李恩重，史佩京，徐滨士，郑汉东,2

(1.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072；2.合肥工业大学管理学院，安徽合肥 230009)

基于TOPSIS的汽车发动机再制造方案综合评价

李恩重1，史佩京1，徐滨士1，郑汉东1,2

(1.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072；2.合肥工业大学管理学院，安徽合肥 230009)

阐述了我国再制造汽车发动机等零部件产品的现状。针对汽车发动机再制造方案缺乏优化选择的问题，建立以经济性、技术性、资源能源性和环境性为指标的汽车发动机再制造方案评价体系，依据指标属性特征对各个指标的量化方法进行了分析，提出一种基于逼近于理想值的排序方法(TOPSIS)的汽车发动机再制造方案综合评价方法，并通过实际应用案例，对该评价方法进行验证。

汽车发动机；再制造方案；逼近于理想值的排序方法；综合评价

0 引言

再制造在实现资源能源节约的条件下生产出经济发展所需要的产品，是废旧机电产品高技术修复改造的产业化，是建设资源节约型、环境友好型社会，实现节能减排和促进循环经济发展的有效途径[1-2]。发展再制造产业，是实现工业循环式发展的必然选择，再制造作为国家新兴战略性产业，高度契合了国家发展循环经济的战略，得到政府和企业的高度重视[3]。《中华人民共和国循环经济促进法》中明确规定：国家支持企业开展机动车零部件、工程机械、机床等产品的再制造和轮胎翻新。截至2014年底，在再制造的相关领域，我国已经在法律、行政法规和部门规章等不同层面上制定了30余项法律法规，国家发展和改革委员会与工业和信息化部发布的再制造试点单位已有77家。国务院在2013年发布的《循环经济发展战略及近期行动计划》中提出：到2015年底，我国将实现再制造发动机80万台，再制造产业年产值达1 500亿的目标。我国是汽车大国，2004—2013年我国民用汽车保有量每年以13%以上的速度增长，到2013年末达到1.37亿辆[4]。按照每年大约7%的报废量，仅2013年报废汽车就超过960万辆。汽车产业庞大的报废数量为汽车零部件再制造提供了充足的资源[5]。

目前，我国汽车零部件再制造作为新兴产业，尚处于政府主导的法规探讨、技术引导和政策试行的萌芽阶段，汽车零部件再制造企业还面临旧件来源范围窄和市场认知度、认可度低等问题，同时，缺乏针对汽车零部件再制造试点企业的评价体系以及汽车发动机再制造方案设计、工艺设计的方法等[6]。汽车发动机再制造方案的优劣直接影响发动机再制造的成本、质量、时间等，汽车发动机再制造方案的评价是提高发动机再制造质量以及有效实现废旧发动机资源有效利用需要解决的关键技术，设计先进适用的汽车发动机再制造方案综合评价体系，具有重要的理论价值和现实意义[7-8]。基于此，文中建立了以经济性、技术性、资源能源性和环境性为指标体系的汽车发动机再制造方案评价标准，并对其进行量化，提出了一种基于TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)的汽车零部件再制造方案评价方法，并在汽车零部件再制造企业进行应用。

1 汽车发动机再制造方案评价体系的建立

1.1 汽车零部件再制造方案的评价指标体系

结合我国汽车零部件再制造产业发展现状，以《再制造产品认定实施指南》、《再制造单位质量技术控制规范(试行)》等政策法规为主要依据，选取经济性、技术性、资源能源性和环境性4个指标，建立了汽车发动机再制造方案的评判标准，如图1所示。

1.2 综合评价指标的量化

1.2.1 经济性指标λC

再制造产品的经济性主要从再制造产品的附加值和总成本方面考虑，通过经济性指标判定经济可行性并评价再制造的经济效益，为企业进行再制造提供决策支持。

1.2.2 技术性指标λP

(1)旧件利用率。进入工厂的废旧整机拆解后的零部件分为直接使用件、可再制造件和弃用件。用旧件利用率λu来衡量再制造过程对废旧产品的利用率，用可制造件和直接利用件质量之和与整机的质量之比来表示：

