基于粗糙集和熵權(quán)法的石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展評估

南國芳，張月威

(天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津300072)

著名供應(yīng)鏈管理專家馬丁·克里斯多弗指出，21世紀(jì)的競爭是供應(yīng)鏈與供應(yīng)鏈之間的競爭。石油行業(yè)作為國家經(jīng)濟(jì)的命脈，其供應(yīng)鏈管理則顯得更加重要。國內(nèi)外對石油供應(yīng)鏈的研究主要包括三方面內(nèi)容:一是通過分析石油供應(yīng)鏈上的成本結(jié)構(gòu)、物資管理系統(tǒng)，指出供應(yīng)鏈上存在的問題，并提出石油供應(yīng)鏈管理的必要性以及優(yōu)化管理的建議［1-3］;二是根據(jù)供應(yīng)鏈存在的問題及結(jié)構(gòu)特點，加入現(xiàn)實假設(shè)提出了石油供應(yīng)鏈建模方法以及優(yōu)化模型［4-6］;三是對石油供應(yīng)鏈管理的各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提出準(zhǔn)時制采購模型、計劃模型，供應(yīng)、運輸和配送規(guī)劃問題［7-9］。然而隨著可持續(xù)觀念的不斷深入，企業(yè)在進(jìn)行供應(yīng)鏈管理時必須注重供應(yīng)鏈的可持續(xù)性。文獻(xiàn)［10］以英國石油天然氣供應(yīng)鏈為例，通過調(diào)查問卷、訪談等方式收集數(shù)據(jù)，研究了可持續(xù)性對石油供應(yīng)鏈運營及業(yè)務(wù)績效的影響。那么應(yīng)該如何對石油供應(yīng)鏈的可持續(xù)性進(jìn)行評估是本文的研究重點。

對石油供應(yīng)鏈的可持續(xù)發(fā)展評估屬于多屬性決策問題，其一般步驟是建立決策矩陣、確定屬性權(quán)重、求出綜合值進(jìn)行排序。其中構(gòu)建評價指標(biāo)決策矩陣是基礎(chǔ)，確定屬性權(quán)重是關(guān)鍵，求出綜合值進(jìn)行排序是目的。不同的評價問題選取不同的評價指標(biāo)，構(gòu)建不同的決策矩陣，指標(biāo)體系是否科學(xué)合理直接關(guān)系到評價的質(zhì)量。指標(biāo)的權(quán)重是指該指標(biāo)在整體評價中的相對重要程度。指標(biāo)權(quán)重的確定方法一般可以分為三類:一是主觀賦權(quán)法，是由評價人員根據(jù)各指標(biāo)的重要性而賦權(quán)的一類方法，如層次分析法［11］、群組評價法［12］、模糊分析法［13］等。這些方法由于引入了人為因素，具有一定的主觀隨意性。二是客觀賦權(quán)法，是利用指標(biāo)值所反映的客觀信息確定權(quán)重的一種方法，如粗糙集法［14］、熵權(quán)法［15］等。該方法所賦權(quán)重不受主觀判斷的影響，彌補了主觀賦權(quán)法的缺陷，權(quán)重值比較客觀。但其結(jié)果可能與人的主觀愿望不一致，從而對分析產(chǎn)生困難。三是主客觀綜合賦權(quán)法［16］，將主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)相結(jié)合，可以利用各自的優(yōu)點，彌補不足。獲得指標(biāo)權(quán)重后，通常是與指標(biāo)值進(jìn)行加權(quán)求和并排序，進(jìn)行趨勢分析。

本文在壓力狀態(tài)響應(yīng)模型(pressure-state-response，PSR)的基礎(chǔ)上，依據(jù)粗糙集和熵權(quán)理論，結(jié)合屬性約簡集所求權(quán)重與熵權(quán)確定綜合權(quán)重，提高了指標(biāo)權(quán)值確定的客觀性。通過使用不同離散方法進(jìn)行結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)加入熵權(quán)后屬性綜合值排序基本一致，解決了不同離散方法導(dǎo)致不同結(jié)果這一問題。然后將這種新方法所得的結(jié)果與基于理想解構(gòu)建優(yōu)化模型確定屬性客觀權(quán)重的方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)二者的排序基本一致，進(jìn)而從結(jié)果上進(jìn)一步證明了該方法的合理性。最后依據(jù)前人的水平分級研究成果及石油行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的實際水平，將可持續(xù)指標(biāo)值分為優(yōu)秀、良好、中等、較差、差五個等級。通過級別的劃分，可以根據(jù)指標(biāo)綜合值確切地知道行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。

