汽车产业的竞争力与环境影响分析优秀数学建模论文3.doc

数学建模校内竞赛论文论文题目：汽车产业的竞争力与环境影响分析选题：题目B姓名学院年级专业学号联系数学分析高等代数高等数学线性代数概率统计数学实验数学模型CET4CET62015-08-27汽车产业的竞争力与环境影响分析摘要针对问题一，为了分析传统汽车产业和新能源汽车产业分别对环境（社会环境和自然环境）的影响，并进行两种类型的汽车产业之间的比较，本题采用生命周期评价（LCA）方法，，建立汽车产业全生命周期模型在LCA评价模型中，将汽车产业全生命周期分解为燃料周期和车辆周期，并选取一款GICEV和三款HEV,PHEV,BEV分别作为传统汽车产业和新能源汽车产业的代表，然后分别进行两种汽车产业的不同周期的各个阶段的能源消耗和尾气排放的清单分析，最后将清单数据进行标准化处理后计算出四种动力系统的评价分数需要注意的是，评分标准中，评价分数越高对环境影响越大，环境效益越低LCA模型对四种车型评价结果如下：环境效益最高的是HEV（2065434），其次是PHEV（2111776），最差的是BEV（2817252）和GICEV（2723188）最后得出结论，新能源汽车产业平均环境效益要明显优于传统汽车产业，但由于我国能源结构导致新能源汽车并没有充分发挥节能减排的效应，需要进一步加大可再生资源在能源结构中的比例。

针对问题二，采用生命周期评价（LCA）的工具对传统汽车和新能源汽车作出可持续发展评估，其中新能源汽车选取电动汽车、氢燃料（天然气制氢）电池汽车为代表，相关数据由查阅文献和计算得到对三种汽车分阶段考察，由于实际上汽车报废阶段的数据极少且不可靠，所以汽车的钢材、玻璃等耗材难以估算，又因为这部分资源消耗在整个计算过程中所占比重很小，故采用“从井到轮”评价体系（WTW）重点考察不同种类燃料汽车的燃料生命周期评价最终得出结论，新能源汽车尤其是氢燃料电池汽车在环保节能方面远胜传统汽油汽车，应该大力推广以缓解环境压力但是由于新能源汽车相关基础设施配套不完善，实际使用中的经济成本很高，导致推广受阻政府的补贴政策是一个有效的促进，但是从根本上仍然要重视基础设施建设，才能让新能源汽车尽快最大化节能环保效果而且在合适的地区应该重点推广氢燃料电池汽车关键词：探索性因子分析,生命周期评价，环境效益1 问题重述当前我国经济发展面临着新的形势国内处于战略性调整转型期，国民支柱产业亟待升级转型；国际上入世带来了巨大的发展机遇了更剧烈的国际竞争，自主品牌的发展和创新至关重要汽车工业是国民经济的一个支柱产业，由于具有附加值高、劳动密集等特点而成为带动国民经济增长和拉动就业的关键产业之一。

汽车产业的发展离不开其中各行业的共同进步，钢铁生产、模具制造、石化化工等企业需要同步发展来满足汽车产业发展的需要但是，随着机动车保有量的快速增长，机动车污染物排放量近十年呈多倍增加与其他排放源和其他发达国家相比，机动车排放物在我国造成的污染问题非常严重，问题的解决也非常迫切国际金融危机后，汽车电动化这一革命性的技术创新，推动全球汽车产业格局发生重大调整大力发展电动汽车，既是解决我国能源和环境问题的新途径，也是促进产业转型，培育自主创新能力，提升国际竞争力的重要举措请你们利用附录中提供的及可以查找到的资料，建立定量数学模型解决：（1）各省市汽车产业核心竞争力综合评价（2）传统汽车产业和新能源汽车产业对环境影响分析模型2 问题分析2.1汽车产业核心竞争力2.1.1汽车产业的内涵和外延生产物质产品的集合体，包括农业、工业、交通运输业等部门，一般不包括商业有时专指工业，如产业革命有时泛指一切生产物质产品和提供劳务活动的集合体，包括农业、工业、交通运输业、邮电通讯业、商业饮食服务业、文教卫生业等部门产业是指由利益相互联系的、具有不同分工的、由各个相关行业所组成的业态总称，尽管它们的经营方式、经营形态、企业模式和流通环节有所不同，但是，它们的经营对象和经营范围是围绕着共同产品而展开的，并且可以在构成业态的各个行业内部完成各自的循环。

