基于哈肯模型的電子廢棄物回收系統(tǒng)演化機制研究

曾　鳴, 余福茂，蘇程浩

(杭州電子科技大學，杭州 310018)

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基于哈肯模型的電子廢棄物回收系統(tǒng)演化機制研究

曾鳴, 余福茂，蘇程浩

(杭州電子科技大學，杭州 310018)

摘要：缺少成熟的電子廢棄物回收管理政策及缺乏正規(guī)的電子廢棄物回收渠道，制約著我國電器電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。借鑒系統(tǒng)科學的觀點，剖析電子廢棄物回收處理系統(tǒng)的自組織演化特征，電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和電子廢棄物綜合處置率這兩個變量契合哈肯模型的本質(zhì)要求。選取北京、上海、浙江等13個省市的數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)：各省市的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率會有一個短暫的上升過程，到達極點后將會一直下降；各省市的電子廢棄物綜合處置率快速下降。正規(guī)企業(yè)回收率是電子廢棄物回收處理系統(tǒng)演化的序參量，我國電子廢棄物回收處理產(chǎn)業(yè)亟待升級，不斷提高正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率才能促進電子廢棄物回收處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：電子廢棄物回收；系統(tǒng)演化；哈肯模型；電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率；電子廢棄物綜合處置率

近年來，電子科技產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，催生了空前繁榮的電子產(chǎn)品消費熱潮。熱潮之下，問題之多也是前所未有，例如產(chǎn)生了大量的電子廢棄物。這些電子廢舊物若不妥善處理，將導致嚴重的環(huán)境污染。當前，缺少成熟的電子廢棄物回收管理政策及缺乏正規(guī)的電子廢棄物回收渠道，制約著我國電器電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。目前，針對普通固體垃圾管理的理論研究較多，針對電子廢棄物回收管理的實證研究和定量分析還較為少見。本文借鑒系統(tǒng)科學的觀點，在電子廢棄物回收處理系統(tǒng)的自組織演化特征的基礎上，運用哈肯模型識別控制電子廢棄物回收處理系統(tǒng)演化的序參量，希望可以為準確了解我國電子廢棄物回收處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和演化趨勢提供理論參考。

一、電子廢棄物回收系統(tǒng)演化的自組織特征

(一)電子廢棄物回收系統(tǒng)的內(nèi)涵

電子廢棄物回收處理系統(tǒng)是指在相當規(guī)模的社會整體環(huán)境中，所有與電子廢棄物回收處理有關的各個元素所組成的有機整體。該系統(tǒng)包含的內(nèi)容與元素非常多，包括各種主體以及與回收處理相關的客體。電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造者如各種生產(chǎn)電器的工廠，購買電子產(chǎn)品的消費者，廢舊電子產(chǎn)品的回收企業(yè)，還有政府等，都屬于主體?；厥仗幚硐嚓P的客體就是指廢舊家電、廢舊手機、廢舊電腦等被消費者所丟棄的電子廢棄物?？腕w經(jīng)過生產(chǎn)、使用、回收等一系列過程，通過特定的關系與主體聯(lián)系在一起，并在生產(chǎn)、使用、回收等方面起著重要的能動作用。系統(tǒng)中的主體、客體與外界環(huán)境結(jié)合在一起，就形成了電子廢棄物回收系統(tǒng)。

(二)電子廢棄物回收系統(tǒng)的自組織特性

電子廢棄物回收系統(tǒng)是由若干個相互聯(lián)系、相互作用的部分，以一定的方式組成的有機整體。當前，在我國政府政策的引導下，電子廢棄物回收系統(tǒng)中的部分群體是由政府組織構(gòu)建的,另一部分群體是由市場經(jīng)濟作用而形成的。但是，在市場經(jīng)濟的大環(huán)境下，不管是由政府組織的群體還是由市場自發(fā)形成的群體,都必須遵守市場經(jīng)濟的規(guī)律,并且要不斷地創(chuàng)新技術(shù)、更新產(chǎn)業(yè)模式，以適應不斷變化的外界環(huán)境。這樣，電子廢棄物回收體系也就具備了自我生長、自我適應、自我復制等非常典型的自組織特征。

