李恩重，史佩京，徐濱士，鄭漢東,2

(1.裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室，北京 100072；2.合肥工業(yè)大學管理學院，安徽合肥 230009)

基于TOPSIS的汽車發(fā)動機再制造方案綜合評價

李恩重1，史佩京1，徐濱士1，鄭漢東1,2

(1.裝甲兵工程學院裝備再制造技術國防科技重點實驗室，北京 100072；2.合肥工業(yè)大學管理學院，安徽合肥 230009)

闡述了我國再制造汽車發(fā)動機等零部件產品的現狀。針對汽車發(fā)動機再制造方案缺乏優(yōu)化選擇的問題，建立以經濟性、技術性、資源能源性和環(huán)境性為指標的汽車發(fā)動機再制造方案評價體系，依據指標屬性特征對各個指標的量化方法進行了分析，提出一種基于逼近于理想值的排序方法(TOPSIS)的汽車發(fā)動機再制造方案綜合評價方法，并通過實際應用案例，對該評價方法進行驗證。

汽車發(fā)動機；再制造方案；逼近于理想值的排序方法；綜合評價

0 引言

再制造在實現資源能源節(jié)約的條件下生產出經濟發(fā)展所需要的產品，是廢舊機電產品高技術修復改造的產業(yè)化，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實現節(jié)能減排和促進循環(huán)經濟發(fā)展的有效途徑[1-2]。發(fā)展再制造產業(yè)，是實現工業(yè)循環(huán)式發(fā)展的必然選擇，再制造作為國家新興戰(zhàn)略性產業(yè)，高度契合了國家發(fā)展循環(huán)經濟的戰(zhàn)略，得到政府和企業(yè)的高度重視[3]?！吨腥A人民共和國循環(huán)經濟促進法》中明確規(guī)定：國家支持企業(yè)開展機動車零部件、工程機械、機床等產品的再制造和輪胎翻新。截至2014年底，在再制造的相關領域，我國已經在法律、行政法規(guī)和部門規(guī)章等不同層面上制定了30余項法律法規(guī)，國家發(fā)展和改革委員會與工業(yè)和信息化部發(fā)布的再制造試點單位已有77家。國務院在2013年發(fā)布的《循環(huán)經濟發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動計劃》中提出：到2015年底，我國將實現再制造發(fā)動機80萬臺，再制造產業(yè)年產值達1 500億的目標。我國是汽車大國，2004—2013年我國民用汽車保有量每年以13%以上的速度增長，到2013年末達到1.37億輛[4]。按照每年大約7%的報廢量，僅2013年報廢汽車就超過960萬輛。汽車產業(yè)龐大的報廢數量為汽車零部件再制造提供了充足的資源[5]。

目前，我國汽車零部件再制造作為新興產業(yè)，尚處于政府主導的法規(guī)探討、技術引導和政策試行的萌芽階段，汽車零部件再制造企業(yè)還面臨舊件來源范圍窄和市場認知度、認可度低等問題，同時，缺乏針對汽車零部件再制造試點企業(yè)的評價體系以及汽車發(fā)動機再制造方案設計、工藝設計的方法等[6]。汽車發(fā)動機再制造方案的優(yōu)劣直接影響發(fā)動機再制造的成本、質量、時間等，汽車發(fā)動機再制造方案的評價是提高發(fā)動機再制造質量以及有效實現廢舊發(fā)動機資源有效利用需要解決的關鍵技術，設計先進適用的汽車發(fā)動機再制造方案綜合評價體系，具有重要的理論價值和現實意義[7-8]。基于此，文中建立了以經濟性、技術性、資源能源性和環(huán)境性為指標體系的汽車發(fā)動機再制造方案評價標準，并對其進行量化，提出了一種基于TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)的汽車零部件再制造方案評價方法，并在汽車零部件再制造企業(yè)進行應用。

1 汽車發(fā)動機再制造方案評價體系的建立

1.1 汽車零部件再制造方案的評價指標體系

結合我國汽車零部件再制造產業(yè)發(fā)展現狀，以《再制造產品認定實施指南》、《再制造單位質量技術控制規(guī)范(試行)》等政策法規(guī)為主要依據，選取經濟性、技術性、資源能源性和環(huán)境性4個指標，建立了汽車發(fā)動機再制造方案的評判標準，如圖1所示。

