CN112766790A - 一种基于ahp-熵的钢铁企业绿色度评判方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及企业绿色度评判技术领域，具体涉及一种基于AHP‑熵的钢铁企业绿色度评判方法，包括：根据AHP原理构建包括目标层‑准则层‑指标层的钢铁企业绿色度评判指标体系、原始指标数据标准化、通过AHP法计算各指标主观权重、熵值法计算客观权重、计算组合权重和绿色度综合评判；本发明引入“绿色度”概念，建立了一套简便、科学、可量化的钢铁企业绿色度评判方法，基于绿色度总目标，根据钢铁企业特点，以物料消耗、能源消耗、污染物排放、回收利用四个维度为准则，提出了二十五个具有代表性的指标，为考察不同指标对上一层目标的重要新大小，为克服了单一方法的不足，使评判结果可以更好地与实际相吻合，更科学、合理。
Description
技术领域
本发明涉及企业绿色度评判技术领域，具体涉及一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法。
背景技术
钢铁行业是一种多投入、多产出的资本密集型产业，大量的资源和能源会在其生产过程中被耗用，并随之产生一些污染物、废弃物等。随着绿色观念的不断加深，面对其高能耗和高污染问题，政府和企业开始从多个层面重新审视钢铁企业的生产和管理实践，促使钢铁企业转变为低耗能、低污染的绿色企业，实现环境和经济效益的良好统一，提高在国际舞台上的竞争力。因此，钢铁企业的绿色度成为衡量钢铁企业绿色竞争力的一项重要指标。
目前我国尚未形成一套针对钢铁企业的统一绿色度评价系统，大多为经济绩效、技术创新绩效、环境绩效评价，论文“基于多层次结构模型钢铁企业绿色性量化评价体系研究”虽然从钢铁生产过程特性分析建立了由物料消耗、能源消耗、设备技术、产品质量、回收利用和污染物排放六大部分组成的钢铁企业绿色性评价指标体系，但并没有对不同指标对绿色度的影响大小做进一步分析，而且缺少精确的绿色度评判标准。因此，为推动钢铁企业绿色化发展，迫切需要构建一套适合钢铁企业的绿色化评价系统，找到一种精确量化绿色度评判标准，对钢铁企业绿色度进行定量、精确评判的方法。
层次分析法(Analytic hierarchy process,AHP)是由美国著名运筹学家SAATY教授与20世纪70年代中期提出的定性、定量相结合、系统化、层次化的分析方法，但其过分依赖主观判断标准，具有明显不足。
熵值法(The Entropy Method)是1948年申农把信息熵概念引入信息论中，作为随机事件不确定的量度，用来判断指标的离散程度，离散程度越大，该指标对总目标的影响程度越大。该方法严格依赖于指标的原始数据，切断了权重系数的主观来源，使系数具有绝对的客观性，但由于对原始数据的过于依赖和方法本身的局限，有时反而出现“重要指标权重系数小而不重要指标权重系数大”的不合理现象。
组合评价是对不同评价结果再次进行综合(组合)，得到一个最终评价结果，作为管理和决策的依据。根据这一思路一般采用公式ω＝∑a1ω1+a2ω2计算组合权重。ω1、ω2分别为不同方法下的权重值；a1、a2分别为两类方法下的权重在组合权重中所占的比例。通过组合优化使主、客观方法优势互补，在一定程度上既反映决策者的主观信息，也充分利用客观原始数据，使结果更为可靠。但两种方法下的比例系数a1、a2难以确定。
综上所述，钢铁企业绿色度是钢铁企业绿色竞争力的重要体现，物料消耗、能源消耗、污染物排放、资源/能量回收利用是影响钢铁企业绿色竞争力的重要方面，因此，以其为准则层构建钢铁企业绿色度评判指标体系。在评价方法上，单一的评价方法使评判结果可靠度降低。目前我国尚未形成统一的钢铁企业绿色度评判系统，缺少利用AHP-熵组合优化对钢铁企业绿色度进行评判的方法，也并没有形成不同钢铁企业间进行精确比较的绿色度评判标准。
基于此，本发明设计了一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术中提出的问题，提供了一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，包括以下步骤：