電子廢棄物回收系統(tǒng)的演進是從無序的終端治理發(fā)展為有序的污染防控和電子廢棄物資源再利用，由舊的自組織結(jié)構(gòu)向新的自組織結(jié)構(gòu)進行演化的進程。電子廢棄物回收系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)的性質(zhì)是不相同的，其對整個自組織系統(tǒng)的作用也是不平衡的?？刂谱兞渴遣粩嘧兓?，隨著變量而改變的自組織影響把系統(tǒng)推過線性失穩(wěn)點時，系統(tǒng)中這種差異和不平衡將激化并展現(xiàn)出來,于是區(qū)分出快變量和慢變量：慢變量主導著演化的進程,支配著快變量的行為，成為新結(jié)構(gòu)的序參量。通過分析電子廢棄物回收系統(tǒng)內(nèi)部不同變量的相互作用以及因此產(chǎn)生的演化過程，可以識別電子廢棄物回收系統(tǒng)的演化機制。

二、模型的建立與變量的選取

(一)模型的建立

自組織理論是研究客觀世界中自組織現(xiàn)象產(chǎn)生、演化等的理論。自組織過程就是系統(tǒng)內(nèi)各緊密聯(lián)系、相互影響的狀態(tài)變量之間相互作用，形成一種統(tǒng)一的“力量”，使系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)變的過程。哈肯的協(xié)同學認為系統(tǒng)各要素變量之間的協(xié)同是自組織過程的基礎。*許國志主編：《系統(tǒng)科學》，上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2000年，第189-196頁。

利用自組織理論方法,找到線性失穩(wěn)點并在系統(tǒng)中區(qū)分出快、慢兩類變量，消去快變量，得到序參量的方程?？紤]電子廢棄物回收系統(tǒng)由一個作用力和一個子系統(tǒng)組成,子系統(tǒng)中的狀態(tài)變量和作用力分別用q1、q2表示(不考慮隨機漲落項)，那么：

(1)

(2)

(3)

它表示子系統(tǒng)(1)支配子系統(tǒng)(2)，后者隨前者的變化而變化。因此，q1是系統(tǒng)的序參量，將式(3)代入式(1)，得到序參量方程為：

(4)

為便于應用，將哈肯模型進行離散化，可以得到：*郭莉，蘇敬勤，徐大偉：《基于哈肯模型的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演化機制研究》，中國軟科學，2005年第11期，第158頁。

q1(k+1)=(1-λ1)q1(k)-aq1(k)q2(k),

(5)

q1(k+1)=(1-λ2)q2(k)-bq1(k)q1(k)。

(6)

(二)變量的選取與數(shù)據(jù)來源

1. 變量的選取

哈肯模型的運算需要兩個變量,本文使用各地區(qū)電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率IR來表示利益分配層面變量，用電子廢棄物綜合處置率PR來體現(xiàn)技術(shù)支持層面變量。

各地區(qū)電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率IR是指被正規(guī)企業(yè)回收的電子廢棄物的量與所有被回收的電子廢棄物總量之比。電子廢棄物回收系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定發(fā)展，具備自組織特征，很大程度取決于回收體系是否科學，也就是電子廢棄物應當規(guī)?；⒁?guī)范化、科學化地被正規(guī)的、技術(shù)能力強的企業(yè)回收。在我國電子廢棄物回收系統(tǒng)中，大量的資源流入小作坊或者個體商家，而這些小型的企業(yè)因為處理技術(shù)不過關，不僅浪費了大量的可再生資源，在拆解的過程中還造成環(huán)境的二次污染。

回收不充分造成的二次污染往往比生產(chǎn)時產(chǎn)生的污染更嚴重，提高了環(huán)境治理的成本，使系統(tǒng)向不健康的方向成長。

電子廢棄物綜合處置率PR是指在一定區(qū)域與時間內(nèi)，得到合理處置的電子廢棄物的量與所有的電子廢棄物總量之比，它能充分反映某一時段內(nèi)某一地區(qū)對電子廢棄物的綜合處理能力，從而通過科技進步推動電子廢棄物回收處理的規(guī)?；?、規(guī)范化和科學化。所以，電子廢棄物綜合處置率直觀反映了電子廢棄物回收處理的技術(shù)水平。

電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和電子廢棄物綜合處置率這兩個變量基本反映了電子廢棄物回收系統(tǒng)的本質(zhì)特征，契合哈肯模型選取變量的本質(zhì)要求。因此,基于哈肯模型的自組織理論，針對這兩個變量的建?？梢员容^直觀地反映電子廢棄物回收系統(tǒng)演化的一般特性。

