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摘要：
由于家电产品的使用环境条件可能不同，因而使得废旧家电产品都有其自身的特殊性.为了使具有不同特性的废旧家电产品的拆卸回收价值最大化，采用模糊推理Petri网建立模型描述相关的模糊拆卸准则，并使用模糊推理算法，借助MATLAB软件找出某一拆卸方案的最大真实度，从而作出最佳的拆卸回收方案.实例证明，此模型能够实时针对具有不同特性的产品决策作出最佳的拆卸回收方案，从而尽可能使得拆卸回收的价值达到最大化.
关键词：
拆卸回收； 模糊推理算法； 模糊推理Petri网； 价值最大化
中图分类号：TH 166； X 705 文献标志码：A
Disassembly and recycling of waste household appliances
based on fuzzy reasoning Petri nets
YANG Lin， NI Jun-fang
（College of Mechanical and Electronic Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China）
Abstract：
As household appliances may have different environmental conditions during their use stage， the used products have their own particularity. In order to maximize the value of waste household appliances with different characteristics， a fuzzy reasoning Petri net was used to establish a mathematical model for representing related disassembly rules. Based on the proposed fuzzy reasoning algorithm and MATLAB， the biggest confidence of a certain disassembly method was found out to determine the best method of disassembly and recycling. An example proved that the model can make the best and real-time decision for the specific product with different characteristics and maximize the value of waste household appliances Disassembly and recycling.
Key words：
disassembly and recovery； fuzzy reasoning； fuzzy Petri nets； value maximization
我国从2009年开始进入家用电器报废的高峰期，预计到“十二五”末期，年报废量将达到1.6亿多台，其中包含大量的废旧小家电产品.如何使得如此庞大数目的废旧家电实现其生命周期的终期价值，建立完善的旧家电拆卸回收系统很有必要.废旧家电产品具有其自身的特殊性，例如使用年限、使用环境条件不同等，因此为了保证每件废旧家电产品的终期价值都能实现最大化，每件产品的拆卸顺序都可能不同.所以首先要检查每件产品，收集尽可能多的相关数据，并根据经验和相应的规范作出假设，然后决定拆卸方案.废旧家电的拆卸方法是保证实现回收价值最大、避免环境污染以及资源浪费的关键.目前，国内外许多学者已研究了不同的拆卸模型，例如无向图[1]、有向图[2]、与或图[3]和拆卸Petri网[4]等.建立这些模型都是为了从所有可能的拆卸顺序中找出最优的拆卸方案.
本文采用模糊推理Petri网建立模型描述具体的废旧家电产品的相关拆卸规则，并运用模糊推理算法找出最大的真实度，从而作出相应的决策.利用该模型，可从具体的家电产品入手，针对其特性，实时作出最佳的决策，从而尽可能减少拆卸的时间，并保证回收价值的最大化.
1 模糊推理Petri网
1.1 模糊推理Petri网的模型
大多数情况下往往很难计算出精确的数据.因此，使用模糊产品规则可恰当描述真实的世界.模糊推理Petri网是从Petri网的基础上延伸而来的.模糊推理Petri网的描述起源于文献[5].模糊推理Petri网不同于传统的Petri网，其中托肯表示库所状态为真的置信度，其值在0～1之间；规则的触发不会使得原来的真值消失；变迁的引发不存在并发冲突问题.
2 旧家电拆卸回收系统
从产品的全生命周期考虑，拆卸与回收也是其中的重要环节.对于回收的大量废旧家电产品，由于其本身的特性，很难统一明确其回收方法，所以本文采用一种动态系统实时收集相关数据，并借助于模糊推理Petri网的规则作出决策.其拆卸回收系统模型如图1所示.
回收的废旧家电首先需要分类收集.如果产品上面有纸贴的标记，一定要将其清除；再对每一个产品或部件，检查其完好性、使用期限、拆卸难易性、材料成分等，收集并记录相关数据；然后决定是重新使用，还是继续拆卸、回收、废弃处理；最后，将拆卸下的子拆卸部件返回检查，再进入系统循环.
3 实例应用 对于不同种类的旧家电产品以及相同种类的旧家电产品，由于使用情况的不同，每件产品的拆卸顺序可能都不一样.因此在保证回收价值最大化和降低环境污染的前提下，运用动态模糊决策其回收方式.并且由于使用情况不同，很难统一确定其重用价值的真实度，所以回收前需要对每一件产品进行检查并模糊定量其真实度.从一个实际的旧家电产品入手，推出大致可能出现的情况，并作出相应的决策.
