文章编号：1004-8774(2021)01-0034-07DOI：10.16558/jki.issnl004-8774.2021.01.006生物质锅炉产品质量评价指标体系研究 王善武，徐懿敏，钱风华
（上海工业锅炉研究所有限公司，上海201114）
摘要：以生物质锅炉产品为研究对象，基于锅炉产品质量的共性因素，结合生
物质成型燃料层燃锅炉的系统结构与性能要求，采用文献研究和实际调研相结合、实
证分析与规范分析互为补充的方法，从全生命周期角度分析并确定影响生物质锅炉
产品质量的关键指标，并在指标选择和质量评价中使用德尔菲法、层次分析法对其指标进行分析与整合，根据质量因子之间的相互关系建立生物质成型燃料层燃锅炉产品质量综合评价指标体系结构。第一作者：王善武（1965-），大学本科，工商管理硕士。长期从事产品质量、制造工艺、行业标准、规划编制等工作。现任上海工业锅炉研究所
关键词：生物质锅炉；产品质量；影响因素；指标体系
中图分类号:TK-9文献标识码:A有限公司副总经理，兼任中国电器
工业协会工业锅炉分会秘书长。Research on Biomass Boiler Product Quality Evaluation Index System
WANG Shanwu,XU Yimin,Qian Fenghua
(Shanghai Industrial Boiler Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai201114,China)
Abstract:Based on the common factors of boiler product quality,combined with the system structure and performance characteristics of biomass-model-forming fuel boilers,analyzes and determines the key indicators and comprehensive evaluation methods affecting the quality of biomass boiler products from the perspective of the whole life cycle.Then,uses Del
phi method and hierarchical analysis method to analyze and integrate its index and establishes the comprehensive evaluation index architecture of biomass-formed fuel boiler product quality.
Keywords:biomass boilers；product quality；influence factors；index system
0前言
随着国际社会对保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化等问题日益重视，早在1997年，欧盟 就
开始不断提高可再生能源在能源消费中的比例。之后，国内也出台一系列促进生物质能产业发展的政策措施。2006年《中华人民共和国可再生能源法》的实施表明可再生能源包括生物质能在我国现代能源体系中的地位得到进一步巩固，并连续在四个“五”年规划中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目。根据中国电器工业协会工业锅炉分会的有关资料，尽管我国生物质锅炉的发展受理念、技术、管理、市场竞争甚至国家政策等影响，2009〜2018年我国生物质锅炉产量无论从台数还是从蒸吨数都在波动中不断呈上升趋势，见图1。但多数生物质工业锅炉的设计仍未摆脱煤炉的设计理念，不少为煤、生物质两用炉，有些直接就是由煤炉改造而成，专用的生物质锅炉不多。
近年来，虽然生物质锅炉质量有所提高，但仍然良莠不齐，加之生物质燃料来源、质量的变化和波动等导致生物质锅炉产品的实际使用性能也参差不齐。这不仅无法实现生物质能利用的目的，更严重危及到生物质锅炉产业的可持续健康发展，生物质锅炉的环保性能甚至一度成为压死该产业的最后一根稻草。涡轮分子泵
基金项目：国家重点研发计划NQI重点专项项目（2017YFF02110904）
收稿日期：2020-12-22