2. 數(shù)據(jù)來源

從全國各省市環(huán)境保護廳及國家統(tǒng)計局企業(yè)聯(lián)網(wǎng)直報平臺獲取了我國15個省市的電子廢棄物綜合處置率及行業(yè)利潤等數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選去除數(shù)據(jù)不全的省市，最后選取北京、上海、浙江、廣東、重慶、四川、貴州、甘肅等13個省市的數(shù)據(jù)，來反映我國電子廢棄物回收系統(tǒng)的基本現(xiàn)狀。通過數(shù)據(jù)篩選與處理，我國13個省市在2013年第三季度和第四季度的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率的具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　2013年下半年我國13個省市的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率

續(xù)表1：

省市電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率電子廢棄物綜合處置率2013年第三季度2013年第四季度2013年第三季度2013年第四季度浙江0.0677385000.0689021670.3965701440.380771691福建0.0001751670.0003905000.4000000000.388049509山東0.1395898330.1423405000.3609749520.349584698河南0.0834270000.0881120000.3837562580.362689275湖北0.1468533330.1472155000.1751611590.175085586廣東0.0015383330.0027200000.3968580720.364213948重慶0.0464608330.0474161670.3455383570.335081793四川0.0215533330.0200270000.3282554900.282627098貴州0.0124026670.0107635000.4410126850.393981950甘肅0.0304158330.0347723330.3964272990.333789614

資料來源：根據(jù)各省市環(huán)境保護廳公布的廢舊電器電子產(chǎn)品拆解處理情況、國家環(huán)境保護部公布的各省市正規(guī)回收企業(yè)名單及企業(yè)提供的廢舊電器電子產(chǎn)品拆解處理報告等研究整理。

三、電子廢棄物回收處理系統(tǒng)的演化分析

(一)系統(tǒng)演化特征分析

假設電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率IR為序參量,*在研究中，我們曾嘗試以PR為序參量進行試算，計算結(jié)果表明絕熱近似條件不成立。即以IR為q1,以PR為q2,根據(jù)式 (5)和式(6)得到電子廢棄物回收演化方程：

IR(k+1)=(1-λ1)IR(k)-aIR(k)PR(k)，

(7)

(8)

根據(jù)2013年第三、四季度我國13個省市的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率及綜合處置率的數(shù)據(jù)，通過Eviews 5.0進行計算得到：

(9)

R2=0.998，F(xiàn)=3382.54。其中,擬合優(yōu)度R2=0.998，十分接近1，說明回歸效果良好,F檢驗的顯著性概率接近0，回歸效果顯著。此方程可以較好地反映系統(tǒng)中變量之間的關系，結(jié)果可信度也相對高(括號中數(shù)字為t檢驗值，下同)：

(10)

R2=0.787，F(xiàn)=18.494。其中,擬合優(yōu)度R2=0.787，表明回歸效果較好，F(xiàn)檢驗的顯著性達到0.000437，回歸效果良好，此方程可以較好地反映系統(tǒng)中變量之間的關系，結(jié)果可信度高。由式(9)、式(10)中的系數(shù)，通過以上計算得λ1=0.028，λ2=0.204。由結(jié)果可知λ2>λ1>0，則q2是快速衰減的快變量,即PR是比IR變化快的狀態(tài)參量,IR為阻尼小、衰減慢的序參量，與假設一致。

將a=-0.148，b=0.293帶入式(5)可得反映PR和IR相互作用的微分方程組：

(11)

(12)

(13)

可以看出，PR隨著IR的變化而改變，將式(13)代入式(11)，可以得序參量方程：

(14)

由式(14)的相反數(shù)進行積分，可以求得勢函數(shù)：

(15)

勢函數(shù)F的二階導數(shù)為：

(16)

把所求的定態(tài)解IR=±0.3626代入到式(16)，可得：

說明IR的勢函數(shù)在IR=±0.3626這兩點處擁有極大值，如圖1所示。勢函數(shù)F的圖形趨勢反映了電子廢棄物回收系統(tǒng)的演進趨勢，當狀態(tài)參量(q1,q2)和控制參數(shù)(a, b, λ1,λ2)發(fā)生變化時，電子廢棄物回收系統(tǒng)的勢函數(shù)也會隨之產(chǎn)生變化，由之前的穩(wěn)定態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定態(tài)。從勢函數(shù)的圖中可以看到，在電子廢棄物回收機制中，電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率兩個變量會發(fā)生非零作用，形成新的穩(wěn)定態(tài)解IR=±0.3626。換句話說，在穩(wěn)定態(tài)解處，電子廢棄物回收系統(tǒng)形成了新的有序結(jié)構(gòu)，而從式(7)、式(8)可知，此時系統(tǒng)演化的支配變量(也就是序參量)，是電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率。

