造箱市场价值＝￥17000；

因此：

环境影响类影响因素的实测值和理想值如表4所示

表4

按照本申请方法得到：

E₂＝0.829

对于步骤S23，建立技术处理难度评价指标的评价规范，分析影响因素，拟定评价细则如表5所示

表5

根据不同的回收项目，考察指标各有不同，参考评价细则，专家对再制造过程技术性评价，具体如表6所示

表6

因此：

$E_3=\frac{48+60+60+70+80+106+100+100+72+48}{48+67+67+90+90+106+122+122+144+144}=0.744$

(6)计算可回收度：

C₁＝0.454×0.765+0.211×0.829+0.335×0.744＝0.771

S3：将所有模块的可回收度值按照各模块中含有的零件数目加权平均得到产品的综合可回收度

因此综合可回收度为M＝R₁×C₁+R₂×C₂+R₃×C₃+R₄×C₄＝0.784

S4：根据产品的综合可回收度评价筛选出达标的产品设计，具体为选择综合可回收度大于0.75的产品作为量产型号。

Claims (6)

1.一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，其特征在于，包括步骤：

S1：根据产品属性确定产品可回收度评价指标集，并确定评价指标集中各指标的权重系数；

S2：基于各可回收度影响因素的权重，结合针对产品各模块的影响因素的评价值，得到产品各模块的可回收度值；

S3：将所有模块的可回收度值按照各模块中含有的零件数目加权平均得到产品的综合可回收度。

2.根据权利要求1所述的一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，其特征在于，所述评价指标集具体为：

第一层：经济效益，环境影响，技术处理难度；

第二层：

经济效益类为：回收成本，回收效益；

环境影响类包括：噪声，固体废弃物，大气污染物，水体污染物；

技术处理难度类为：联接方式，实体可达性，可视性，模块化，标准化，安全性，材料种类，材料属性，使用工况，使用寿命。

3.根据权利要求1所述的一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，其特征在于，所述步骤S1中各指标的权重系数确定过程具体包括：

S11：根据第一层影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q1，并基于该优先关系矩阵获得经济效益，环境影响，技术处理难度占可回收度值的归一化权重；

S12：根据第二层中环境影响类影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q2，并基于该优先关系矩阵获得环境影响类各影响因素占环境影响的归一化权重；

S13：根据第二层中技术处理难度类影响因素之间相对重要关系建立优先关系矩阵Q3，并基于该优先关系矩阵获得技术处理难度类各影响因素占技术处理难度的归一化权重。

4.根据权利要求3所述的一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，其特征在于，优先关系矩阵建立过程具体包括步骤：

1)将所有影响因素排序，并构建一个n阶矩阵，其中，n为该优先关系矩阵所涉及影响因素的总个数；

2)对所构建的矩阵中的元素进行赋值得到优先关系矩阵，具体为：

$q_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1& I_i>I_j\\ 0.5& I_i=I_j\\ 0& I_i<I_j\end{array}\right.$

其中：q_i,j为优先关系矩阵第i行第j列的元素，I_i为第i行对应影响因素的重要程度，I_j为第j行对应影响因素的重要程度。

5.根据权利要求4所述的一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，其特征在于，根据优先关系矩阵获得归一化权重的过程具体包括步骤:

A)变换优先关系矩阵中的优先关系值为模糊关系值，进而分别得到与优先关系矩阵对应的且与其同阶的模糊关系矩阵，具体变换式如下：

$r_{ij}=\frac{q_i-q_j}{2n}+0.5$

其中：r_i,j为q_i,j变换后的模糊关系值，q_i为对应优先关系矩阵中第i行各元素之和，q_j为对应优先关系矩阵中第j行各元素之和；

B)将模糊关系矩阵按行求积，得到各模糊关系矩阵所涉及各影响因素的原始权重：

$g_i={R_i}^{\frac{1}{n}}$

其中：g_i为模糊关系矩阵涉及的第i个影响因素的原始权重，R_i为对应模糊关系矩阵中第i行元素之积；

C)根据得到的原始权重，建立与模糊关系矩阵对应的原始权向量N：

N＝(g₁,g₂,…g_n)^T

D)归一化各原始权向量，并计算得到各影响因素的归一化权重。

6.根据权利要求3所述的一种面向全生命周期的产品可回收度评价方法，其特征在于，所述步骤S3中可回收度值的评估具体包括步骤：

S21：根据对应模块的回收成本和回收效益确定经济效益的评价值：

$E_1=\frac{C_1}{B_1}$

其中；E₁为经济效益的评价值，C₁为回收成本，B₁为回收效益；

S22：载入对应模块环境影响类中各影响因素的理想值和实测值，并基于载入理想值和实测值，及环境影响类各影响因素占环境影响的归一化权重得到环境影响的评价值：

$E_2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{(1-\frac{X_i}{X_i^{*}})}^2}{\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{(1-\frac{X_i}{X_i^{*}})}^2+\underset{i=1}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_i{\left(\frac{X_i}{X_i^{*}}\right)}^2}$

其中：E₂为环境影响的评价值，为环境影响中第i个影响因素占环境影响的归一化权重，X_i为环境影响中第i个影响因素的实测值，为环境影响中第i个影响因素的理想值，n₂为环境影响中包含的影响因素的总个数；

S23：按照技术处理难度类各影响因素占技术处理难度的归一化权重设定各项影响因素的总分，并载入对应模块各影响因素的得分，并载入的得分得到技术处理难度的评价值：

$E_3=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_3}{\&Sigma;}}{Y}_i}{\underset{i=1}{\overset{n_3}{\&Sigma;}}{Y}_i^{*}}$

其中：E₃为技术处理难度的评价值，Y_i为技术处理难度中第i个影响因素的得分，为技术处理难度中第i个影响因素的总分，n₃为技术处理难度包含的影响因素的总个数；

S24：根据获得的经济效益、环境影响和技术处理难度的评价值得到对应模块的可回收度值：

$C={\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{ec}{E}_1+{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{en}{E}_2+{\stackrel{\&OverBar;}{g}}_{te}{E}_3$

其中：C为对应模块下的可回收度值，为经济效益占可回收度值的归一化权重，为环境影响占可回收度值的归一化权重，为技术处理难度占可回收度值的归一化权重。