基于Ｆｌｅｘｓｉｍ的ＡＨＰ法改善及在設(shè)施布置評(píng)價(jià)體系中的應(yīng)用

鄭鈞宜　何智春

摘要：分析Flexsim仿真和AHP法在設(shè)施布置評(píng)價(jià)系統(tǒng)中各自的優(yōu)勢(shì)和不足，提出將Flexsim仿真數(shù)據(jù)作為AHP法中構(gòu)造判斷矩陣的依據(jù)，從而減少AHP法在方案評(píng)價(jià)中的主觀性太強(qiáng)的弱點(diǎn)，以便形成更加合理、完善、科學(xué)的評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：Flexsim；AHP；判斷矩陣

中圖分類號(hào)：F224文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

Abstract: Analyze the advantage and disadvantage of both Flexsim simulation and AHP in evaluation system of facilities layout, proposing the simulation data as the evidence of the judgment matrix in AHP, overcoming the subjectivity of AHP in evaluation planning, to make it more reasonable, more perfect and more scientific.

Key words: Flexsim; AHP; judgment matrix

制造設(shè)施中的20%~50%的總運(yùn)營(yíng)成本是物料搬運(yùn)成本，一般認(rèn)為有效的設(shè)施規(guī)劃可以將這些成本降低到10%~30%[1]。因此，選擇一個(gè)最優(yōu)的設(shè)施布置方案就顯得相當(dāng)重要。層次分析法（AHP）是一種多準(zhǔn)則、多目標(biāo)的復(fù)雜問題決策分析方法，適用于設(shè)施布置方案的評(píng)價(jià)和選擇。AHP法主要依靠專家打分作為一個(gè)方案的評(píng)價(jià)的依據(jù)，雖然會(huì)受到個(gè)人的偏好、興趣以及主觀判斷的影響，但AHP法簡(jiǎn)單、實(shí)用，仍被視為多目標(biāo)決策的有效方法[2]。另外，F(xiàn)lexsim系統(tǒng)仿真軟件可以對(duì)設(shè)施布置方案進(jìn)行建模分析，獲得大量的仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。如果以仿真數(shù)據(jù)代替專家打分作為AHP法的依據(jù)，則必然會(huì)減少AHP法主觀判斷的不足，使其在設(shè)施布置方案評(píng)價(jià)過程中更加合理和完善。

1AHP法的一般步驟

AHP是一種系統(tǒng)性的推斷方法，既能進(jìn)行定量分析，也可定性分析。AHP通過分析設(shè)施布置中的諸多因素進(jìn)行多目標(biāo)決策。同時(shí)，彌補(bǔ)方案決策過程中大量定性因素?zé)o法定量表示的缺點(diǎn)[3]。AHP法的主要步驟如下：

（1）建立設(shè)施規(guī)劃問題的層次結(jié)構(gòu)

層次結(jié)構(gòu)主要分為三層：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層。目標(biāo)層是指方案最終所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，如：在眾多方案中選擇最優(yōu)化的方案。準(zhǔn)則層是指為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最優(yōu)化，必須考慮的諸多因素。方案層就是目前所有的需要評(píng)價(jià)的方案。

（2）構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)，分別構(gòu)造準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的比較判斷矩陣以及方案層對(duì)準(zhǔn)則層的比較判斷矩陣。通過比較各因素兩兩之間的重要性，采用表1所示的1～9比例標(biāo)度方法對(duì)判斷矩陣進(jìn)行賦值，所得矩陣為互反矩陣。

2基于Flexsim的AHP法改善

2.1Flexsim仿真軟件

Flexsim是一種基于面向?qū)ο蟮碾x散事件系統(tǒng)仿真軟件。能快速、低廉、出色建立系統(tǒng)設(shè)施布置模型，如新建或改建工廠、車間或物流中心時(shí)，先模擬現(xiàn)實(shí)的廠房、機(jī)械設(shè)備、物流設(shè)施和操作人員等，在電腦上構(gòu)筑虛擬設(shè)施布置以此取代現(xiàn)實(shí)的機(jī)械設(shè)備和工人。因此，在面對(duì)設(shè)施布置的多方案選擇時(shí)，可以利用仿真軟件對(duì)方案進(jìn)行模擬，為決策者提供直觀的信息。

其具有強(qiáng)大的仿真數(shù)據(jù)收集功能，生成各仿真實(shí)體或系統(tǒng)的仿真報(bào)告，如：狀態(tài)報(bào)告（state-report）、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告（standard-report）。而且，這些仿真報(bào)告可以在Flexsim中運(yùn)用餅圖、直方圖等方式直觀的顯示[5]。同時(shí)，可以對(duì)不同實(shí)體的相同變量（如：在制品平均數(shù)state-contentavg、設(shè)備利用率、等待時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間等）進(jìn)行縱向比較。

在多方案評(píng)價(jià)中，以直觀的仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，僅僅考慮單因素或少數(shù)幾個(gè)定量指標(biāo)時(shí)，用Flexsim仿真統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是相當(dāng)快捷有效的。

2.2Flexsim與AHP比較

雖然以Flexsim仿真數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)方法在單目標(biāo)決策中是十分有效的。但是，如果考慮的因素眾多，面對(duì)紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)，尤其還要兼顧一些定性因素時(shí)，這種方法就顯得無能為力。