一、基于三重底線原則的可持續(xù)發(fā)展壓力狀態(tài)響應(yīng)模型

1．模型建立的基礎(chǔ)

三重底線［17］是英國學(xué)者約翰·埃爾金頓于1997年提出的一個概念，是指在供應(yīng)鏈管理中需要協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)利益、環(huán)境保護(hù)和社會責(zé)任三者之間的關(guān)系，促進(jìn)三者的平衡發(fā)展?？沙掷m(xù)性是指既要滿足當(dāng)代人的發(fā)展需求又不能損害后代人的利益，20世紀(jì)80年代末經(jīng)濟(jì)合作和開發(fā)組織與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署共同提出了環(huán)境指標(biāo)的壓力狀態(tài)響應(yīng)概念模型，該模型認(rèn)為人類從自然環(huán)境取得各種資源，通過生產(chǎn)消費又向環(huán)境排放，從而改變了資源的數(shù)量和環(huán)境的質(zhì)量，進(jìn)而影響了人類的經(jīng)濟(jì)社會活動和福利。據(jù)此設(shè)計的指標(biāo)能夠較好地反映自然、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源之間相互依存相互制約的關(guān)系，因此被廣泛應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展評估。據(jù)此本文基于三重底線原則構(gòu)建石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展評估壓力狀態(tài)響應(yīng)模型。

2．PSR模型指標(biāo)層的建立

壓力指標(biāo)是指企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動對社會和自然資源環(huán)境帶來的影響，這里包括直接影響和間接影響。事故死亡率和總事故率可以體現(xiàn)生產(chǎn)活動對社會的影響。廢水、廢氣的排放體現(xiàn)了對自然資源的直接影響，而原油、天然氣的儲量反映了對自然資源的間接影響。

狀態(tài)指標(biāo)是指企業(yè)在發(fā)展過程中各系統(tǒng)的狀態(tài)，包括自然資源環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等所處的狀態(tài)?？傎Y產(chǎn)、營業(yè)額、凈利潤可以體現(xiàn)企業(yè)追求的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，稅費可以體現(xiàn)企業(yè)的社會責(zé)任，原油、天然氣、乙烯等的銷售產(chǎn)量可以體現(xiàn)自然環(huán)境所處的狀態(tài)。

響應(yīng)指標(biāo)用以表征企業(yè)為促進(jìn)供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對環(huán)境問題，體現(xiàn)社會責(zé)任所采取的措施。節(jié)水、節(jié)能、環(huán)境保護(hù)可以應(yīng)對環(huán)境污染及浪費的行為。健康體檢體現(xiàn)企業(yè)對員工承擔(dān)的責(zé)任，扶貧幫困、捐資助學(xué)、賑災(zāi)捐贈等是社會責(zé)任的一種體現(xiàn)。

3．PSR模型指標(biāo)體系的構(gòu)建

中國石油天然氣股份有限公司(簡稱“中國石油”)是中國最大的石油天然氣產(chǎn)品及相關(guān)產(chǎn)品的提供商，通過引入供應(yīng)鏈管理思想，建成集原油勘探、生產(chǎn)、運輸、加工和成品油及化工產(chǎn)品銷售一體化的現(xiàn)代供應(yīng)鏈管理體系?，F(xiàn)以中國石油為例，選取石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)，構(gòu)建PSR模型。

在指標(biāo)選取時依據(jù)《石油與天然氣行業(yè)發(fā)布可持續(xù)發(fā)展報告指南》以及中國石油年度報表中2005—2011年的數(shù)據(jù)，以三重底線原則為依據(jù)，選取核心指標(biāo)和附加指標(biāo)共22個構(gòu)建PSR模型。指標(biāo)體系具有較好的統(tǒng)一性、完整性和代表性，能夠準(zhǔn)確地反映石油供應(yīng)鏈的發(fā)展水平，如表1所示。

表1 中國石油可持續(xù)發(fā)展PSR模型及2005—2011年指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

續(xù)表1

二、基于粗糙集和熵權(quán)法的石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展評估模型

1．石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展評估模型建立的思路

一是通過粗糙集和熵權(quán)法確定各指標(biāo)層的權(quán)重，由于粗糙集與熵權(quán)法都屬于客觀權(quán)重確定方法，兩者結(jié)合既考慮了屬性對決策的重要性又考慮了屬性信息量，使得權(quán)重的確定更全面;二是通過假設(shè)要素層的權(quán)重，構(gòu)建綜合評價模型，求出可持續(xù)指標(biāo)值。最后通過可持續(xù)指標(biāo)值對被評價對象進(jìn)行排序，確定可持續(xù)發(fā)展水平。

