孟兆新 殷樂樂 崔立松 賈鑫宇 喬際冰

（東北林業(yè)大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

木材干燥是木制品生產過程中必不可少的環(huán)節(jié)[1]，干燥處理可以有效防止木材發(fā)生腐壞、蟲蛀、變形、開裂等劣化現象，延長木制品的使用壽命，從而節(jié)約林業(yè)資源。發(fā)展綠色低碳經濟已經成為時代需求，木材干燥行業(yè)也應順應潮流，干燥技術應向低排放、低污染、低能耗、高質量、低成本的方向發(fā)展[2-6]。木材干燥的綠色化評價是對整個干燥過程的評價，綜合考慮綠色指標，可促進木材干燥行業(yè)傳統(tǒng)生產模式的升級，并為干燥過程綠色優(yōu)化提供決策依據。目前，針對木材干燥過程綜合評價的研究較少。劉小燕[7]采用層次分析法（AHP），以木材干燥質量、能耗、速度三個指標構建了木材干燥綜合評價體系模型。本文采用模糊層次綜合評價法[8-9]對木材干燥過程綠色化進行評價。

1 模糊綜合評價法

木材干燥綠色化問題是以能源、環(huán)境、時間、質量和經濟為目標，屬于多目標決策問題。各目標又可以細分為若干個指標因素，一般為難以量化定性指標，無法直接采用定量方法分析，具有明顯的模糊特征，因此木材干燥綠色化評價是一個模糊綜合評判問題[10]。

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評價方法[11]。運用模糊綜合評價法對受到多種因素影響的事物進行綜合評價時，能夠輕松處理難以量化的定性指標，并能夠根據隸屬度原則將定性指標轉化為定量指標進行分析和處理[12]。目前，有關木材干燥綠色化的研究較少，為此本文引入模糊綜合評價對木材干燥工藝過程進行綠色化評價。

1.1 多級模糊綜合評價

木材干燥是一個多目標決策問題，因此不適合采用一級模糊綜合評價，需在此基礎上建立木材干燥綠色化的多級模糊綜合評價方法[13-16]。

1.2 模糊層次綜合評判

首先建立一級模糊綜合評判，步驟如下：

1）確定評價對象范圍

首先確定被評價對象，則評價對象集為：

2）確定模糊語言集

評判等級為：

式中：ν1,ν2, … ,νm為可能的評價結果；m為評價等級個數。

例如，對木材干燥評價的評價集定義為5 個等級，V= {v1,v2, …,v5}，V1、V2、V3、V4、V5分別表示為優(yōu)秀（Perfect）、良好（Good）、中等（Medium）、一般（Ordinary）、差（Bad）。

3）建立各指標的隸屬度矩陣，即模糊關系矩陣:

4）確定各因素的權重

采用AHP法確定各指標的權重：

5）模糊綜合評判

進行矩陣運算：將各指標權重w與模糊矩陣R進行合成運算。

最終便可以得到第n層各指標的模糊綜合評判結果，接著對n+1 層指標進行分析，以第n層的評價結果為基礎確定第n+1 層隸屬關系矩陣，以此循環(huán)，完成最后一層的模糊評價，得到當前木材干燥過程的綠色度評價結果[17]。

2 木材干燥過程綠色評價指標體系的構建

2.1 木材干燥綠色化評價體系的建立

對影響木材綠色干燥過程的因素進行分類，構建以綠色干燥為目標的綜合評價體系[18-19]，如表1 所示。

表1 木材干燥綠色化評價指標體系Tab.1 Wood drying green evaluation index system

表2 Saaty標度法Tab.2 Saaty scalar method

本文建立的木材干燥過程綠色化評價指標體系包括能源、環(huán)境、時間、質量和經濟5 個準則層屬性[20]，5個準則層細化為14 個具體的指標。

2.2 木材干燥綠色化評價指標體系權重的設定

權重確定的方法有層次分析法、熵值法等。由于木材干燥中指標存在不確定性和模糊性，因此熵值法并不適用。對于木材干燥過程中復雜、不易于定量的問題，一般采用層次分析法（AHP）[21]。本文采用層次分析法對木材干燥綠色化綜合評價體系中的各指標進行權重分析。

2.2.1 確定指標層指標權重

確定權重時最為關鍵的是建立該指標的評判矩陣。以指標體系中質量性能下屬3個指標（干燥缺陷[22]、平均最終含水率和殘余應力[23-25]）的權重計算為例，通過建立由專家?guī)?、干燥工廠人員、高級操作人員組成的評審小組，按照指標的重要程度進行比較。通常采用

