基于RFID技术的废旧家电质量评估

季　杰,　刘志峰,　黄海鸿,　许泽莹,　薛雅琼

(合肥工业大学 机械与汽车工程学院,安徽 合肥　230009)



基于RFID技术的废旧家电质量评估

季杰,刘志峰,黄海鸿,许泽莹,薛雅琼

(合肥工业大学 机械与汽车工程学院,安徽 合肥230009)

摘要:针对目前废旧家电回收市场混乱、资源再利用率低、环境污染严重等现状,文章提出了基于RFID(radio frequency identification)技术的废旧家电产品回收模式。假设产品在出厂时便含有RFID标签,之后生命周期中的各个阶段都将录入RFID信息,回收时根据RFID信息基础对废旧家电进行质量评估。首先利用RFID技术所记录的产品使用信息结合人工检测信息,建立废旧家电质量评价模型;再利用层次分析法求得各评价指标的权重大小,运用模糊综合评价法对模型进行求解;最后计算综合评价结果,根据评价结果对废旧家电产品进行质量评估。

关键词:RFID技术;废旧家电;回收;模糊综合评价法

如今越来越多的家电产品进入报废的高峰期[1]。欧洲、日本等发达国家已经通过制定相关的法律法规,形成了较完整的废旧家电回收体系[2-3],并且普遍采用机械化和自动化程度较高的流水线来处理电子废弃物[4]。日本相对欧洲发达国家加入了较多的人工拆解工序,即破碎前进行最大程度的拆解,从而追求更高的回收利用率[5]。而目前我国废旧家电产品回收网络不健全,其中个体收购者占据回收市场的主导地位,导致废旧家电回收利用率低、环境污染严重[6]。因此,我国急需建立完善的回收体系,制定相关法律政策,提高废旧家电产品的回收利用率。

正确合理地制订废旧家电处理方式是提高再利用率的关键技术之一,而废旧家电的质量评估是对其进行处理决策的重要依据。如对于结构功能完整的零部件可以再重用,结构损伤的零部件可以进行再制造，恢复其功能完整性和强度保持率,正确的处理决策将大大提高回收利用率。文献[7]收集了企业产品回收的成功案例,开发了工具,可对废旧家电产品制订合适的处理级别,得到合适的处理策略;文献[8]将环境影响、相关成本和材料可回收性定为主要决策因素,运用模糊分析法将这3个要素整合,为废旧家电产品做出回收决策;文献[9]通过分析家电产品在使用阶段的不确定性和市场对回收零部件或材料的需求变化这2种影响因素,提出了基于层次分析的评估模型;文献[10]通过废旧家电产品零部件的功能完整性、拆卸难易程度、有无破坏、有无锈蚀及污染性这5个指标来确定产品的回收级别。

以上文献有的从材料回收价值、产品使用阶段不确定性和市场的需求等方面决策回收处理方式,具有很大的不确定性;有的根据零部件功能完整性、拆解难易程度等单一定性指标决策回收方式,具有很大片面性。本文将RFID(radio frequency identification)技术引入废旧家电回收,得到废旧家电生命周期中的精确数据;以此数据作为定量信息,结合定性信息构建模糊评价模型,运用模糊层次分析法进行综合判断,通过质量评估决策废旧家电的回收处理方式。

1RFID技术在废旧家电回收中的应用

1.1RFID技术

近年来,RFID技术在工业、商业和服务业中得到了快速的发展与应用。德国是最早把RFID技术运用于在固废收运管理中的国家之一,它通过无线射频技术对垃圾收集器进行识别,以便征收垃圾处理费用[11]。美国“回收银行”公司利用RFID系统记录居民可回收利用的生活垃圾,从而给居民相应的奖励[12]。由此看出,RFID技术在废旧家电回收中有着乐观的应用前景。上海金桥再生资源有限公司模仿美国“回收银行”的运营模式,收集居民的废旧家电,获得了很好的效果[13]。

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术,它利用射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID技术成本低,同时能快速识别多个标签,可在恶劣环境中使用。

废旧家电回收过程中将经历回收点、检测中心等多个环节,每个环节均产生大量的信息,信息的录入将耗费大量的人力、物力;并且有的电子垃圾具有高毒性,操作过程中可能对人造成危害。RFID技术能够很好地解决此问题。