对于回收的旧家电产品，首先估计其重用价值，如果产品完好并且还在使用期限内即还有使用价值就可直接重新使用，否则需要进一步分析，是不是有重要价值的零部件，并且考虑其拆卸成本是不是低于粉碎成本.如果没有任何重要价值的零部件则考虑回收可再生的材料，对于不可再生的材料要进行填埋处理，对于有危害物质的材料要进行分离处理[7-8].本文模糊拆卸Petri网的决策模型如图2所示.
图2中，P1表示产品或零部件完好无损并在使用期限内；P2表示某个零部件的重用价值很高；P3表示零部件拆卸成本低于粉碎成本；P4表示构成产品零部件的材料无再生价值；P5表示构成产品零部件的材料不兼容；P6表示构成产品零部件的材料无危害物质；P7表示产品或零部件被重新使用；P8表示拆卸下重用价值高的零部件；P9表示产品零部件被填埋；P10表示不同材料零部件通过拆卸分类；P11表示粉碎不同材料产品零部件再分离不同材料；P12表示直接回收材料作再生处理；P13表示对有危害物质材料进行分离处理.
以微波炉炉门拆卸为例说明该方法的实用性.微波炉炉门包含门面，门面由炉门玻璃G和金属门框F组成；门体B由金属微孔网观察窗和扼流槽组成；门封S由一种特殊塑料构成，门钩H由塑料构成.由于门封是嵌在炉门上的，最容易拆卸，拆开门封后才能拧下扼流槽内的四个螺钉，然后才能使得门体和门钩与门面分离，最后拆下相应的玻璃、门框、门体和门钩，所以根据一般经验得到的拆卸Petri网[9]如图3所示.
考虑到产品的特殊性，对特定的某个炉门重新评估，根据收集到的数据作出不同的假设.
检查已经拆下的炉门，得出如下假设：（1）炉门完好并在使用寿命内的可信度为0.9；（2）门体重用价值很高的可信度为0.9；（3）门体拆卸成本低于粉碎成本的可信度为1；（4）材料有很高再生价值的可信度0.8；（5）材料成分不可兼容的可信度为1；（6）材料成分不含有害物质的可信度为1；因此，此炉门的初始状态是
4 结论
旧家电拆卸回收是产品生命周期的一个重要环节.本文在考虑回收价值最大化并对环境污染最小的前提下，提出了一种基于模糊推理Petri网规则，并借助于MATLAB软件计算出最大置信度，从而对拆卸回收作出动态决策，及时反馈信息，以保证对不同的产品使用最佳的拆卸方案.但是，由于旧家电产品的复杂特性，还未能考虑到所有的情况，而且不能作出特别精确的判断，还有待于建立更加详尽的系统，特别是对产品进行详细的检查，需要一个高效的系统快速记录产品的信息，明细实施方案，以便得出最佳的假设，更全面地收集不同旧家电产品的相关信息，保证实现拆卸回收价值最大化.
参考文献：
[1] ZHANG H C，KUO T C.A graph-based disassembly sequence planning for EOL product recycling[C].Electronics Manufacturing Technology Symposium，Twenty-First IEEE/CPMT International，1997：140-151.
[2] LI F I，DANG G H，WANG J S，et al.Green design assessing system model of products[C].Electronics and the Environment，2002 IEEE International Symposium，2002：123-127.
[3] GAO J.Disassembly AND/OR graph model for disassembly for recycling[C].Electronics and the Environment，2003 IEEE International Symposium，2003：54-59.
[4] 江志斌.Petri网及其在制造系统建模与控制中的应用[M].北京：机械工业出版社，2004.
[5] GAO M，ZHOU M C，HUANG X，et al.Fuzzy reasoning Petri nets[J].IEEE Trans Syst Man Cybern A，2003，33（3）：314-323.
[6] CHEN S M，KE J S，CHANG J F.Knowledge representation using fuzzy Petri nets[J].IEEE Trans Knowl Data Eng，1990，2（3）：311-319.
[7] LOONEY C G.Fuzzy Petri nets for rule-based decision making[J].IEEE Trans Syst Man Cybern B，1988，18（1）：178-183.
[8] GAO M，ZHOU M C，TANG Y.Intelligent decision making in disassembly process based on fuzzy reasoning Petri nets[J].IEEE Trans Syst Man Cybern B，2004，34（5）：2029-2034.
