基于層次分析法的釬焊框架運轉(zhuǎn)方式綜合評價

□ 徐 晨禕 □ 周 炳海

同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械工程與能源控制學(xué)院 上 海 2 00092

近幾十年，釬焊在現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)上獲得了極大的發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。無論在釬焊方法上，還是在釬料及釬劑成份上都不斷有新的進(jìn)展。它在航天、航空、汽車、化工、機(jī)械、電子和家電等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今高技術(shù)中一項精密的連接技術(shù)。

隨著鋁釬焊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展和工藝的不斷優(yōu)化，使用釬焊框架替代釬焊夾條和鋼絲捆扎工序已經(jīng)成為發(fā)展的主流，與此同時，釬焊框架周轉(zhuǎn)的方式便成為生產(chǎn)過程中的棘手問題。釬焊框架的周轉(zhuǎn)流程如圖1所示。

▲圖1 釬焊框架周轉(zhuǎn)流程

釬焊框架由于價格昂貴，因此周轉(zhuǎn)方式的選擇將影響到企業(yè)的效率、成本及質(zhì)量。為了突破這一瓶頸，采用了層次分析法分析企業(yè)釬焊框架周轉(zhuǎn)選擇的影響因素，科學(xué)指導(dǎo)企業(yè)選取最佳運送方式，提高生產(chǎn)附件周轉(zhuǎn)效率與成本控制，縮短周轉(zhuǎn)線路，節(jié)約周轉(zhuǎn)時間。

本文結(jié)合某鋁釬焊產(chǎn)品企業(yè)的釬焊框架周轉(zhuǎn)方案設(shè)計，在綜合考慮其運行的操作性、費用、在制品數(shù)、操作工人數(shù)、釬焊夾具數(shù)量、充電時間等定性與定量指標(biāo)基礎(chǔ)上，運用AHP法對手動液壓車搬運、電動液壓車搬運、滾筒輸送線+小貨車運送等3種方案進(jìn)行選優(yōu)，以確保釬焊框架高效、有序、經(jīng)濟(jì)地運行。

1 層次分析法的基本原理

層次分析法 （AHP）是T L Saaty等人在20世紀(jì)70年代提出，是一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，它將定性與定量指標(biāo)統(tǒng)一于一個模型中，既能定量分析，又能進(jìn)行定性的功能評價，對一些較為復(fù)雜、模糊的問題能有效地作出決策，特別適用于難以完全定量分析的問題。

AHP法根據(jù)問題的性質(zhì)及所要達(dá)到的目標(biāo)將其分解為不同的組成因素，并按因素間的相互關(guān)聯(lián)與隸屬關(guān)系將其按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，最終將系統(tǒng)歸結(jié)為方案層相對于決策目標(biāo)的相對重要性權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。

AHP法通常包括層次結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建、各層次判斷矩陣的構(gòu)造、層次單排序及一致性檢驗、層次總排序及一致性檢驗4個步驟。

2 應(yīng)用分析

運用AHP層次分析模型對問題進(jìn)行定量分析，確定比較判斷矩陣是整個工作中耗費最大、同時也是最為重要的一步，比較判斷矩陣中各個影響因素的判斷尺度準(zhǔn)確性，直接決定了研究結(jié)果是否具有現(xiàn)實意義。

2.1 層次結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

釬焊框架是用于釬焊過程中固定鋁芯體的夾具，其外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)釬焊框架結(jié)構(gòu)特點和場地周轉(zhuǎn)工具不同，列出3種備選方案：（1）手動液壓車搬運（圖 3）；（2） 電動液壓車搬運（圖 4）；（3） 滾筒輸送線+小貨車運送（圖5）。

從方案的操作性、費用、在制品數(shù)、操作工人數(shù)、釬焊夾具數(shù)量、充電時間等6個方面考慮，并將這6個指標(biāo)作為方案優(yōu)劣評判的依據(jù)，構(gòu)建如圖6所示的方案評價層次結(jié)構(gòu)模型，各方案的評價指標(biāo)參數(shù)見表1。

表1 判斷準(zhǔn)則表

2.2 各層次判斷矩陣的構(gòu)造

為了比較釬焊框架運轉(zhuǎn)各方案，通過數(shù)據(jù)收集，得出釬焊框架運轉(zhuǎn)方案信息表，見表2。

表2 釬焊框架運轉(zhuǎn)方案信息表

經(jīng)過專家評估、科學(xué)論證、嚴(yán)謹(jǐn)計算以及反復(fù)修正，綜合確定各個因素的相對重要性，第二層（準(zhǔn)則）對第一層（目標(biāo)）得出如下比較判斷矩陣：