假设家电产品出厂时的RFID标签中储存了产品的基本信息,RFID标签将伴随电子产品的整个生命周期,详细记录其使用情况。如维修时,维修人员需输入维修信息;当产品运行时系统的传感器自动记录运行数据;独立的物理与化学传感器将自动获取产品工作时的数据以及工作环境的相关参数,并储存到RFID标签。因此,RFID编码成为电子产品的唯一“身份”标识。

1.2基于RFID技术的废旧家电逆向物流过程

废旧家电产品回收模式运行流程如图1所示。

回收点向消费者收集废旧家电,通过RFID标签记录家电信息,并进行品种、型号的简单分类。当达到一定数量时将废旧家电运往检测中心。首先对废旧家电进行功能检测,然后通过本文的质量评判方法将回收产品分为A、B、C、D4类。A类为质量良好、功能完整、外观无破损且在合理使用年限之内,可以直接进入二手市场;B类为质量一般、能够实现基本功能、次要零部件受损、在使用年限之内,可通过简单再制造后进入二手市场;C类为质量较差、部分主要零部件与次要零部件完好,只回收零部件;D类为质量差,直接破碎后回收原材料。

图1　废旧家电产品回收模式运行流程

2废旧家电质量模糊评估模型

本文采用模糊综合评价理论构建废旧家电质量评估模型,它可以实现定性指标与定量指标的有效结合,得到比较全面综合的评价结果。

2.1模糊综合评价理论综述

模糊综合评价理论是以模糊数学为基础,将相关的模糊概念用模糊集合表示,应用模糊关系合成的原理,通过模糊运算获得集合表示的评价结果,主要步骤如下:

(1) 将评价因素组成指标集U={u1,u2,…,um},U为被评对象的m个指标集,V={v1,v2,…,vn}为对被评对象可能做出的评价结果集,可根据实际情况进行分级。

(2) 逐个对被评对象从每个指标ui(i=1,2,…,m)上进行量化,得到模糊关系矩阵为:

(1)

其中,元素rij为某一被评对象的第i个指标对Yj分类的隶属度。

(3) 通过矩阵R可以得出一个U到V的模糊线性关系L,它对指标集U上的关于权重分配的模糊向量W=(w1,w2,…,wm) 有:B=L(W)=WR=

(2)

2.2废旧家电分级指标与等级的确定

影响废旧家电质量的因素有很多,本文根据RFID标签记录的家电产品使用全生命周期记录的信息,选取5个因素作为废旧家电质量评价指标,分别为使用年限、产品运行时间(使用频率)、维修信息、品牌型号和检测信息。其中检测信息是对回收来的废旧家电进行基本的功能检测获得的,此信息不是从RFID标签中获取,需人为判定。一般来说,家电使用年限越长,质量就越差。根据文献[14],家电的使用寿命分别为:电视机8～10 a,电冰箱12～16 a,空调8～10 a,洗衣机8 a,个人电脑6 a。由于不同家电使用寿命不同,使用时间标准应针对性划分。本文只考虑电视机、空调、洗衣机3种使用年限差不多的家电。使用频率指家电平均1 d使用的时间,可以通过RFID记录的产品运行时间除以家电使用年限得到,使用频率越高,质量损害就越大,对于电冰箱的使用一般都为24 h运行,因此换算成频率,此值越小,说明使用时间越短,冰箱零部件耗损越少,质量就越好。维修信息记录着家电产品的维修历史,不同的维修方法对家电使用寿命有明显影响。不同的品牌有不同的质量品质,不同家电需分别划分,本文只做笼统阐述。综合以上5个方面建立影响因素集合U={u1,u2,u3,u4,u5}。

根据废旧家电回收处理方式分为流入二手市场(Ⅰ级)、再制造(Ⅱ级)、零部件回收(Ⅲ级)、破碎后原材料回收(Ⅳ级)4级。评价结果集分别用V={v1,v2,…,vm}来表示。评估对象技术指标见表1所列。

表1　评估对象技术指标

2.3评估指标模糊化处理

评价指标可分为定量指标和定性指标2类。

(1) 定量指标隶属度的确定方法。根据模糊方法,本文采用中间梯形分布函数建立隶属度函数,具体方法可表示如下。素集U={u1,u2,…,ui},等级标准V={v1,v2,v3,…,vn},设vj和vj+1为相邻两级标准,且vj+1>vj,则vj级隶属度函数为:

当j=1时,有

当j=2,3,4时,有

(3)