产业与行业的区别在于，通常来说行业可以以核心原料为划分，产业可以以核心技术为划分[1]由此可知，汽车产业是由围绕汽车这一产品的汽油生产、车模制造、轮胎制造、发动机制造、整车组装、洗车服务等相关行业组成的产业集合2.1.2 核心竞争力普拉哈拉德与哈默将核心竞争力定义为：一个组织中的积累性学识，特别是关于协同不同的生产技能和有机结合多种技术流的学识它有价值性、整合性、独特性和延展性主要构成要素包括：核心技术能力，核心技术能力包括企业的研发能力、生产制造能力、售后维修能力等一系列有关于技术方面的能力创新能力，创新包括技术创新，制度创新与管理创新管理能力，管理能力包括的范围非常广泛，营销能力，供应链能力，企业文化整合及技术整合能力都包含其中[2]2.1.2 各省市汽车产业核心竞争力综合评价对于问题一，我国各省市汽车产业核心竞争力综合评价我们选取了在汽车产业中较有代表性的九个省市作为分析对象，选取了八个指标，采用探索性因子分析模型构建了综合评价体系这一模型是建立在往年数据的基础上，通过分析数据内部的相关性，更为客观地得出各项指标的权重进而依据归一化数据和权重系数，计算出各省市汽车产业核心竞争力指数。

2.2 汽车产业对环境影响 汽车产业的快速发展，已成为我国经济发展的重要支柱，带动了一系列相关产业的发展，创造了巨大的社会财富然而我国汽车保有量的增长，导致各种污染物排放对环境造成巨大的破坏但随着人们环保意识的增强和汽车产业的技术不断创新，出现了以电动汽车为主的新能源汽车产业，降低汽车产业对环境的负荷本题分析传统汽车产业和新能源汽车产业分别对环境（社会环境和自然环境）的影响，并进行两种类型的汽车产业之间的比较，本题采用从“摇篮”到“坟墓”（“Cradle-to-Grave”）的生命周期评价（LCA）方法，建立基于我国国情的汽车产业全生命周期模型为能够使模型结果更具有说服力和实际参考意义，我们从传统和新能源汽车产业中选取四款代表性的动力系统不同的乘用车作为研究对象，分别是一款传统汽车产业中的传统汽油内燃机汽车（GICEV）和三款新能源汽车产业中的混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（BEV）在研究过程中，以单辆动力系统汽车行驶1Km（记作，/vKm）为功能单位，通过查询各种文献和权威网站获取模型关键输入参数，并进而使用汽车全生命周期评价软件仿真计算我国使用不同动力系统的汽车全生命周期的一次能源消耗、温室气体（GHG）排放和常规气体排放情况以及对社会环境的噪声影响情况。