步骤一、根据AHP原理构建包括目标层-准则层-指标层的钢铁企业绿色度评判指标体系，所述目标层为绿色度，所述准则层分为物料消耗、能源消耗、污染物排放和回收利用，所述指标层分为二次能源发电利用率、生产水重复利用率、高炉渣利用率、转炉渣利用率、含铁尘泥利用率、其他固废利用率、高炉煤气利用率、焦炉煤气利用率、吨钢转炉煤气回收热量、废钢系数、吨铁燃料量、吨铁焦炭量、吨钢铁矿石量、吨钢水消耗、烧结工序工序能耗、炼焦工序工序能耗、球团工序能耗、炼铁工序能耗、炼钢工序能耗、吨钢废水排放量、吨钢氨氮排放量、COD排放量、SO2排放量、CO2排放量和NOX排放量，所述指标层中前十个为正向指标，后十五个为负向指标；
步骤二、原始指标数据标准化，对钢铁企业进行现场调研和资料收集，收集上述二十五个指标的原始数据进行标准化处理；
步骤三、通过AHP法计算各指标主观权重；
步骤四、熵值法计算客观权重；
步骤五、计算组合权重，在通过AHP法计算各指标主观权重和熵值法计算客观权重基础上，引入拉格朗日函数，构建优化决策模型，得到更理想的权重分配；
步骤六、绿色度综合评判。
进一步地，所述步骤二中原始指标数据中的正向指标通过公式一进行标准化处理，所述步骤二中原始指标数据中的负向指标通过公式二进行标准化处理，所述公式一为：
所述公式二为：
其中，以Xij表示第i个评判对象第j个指标X的原始数值，Xij *表示第i个评判对象第j个指标X标准化后的指标数值，X0表示指标X的最优值。
进一步地，所述步骤三中通过AHP法计算各指标主观权重主要包括以下步骤：
S1：构造判断矩阵，bij为判断矩阵中的要素，表示指标Xi与指标Xj相对于上一层目标的重要性比例标度，采用“1-9”标度法，构造矩阵如下：
其中，bji＝1/bij，bji＝1；
S2：采用和法得出判断矩阵的最大特征根和特征向量，计算指标主观权重，将判断矩阵的每一列元素作归一化处理，其元素的一般项为：
将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为：
对向量W＝(W1，W2……Wn)T归一化处理为：
计算判断矩阵最大特征根λmax：
计算每个层次的指标权重：
S3：一致性检验，引入一致性比率CR对所构造判断矩阵进行鉴定：
当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正，其中，RI为平均一致性指标，与指标数n有关，可查表获得，CI为一致性指标，与判断矩阵的最大特征根λmax和指标数n有关：
进一步地，所述步骤四中熵值法计算客观权重主要包括以下步骤：
步骤a：构建基于指标标准化数据为要素的矩阵X*＝(xij *)m×n，Xij *由公式一和公式二获得；
步骤b：确定各影响因子熵权：
其中，
当rij＝0,pij＝0时，公式无意义，因此，需要将pij修正处理：
步骤c：确定指标客观权重w：
其中wj∈[0,1]，且
进一步地，所述步骤五中计算组合权重方法为：以W为组合权重，w主为步骤三中计算的主观权重，w客为步骤四中计算的客观权重，则W与w主、w客的关系式为：
W＝αw主+βw客；
其中α、β满足方程组：
进一步地，所述步骤六中绿色度综合评判方法包括建立绿色度评判标准和计算绿色度综合评判值，所述绿色度评判标准分为国际绿色化领先水平、国内绿色化先进水平、国内绿色化一般水平、不合格四个等级，其中，国际绿色化领先水平的绿色度评判值设为1，国内绿色化先进水平的绿色度评判值由公式
获得，国内绿色化一般水平的绿色度评判值由公式
获得，式中，X0j代表第j个指标的国际绿色化领先水平标准值，x1j、x2j分别代表第j个指标的国内绿色化先进和一般标准值，m代表指标体系中负向指标的个数；所述绿色度综合评判值计算方法为结合指标层中二十五个指标的组合权重集L＝(ω1,ω2,...ω25)，通过公式
对绿色度综合评判值进行计算。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、引入“绿色度”概念，建立了一套简便、科学、可量化的钢铁企业绿色度评判方法，填补了目前我国尚未形成系统的钢铁企业绿色度评判体系的空白。