上述評判矩陣A= (aij)n×n，其中aij表示第i項評價指標與第j項指標相比的重要程度。

表3 平均一致性指標RI表Tab.3 Average consistency index RI table

1）評審小組根據質量性能的重要程度進行打分，得到的評判矩陣分別為：

然CR小于0.1，判定矩陣符合一致性檢驗。

同理可以求出木材干燥綠色化評價體系指標層所有指標權重，指標層權重如圖1 所示。

圖1 指標層權重Fig.1 Indicator layer weights

2.2.2 確定準則層指標權重

準則層指標權重采用的是專家調查的方法，通過對多位專家分析得到的指標權重進行整理，最終確定權重=[0.430 0.223 0.088 0.204 0.055]

2.3 確定各評價指標的隸屬度

在模糊評價中，隸屬函數的確定非常重要。在解決實際問題時，其能夠將評價指標定性和定量數據轉化為統(tǒng)一的數據形式[26]。在工程中，首先確定各指標的隸屬函數形式，如矩形分布、正態(tài)分布、梯形分布等，再由實際數據或以經驗確定函數中未知參數的取值[27]。目前中間型梯度分布函數為：

其中，a，b，c，d均為參數，且滿足a

圖2 中間型梯度分布函數Fig.2 Intermediate-type gradient distribution function

木材干燥評價指標以中間型梯度分布函數為基礎，其V1、V2、V3、V4、V5分 別 表 示0 ≤x≤a、a＜x＜b、b≤x≤c、c＜x＜d及x≥d的隸屬度。其中，x為指標項目的測量值。V1-V5由下式表示：

為了使上述指標參數a、b、c、d的取值更具客觀性，專門成立了由木材干燥技術人員以及高校專家組成的評議小組，采用經驗法以及查閱教材得到更為準確的各個指標的參數值a、b、c、d的取值 。以平均最終含水率為例，通過查閱木材干燥學教材[28]確定隸屬函數參數分別為：a=8，b=12，c=15，d=20。當實測值x=10，根據上述隸屬度分布函數，可以得到指標的評價向量rc8= [0.5 , 0.5 , 0 , 0 , 0 ] 。

3 實例分析

3.1 建立單因素模糊評價矩陣

本文對40 mm厚樺木（Betulaspp.）板材的干燥過程進行研究，干燥條件如表4所示。運用多級模糊評價法對樺木干燥過程的綠色化程度進行評價。干燥過程中的評價指標數據[29-30]如表5所示。

表4 干燥條件Tab.4 Drying conditions

表5 木材干燥指標數據及等級Tab.5 Wood drying index data and grades

根據上述評價指標中各指標實際測量值，采用隸屬梯度分布函數，得到各指標的模糊評價矩陣Ri。以干燥質量B4為例，根據其指標層各指標實際測量值建立隸屬度函數，進行評價分析，得到質量性能指標下的模糊關系矩陣為：

3.2 一級模糊綜合評判

結合上述質量指標下的權重：

進行模糊綜合評判計算，得到質量指標下的一級模糊綜合評判結果為：

3.3 多級模糊綜合評判

準則層的模糊關系矩陣是以指標層的模糊綜合評判結果為依據，結合AHP確定的準則層權重=[0.430 0.223 0.088 0.204 0.055]，得到其綜合評判結果：

綜上可知，該木材在干燥過程中，綠色化程度較好，其隸屬度為68.4%。

4 結論

本文對木材干燥過程綠色化程度進行分析，采用層次分析法確定了木材干燥綠色化評價體系中準則層和指標層的權重系數，應用模糊綜合評價法對木材干燥過程進行評價。根據實際測量值，構造隸屬度函數，再由經驗法和專家評判得到的中間形梯度分布函數的參數值，構造相關指標的模糊矩陣，進行木材干燥過程綠色度模糊綜合評價。

由于層次分析法各指標的權重以及模糊綜合評價中各指標的隸屬函數參數的確定，均可根據相關的經驗數據進行及時修正，從而降低了模糊綜合評價法的主觀性。研究表明：本文提出的木材綠色干燥評價方法具有較強的實用性，可為干燥過程的節(jié)能減排提供指導意見，有助于木材干燥企業(yè)制定綠色化工藝。