[9] 袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.
由于家电产品的使用环境条件可能不同，因而使得废旧家电产品都有其自身的特殊性.为了使具有不同特性的废旧家电产品的拆卸回收价值最大化，采用模糊推理Petri网建立模型描述相关的模糊拆卸准则，并使用模糊推理算法，借助MATLAB软件找出某一拆卸方案的最大真实度，从而作出最佳的拆卸回收方案.实例证明，此模型能够实时针对具有不同特性的产品决策作出最佳的拆卸回收方案，从而尽可能使得拆卸回收的价值达到最大化.
关键词：
拆卸回收； 模糊推理算法； 模糊推理Petri网； 价值最大化
中图分类号：TH 166； X 705 文献标志码：A
Disassembly and recycling of waste household appliances
based on fuzzy reasoning Petri nets
YANG Lin， NI Jun-fang
（College of Mechanical and Electronic Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China）
Abstract：
As household appliances may have different environmental conditions during their use stage， the used products have their own particularity. In order to maximize the value of waste household appliances with different characteristics， a fuzzy reasoning Petri net was used to establish a mathematical model for representing related disassembly rules. Based on the proposed fuzzy reasoning algorithm and MATLAB， the biggest confidence of a certain disassembly method was found out to determine the best method of disassembly and recycling. An example proved that the model can make the best and real-time decision for the specific product with different characteristics and maximize the value of waste household appliances Disassembly and recycling.
Key words：
disassembly and recovery； fuzzy reasoning； fuzzy Petri nets； value maximization
我国从2009年开始进入家用电器报废的高峰期，预计到“十二五”末期，年报废量将达到1.6亿多台，其中包含大量的废旧小家电产品.如何使得如此庞大数目的废旧家电实现其生命周期的终期价值，建立完善的旧家电拆卸回收系统很有必要.废旧家电产品具有其自身的特殊性，例如使用年限、使用环境条件不同等，因此为了保证每件废旧家电产品的终期价值都能实现最大化，每件产品的拆卸顺序都可能不同.所以首先要检查每件产品，收集尽可能多的相关数据，并根据经验和相应的规范作出假设，然后决定拆卸方案.废旧家电的拆卸方法是保证实现回收价值最大、避免环境污染以及资源浪费的关键.目前，国内外许多学者已研究了不同的拆卸模型，例如无向图[1]、有向图[2]、与或图[3]和拆卸Petri网[4]等.建立这些模型都是为了从所有可能的拆卸顺序中找出最优的拆卸方案.
本文采用模糊推理Petri网建立模型描述具体的废旧家电产品的相关拆卸规则，并运用模糊推理算法找出最大的真实度，从而作出相应的决策.利用该模型，可从具体的家电产品入手，针对其特性，实时作出最佳的决策，从而尽可能减少拆卸的时间，并保证回收价值的最大化.
1 模糊推理Petri网
1.1 模糊推理Petri网的模型
大多数情况下往往很难计算出精确的数据.因此，使用模糊产品规则可恰当描述真实的世界.模糊推理Petri网是从Petri网的基础上延伸而来的.模糊推理Petri网的描述起源于文献[5].模糊推理Petri网不同于传统的Petri网，其中托肯表示库所状态为真的置信度，其值在0～1之间；规则的触发不会使得原来的真值消失；变迁的引发不存在并发冲突问题.
2 旧家电拆卸回收系统
从产品的全生命周期考虑，拆卸与回收也是其中的重要环节.对于回收的大量废旧家电产品，由于其本身的特性，很难统一明确其回收方法，所以本文采用一种动态系统实时收集相关数据，并借助于模糊推理Petri网的规则作出决策.其拆卸回收系统模型如图1所示.
回收的废旧家电首先需要分类收集.如果产品上面有纸贴的标记，一定要将其清除；再对每一个产品或部件，检查其完好性、使用期限、拆卸难易性、材料成分等，收集并记录相关数据；然后决定是重新使用，还是继续拆卸、回收、废弃处理；最后，将拆卸下的子拆卸部件返回检查，再进入系统循环.
3 实例应用 对于不同种类的旧家电产品以及相同种类的旧家电产品，由于使用情况的不同，每件产品的拆卸顺序可能都不一样.因此在保证回收价值最大化和降低环境污染的前提下，运用动态模糊决策其回收方式.并且由于使用情况不同，很难统一确定其重用价值的真实度，所以回收前需要对每一件产品进行检查并模糊定量其真实度.从一个实际的旧家电产品入手，推出大致可能出现的情况，并作出相应的决策.
