农机配备的DEA评判研究

王向阳，毕新胜※，刘银萍

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000；2.昌吉职业技术学院）

0 引言

农机配备是农机化管理的最基本任务，农机配备合理与否，关系到机械化能否取得良好的经济效益[1]。随着农机化水平的不断提高，农户对于农机配备方案的效率和质量要求也越来越高。

对于农机配备评判，沙幼融[2]利用模糊综合评判结合层次分析法选择最优的农机配备方案，该方法可充分考虑各方面的因素，但计算过程较复杂。近年来，王三喜[3]将 DEA（Data Envelopment Analysis）应用于部队编制方案评估优选领域；毕磊[4]采用DEA法对隧道施工方案进行了综合评价与优选；刘丽芬[5]利用DEA法对地下道路交通工程设计方案建立评价指标体系，多项结果表明：采用DEA法构建的多方案评判指标体系，与评判对象的联系性强，架构简单，操作方便，可为决策者提供科学的依据，但该方法在农机配备的评判中研究很少。

截至2016年底，新疆生产建设兵团第六师105团（简称105团）农机总动力已达到4 3700 kW[6]，该团农机化发展水平较好，但若在对农机进行配备前，对农机配备方案进行评判，按照较优的农机配备方案进行农机的配备，可大大提高105团的农机利用率和农机化发展水平。为此，以105团为例，采用DEA法建立农机配备评判体系，以期为该团农机配备提供决策支持。

1 农机配备相关概念

1.1 农机配备的原则[7]

（1）需要原则：需要是指农业生产上的需要或农机服务市场用户对农机的需求。农机配备应以现实的需要为主，适当考虑近期发展的需要，从农机品种、数量上保证配备单位完成既定的机械化生产任务。

（2）可能原则：可能是指农机配备方案实现的可能性。要求从实际出发，考虑工业部门能否提供先进实用、价廉物美的农机产品，能否满足用户对油料的需求，配备单位能否筹集足够的资金购买所配备的农机设备等。同时还要兼顾考虑配备单位的人员素质、经营管理水平等，力求提高农机配备方案的实用性和可操作性。

（3）经济原则：农机配备要求以最少的农机具品种、数量（或功率）在规定的时间内完成生产单位既定的各项机械作业任务，并发挥高效、优质、低耗的作用。

（4）配套协调原则：农机配备要求发挥总体功能，机组和机群配备时注意在质和量上的配套性和协调性。主要体现在：①拖拉机与作业机具的配套协调：如作物行间作业的拖拉机与作业机具的配套协调等；②机组间的配套协调：在机械化农业生产过程中，作业机组间存在着纵、横的配套协调关系。纵向反映前一道作业机组与后一道作业机组的配套协调；横向反映同一作业期间，几种不同作业机组的配套协调；③相关条件的配套协调：在实际生产中，有的被采用的机具，必须具备相应的条件才能达到预期的效果。

（5）农机与农艺结合原则。农机配备必须建立在先进、成熟的农艺基础上。只有农机与农艺紧密结合，农机化生产工艺满足农业技术要求，农机配备方案才能在农业生产中发挥作用。

（6）先进、适用原则。先进、适用农机是指既符合本地区、本推广部门的具体条件，又能充分发挥机械效能、取得最佳经济效果的机具。

（7）一机多用原则。农机配备所选机型不宜过多、过杂，力求以最少的型号和数量满足多种服务项目的需要。

1.2 农机配备的要求

由于各地区的自然气候条件、农业经济发展水平、农业产业结构和生产经营形式等具有较大差异，农机配备应依据不同地区和机械化农业企业生产特性，应用科学的方法来合理进行农机配备，以保证适时完成生产任务，提高农业经济效益和社会效益[8，9]。

1.3 农机配备的目的[7]