1.2 綜合評價指標的量化

1.2.1 經濟性指標λC

再制造產品的經濟性主要從再制造產品的附加值和總成本方面考慮，通過經濟性指標判定經濟可行性并評價再制造的經濟效益，為企業(yè)進行再制造提供決策支持。

1.2.2 技術性指標λP

(1)舊件利用率。進入工廠的廢舊整機拆解后的零部件分為直接使用件、可再制造件和棄用件。用舊件利用率λu來衡量再制造過程對廢舊產品的利用率，用可制造件和直接利用件質量之和與整機的質量之比來表示：

式中：ws為直接使用件的總質量；wz為可再制造件的總質量；Wt為整機總質量。

(2)拆解合格率。廢舊產品經過不同工況長時間的服役，使其不能夠完全無損拆解或者不能夠完全分解。拆解合格率就是指可再制造件在拆解過程中未經破壞的比例：

式中：Qn表示無損的可再制造件數量；Qr表示可再制造件總數。

(3)再制造率(質量計)。單位再制造毛坯經過再制造生產加工，所獲得的合格再制造零部件的質量之和占對應產品總質量的百分比。再制造率λq(質量計)可表示為：

式中：wh為合格再制造零部件總質量；Wt為再制造產品總質量。

(4)時間性指標。再制造時間通常指退役產品或其零部件進入再制造程序直至恢復到合格狀態(tài)所需時間。通常情況下，再制造時間應小于制造時間。其時間性指數可表示為：

式中：Tr為再制造時間；Tp為制造時間。

(5)質量可靠性。廢舊的汽車零部件經過再制造加工，其可靠性要求不低于新產品；可通過可靠度、失效率、平均無故障間隔等來評價產品的可靠性；可靠度是指產品(總成或零部件)在規(guī)定的時間和規(guī)定的使用條件下完成規(guī)定功能的概率，是可靠性的概率度量?？煽啃驭薚可用再制造機械可靠度函數表示，即：

式中：N1為機械工作失效次數；N為總工作次數。

(7)產品安全性。汽車零部件再制造產品的安全性是汽車正常運行與駕乘人員生命安全的保證，完備的安全性能可以避免或減少道路交通安全事故的發(fā)生。汽車零部件再制造產品應保證其機械和電氣安全，同時應在產品明顯位置標注安全警示標注、安全操作裝置的提示以及其他必要的安全提示和要求等[11]。由于汽車零部件的安全性要求相對較嚴格，根據專家評判法，其安全功能評語集為{很好，好，一般，差，很差}，其相對應的數值為{1,0.9,0.7,0.5,0.3}。

1.2.3 資源能源性指數λR

再制造是一種對廢舊產品實施高技術修復和改造的產業(yè)，它針對的是損壞或將報廢的零部件，可大幅降低資源與能源消耗。結合再制造過程與原始制造資源能源消耗的比較，其節(jié)約量與各項的權重系數體現資源性指數λR，即為資源節(jié)約率的權重和與能源節(jié)約率的權重和相加：

λR=∑AiBi+∑CiDi

式中：Ai、Ci分別表示各項資源、能源的相對節(jié)約量；Bi、Di分別表示各項資源、能源的權重系數[12]。

1.2.4 環(huán)境性指數λE

廢舊產品再制造具有非常顯著的資源環(huán)境效益。它不僅能大幅度地節(jié)約資源、能源，對環(huán)境的負面影響也很小。環(huán)境性評價指數是汽車零部件再制造過程中對環(huán)境的負面影響程度大小的表征量，可用表1所列的矩陣表示。

表1 汽車零部件再制造環(huán)境評價矩陣

表1是一種半定量的評價矩陣，其中一維代表再制造汽車零部件過程的5個階段，另一維代表5個環(huán)境影響因素[13]。評價者需分析研究再制造汽車零部件工藝過程各個階段對不同環(huán)境要素的影響程度，并將影響程度分為5個等級{1，0.8，0.6，0.4，0.2}，給予每個元素一個數值，其中對環(huán)境負面影響最大而予以否認的數值取0.2，影響最小的取1。在對矩陣中每個元素取值之后，對其求和作為汽車零部件再制造方案的環(huán)境性評價指標λE：

2 基于TOPSIS的評價方法

逼近理想解的排序法由HWANG等于1981首次提出，是一種適用于根據多屬性指標對多個評價對象進行比較的分析方法。其基本原理是構造n維屬性空間的最優(yōu)解和最劣解，通過求解評價對象與最優(yōu)、最劣解的歐氏距離，評測對象靠近最優(yōu)解同時又遠離最劣解的疊加狀態(tài)(相對貼近度)，并將相對貼近度作為最終衡量評價對象的綜合指標[15]。