但从我国及世界能源发展趋势及国外的成功实践，可以断言我国生物质锅炉产业长期向好的发展势头不会改变且会随着理念、技术、管理水平的提升成为未来我国锅炉的主导产品之一。当务之急就是要尽快提升生物质锅炉及系统的质量性能，在满足安全的前提下，持续、稳定、经济地发挥热工和环保性能。然而影响生物质锅炉产品质量性能的因素众多且相互之间关系复杂，能够正确评价产品的质量水平是提咼产品质量的前提。如何对产品质量性能进行有效的综合评价，以满足政府行政监管和用户的需求，直接关系到生物质能利用与生物质锅炉产业的平稳发展。
就锅炉产品质量评价而言，当前主要是进行定性评价：即判定合格与否或者就产品的各项指标分别比较评判优劣，主要将锅炉设计定型效率、锅炉系统大气污染物排放作为衡量锅炉质量状态的核心。这导致人们对设备质量性能认识片面甚至容忍产品实物质量缺陷，以及重锅轻炉、重受压件轻结构件、重锅炉轻系统的现象在生物质锅炉中更为常见，为锅炉产品质量性能稳定持久发挥埋下了隐患。
因此认真研究、构建并实施一套全面客观、科学 合理、标准统一、具有生物质锅炉特点的质量性能评价体系，不仅是强化生物质锅炉质量管理的有效措施，更是引导生物质锅炉制造企业不断提高产品质量水平的重要手段，具有重要的现实意义。
本文以生物质成型燃料锅炉产品为研究对象，基于锅炉产品质量的共性因素，结合生物质成型燃料层燃锅炉的系统结构与性能要求，从全生命周期角度分析并确定影响生物质锅炉产品质量的关键因素，
并在相关指标选择和基于相关指标满足度的质量评价中使用德尔菲法、层次分析法对其指标及其满足度进行分析与整合，根据质量因素之间的相互关系建立生物质成型燃料锅炉产品质量综合评价指标体系结构与质量评价模型。1生物质成型燃料锅炉的质量内涵与评价指标设置原则
1.1质量内涵
对生物质成型燃料锅炉来讲，要相对其产品质量进行综合评价，首先要明确评价要素，从而能科学合理地确定评价体系。
如上文所述，几十年来，人们对产品的质量的认识不断深化，下过多种不同的定义并最终体现在IS09000质量管理体系国际标准对质量的定义中。基于有关质量管理专家的观点和研究成果，以及我们对IS09000-2015的质量定义（“客体的一组固有特性满足要求的程度”）的理解，生物质成型燃料锅炉产品质量评价指标除了具有普遍接受的适用性、安全性、可靠性、经济性、环保性等质量特性之外，还具备整体性。研究注意到，产品的质量形成过程贯穿于全生命周期的各个方面，产品质量是过程的结果。对于制造业来说，过程即集成从订单到交货或提供服务的一连串作业活动，主要过程包括营销与市场调研、产品设计与开发、生产准备、采购、生产制造、设备维护与保养、销售和售后服务等，其中各个环节都对产品质量高低造成影响。产品质量的整体性特性正是适应了这种变化。另一方面，对生物质成型燃料锅炉来讲，整体性还体现在锅炉系统上，这一点比其他锅炉更重要。
电源外壳按照全面质量管理原则，对产品的质量评价，也就是对过程的评价，应对包括产品研发（设计）能力、量产质量保障、产品技术性能与检测、售后服务等在内的产品全生命周期各过程质量影响关键因素进行综合评价。生物质成型燃料锅炉产品的质量指标应该包括两类：一类是反映产品本身质量一一固有质量的指标，是由合格品本身的内在质量和外观质量决定的；另一类是反映产品生产过程中工作质量的指标，体现企业的管理工作、技术工作和组织工作对达到和提高产品质量标准的保证能力。
1.2评价指标设置原则
生物质成型燃料锅炉产品质量涉及的因素众多且与其它锅炉特别是煤炉相比又有不少特殊性，一些指标既独特又关键。为了全面、综合、有效地对生物质成型燃料锅炉产品质量性能进行综合评价，生物质成型燃料锅炉质量评价指标的设置除了遵守指标设置的一般性原则，如科学、实用、通用可比、不重不漏的原则，还应遵守下列原则：
（1）全生命周期原则
对生物质成型燃料锅炉产品的质量评价要涵盖
生物质成型燃料锅炉产品全生命周期，应对包括设计（含选材）、制造、安装调试、运行、维护等各个环节在内的各过程进行综合评价，重点体现在产品研发（设计）能力、量产质量保障、产品技术性
能与检测、标准和认证符合性、售后服务等几方面。
（2）系统性原则
生物质成型燃料锅炉产品是一个由锅炉本体与配套辅机仪表组成的集成系统，其性能质量好坏不仅取决于锅炉本体质量，多数情况下辅机配套质量与匹配性成为决定因素，就是锅炉本体质量也取决于主要部件的性能和质量水平。因此应当对锅炉本体各部件的质量水平进行系统评价同时对主要配套辅机的技术性能和质量水平进行评价。同样重要的是，要认真和全面地对生物质成型燃料锅炉研发每个过程的工作质量进行系统地考察和评价，才能真实、客观地反映生物质成型燃料锅炉的整体质量水平。
（3）可操作性原则