同时不同动力系统的全生命周期的相应指标进行对比分析，以此评价传统汽车产业和新能源汽车产业全生命周期的环境影响最后，根据我国的能源结构实情，进行了适度的如何调整当下能源结构的探索，然后使用敏感性分析得出使得汽车产业对环境影响（包括自然环境和社会环境）更小的能源结构，为我国电动汽车产业的健康发展和决策提供理论支持3 符号说明反映各省市汽车产业公司竞争力的指标公共因子特殊因子因子载荷，相关系数矩阵的特征值相关系数矩阵的特征向量第p个因子在第i个个案上的值第j个变量在第i个案例上的值第p个因子和第j个变量之间的因子值系数离差标准化来的线性变换第p个公因子的方差贡献率第i个省市核心竞争力的综合评价值4 模型假设1.假设问题一模型中公因子与公因子，公因子与特殊因子之间都是相互独立的；2.假设汽车产业竞争力主要体现在汽车生产制造方面，不考虑汽车维修，汽车回收等方面的影响；3.假设汽车产品环境评价只包含直接贡献对象的能源消耗和尾气排放4.假设选取汽车正常经历整个生命周期，无意外事故发生，车载重恒定5 模型建立与问题求解5.1 基于探索性因子分析各省市汽车产业核心竞争力综合评价5.1.1 探索性因子分析原理探索性因子分析（EFA）是一种使用的多元统计方法。

其原理是从研究相关矩阵内部的依赖关系出发，旨在发掘隐藏在数据下的一组较少的、更为基本的无法观测的变量，来解释一组可观测变量的相关性其基本方法是在保留原有大部分信息的前提下对数据进行有效降维，从而把多指标转化为少数几个综合指标[3]通过探索性因子分析，可以将一组观测变量转化为少数的几个综合指标（称为因子），从而进一步将原始观测变量的信息转化为这些因子的值，然后用这些因子代替原来的观测变量进行竞争力的统计分析设共有k个反映各省市汽车产业公司竞争力的指标，分别为，这些变量可能受到某些共同因素的影响，信息有所重叠，之间的相关性较高探索性因子分析的工作首先就是讲指标中相关成分剔除，将指标的不同差异集中起来，重新分类，以形成一些新的假想变量设从k个指标中寻找到少数几个假想变量.，这些假想变量是由所选因素共同起支配作用的，能够更好地代表一个省份的核心竞争力探索性因子模型的一般表达形式为： (1)其中，叫做公共因子，它们是每一个观测变量共有的因子，用来解释变量之间的相关关系；称为特殊因子，它是每个观测变量所特有的因子，表示该变量不能被公共因子解释的部分称为因子载荷，可认为是每个因子对复合而成的可观测变量的贡献值。

该模型中假设k个特殊因子之间是彼此独立的，特殊因子和公因子之间也适合彼此独立的在提取公因子时可以采取主成分分析法运用主成分分析法提取公因子利用了原始观测变量的相关系数矩阵，通过求解相关系数矩阵的特征根，得到k个特征值和对应的k个单位特征向量把k个特征值按从大到小的顺序排列，，可以证明这k个特征值代表了k个主成分解释的观测变量的方差设特征根对应的特征向量为，则因子载荷由公式给出在对样本进行综合评价时，需要对因子对应每个样本案例上的值，这些值称为因子值求因子值涉及到用观测变量描述因子，第p个因子在第i个个案上的值可以表示为： (2)其中：是第j个变量在第i个案例上的值，是第p个因子和第j个变量之间的因子值系数在这里，要对案例的数据进行归一化处理，我们选取了离差标准化来对原始数据进行线性变换，从而使结果映射到[0,1]之间，实现数据的归一化其线性变换的公式为： (3)其中max为某一变量下数据的最大值，min为某一变量下数据的最小值竞争力是的加权平均值由于各因子反映的原始指标信息量不同，因此，在计算核心竞争力综合评价时，因子所占权重与反映的信息量能否一致是综合评价是否有效的关键。

我们用各公因子的方差贡献率作为相应的权重并据此得到各省市核心竞争力的综合评价模型： (4)其中：表示第i个省市核心竞争力的综合评价值；表示第p个公因子的方差贡献率，它是反映第p个公因子包含原始数据总信息量的一个比值 (5)依据最后计算数据，可通过聚类分析得到相应分类结果在此我们采用最短距离法进行聚类分析定义类与类之间的距离为两类最近样品间的距离，即 (6)若某一步类GK和GL聚成一个新类，记为GM，类GM与任意已有类GJ之间的距离为 。