圖1　電子廢棄物回收系統(tǒng)的勢函數(shù)曲線

(二)未來演化狀態(tài)預測

根據(jù)式(7)和式(8)的遞推關系，結(jié)合已有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)推算出2014年以后電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率的預測數(shù)據(jù)，如圖2和圖3所示。

圖2　13省市的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率預測

圖3　13省市的電子廢棄物綜合處置率預測

根據(jù)圖2所示，各省市的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率會有一個短暫的上升過程，到達極點后將會一直下降。這個極點的意義就是當前回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展極限。其中，北京、上海、山東、湖北到達極點的時間要比其他省市長(數(shù)據(jù)顯示將在2014年第三季度到達極點)，說明這四個省市的回收系統(tǒng)相對完善，容納極限比較大。但是由于這些省市經(jīng)濟發(fā)達，電子廢棄物在近幾年空前增多，增速高于其他省，因此需要更優(yōu)的回收系統(tǒng)，所以在條件不變的情況下，后期的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率會下降?？傮w而言，現(xiàn)階段的回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很快就會到達極限，升級完善迫在眉睫。

根據(jù)圖3所示，各省市的電子廢棄物綜合處置率快速下降，其中北京、上海、山東、湖北四省市的下降速度要比其他省市快得多。近年來，智能電子設備的消費熱潮空前高漲，導致電子廢棄物數(shù)量前所未有，但是，回收企業(yè)的增長速度和處理技術(shù)的進步速度相對滯后，造成電子廢棄物相對過剩。然而，正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率的降低，說明隨著電子廢棄物越來越多，整個電子廢棄物回收系統(tǒng)迫切需要升級。這個階段對應于圖1的勢函數(shù)曲線，在狀態(tài)變量和控制變量發(fā)生改變時，對現(xiàn)有電子廢棄物回收系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)來說，已經(jīng)到達或者即將到達發(fā)展極限。因此，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)必須發(fā)生變化，系統(tǒng)需要達到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。隨著技術(shù)的改良、政策的創(chuàng)新，電子廢棄物回收系統(tǒng)必須進行結(jié)構(gòu)升級——只有更先進的結(jié)構(gòu)才可以容納更高的發(fā)展極限。

另外，圖中各省市的預測數(shù)據(jù)趨勢完全相同說明：在未來的幾年中，作為分子的電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收數(shù)量和綜合處置數(shù)量在目前回收體系下變動不大，而作為分母的電子廢棄物總量增速發(fā)展。因此，若干年后，分母高速增長而分子相對穩(wěn)定將造成電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率和綜合處置率趨勢相同，也就是說，通過改變現(xiàn)有的回收體系和提升分解技術(shù)以增大分子勢在必行。

四、結(jié)論與建議

通過以上分析，可以得到以下結(jié)論。

第一，電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率是電子廢棄物回收系統(tǒng)演化的決定因素，也就是電子廢棄物回收系統(tǒng)的序參量。本文中的式(7)和式(8)揭示了電子廢棄物回收處理系統(tǒng)的演進特征：以0.05為臨界點，北京、上海、山東、湖北等四個省市達到了系統(tǒng)臨界水平，在剩下的未達標省市里，廣東、福建與臨界水平相比還有較大的差距。這些地區(qū)電子工業(yè)比較發(fā)達，電子廢棄物比較多，同時大量回收單位魚龍混雜，其中還包括許多私人小作坊，這些作坊式企業(yè)在拆解的過程中產(chǎn)生了嚴重的污染。以北京中關村為例，電子廢棄物在這里集結(jié)，由于相關管理制度比較健全，管制也比較嚴格，許多回收企業(yè)都通過了有關部門的審批,符合準入條件，形成了結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固的回收渠道。而廣東、福建雖然有增長趨勢，但是基礎薄弱，相比之下還有較大的差距。

從預測數(shù)據(jù)來看，要想達到臨界點，必須采取相應措施，不能任其自然發(fā)展。更重要的是，已經(jīng)達到臨界點的省市如果不立即升級已有的回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移終將下滑到臨界點以下。因此，對于廣東、福建等基礎薄弱的省，建議有關部門加強監(jiān)管，嚴格回收的流程與標準。對各方面皆不合格、不規(guī)范的小規(guī)模企業(yè)和作坊式企業(yè)要加強監(jiān)督管理，不能放任自流造成嚴重的環(huán)境污染；對正規(guī)回收處理企業(yè)，需要提供一定程度上的政策扶持和政策引導。對于基礎較好的北京、上海、山東、湖北等省市，應加快回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)升級，加大對正規(guī)回收企業(yè)的扶持力度，適當加大成本投入，增強全民的電子廢棄物回收意識。