建立TOPSIS評價模型，計算各個方案綜合排序，步驟如下：

步驟1：建立初始評價矩陣。

上式表示評價矩陣X有m個評價單元，n個評價指標，xij表示第i個評價對象的第j個屬性評價指標。

步驟2：建立標準化決策矩陣。

由于被檢測對象的不同指標往往具有不同的量綱和量綱單位。為消除由此而產生的指標的不可公度性，要對矩陣X進行歸一化處理，同時消除不同屬性指標之間的量綱與數量級影響。

式中：rij表示第i個評價指標在第j個屬性指標下的經過量綱一化處理后的指標值。

標準化決策矩陣R=(rij)m×n

步驟3：確定多屬性決策的正理想解S+與負理想解S-。

步驟4：計算每個方案理想解和負理想解的距離。

方案Si到理想解的距離為：

方案Si到負理想解的距離為：

步驟5：計算各方案的相對貼近系數(RelativeClosenessCoefficient)RCCi(i=1,2,…,m)。

正理想點的相對貼近度，按照從大到小對方案排序：

易見，0≤RCCi≤1，i=1,2,…,m，正理想解的相對貼近系數為1，負理想解的相對貼近系數為0。

步驟6：利用相對貼近系數的大小對方案進行優(yōu)劣排序，相對貼近系數越大的方案被認為越優(yōu)越。

3 應用案例

我國某汽車零部件再制造企業(yè)有同一型號的3臺待再制造發(fā)動機P、Q、R，選取1臺最經濟適合的發(fā)動機進行再制造，各項評價指標如表2所示。

表2 汽車零部件再制造評價指標決策矩陣

3種方案構成的矩陣為：

其標準化矩陣為：

通過3種方案構建虛擬最優(yōu)方案和最佳方案，其最優(yōu)方案為：

S+=[0.59, 0.6, 0.59, 0.6, 0.57, 0.59, 0.62, 0.61, 0.59, 0.64]

其最差方案為：

S-=[0.56, 0.56, 0.57, 0.56, 0.59, 0.57, 0.53, 0.58, 0.55, 0.52]

運用TOPSIS方法計算得到的3種方案的結果如表3所示。

表3 TOPSIS方法的計算結果

由表3可以看出：根據RCCi的大小進行排序后，得到的各方案優(yōu)先次序依次為：P>Q>R，其中方案P的RCCi的值最大，說明該方案離正理想解最近且離負理想解最遠，因此可將其確定為最佳方案。

4 結論

闡述了我國汽車零部件再制造產業(yè)發(fā)展現狀，建立了汽車發(fā)動機再制造方案綜合評價的指標體系，提出了一種基于TOPSIS決策方法，對不同的汽車發(fā)動機再制造方案進行評價，可為再制造企業(yè)進行再制造生產提供理論依據，以實現資源的合理化配置。由于汽車發(fā)動機服役工況不同使其廢舊程度具有不確定性和隨機性，汽車發(fā)動機的再制造過程亦具有不確定性，使得汽車發(fā)動機再制造方案的設計與評價過程更為復雜，從而需要指標評價模型更加科學完善，決策方法也有待提高。

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A Method of Automotive Engine Remanufacturing Assessment Based on TOPSIS

LI Enzhong1,SHI Peijing1,XU Binshi1,ZHENG Handong1,2

(1.National Key Laboratory for Remanufacturing, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072,China;2.The School of Management, Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009,China)

The domestic current situation of automotive engine part products remanufacturing was described. Aiming at the absence of effective methods for selecting optimal scheme of automotive engine, the evaluation index system of automotive engine remanufacturing which included economy, technology, resource and environment was established. According to attributive properties of the assessment indexes, the decision-making model was built based on technique for order preference by similarity to ideal solution. Finally, this method was applied in an enterprise’s automotive engine remanufacturing, and its effectiveness was verified.

Automotive engine; Remanufacturing project; Technique for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS); Assessment

2015-07-22

中國工程院咨詢研究項目(2014XY2)；國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)資助項目(2011CB013400)

李恩重(1985—)，男，講師，主要研究方向為再制造工程管理與技術標準。E-mail：enzhongl@sina.com。