2、基于绿色度总目标，根据钢铁企业特点，以物料消耗、能源消耗、污染物排放、回收利用四个维度为准则，提出了二十五个具有代表性的指标，为考察不同指标对上一层目标的重要新大小，为克服了单一方法的不足，使用主、客观两种方法，即依赖专家实践经验知识又依据指标数据信息，使评判结果可以更好地与实际相吻合，更科学、合理。
3、本发明构建了绿色度评判标准，可用于定量化钢铁企业的绿色度，以及多个钢铁企业之间做绿色化竞争力的精确比较。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程示意图；
图2为本发明钢铁企业绿色度评判指标体系。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本实施例提供一种技术方案：一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，包括以下步骤：
本发明选取4个钢铁企业，A、B、C、D(分别位于华东、华中、华北、华南)四个钢铁企业为实验对象。
步骤一、根据AHP原理构建包括目标层-准则层-指标层的钢铁企业绿色度评判指标体系，目标层为绿色度，准则层分为物料消耗、能源消耗、污染物排放和回收利用，指标层分为二次能源发电利用率、生产水重复利用率、高炉渣利用率、转炉渣利用率、含铁尘泥利用率、其他固废利用率、高炉煤气利用率、焦炉煤气利用率、吨钢转炉煤气回收热量、废钢系数、吨铁燃料量、吨铁焦炭量、吨钢铁矿石量、吨钢水消耗、烧结工序工序能耗、炼焦工序工序能耗、球团工序能耗、炼铁工序能耗、炼钢工序能耗、吨钢废水排放量、吨钢氨氮排放量、COD排放量、SO2排放量、CO2排放量和NOX排放量，指标层中前十个为正向指标，后十五个为负向指标；
步骤二、原始指标数据标准化，在对A、B、C、D四个企业进行资料收集和现场调研，收集上述二十五个指标的原始数据Xj，通过标准化处理得到Xj*。正向指标通过公式一进行标准化处理，负向指标通过公式二进行标准化处理，公式一为：
公式二为：
其中，以Xij表示第i个评判对象第j个指标X的原始数值，Xij *表示第i个评判对象第j个指标X标准化后的指标数值，X0表示指标X的最优值。
四个企业二十五个指标标准化处理结果如表1所示：
表1
一方面所有指标统一为正向指标，另一方面消除了量纲并且阈值范围统一在[0，1]之间。
步骤三、通过AHP法计算各指标主观权重，主要包括以下步骤：
S1：构造判断矩阵，为了尽量得到准确客观结果，本发明采用问卷调查方式获取100位专家互不干扰下对指标间重要性采用“1-9”标度进行两两比较，最后对结果平均化处理后，构建比较判断矩阵B，bij为判断矩阵中的要素，表示指标Xi与指标Xj相对于上一层目标的重要性比例标度，构造矩阵如下：
其中，bji＝1/bij，bji＝1；“1-9”标度含义如表2所示：
| 标度 | 含义 |
| 1 | 两个指标相比，同样重要 |
| 3 | 两个指标相比，前者比后者稍微重要 |
| 5 | 两个指标相比，前者比后者明显重要 |
| 7 | 两个指标相比，前者比后者非常重要 |
| 9 | 两个指标相比，前者比后者极其重要 |
| 2，4，6，8 | 上述判断的中间值 |
表2
S2：采用和法得出判断矩阵的最大特征根和特征向量，计算指标主观权重，将判断矩阵的每一列元素作归一化处理，其元素的一般项为：
将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为：
对向量W＝(W1，W2……Wn)T归一化处理为：
计算判断矩阵最大特征根λmax：
计算每个层次的指标权重：
S3：一致性检验，引入一致性比率CR对所构造判断矩阵进行鉴定：
当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正，其中，RI为平均一致性指标，与指标数n有关，可查表获得，CI为一致性指标，与判断矩阵的最大特征根λmax和指标数n有关：