式中：ws为直接使用件的总质量；wz为可再制造件的总质量；Wt为整机总质量。

(2)拆解合格率。废旧产品经过不同工况长时间的服役，使其不能够完全无损拆解或者不能够完全分解。拆解合格率就是指可再制造件在拆解过程中未经破坏的比例：

式中：Qn表示无损的可再制造件数量；Qr表示可再制造件总数。

(3)再制造率(质量计)。单位再制造毛坯经过再制造生产加工，所获得的合格再制造零部件的质量之和占对应产品总质量的百分比。再制造率λq(质量计)可表示为：

式中：wh为合格再制造零部件总质量；Wt为再制造产品总质量。

(4)时间性指标。再制造时间通常指退役产品或其零部件进入再制造程序直至恢复到合格状态所需时间。通常情况下，再制造时间应小于制造时间。其时间性指数可表示为：

式中：Tr为再制造时间；Tp为制造时间。

(5)质量可靠性。废旧的汽车零部件经过再制造加工，其可靠性要求不低于新产品；可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔等来评价产品的可靠性；可靠度是指产品(总成或零部件)在规定的时间和规定的使用条件下完成规定功能的概率，是可靠性的概率度量。可靠性λT可用再制造机械可靠度函数表示，即：

式中：N1为机械工作失效次数；N为总工作次数。

(7)产品安全性。汽车零部件再制造产品的安全性是汽车正常运行与驾乘人员生命安全的保证，完备的安全性能可以避免或减少道路交通安全事故的发生。汽车零部件再制造产品应保证其机械和电气安全，同时应在产品明显位置标注安全警示标注、安全操作装置的提示以及其他必要的安全提示和要求等[11]。由于汽车零部件的安全性要求相对较严格，根据专家评判法，其安全功能评语集为{很好，好，一般，差，很差}，其相对应的数值为{1,0.9,0.7,0.5,0.3}。

1.2.3 资源能源性指数λR

再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业，它针对的是损坏或将报废的零部件，可大幅降低资源与能源消耗。结合再制造过程与原始制造资源能源消耗的比较，其节约量与各项的权重系数体现资源性指数λR，即为资源节约率的权重和与能源节约率的权重和相加：

λR=∑AiBi+∑CiDi

式中：Ai、Ci分别表示各项资源、能源的相对节约量；Bi、Di分别表示各项资源、能源的权重系数[12]。

1.2.4 环境性指数λE

废旧产品再制造具有非常显著的资源环境效益。它不仅能大幅度地节约资源、能源，对环境的负面影响也很小。环境性评价指数是汽车零部件再制造过程中对环境的负面影响程度大小的表征量，可用表1所列的矩阵表示。

表1 汽车零部件再制造环境评价矩阵

表1是一种半定量的评价矩阵，其中一维代表再制造汽车零部件过程的5个阶段，另一维代表5个环境影响因素[13]。评价者需分析研究再制造汽车零部件工艺过程各个阶段对不同环境要素的影响程度，并将影响程度分为5个等级{1，0.8，0.6，0.4，0.2}，给予每个元素一个数值，其中对环境负面影响最大而予以否认的数值取0.2，影响最小的取1。在对矩阵中每个元素取值之后，对其求和作为汽车零部件再制造方案的环境性评价指标λE：

2 基于TOPSIS的评价方法

逼近理想解的排序法由HWANG等于1981首次提出，是一种适用于根据多属性指标对多个评价对象进行比较的分析方法。其基本原理是构造n维属性空间的最优解和最劣解，通过求解评价对象与最优、最劣解的欧氏距离，评测对象靠近最优解同时又远离最劣解的叠加状态(相对贴近度)，并将相对贴近度作为最终衡量评价对象的综合指标[15]。