第二，控制變量的值反映電子廢棄物回收處理系統(tǒng)的演化狀態(tài)。首先，參數(shù)a的值為負值，說明在電子廢棄物回收系統(tǒng)中，綜合處置率的提高可促進正規(guī)企業(yè)回收率的提高。其次，b為正值，反映正規(guī)企業(yè)回收率的提高可以促進綜合處置率的提高。再次，λ1和λ2為正數(shù)，說明系統(tǒng)內(nèi)尚未建立使得正規(guī)企業(yè)回收率不斷增長的良性機制，現(xiàn)有的電子廢棄物回收系統(tǒng)是一個逐步趨于穩(wěn)定的負反饋系統(tǒng)，綜合處置率和正規(guī)企業(yè)回收率都極不理想。

從預測數(shù)據(jù)來看，電子廢棄物綜合處置率越來越低，北京、上海、山東、湖北等省市的下降速度明顯快于其他省市，說明技術(shù)創(chuàng)新落后于電子廢棄物增速。因此，在規(guī)范回收體系的同時要重視提高綜合處置率，鼓勵成立擁有高新技術(shù)的回收企業(yè)。從這些降速較快的省市開始，加強技術(shù)研發(fā)投入，融合國內(nèi)外最先進的技術(shù)，提升分揀與處理水平，嘗試更符合現(xiàn)狀的回收方法，構(gòu)建更加廣泛的回收體系與回收網(wǎng)絡。同時，要求地方支持、培育、建立正規(guī)回收企業(yè)，從政策、資金、技術(shù)上三管齊下，為優(yōu)質(zhì)回收企業(yè)提供良好的生長土壤。

第三，我國電子廢棄物回收處理產(chǎn)業(yè)目前還處于發(fā)展階段，而且亟待轉(zhuǎn)型升級?；诠夏Ｐ偷姆治霰砻?，我國多數(shù)省市電子廢棄物回收處理系統(tǒng)即將達到的臨界值都較為悲觀，臨界值所代表的電子廢棄物回收處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平都十分不理想。要使我國電子廢棄物回收處理情況出現(xiàn)根本性好轉(zhuǎn)，必須大力提高電子廢棄物正規(guī)企業(yè)回收率，因此，如何促使非正規(guī)回收渠道向規(guī)范化經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變是我國電子廢棄物回收管理政策研究的重要課題。

〔責任編輯：沈丹〕

·經(jīng)濟觀察·

Research on the Evolution Mechanism of Electronics

Waste Recycling System Based on Haken Model

Zeng Ming, Yu Fu-mao, Su Cheng-hao

(HangzhouDianziUniversity,Hangzhou310018,China)

Abstract:The purpose of studying the evolution mechanism of e-waste recycling system is to better explore the management way to promote e-waste industry and ecological recycling. This paper establishes the evolution equation of e-waste recycling systems, combining Haken model of self-organization theory with China’s e-waste recycling practices. After 13 provinces and cities as sample been verified and predicted, it shows that regular recycling business recovery is the order parameter to control the evolution of e-waste recycling system. Now, improving the recovery rate of the formal recycling enterprises is imperative.

Key words:e-waste recycling; system evolution; Haken model; recycling rate of e-waste corporation; disposal rate of e-waste

作者簡介：曾鳴，女，博士，杭州電子科技大學管理學院副教授；余福茂，男，博士，杭州電子科技大學管理學院教授；蘇程浩，男，杭州電子科技大學管理學院碩士研究生。

基金項目：國家自然科學基金“電子廢棄物回收處理系統(tǒng)的多主體協(xié)同演化機理及政策研究”(71373064)；國家自然科學基金“責任主體能力配置優(yōu)化下的電子廢棄物回收責任分擔政策研究”(70903021)；浙江省教育廳科研項目“基于協(xié)同進化的電子廢棄物回收利用系統(tǒng)演變機理研究”(Y201432260)；杭州市哲學社會科學規(guī)劃項目“電子廢棄物生態(tài)回收的激勵與約束機制研究”(D13GL17)

收稿日期：2014-12-10

中圖分類號：X708

文獻標識碼：A文章分類號：1674-7089(2015)01-0020-07