(2) 定性指标隶属度确定方法。针对定性指标隶属度,本文采用百分比统计法。该方法是直接将被评价对象的评价结果进行百分比统计,并将结果作为该指标的隶属度。隶属度确定方法如下:

(4)

综合(1)式、(2)式计算评价指标i隶属于评价等级j的隶属度rij,生成隶属函数R,即

2.4指标权重层次分析法确定

对于指标权重的确立,本文采用层次分析法(AHP)方法来获取指标权重。层次分析法一般采用Satty教授提出的9比例标度法,在本文中修改Satty的9分位尺度方法,采用股票和其他经济领域经常使用的黄金分割即0.618比例标度法[15]。0.618尺度法的含义见表2所列。

邀请专家对各个因素的重要程度进行两两比较,B1、B2、B3、B4、B5分别为使用年限、使用频率、维修信息、品牌、检测信息,得到A-B的判断矩阵,结果见表3所列。

表2　0.618尺度法的含义

表3　判断矩阵

以B层指标相对于A层权重的计算过程,详细叙述权重的确定过程,主要包括如下4个步骤。

[1.247,0.771,1.694,0.571,2.742]T。

(2) 将W进行归一化处理,得到B层各因素相对于A层的权重为:

[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401]T。

(4) 一致性检验。

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.009 3,由于维数为n=5,查表可知RI=1.12，则有：

CR=CI/RI=0.009 3/1.12=

0.008 3<0.1,

因此通过一致性检验,经过计算得出B层相关元素相对于A层的权重为:

W=[0.169，0.104，0.248，0.078，0.401]。

3案例

假设回收一台SONY牌的电视机,检测信息良好,使用年限为8 a,使用频率为7 h/d,无维修信息。采用本文提出的方法对废旧家电进行质量评估,具体步骤如下所述。

(1) 定性指标隶属度确定。回收企业专业人员对维修信息、品牌、检测信息进行评价并分配隶属度。评价结果见表4所列。

表4　定性评价指标

(2) 定量指标隶属度确定。将u1=8,u2=7带入(3)式,得到u1与u2的模糊集分别为[0，67，0.33]、[0.17，0.83]。

(3) 综上所述,归一化处理后可得矩阵R为:

(4)总评价结果。由表3可得,

W=[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401],

即总评价结果为:

B=WR=

[0.169,0.104,0.248,0.078,0.401]×

[0.485，0.306，0.153，0.056]。

通过质量评判,48.5%属于Ⅰ级,30.6%属于Ⅱ级,15.3%属于Ⅲ级,5.6%属于Ⅳ级。根据最大隶属度原则,此废旧家电产品属于Ⅰ级(进入二手市场)产品。

4结束语

本文利用RFID可以记录产品信息的特点,根据使用年限、使用频率、维修情况等重要信息建立了质量分级模型,在确定权重时加入了客观权重,改善了传统方法主观性强的缺点,更加精确、快速地判断废旧家电产品的质量。在未来的工作中,需要进一步研究不同类型家电的特性,如考虑安全使用年限、使用频率等生命周期参数对质量的影响,针对单品种家电指定更加精确的质量划分等级。

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(责任编辑胡亚敏)

Quality evaluation of waste household appliances based on RFID

JI Jie，LIU Zhi-feng，HUANG Hai-hong，XU Ze-ying，XUE Ya-qiong

(School of Machinery and Automobile Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China)

Abstract:For the chaotic recycling market of waste household appliances， low utilization rate of resources and serious environmental pollution， the waste household appliances recycling mode based on radio frequency identification(RFID) technology is proposed. The product is assumed to have RFID tags in the factory，then the RFID information will be entered in all life cycle stages of product， the quality of waste household appliances is evaluated based on RFID information during recycling. Firstly, the quality evaluation model of waste household appliances is established based on the product information recorded by RFID technology and the artificial detection information. Secondly， the weights of evaluation indexes are gotten by using the analytic hierarchy process， and the model is solved by using the fuzzy comprehensive evaluation method. Finally, the comprehensive evaluation results are calculated， and the quality of waste household appliances product is evaluated according to the results.

Key words:radio frequency identification(RFID); waste household appliance; recycling; fuzzy comprehensive evaluation method

中图分类号:X705

文献标识码：A

文章编号：1003-5060(2016)02-0145-05

Doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.02.001

作者简介：季杰(1991-),男,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生;刘志峰(1963-),男,陕西宝鸡人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师.

基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2013AA040205)

收稿日期：2014-01-07；修回日期：2015-04-07