对于回收的旧家电产品，首先估计其重用价值，如果产品完好并且还在使用期限内即还有使用价值就可直接重新使用，否则需要进一步分析，是不是有重要价值的零部件，并且考虑其拆卸成本是不是低于粉碎成本.如果没有任何重要价值的零部件则考虑回收可再生的材料，对于不可再生的材料要进行填埋处理，对于有危害物质的材料要进行分离处理[7-8].本文模糊拆卸Petri网的决策模型如图2所示.
图2中，P1表示产品或零部件完好无损并在使用期限内；P2表示某个零部件的重用价值很高；P3表示零部件拆卸成本低于粉碎成本；P4表示构成产品零部件的材料无再生价值；P5表示构成产品零部件的材料不兼容；P6表示构成产品零部件的材料无危害物质；P7表示产品或零部件被重新使用；P8表示拆卸下重用价值高的零部件；P9表示产品零部件被填埋；P10表示不同材料零部件通过拆卸分类；P11表示粉碎不同材料产品零部件再分离不同材料；P12表示直接回收材料作再生处理；P13表示对有危害物质材料进行分离处理.
以微波炉炉门拆卸为例说明该方法的实用性.微波炉炉门包含门面，门面由炉门玻璃G和金属门框F组成；门体B由金属微孔网观察窗和扼流槽组成；门封S由一种特殊塑料构成，门钩H由塑料构成.由于门封是嵌在炉门上的，最容易拆卸，拆开门封后才能拧下扼流槽内的四个螺钉，然后才能使得门体和门钩与门面分离，最后拆下相应的玻璃、门框、门体和门钩，所以根据一般经验得到的拆卸Petri网[9]如图3所示.
考虑到产品的特殊性，对特定的某个炉门重新评估，根据收集到的数据作出不同的假设.
检查已经拆下的炉门，得出如下假设：（1）炉门完好并在使用寿命内的可信度为0.9；（2）门体重用价值很高的可信度为0.9；（3）门体拆卸成本低于粉碎成本的可信度为1；（4）材料有很高再生价值的可信度0.8；（5）材料成分不可兼容的可信度为1；（6）材料成分不含有害物质的可信度为1；因此，此炉门的初始状态是
4 结论
旧家电拆卸回收是产品生命周期的一个重要环节.本文在考虑回收价值最大化并对环境污染最小的前提下，提出了一种基于模糊推理Petri网规则，并借助于MATLAB软件计算出最大置信度，从而对拆卸回收作出动态决策，及时反馈信息，以保证对不同的产品使用最佳的拆卸方案.但是，由于旧家电产品的复杂特性，还未能考虑到所有的情况，而且不能作出特别精确的判断，还有待于建立更加详尽的系统，特别是对产品进行详细的检查，需要一个高效的系统快速记录产品的信息，明细实施方案，以便得出最佳的假设，更全面地收集不同旧家电产品的相关信息，保证实现拆卸回收价值最大化.
参考文献：
[1] ZHANG H C，KUO T C.A graph-based disassembly sequence planning for EOL product recycling[C].Electronics Manufacturing Technology Symposium，Twenty-First IEEE/CPMT International，1997：140-151.
[2] LI F I，DANG G H，WANG J S，et al.Green design assessing system model of products[C].Electronics and the Environment，2002 IEEE International Symposium，2002：123-127.
[3] GAO J.Disassembly AND/OR graph model for disassembly for recycling[C].Electronics and the Environment，2003 IEEE International Symposium，2003：54-59.
[4] 江志斌.Petri网及其在制造系统建模与控制中的应用[M].北京：机械工业出版社，2004.
[5] GAO M，ZHOU M C，HUANG X，et al.Fuzzy reasoning Petri nets[J].IEEE Trans Syst Man Cybern A，2003，33（3）：314-323.
[6] CHEN S M，KE J S，CHANG J F.Knowledge representation using fuzzy Petri nets[J].IEEE Trans Knowl Data Eng，1990，2（3）：311-319.
[7] LOONEY C G.Fuzzy Petri nets for rule-based decision making[J].IEEE Trans Syst Man Cybern B，1988，18（1）：178-183.
[8] GAO M，ZHOU M C，TANG Y.Intelligent decision making in disassembly process based on fuzzy reasoning Petri nets[J].IEEE Trans Syst Man Cybern B，2004，34（5）：2029-2034.
[9] 袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.