2．基于粗糙集和熵權(quán)法的評價步驟

(一)原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評價指標(biāo)的性質(zhì)不同，具有不同的量綱和數(shù)量級，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，消除不同的量綱對決策結(jié)果的影響，使數(shù)據(jù)具有可比性，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。假設(shè)有M個評價指標(biāo)，N個評價對象，指標(biāo)評價值為m'ij(i∈N，j∈M)，標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值為mij。由文獻(xiàn)［18］、［19］，效益型屬性是指標(biāo)值越大越好的指標(biāo)，本文指狀態(tài)層和響應(yīng)層指標(biāo)，則

成本型屬性是指標(biāo)值越小越好的指標(biāo)，本文指壓力層指標(biāo)，則

(二)確定權(quán)重

利用粗糙集處理數(shù)據(jù)時，由于不需要其他任何先驗知識，其處理數(shù)據(jù)的能力越來越受到重視。依據(jù)粗糙集原理確定指標(biāo)權(quán)重的一般方法是利用屬性重要性。屬性的約簡集是指同原來劃分不變的最小的屬性集合，且屬性的約簡集的個數(shù)大于零，所有約簡集的交集為核屬性。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)核屬性不存在時，利用屬性的重要性得出來的所有屬性權(quán)重為零，由此可知利用該方法計算權(quán)重存在缺陷。當(dāng)核屬性不存在時，則所有的約簡集中的屬性為相對必要屬性。根據(jù)文獻(xiàn)［20］可知，該屬性出現(xiàn)在約減集中的個數(shù)與整個約簡集個數(shù)之比可作為其重要程度刻畫的一個標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)G為所有約簡集的個數(shù)，g為含有相對重要屬性kj的約簡集的個數(shù)，則kj的權(quán)重，將其歸一化可得

雖然上述方法可以確定相對重要屬性權(quán)重，但是一方面由式(3)求出來的權(quán)重存在多個屬性權(quán)重相等的情況，另一方面由于該方法處理的是離散化數(shù)據(jù)，屬性離散化方法不同將會導(dǎo)致不同的約簡集，進(jìn)而將導(dǎo)致不同的屬性權(quán)重。由此可知該方法求相對重要屬性權(quán)重存在不足之處。

為了彌補上述不足，本文在屬性約簡集求權(quán)重的基礎(chǔ)上加入熵權(quán)。熵權(quán)法也是一種客觀求權(quán)重的方法，計算是基于規(guī)范化矩陣，不考慮離散數(shù)據(jù)，分析的是指標(biāo)變異大小對權(quán)重的影響。而利用屬性約簡集求相對重要屬性權(quán)重，考慮的是決策屬性對條件屬性的依賴性。將屬性約簡集求得的權(quán)重與熵權(quán)相結(jié)合，綜合考慮了屬性對決策的重要性和屬性的信息量，從兩個角度確定了屬性的權(quán)重，并且可以彌補利用屬性約簡集在判斷權(quán)重上的不足。根據(jù)文獻(xiàn)［21］指標(biāo)kj的熵權(quán)為

式中:l=1/ln N;hij=mij，并假定當(dāng) hij=0，hijln hij=0。

新權(quán)重wkj綜合考慮了屬性對決策的重要性和屬性的信息量，權(quán)重設(shè)置更加合理。

(三)綜合評價值

設(shè)壓力層、狀態(tài)層、響應(yīng)層在可持續(xù)發(fā)展中重要性比重分別為 α、β、δ，則綜合值為

式中:M1、M2、M3分別為壓力層、狀態(tài)層和響應(yīng)層指標(biāo)的個數(shù);α、β、δ由標(biāo)準(zhǔn)差確定權(quán)重的方法［22］即式(7)確定;yij為壓力層、狀態(tài)層和響應(yīng)層指數(shù);yj為指數(shù)的均值。

依據(jù)前人的可持續(xù)發(fā)展水平分級研究成果及石油供應(yīng)鏈的可持續(xù)發(fā)展的實際情況，將可持續(xù)指標(biāo)值分為優(yōu)秀、良好、中等、較差、差5個等級。當(dāng)可持續(xù)指標(biāo)值Z≥0.7時，可持續(xù)發(fā)展水平為優(yōu)秀，表明石油供應(yīng)鏈在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會方面都達(dá)到了較高的水平;而當(dāng)0.6＜Z＜0.7時，可持續(xù)發(fā)展水平為良好;當(dāng)0.5＜Z≤0.6時，可持續(xù)發(fā)展水平為中等，說明可持續(xù)發(fā)展水平雖然有所發(fā)展，但是水平不是很高;當(dāng)0.4＜Z≤0.5時為較差，Z≤0.4為差，這時候的可持續(xù)發(fā)展水平比較低，需要大力提高可持續(xù)發(fā)展水平。