经过上述步骤，获得钢铁企业绿色度评价指标的主观权重，如表3所示，一致性比率分别为0.0947、0.0893、0.0805、0.0839均小于0.1，25个指标的主观权重通过一致性检验。
表3
步骤四、熵值法计算客观权重；主要包括以下步骤：
步骤a：构建基于指标标准化数据为要素的矩阵X*＝(xij *)m×n，Xij *由公式一和公式二获得；
步骤b：确定各影响因子熵权：
其中，
当rij＝0,pij＝0时，公式无意义，因此，需要将pij修正处理：
步骤c：确定指标客观权重w：
其中wj∈[0,1]，且
可最终确定指标的客观权重，如表4所示：
表4
步骤五、计算组合权重，在通过AHP法计算各指标主观权重和熵值法计算客观权重基础上，引入拉格朗日函数，构建优化决策模型，得到更理想的权重分配，以W为组合权重，w主为步骤三中计算的主观权重，w客为步骤四中计算的客观权重，则W与w主、w客的关系式为：
W＝αw主+βw客；
其中α、β满足方程组：
方程联立，获得α＝0.52，β＝0.48，组合权重的结果如表5所示：
表5
步骤六、绿色度综合评判。参考《钢铁行业清洁生产评判指标体系》本发明拟定代表国际绿色化领先水平的绿色度评判值为1，国内绿色化先进水平的绿色度评判值由公式
获得，国内绿色化一般水平的绿色度评判值由公式
获得，式中，X0j代表第j个指标的国际绿色化领先水平标准值，x1j、x2j分别代表第j个指标的国内绿色化先进和一般标准值，m代表指标体系中负向指标的个数。获得评判标准如表6所示：
| 等级 | 评判标准 | 释义 |
| I | GD＝1 | 国际领先水平 |
| II | 0.8311≤GD＜1 | 国内先连水平 |
| III | 0.7145≤GD＜0.8311 | 国内基本水平 |
| IV | GD＜0.7145 | 不合格 |
表6
结合指标层中二十五个指标的组合权重集L＝(ω1，ω2，...ω25)，通过公式
对绿色度综合评判值进行计算。获得钢铁企业A的绿色度为0.8454，属于国内先进水平；B企业绿色度为0.8305，达到国内基本水平；C企业绿色度为0.8258，达到国内基本水平；D企业绿色度为0.7122，绿色度不合格。
因此，通过以上步骤可轻易比较出四个钢铁企业的绿色度水平为：A＞B＞C＞D，即使两个企业间绿色度存在细微差别，通过我们提出了绿色度评判值计算公式也可精确比较其优劣，且运算过程简单、快捷。
以A企业为例，若只采用AHP主观法，重复上述步骤一、步骤二和步骤五，获得A企业绿色度为0.8639，提高了4.42％，依然属于国内先进水平。通过计算物料消耗、能源消耗、污染物排放、回收利用分项绿色度发现，其中，回收利用分项绿色度显著提高，约占到企业整体绿色度的60％，其他三项的绿色度比起AHP-熵综合法约降低了47.86％、37.44％、12.24％，说明，只采用依靠专家经验的AHP法会过分夸大“回收利用”对绿色度的影响，而严重削弱物料消耗、能源消耗对企业整体绿色度水平的影响。
以A企业为例，只采用熵值法，重复上述步骤一、步骤三和步骤五，获得A企业绿色度为0.8254，降低了2.37％，依然属于国内基本水平。通过计算物料消耗、能源消耗、污染物排放、回收利用分项绿色度发现，其中，前三项的绿色度比起AHP-熵综合法约提高了约51.87％、40.52％、13.25％，而回收利用分绿色度则降低了约28.34％，对企业整体绿色度的影响度只占到约1/3，说明，只依靠指标的原始数据会夸大“物料消耗”和“能源消耗”对整体绿色度水平的影响，而严重削弱了回收利用的作用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据AHP原理构建包括目标层-准则层-指标层的钢铁企业绿色度评判指标体系，所述目标层为绿色度，所述准则层分为物料消耗、能源消耗、污染物排放和回收利用，所述指标层分为二次能源发电利用率、生产水重复利用率、高炉渣利用率、转炉渣利用率、含铁尘泥利用率、其他固废利用率、高炉煤气利用率、焦炉煤气利用率、吨钢转炉煤气回收热量、废钢系数、吨铁燃料量、吨铁焦炭量、吨钢铁矿石量、吨钢水消耗、烧结工序工序能耗、炼焦工序工序能耗、球团工序能耗、炼铁工序能耗、炼钢工序能耗、吨钢废水排放量、吨钢氨氮排放量、COD排放量、SO2排放量、CO2排放量和NOX排放量，所述指标层中前十个为正向指标，后十五个为负向指标；