2.3 層次單排序及其一致性檢驗

利用Matlab編程求解，可得：

A的最大特征值：λmax=6.596

相應(yīng)的特征向量為：

列向量歸一化為：

隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.24（查表）

因為一致性比率CR=0.119 24/1.24=0.096 2＜0.1，所以通過一致性檢驗。

由此可見，判斷矩陣A具有滿意的一致性，因此可 以 認(rèn) 為 特 征 向 量 ：a′=（0.164，0.315，0.175，0.159，0.120，0.068）T為6個相關(guān)影響因素對總目標(biāo)A的權(quán)重。

▲圖2 釬焊框架結(jié)構(gòu)

▲圖4 電動液壓車搬運

▲圖3 手動液壓車搬運

▲圖5滾筒輸送線+小貨車運送

▲圖6 釬焊夾具運轉(zhuǎn)方式層次結(jié)構(gòu)分析模型

同樣，求第3層（方案）對第2層每一元素（準(zhǔn)則）的權(quán)向量：

方案層對操作性的成對比較陣：

ω1＝（0.237，0.064，0.699）T

方案層對費用的成對比較陣：

ω2＝（0.231，0.709，0.060）T

方案層對在制品數(shù)的成對比較陣：

ω3＝（0.199，0.068，0.733）T

方案層對操作工人數(shù)的成對比較陣：

ω4＝（0.218，0.091，0.691）T

方案層對釬焊夾具數(shù)量的成對比較陣：

ω5＝（0.218，0.091，0.691）T

方案層對充電時間的成對比較陣：

ω6＝（0.072，0.814，0.114）T

2.4 層次總排序及其一致性檢驗

由最高層至最底層，逐層計算各層次中諸因素關(guān)于總目標(biāo)的相對重要性權(quán)重值。設(shè)準(zhǔn)則層C中的m個因子對于目標(biāo)層O的單排序為a1，a2，...，am， 方案層 P中n個因素相對準(zhǔn)則層 Cj的層次單排序為b1j，b2j，...，bnj，則方案層各因子的層次總排序權(quán)值為（i=1，2，...，n）

根據(jù)成對比較矩陣B1，…，B6，求得層次總排序的權(quán)向量并進(jìn)行一致性檢驗，結(jié)果見表3。

表3 層次總排序的權(quán)向量表

層次總排序也需由高層至低層逐層進(jìn)行一致性檢驗，檢驗方法與層次單排序一致性檢驗相同。其中RI=0.58 （n=3）,CRk＜0.1 ，均可通過一致性檢驗。

在通過層次總排序一致性檢驗后，方案層的總排序結(jié)果即為備選方案優(yōu)劣次序。得到B1、B2、B3對總目標(biāo)的權(quán)值，見表4。

表4 B1、B2、B3 對總目標(biāo)的權(quán)值表

決策層對總目標(biāo)的權(quán)向量為（0.212，0.326，0.462）T

又 CR=0.037＜0.1

因此，層次總排序通過一致性檢驗。

3 結(jié)束語

釬焊框架運轉(zhuǎn)方案的選擇受諸多因素的綜合影響，是一個多因素決策問題，將層次分析法（AHP）應(yīng)用于釬焊框架運轉(zhuǎn)方案的優(yōu)選，能將方案選擇中的定性問題定量化，對復(fù)雜、模糊的問題作出有效決策，是一種簡單、靈活、實用的分析方法與決策手段，增強(qiáng)了方案決策過程中的客觀性、全面性與科學(xué)性。

應(yīng)用AHP法，在綜合考慮釬焊框架運轉(zhuǎn)模式的操作性、費用、在制品數(shù)、操作工人數(shù)、釬焊夾具數(shù)量與充電時間6大指標(biāo)基礎(chǔ)上，對此企業(yè)3種典型可選釬焊框架運轉(zhuǎn)方案進(jìn)行了多目標(biāo)決策與分析，并根據(jù)給定評價標(biāo)準(zhǔn)得出此優(yōu)選方案。

根據(jù)3個方案的權(quán)值可以看到，方案3權(quán)值＞方案2＞方案1，即方案3最好。本文可供鋁釬焊產(chǎn)品企業(yè)設(shè)計釬焊框架運轉(zhuǎn)方式提供理論和應(yīng)用方面的借鑒。

［1］ 王國建,朱穎,張茉,等.釬焊發(fā)展概述［C］.日本千葉：第五屆中日機(jī)械技術(shù)史及機(jī)械設(shè)計國際學(xué)術(shù)會議,2005.

［2］ 常青,余延順.基于層次分析法的建筑空調(diào)冷熱源系統(tǒng)決策評價［J］.制冷與空調(diào),2012,26（5） :436-439.

［3］ 柴銳.淺析釬焊自動化的實現(xiàn) ［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2004,14（2） :227-228.

［4］ 潘際鑾.焊接手冊［M ］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.

［5］ Piyush Sabharwalla,Eung Soo Kimb,Mike Pattersona.Evaluation Methodology for Advance HeatExchanger Concepts Using Analytical Hierarchy Process ［J］.Nuclear Engineering and Design，2012，（6）：108-116.