生物质成型燃料锅炉评价指标的设置应当建立在对产品制造和应用领域充分调研的基础上，经设计、制造、检测、供热等行业专家专题讨论研究，确定科学、合理的评价内容、评价依据和评价方法，通过广泛征求相关单位意见，不断进行完善，保证较好的可操作性。
（4）适度性原则
基于实践的需要，适度性原则是指适应于我国生物质成型燃料锅炉生产发展水平和燃料资源利用状况，旨在既要不断提高生物质成型燃料锅炉的质量水平，又要把质量消耗水平控制在技术、经济等的
承受能力范围内，故指标设置既要体现先进性又要体现经济性，既要以目标导向、体现特，又要突出重点、有代表性且规模适度。
2生物质成型燃料锅炉产品质量评价指标体系建立
2.1设计思路和技术路线
2.1.1设计思路
传统的质量评价体系主要是从用户需求和产品质量性能等方面建立。根据前文分析，对于生物质成型燃料锅炉产品质量评价指标体系将按照上文1.2所述的指标设置原则以用户需求和产品质量性能评价为主，兼顾产品质量保障能力评价，通过提炼和抽象影响产品性能质量的共性因素进行构建。2.1.2技术路线
影响产品质量的因素具有多样性、复杂性和不确定性等特点，各因素之间也相互关联和影响，从不同的角度建立不同的质量评价体系，对产品质量评价都有一定的影响。鉴于此，我们围绕生物质成型燃料层燃锅炉产品质量评价的实际需要，广泛搜集国内外有关产品质量、技术评价方法、认证制度和标准化研究与实践资料，在学习消化已有成果和经验的基础上，深入科研院所、质检部门和锅炉企业、锅炉用户一线调研，掌握并分析生物质成型燃料层燃锅炉产业现状、技术现状、标准化现状、应用现
状，围绕生物质锅炉质量性能评价的实践需求，对生物质锅炉质量的本质要素和核心影响因素进行抽象提炼和甄选并征求行业专家学者的意见和建议，采用层次分析法，研究并提出适合我国国情的生物质成型燃料层燃锅炉质量评价指标体系；对影响质量的定性指标进行定量化研究，通过系列试验数据研究确定不同燃料、不同燃烧方式、不同容量生物质锅炉的质量性能合格指标值；确定分级指标及其满足度。2.1.3技术方法
如上所述，我们采用层次分析法［1］来建立生物质成型燃料锅炉质量性能评价指标体系。所谓层次分析法，即Analytic Hierarchy Process（简称AHP）是由美国匹兹堡大学数学系教授，著名运筹学家萨迪（T.L.Satty）于20世纪70年代中期提出来的一种定性、定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。它是将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性分析和定量分析的一种决策方法。这种方法将决策者的经验给予量化，特别适用于目标结构复杂且缺乏数据的情况。
层次分析法的基本原理：首先，把要分解的问题分层系列化，即根据问题的性质和要达到的目标，将问题分解为不同的组成因素，按照因素之间的相互影响和隶属关系将其分层聚类组合，形成一个递阶、有序的层次模型。然后，对模型中每一层次因素给予定量打分，再利用数学方法确定每一层次全部因素相对重要性次序的权值。最后，通过综合计算各因素相对重要性的权值，得到相对重要性次序的组合权值，以此作为评价结果。
层次分析法十分适用于具有定性的或定性、定量兼有的决策分析，可靠度比较高，误差较小。但评价因素的对象不能太多（一般不多于9个），否则判断矩阵容易出现严重的不一致现象。
2.2生物质成型燃料锅炉质量评价指标体系建立
为了能够多方位、多角度地评价生物质成型燃料锅炉产品质量，根据国家有关生物质能利用政策、
节能环保法规，锅炉制造业许可条件，产品制造和质量管理相关国家和行业标准，行业状况调研报告，生物质锅炉产品技术经济数据、实际测试报告、锅炉使用和用户意见反馈报告等，运用SIPOC方法识别影响生物质成型燃料锅炉产品质量的关键指标，并结合上述分析和指标设置原则，采用层次分析法根据目标层、准则层、指标层的含义对其进行梳理与分类，初步建立生物质成型燃料锅炉产品质量性能评价指标体系结构；然后采用专家讨论法（德尔菲法）组织生物质成型燃料锅炉研究开发、生产制造、应用及质量评价领域的10位资深专家，对评价指标的相对重要性展开评价，通过对不同领域专家的评价结果进一步分析与整合，最终建立生物质成型燃料层燃锅炉产品质量评价指标体系模型，如图2所示。
图2生物质成型燃料层燃锅炉产品质量评价指标体系图
从图2可见，生物质成型燃料锅炉产品质量性能评价指标体系涵盖产品质量的方方面面，由至少3个层