建立TOPSIS评价模型，计算各个方案综合排序，步骤如下：

步骤1：建立初始评价矩阵。

上式表示评价矩阵X有m个评价单元，n个评价指标，xij表示第i个评价对象的第j个属性评价指标。

步骤2：建立标准化决策矩阵。

由于被检测对象的不同指标往往具有不同的量纲和量纲单位。为消除由此而产生的指标的不可公度性，要对矩阵X进行归一化处理，同时消除不同属性指标之间的量纲与数量级影响。

式中：rij表示第i个评价指标在第j个属性指标下的经过量纲一化处理后的指标值。

标准化决策矩阵R=(rij)m×n

步骤3：确定多属性决策的正理想解S+与负理想解S-。

步骤4：计算每个方案理想解和负理想解的距离。

方案Si到理想解的距离为：

方案Si到负理想解的距离为：

步骤5：计算各方案的相对贴近系数(RelativeClosenessCoefficient)RCCi(i=1,2,…,m)。

正理想点的相对贴近度，按照从大到小对方案排序：

易见，0≤RCCi≤1，i=1,2,…,m，正理想解的相对贴近系数为1，负理想解的相对贴近系数为0。

步骤6：利用相对贴近系数的大小对方案进行优劣排序，相对贴近系数越大的方案被认为越优越。

3 应用案例

我国某汽车零部件再制造企业有同一型号的3台待再制造发动机P、Q、R，选取1台最经济适合的发动机进行再制造，各项评价指标如表2所示。

表2 汽车零部件再制造评价指标决策矩阵

3种方案构成的矩阵为：

其标准化矩阵为：

通过3种方案构建虚拟最优方案和最佳方案，其最优方案为：

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

其最差方案为：

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

运用TOPSIS方法计算得到的3种方案的结果如表3所示。

表3 TOPSIS方法的计算结果

由表3可以看出：根据RCCi的大小进行排序后，得到的各方案优先次序依次为：P>Q>R，其中方案P的RCCi的值最大，说明该方案离正理想解最近且离负理想解最远，因此可将其确定为最佳方案。

4 结论

阐述了我国汽车零部件再制造产业发展现状，建立了汽车发动机再制造方案综合评价的指标体系，提出了一种基于TOPSIS决策方法，对不同的汽车发动机再制造方案进行评价，可为再制造企业进行再制造生产提供理论依据，以实现资源的合理化配置。由于汽车发动机服役工况不同使其废旧程度具有不确定性和随机性，汽车发动机的再制造过程亦具有不确定性，使得汽车发动机再制造方案的设计与评价过程更为复杂，从而需要指标评价模型更加科学完善，决策方法也有待提高。

【1】徐滨士.装备再制造工程[M].北京：国防工业出版社，2013.

【2】徐滨士，董世运，史佩京.中国特色的再制造零件质量保证技术体系现状及展望[J].机械工程学报，2013，49(20)：84-90.

【3】杨铁生.推动中国再制造产业健康有序发展[J].中国表面工程,2014,27(6):1-3.

【4】国家统计局.2013年国民经济和社会发展统计公报[R].2014-02-24.

【5】中国汽车市场年鉴编辑部.2013年中国汽车市场年鉴[R].北京：中国商业出版社，2013.

【6】Zhu Qinghua,Sarkis Joseph,Lai Kee-Hung.Reprint of “Supply Chain-based Barriers for Truck-engine Remanufacturing in China”[J].Transportation Research Part E:Logistics and Transportation Review,2015,74(9):94-108.

【7】Liu Zhichao,Jiang Qiuhong,Li Tao,et al.An Optimal Timing of Engine Remanufacturing-A Real Option Approach[J].Procedia CIRP,2014,15:223-227.

【8】Vanessa M S,Gregory A K.The Value of Remanufactured Engines[J].Journal of Industrial Ecology,2004,8(1/2):193-221.

【9】刘纯,曹华军,刘飞,等.机电产品绿色再制造综合评价模型及应用[J].现代制造工程,2007(11):1-4.

【10】隋杨,卢明银.基于熵权TOPSIS组合的矿山机械再制造决策方法[J].矿山机械,2014,42(8):138-141.

【11】付允,林翎,王秀腾,等.再制造产品评价指标体系与评价方法研究[J].中国环境管理,2012(3):12-15.

【12】朱绍华,徐滨士.废旧机械产品再制造的资源环境评价[J].中国表面工程，2006，19(2):6-12.

【13】Kerr Wendy,Ryan Chris.Eco-efficiency Gains from Remanufacturing：A Case Study of Photocopier Remanufacturing at Fuji Xerox Australia[J].Journal of Cleaner Production,2001,9(1):75-81.

【14】杜彦斌,曹华军,刘飞,等.基于熵权与层次分析法的机床再制造方案综合评价[J].计算机集成制造系统,2011,17(1):84-88.

【15】徐玖平,吴巍.多属性决策的理论与方法[M].北京:清华大学出版社,2006:28-30.

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

中国工程院咨询研究项目(2014XY2)；国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2011CB013400)

李恩重(1985—)，男，讲师，主要研究方向为再制造工程管理与技术标准。E-mail：enzhongl@sina.com。