AHP法是涉及定性和定量因素的多目標(biāo)決策的系統(tǒng)方法，可以對(duì)各方案進(jìn)行多目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)。但是其主觀性太強(qiáng)，從層次結(jié)構(gòu)建立，判斷矩陣的構(gòu)造，均依賴決策人的主觀判斷、選擇、偏好[6]。當(dāng)決策者的判斷因受個(gè)人偏好影響對(duì)客觀規(guī)律歪曲時(shí)，AHP的結(jié)果顯然靠不住。

通過上述分析，對(duì)Flexsim和AHP在設(shè)施評(píng)價(jià)中的優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行比較見表3。

2.3以Flexsim數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的AHP法改善

Flexsim與AHP法在設(shè)施布置評(píng)價(jià)中，兩者的優(yōu)勢(shì)和不足是互補(bǔ)的。如果在AHP法中，充分利用Flexsim仿真數(shù)據(jù)作為依據(jù)構(gòu)造判斷矩陣，盡可能的減少AHP法主觀判斷的不足。而AHP法多的目標(biāo)決策，注重定性因素分析，又彌補(bǔ)了Flexsim作為評(píng)價(jià)體系的缺陷。因此，有必要結(jié)合這兩種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)勢(shì)，形成一種科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系。

兩者相結(jié)合的核心是以Flexsim仿真數(shù)據(jù)作為AHP法構(gòu)造判斷矩陣的依據(jù)，以仿真數(shù)據(jù)代替專家判斷。具體實(shí)施有以下兩種改善的方法：

（1）直接將仿真數(shù)據(jù)做比較形成較判斷矩陣。

（2）仍然按照AHP法1～9比例標(biāo)度，仿真數(shù)據(jù)只是作為比較權(quán)重的依據(jù)。

3在設(shè)施布置評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

一般的設(shè)施布置方案評(píng)價(jià)要考慮的因素很多，既有定性因素，又有定量因素。因此，這種改善后的AHP法比較適合在設(shè)施布置方案的選擇和評(píng)價(jià)過程中應(yīng)用。設(shè)施布置方案考慮的重要因素[7]有：

（1）布置特征：行走總距離；制造區(qū)域可視性；布置的總體美學(xué)；易于未來擴(kuò)展。

（2）物料搬運(yùn)需求：采用新的物料搬運(yùn)設(shè)備；對(duì)新設(shè)備的投資需求；空間和人員需求。

（3）集裝單元應(yīng)用：對(duì)在制品水平的影響；空間需求；對(duì)物料搬運(yùn)設(shè)備的影響。

（4）存儲(chǔ)策略：空間人員需求；對(duì)物料搬運(yùn)設(shè)備的影響；人因工程方面的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）總體建筑物的影響：不同方案的估算成本；新業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。

3.1問題描述

某制造單元內(nèi)有五臺(tái)機(jī)器，有如下3種仿真布置方案A1A2A3見圖1。物料搬運(yùn)采用AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車，產(chǎn)品產(chǎn)量、工藝路線見表4。要求在這3種方案中選擇最優(yōu)方案。

3.2Flexsim仿真及數(shù)據(jù)收集

圖1為三種布局方案在Flexsim中的仿真模型。每臺(tái)機(jī)器設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（NetworkNode），節(jié)點(diǎn)之間以樣條線相連作為搬運(yùn)工具的軌道。

該實(shí)例為三種產(chǎn)品混合式生產(chǎn)線，由于三種產(chǎn)品的工藝路線不同，在發(fā)生器（Resource）中設(shè)置三種不同的類型（ItemType），分別為1、2、3。三種產(chǎn)品以時(shí)間表的方式到達(dá)，時(shí)間表設(shè)置為圖2。

按照工藝路線設(shè)置各仿真模型的仿真邏輯，得出狀態(tài)報(bào)告如圖3。

圖3主要反應(yīng)的是搬運(yùn)工具空閑、等待、運(yùn)輸?shù)鹊臅r(shí)間以及占總時(shí)間的百分比。根據(jù)狀態(tài)圖獲得搬運(yùn)工具運(yùn)行的總時(shí)間。

Flexsim中的Watch List Parameter可以對(duì)不同的實(shí)體的同一變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，圖4就是對(duì)各個(gè)實(shí)體中平均實(shí)體數(shù)，也就是在制品數(shù)（state-contentavg）所做的統(tǒng)計(jì)[8]。

三種方案關(guān)于物流強(qiáng)度、搬運(yùn)時(shí)間、在制品平均數(shù)的仿真數(shù)據(jù)見表5。

3.3改善后的AHP法的應(yīng)用

本實(shí)例除考慮上述仿真獲得的物流強(qiáng)度等三個(gè)定量指標(biāo)外，還涉及物流順暢以及總體美學(xué)這兩個(gè)定性指標(biāo)。AHP分析的過程如下：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)如圖5

（2）目標(biāo)層比較判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

根據(jù)決策者經(jīng)驗(yàn)判斷和評(píng)估各個(gè)因素在設(shè)施布置中的重要性，建立準(zhǔn)則層的比較判斷矩陣如下：

分別計(jì)算出各個(gè)矩陣的特征值和特征向量，進(jìn)行歸一化處理，并對(duì)一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，通過一致性檢驗(yàn)，結(jié)果見表6。

4總結(jié)

本文利用Flexsim的仿真數(shù)據(jù)作為AHP法比較矩陣形成依據(jù)，盡可能的減少AHP法主觀判斷的不足。但在多因素分析時(shí)，對(duì)定性的因素以及準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層判斷矩陣，只能依據(jù)決策者的經(jīng)驗(yàn)與直覺來判斷。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文