次组成。第一层为目标层，表示有待解决的问题，需要做出的决策等，在此即为生物质成型燃料锅炉产品质量性能评价指标；中间层为准则层，或者叫主因素层，是判断上下层影响的标准，在此分为质量水平和质量保障能力水平两个维度；对生物质锅炉的质量水平，从锅炉功能性、技术性、可靠性、经济 性等4方面有直接影响因素和间接影响因素16项进行考核；对质量保障能力水平，以产品研发能力、管理机制与质量控制、产品售后服务3方面来衡量；最后一层为指标层，反映准则层的具体内容，由数量众多的各单项评价影响因子组成，其中涉及功能与性能的指标有3小项，涉及产品技术方案先进性的指标有6小项，涉及产品可靠的指标有4小项，涉及 经济性的指标有3小项，涉及产品研发能力的指标有3小项，涉及管理机制与质量控制的指标有2小项，涉及产品售后服务的指标有3小项。这些指标中既有定性指标，也有定量指标。对于定性指标采用模糊语言（如全面、完整、满意等）来表示；对于定量指标则规定最低、最高值或其范围。被考核项目所能达到指标要求程度根据德尔菲法确定。
无人机自动机场2.3评价指标体系中各指标权重确定
2.3.1指标权重计算流程和方法
每个指标对指标体系都有不同作用和贡献，在确定其权重时，需遵循指标体系优化原则，合理分配
它们的权重，同时重点突出产品质量的重要程度。为了获得科学合理的权重，按照层次分析法(AHP 法)进行各层级指标权重确定。AHP实施流程如图3所示。
图3AHP实施流程
2.3.1.1指标重要性评价
为了有针对性地评估生物质成型燃料锅炉产品不同方面的性能，采用问卷调研方式，特邀请锅炉行业10位从事生物质燃烧技术研究教学、锅炉产品研发、制造、使用、质量评估评判等方面经验丰富的专家对生物质成型燃料锅炉产品有关质量指标按表1所示的方法在两两相互比较的基础上对其重要性进行打分评价，从而建立判断矩阵。
表11~9标度法
折弯机上模标度«ij含义
1i、j两指标相比，重要性同等重要
3i、j两指标相比，前者比后者比较重要
5i、j两指标相比，前者比后者重要
7i、j两指标相比，前者比后者很重要
9i、j两指标相比，前者比后者极度重要
2、4、6、8 1-9的倒数i、j两指标相比，重要性在以上相邻标度程度之间
i、j两指标相比，重要性前者为后者的a.监视门
专家根据评判比例标度对同级指标进行比较评价得判断矩阵R,R表示某个评价目标或方面A对应的下级评价指标A】到A n有联系，心表示A i和A j 相对于A比较时A i和A j的模糊关系。
—r11口2…口“一
R=(ij)叭=：?(1) 2.3.1.2权重确定及其一致性检验
专家打分结束后，需要对不同评价指标的权重进行计算，即对建立的判断矩阵R进行求解。常用的判断矩阵的特征向量和特征值的求解方法包括:①幂法;②和法;③方根法;④MATLAB求解法。在以上4种方法中，和法和方根法计算方法简单，适用 于计算精度要求不高的场合；而幂法的计算过程相对复杂和繁琐。对于质量指标权重计算而言，精度 要求不高。因此，我们采用方根法计算相关指标权重。
对于每一个比较判断矩阵R，显然具有特征值
入及其相应的特征向量匹满足：
RW=入甲(2)
根据求解矩阵R的最大特征值入max及其相应的特征向量甲「込，将特征向量甲max进行归一化处理，得到的向量即可认为是同一层中各因素权重向量。为了避免出现甲比乙极端重要，乙比丙极端重要，而丙又比甲极端重要的情况，在确定每一层次权重向量时，均需对比较判断矩阵R作一致性检验。进行一致性检验可通过计算一致性比例CR的大小来完成。当CR<0.1时，说明一致性检验具有满意的结果，即权重具有合理性；否则比较判断矩阵不合理，需要重新建立，直至满足一致性检验标准。
CR计算表达式为：
CR=CI/RI(3)
式中,C/为一致性指标，CI的计算公式如式(4)所
示;RI为随机一致性指标，其取值如表2o
CI=(入max-“)/5-1)(4)式中，入max是求解判断矩阵得出的最大特征值；兀为比较判断矩阵R的阶数。
表2随机一致性指标RI取值
n123456789
RI000.580.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 2.3.2生物质成型燃料锅炉质量指标体系各层级指标权重确定
按上述流程和方法，分别计算10位专家打分条件下生物质成型燃料锅炉质量性能指标体系中『、皿、w、v级指标权重，各自算术平均后结果即作为生物质成型燃料锅炉质量性能指标体系中各指标的最终权重值，见表3o从计算结果汇总可以看出各个影响生物质锅炉产品质量的因素在指标体系中的重要性是不一样的，其中“产品功能与性能”、“产品研发能力”尤显重要。
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