步骤二、原始指标数据标准化，对钢铁企业进行现场调研和资料收集，收集上述二十五个指标的原始数据进行标准化处理；
步骤三、通过AHP法计算各指标主观权重；
步骤四、熵值法计算客观权重；
步骤五、计算组合权重，在通过AHP法计算各指标主观权重和熵值法计算客观权重基础上，引入拉格朗日函数，构建优化决策模型，得到更理想的权重分配；
步骤六、绿色度综合评判。
2.根据权利要求1所述的一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，其特征在于，所述步骤二中原始指标数据中的正向指标通过公式一进行标准化处理，所述步骤二中原始指标数据中的负向指标通过公式二进行标准化处理，所述公式一为：
所述公式二为：
其中，以Xij表示第i个评判对象第j个指标X的原始数值，Xij *表示第i个评判对象第j个指标X标准化后的指标数值，X0表示指标X的最优值。
3.根据权利要求2所述的一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，其特征在于，所述步骤三中通过AHP法计算各指标主观权重主要包括以下步骤：
S1：构造判断矩阵，bij为判断矩阵中的要素，表示指标Xi与指标Xj相对于上一层目标的重要性比例标度，采用“1-9”标度法，构造矩阵如下：
其中，bji＝1/bij，bji＝1；
S2：采用和法得出判断矩阵的最大特征根和特征向量，计算指标主观权重，将判断矩阵的每一列元素作归一化处理，其元素的一般项为：
将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为：
对向量W＝(W1，W2……Wn)T归一化处理为：
计算判断矩阵最大特征根λmax：
计算每个层次的指标权重：
S3：一致性检验，引入一致性比率CR对所构造判断矩阵进行鉴定：
当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正，其中，RI为平均一致性指标，与指标数n有关，可查表获得，CI为一致性指标，与判断矩阵的最大特征根λmax和指标数n有关：
4.根据权利要求3所述的一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，其特征在于，所述步骤四中熵值法计算客观权重主要包括以下步骤：
步骤a：构建基于指标标准化数据为要素的矩阵X*＝(xij *)m×n，Xij *由公式一和公式二获得；
步骤b：确定各影响因子熵权：
其中，
当rij＝0,pij＝0时，公式无意义，因此，需要将pij修正处理：
步骤c：确定指标客观权重w：
其中wj∈[0,1]，且
5.根据权利要求4所述的一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，其特征在于，所述步骤五中计算组合权重方法为：以W为组合权重，w主为步骤三中计算的主观权重，w客为步骤四中计算的客观权重，则W与w主、w客的关系式为：
W＝αw主+βw客；
其中α、β满足方程组：
6.根据权利要求5所述的一种基于AHP-熵的钢铁企业绿色度评判方法，其特征在于，所述步骤六中绿色度综合评判方法包括建立绿色度评判标准和计算绿色度综合评判值，所述绿色度评判标准分为国际绿色化领先水平、国内绿色化先进水平、国内绿色化一般水平、不合格四个等级，其中，国际绿色化领先水平的绿色度评判值设为1，国内绿色化先进水平的绿色度评判值由公式
获得，国内绿色化一般水平的绿色度评判值由公式
获得，式中，X0j代表第j个指标的国际绿色化领先水平标准值，x1j、x2j分别代表第j个指标的国内绿色化先进和一般标准值，m代表指标体系中负向指标的个数；所述绿色度综合评判值计算方法为结合指标层中二十五个指标的组合权重集L＝(ω1,ω2,...ω25)，通过公式
对绿色度综合评判值进行计算。
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