农机配备所要达到的目标是用最少的农机设备，在规定的时间内全面的完成农民或农业企业所要求的农业作业任务，这个目标与经济效益目标一致。当农机配备量超过了所必须的数量时，就会造成农业设备利用率低、折旧费和资金占用费高，增加单位费用；相反，如果少于所必须的配备量，就不能及时完成规定的农业作业任务，或者过分依赖外来人工，而造成经济损失。因此在地区特点、生产规模、作业对象构成、劳动力资源和能源供应等一定的条件下，配备数量在客观上有最佳或者合理的区间。当实际配备量接近这一最佳值或者在合理区间时，农业生产成本才能接近最低水平，即是我们所需求的最佳配备方案。本文便是将各农机配备方案中的配备量处于合理区间内，经过分析最终得到了最佳的农机配备方案。

2 方法的介绍[10]

DEA方法中最基本的模型是C2R模型。C2R模型中，假设有决策单元m个，各决策单元都投入p种因素，且含有输出量q个，各代表每个决策单元的“工作成效”和“资源耗费”。决策单元s的效率评价指数关系式为：

根据上式决定选择权系数vk，u1，使其在该范围内：ηs≤1，s=1，2，···，m。以 m0该决策单元为例子，可以得到C2R模型的标准式是：

2.1 构建农机配备评判模型

首先，对式（2）进行简单的查恩斯—库伯变换，这样便成功实现了构建农机配备评判模型Ηε。

2.2 结果分析及含义

式（3）可理解成一个线性规划问题，需带入正确的输入和输出因素，再应用计算机软件就能够得到计算结果，设（Ηε）模型经过求解得到的最佳计算结果为 λ0，s+0，s-0，θ0，以这些数据的结果可判断决策单元为DEA弱有效、非有效还是有效。具体分析如下：

（1）分析 1：若 θ0=1，s-0=0，s+0=0，表示决策单元 s0是DEA有效，说明该决策单元内部运作效率高，全部投入要素都发挥了最大限度的效用，此时的生产规模处于相对最佳状态。

（2）分析 2：若 θ0=1，s+0≠0 且 s+0≠0，表示决策单元s0是弱DEA有效，若该决策单元要达到DEA有效应该对于投入量可减少s-而保持原产出量不变，或在投入量不变的情况下可将产出量提高s+。

（3）分析 3：若 θ0≠1，①，则决策单元为规模收益递增；②，则决策单元为规模收益不变；③，则决策单元规模收益递减。

3 实例

经调研，105团的农机系统存在着大量动力机械超配、少许收获机械配备不足的问题，影响农业作业按时完成，增加105团的全年机械作业成本[6]。

3.1 决策单元的选择

根据当地情况，设定5个农机配备方案，见表1，每个农机配备方案为决策单元，共含有5个决策单元。

3.2 评价指标确定

根据农机配备的原则、目标和要求，从当地实际情况出发，选择以下3项评判指标：（1）农机总动力u1，即动力机械动力之和；（2）全年机械作业总成本u2，即全年所有农业机械作业项目成本之和，农业机械作业项目成本为固定费用和可变费用之和；（3）农机具配套比u3，即动力机械数量与农具数量之比。指标中选取u1、u2为输入指标，u3为输出指标，建立农机配备方案的DEA输入/输出指标体系，见表2。

3.3 根据指标建模求解

以第一个决策单元为例，根据式（3）建立模型并求解，则有：

其它决策单元同理进行计算。

表1 农机配备方案

表2 农机配备方案的DEA输入/输出指标体系

3.4 计算结果及分析

根据Lingo软件进行编程，并得计算结果，如表3所示。由表3可知，对表1的农机配备方案进行评判，得到的优劣排序为：方案三＞方案二＞方案一＞方案五＞方案四，由此可知，方案三为最优方案，即对于105团的农机配备，农机资源获得充分利用，投入要素规模达到了最佳组合，取得了最大的产出效益。

表3 计算结果

4 结论

（1）农机配备是一项较复杂的工作，应用数据包络分析法对第六师105团农机配备进行评判，可充分考虑各方面的因素，避免受到主观因素的影响，使农机配备更准、合理、有效。

（2）目前，第六师105团棉花种植面积所占比例最大，利用数据包络分析法得到的最优农机配备方案中棉花田间作业项目相关机械数量能够满足当地实际种植情况，且与当前农机系统进行比较分析，可得该方法具有实用性和可行性。

（3）该方法所建模型具有通用性和可换性，即其它地区的农机配备也可直接应用该模型进行评判，简单易行，快捷方便。