三、石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展評估實證分析

1．評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由式(1)、式(2)對中國石油2005—2011年數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值(見表1)。由于粗糙集處理的是離散化數(shù)據(jù)，利用Spss軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行等寬離散及聚類分析［23］，其中等寬離散算法是典型的無監(jiān)管離散化方法，將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)［0，1］等分為4個區(qū)間(1～0.75;0.75～0.5;0.5～0.25;0.25～0)，區(qū)間取 4 個離散值(4，3，2，1)，直觀上可以理解為優(yōu)、良、中、差。使用聚類分析得到?jīng)Q策屬性，根據(jù)條件屬性將決策屬性分為了4類，確定最終決策信息系統(tǒng)(見表2)。

2．權(quán)重的計算

屬性約簡是保持和決策屬性的依賴性相同的最小條件子集，根據(jù)表2利用Rosetta軟件得出各層的屬性約簡集。

壓力層屬性約簡集

狀態(tài)層屬性約簡集

表2 PSR模型決策表

響應(yīng)層屬性約簡集

A1={a2，a5};A2={a2，a6};A3={a4，a5};A4={a2，a3};A5={a3，a4};A6={a2，a4};A7={a5，a6};A8={a4，a7};A9={a3，a6}

根據(jù)各指標(biāo)層所得的屬性約簡集以及式(3)可以得到相對必要屬性權(quán)重，式(4)和式(5)以及表 1可得各指標(biāo)層的熵權(quán)和新權(quán)重wkj，計算結(jié)果如表3所示。通過粗糙集得出的權(quán)重是以實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，對數(shù)據(jù)本身進(jìn)行挖掘，從而找出事物的內(nèi)在規(guī)律，避免了不同專家的偏好和價值取向的差異帶來的主觀性問題。因此，它比一般的主觀賦權(quán)法更具客觀性，提高了評價結(jié)果的真實性。由表3可知，由粗糙集得到的屬性權(quán)重中，存在著多個屬性權(quán)重相等的情況，與實際分析不符。另外在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時對數(shù)據(jù)進(jìn)行了等寬離散，由于不同的離散方法將會導(dǎo)致不同的屬性約簡集，進(jìn)而導(dǎo)致不同的權(quán)重。加入熵權(quán)得到新權(quán)重后，可以看出權(quán)重設(shè)計更加合理，彌補了僅使用約簡集求權(quán)重的不足。

3．綜合評價值

根據(jù)表1、表3以及式(6)、式(7)，可得各指標(biāo)層綜合屬性值以及可持續(xù)發(fā)展水平，如表4。由表4可得2006年到2011年的可持續(xù)水平排序為:Z2010＞Z2011＞Z2008＞Z2009＞Z2007＞Z2006

表3 各指標(biāo)權(quán)重

表4 PSR模型綜合值及可持續(xù)發(fā)展等級

四、方法對比

首先，對表1的數(shù)據(jù)使用另一應(yīng)用較為廣泛的K均值聚類離散法，并且將K均值聚類離散法與等寬離散法所求的最終數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷加入熵權(quán)的合理性。其次，將該方法與文獻(xiàn)［19］中提出的通過利用理想點構(gòu)建優(yōu)化模型求屬性客觀權(quán)重的方法進(jìn)行比較，判斷本文提出的方法在確定權(quán)重上的合理性?，F(xiàn)將文獻(xiàn)［19］中的方法稱之為D方法，最終比較結(jié)果見表5。

表5 用不同離散方法及D方法所得綜合值

由表5可知:1)用不同的離散方法所得的排序結(jié)果是不同的，尤其是可持續(xù)指標(biāo)值的排序不同。用等寬離散方法得到的可持續(xù)發(fā)展水平最好的年份是2008年，而用K均值離散方法得到的可持續(xù)發(fā)展水平最好的是2011年。聯(lián)系實際可知，2008年全球金融危機，石油行業(yè)受到很大影響，因此從實際情況來看2008年的可持續(xù)發(fā)展水平不應(yīng)該是最好的。說明不同離散方法導(dǎo)致了不同的排序結(jié)果，并且直接影響到評估的準(zhǔn)確性。但加入熵權(quán)后發(fā)現(xiàn)，對于可持續(xù)發(fā)展水平兩種方法排序一致，均為:Z2010＞Z2011＞Z2008＞Z2009＞Z2007＞Z2006，這一排序結(jié)果符合實際情況。說明加入熵權(quán)后可以彌補不同離散方法導(dǎo)致不同結(jié)果這一缺陷，同時還可以使排序結(jié)果更加符合發(fā)展的客觀規(guī)律。2)本文的方法與D方法所得的綜合值在各層的排序基本一致，且最終的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)排序一致。因此，從數(shù)據(jù)分析上證明了用本文方法確定屬性權(quán)重進(jìn)而進(jìn)行多屬性評估是合理的。同時應(yīng)用本文中的方法可得2005—2011年可持續(xù)發(fā)展趨勢圖，由圖可知中國石油天然氣有限公司2005年至2011年可持續(xù)發(fā)展水平、壓力層、狀態(tài)層總體上呈上升趨勢，而響應(yīng)層呈現(xiàn)下降趨勢，現(xiàn)可根據(jù)各個指標(biāo)層的趨勢進(jìn)行有針對性的分析。

(1)壓力指標(biāo)。壓力指標(biāo)綜合值呈現(xiàn)總體上升趨勢，這是由于:第一，該企業(yè)不斷重視生產(chǎn)的安全性，樹立以人為本的理念，導(dǎo)致事故率不斷下降;第二，由于環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強以及環(huán)保法律法規(guī)的不斷健全，企業(yè)廢氣、廢物的排放量不斷下降;第三，考慮到資源開發(fā)對下一代的影響，中國石油對環(huán)境的潛在壓力不斷下降。因此，出現(xiàn)壓力指標(biāo)綜合值呈現(xiàn)總體上升的趨勢是內(nèi)外部壓力的共同結(jié)果，說明了社會、政府對企業(yè)的發(fā)展有不可忽視的作用。

圖1 可持續(xù)發(fā)展趨勢

(2)狀態(tài)指標(biāo)。狀態(tài)綜合值整體呈上升趨勢，但是從2007年到2008年該指標(biāo)增幅下降，2008年至2009年該指標(biāo)呈下降趨勢，這主要是由于石油行業(yè)受到了國際金融危機的嚴(yán)重影響和沖擊。全球性金融危機的爆發(fā)影響了實體經(jīng)濟(jì)，國際市場原油價格大幅度下降，石油石化產(chǎn)品需求下降，石油開發(fā)項目由于融資困難而延遲等各種問題，因此出現(xiàn)狀態(tài)綜合值在2008年增幅下降，2009年下降的趨勢。為了應(yīng)對金融危機，該公司堅持以市場為導(dǎo)向、以效益為中心、科學(xué)組織生產(chǎn)經(jīng)營。同時2010年后，國際金融市場逐漸趨于穩(wěn)定，中國經(jīng)濟(jì)回升向好的基礎(chǔ)逐步鞏固，石油石化產(chǎn)品的需求增長，企業(yè)經(jīng)營業(yè)績上漲。因此2010年、2011年狀態(tài)綜合值呈現(xiàn)上升趨勢。狀態(tài)指標(biāo)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)說明在經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢下，企業(yè)的發(fā)展離不開整個國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境，因此企業(yè)應(yīng)該提高應(yīng)對國際金融危機、金融風(fēng)險的能力，不斷提升企業(yè)核心競爭力。同時積極拓展市場，為可持續(xù)發(fā)展提供保障。

(3)響應(yīng)指標(biāo)。響應(yīng)指標(biāo)的波動幅度比較大，這主要是由于該指標(biāo)反應(yīng)了扶貧幫困、捐資助學(xué)、賑災(zāi)捐贈社會責(zé)任，表明了該公司在生產(chǎn)的同時，注重了國有企業(yè)在履行社會責(zé)任方面的表率作用。

(4)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)。呈現(xiàn)總體上升趨勢，由等級表可知，2005年到2011年中國石油天然氣有限公司的可持續(xù)發(fā)展水平由差到良好，說明企業(yè)不斷注重經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展。

五、結(jié) 語

本文在粗糙集的基礎(chǔ)上分析了當(dāng)核屬性不存在時，相對必要屬性權(quán)重的確定方法。加入熵權(quán)可以彌補多個屬性權(quán)重相等及離散方法不同所帶來的影響。該方法為客觀權(quán)重的確定提供了一種新的思路。以中國石油天然氣有限公司為例，構(gòu)建了石油供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展評估PSR模型，使得對可持續(xù)發(fā)展水平有了更加細(xì)致的認(rèn)識。另外提出的可持續(xù)發(fā)展水平等級表為企業(yè)處于可持續(xù)發(fā)展的階段提供了標(biāo)準(zhǔn)，有利于企業(yè)對可持續(xù)發(fā)展水平有一個直觀的認(rèn)識。

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