基于改進(jìn)層次分析法和云模型的物料供應(yīng)優(yōu)化

張 峰, 殷秀清

(山東理工大學(xué) 商學(xué)院， 山東 淄博 255012)

目前，國(guó)內(nèi)制造業(yè)總體上面臨生產(chǎn)成本和人力成本不斷提升，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力加大的困境，眾多企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到要維持自身的生命力，必須對(duì)制造成本進(jìn)行有效控制，消除生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)中的各種浪費(fèi)，提升運(yùn)作效率.為此，準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)、全面質(zhì)量管理、柔性制造等先進(jìn)生產(chǎn)模式被引入到企業(yè)，通過對(duì)這些技術(shù)的融合，在資源優(yōu)化配置等方面取得了一定成績(jī).但是，這些以降低成本、提升效率為目標(biāo)的制造模式都是基于系統(tǒng)化的思想，集多層次、多方位的改善措施于一體的運(yùn)作方式.特別是在IE(industrial engineering)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)進(jìn)行改善時(shí)，必須用開闊敏捷的思維捕捉各環(huán)節(jié)存在的問題，樹立“改善永無止境”的觀念.所以，作為生產(chǎn)系統(tǒng)中的物料供應(yīng)環(huán)節(jié)若影響了整體的運(yùn)作效率，必須對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的改善，但是很多時(shí)候這樣的問題隱藏在其它問題背后，不易被現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)，采取的改善措施也是治標(biāo)不治本，需要進(jìn)行客觀分析.在此背景下，本文運(yùn)用IE的基本思想，選取物料供應(yīng)作為研究對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化研究，以提升制造系統(tǒng)的整體運(yùn)作效率.

1 物料供應(yīng)問題的研究綜述

制造系統(tǒng)的物料供應(yīng)問題也是備受學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)問題.國(guó)外學(xué)者Benjamin Achzet 等對(duì)原材料的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行了研究，并探討了關(guān)于指標(biāo)和權(quán)重的選擇問題[1];Robin Hanson等基于時(shí)間效率的提升，對(duì)材料供應(yīng)及接受進(jìn)行了分析，減少不必要的工時(shí)消耗[2];Sufian Qrunfleh等考慮供應(yīng)鏈績(jī)效，在戰(zhàn)略層面上研究了提升供料敏捷度的策略[3].國(guó)內(nèi)的房殿軍等提出要建立符合企業(yè)發(fā)展的物料供應(yīng)體系，針對(duì)不同的企業(yè)特征，提出了6種物料供應(yīng)模式[4];徐云峰對(duì)比分析了生產(chǎn)筆記本電腦的傳統(tǒng)供料模式與JIT供料模式的區(qū)別[5];吳震同樣也是研究了JIT供料模式在SMT產(chǎn)線的應(yīng)用，以有效減少庫存，消除浪費(fèi)[6].

綜上分析，物料供應(yīng)問題是在實(shí)施精益生產(chǎn)過程中需要重點(diǎn)研究的問題之一，在解決物料及時(shí)供應(yīng)問題時(shí)，多會(huì)采用到頭腦風(fēng)暴、德爾菲法等，對(duì)提出的多種方案需要進(jìn)行評(píng)價(jià)與選擇.眾多學(xué)者選擇了層次分析法、模糊評(píng)價(jià)和TOPSIS等方法，但是對(duì)于采用改進(jìn)的層次分析法和云模型聯(lián)合應(yīng)用解決物料供應(yīng)問題的研究很少.基于以上考慮，本文從實(shí)現(xiàn)物料的及時(shí)準(zhǔn)確供應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，通過利用改進(jìn)的層次分析法與云模型共同解決實(shí)際問題.

2 及時(shí)準(zhǔn)確供料的指標(biāo)體系構(gòu)建

解決物料及時(shí)供應(yīng)問題，要依據(jù)系統(tǒng)全面性、科學(xué)可操作性、定性與定量相結(jié)合、動(dòng)態(tài)適應(yīng)性等原則建立及時(shí)準(zhǔn)確供料評(píng)價(jià)體系[7],進(jìn)而主要從供料成本、供料效率、供料可操作性三個(gè)方面構(gòu)建一級(jí)指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行綜合性分析，如圖1所示.

1)供料成本.該指標(biāo)主要是指由于供料行為造成的資金支出等成本，其指標(biāo)值越大，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確供料困難度越大，主要從物料數(shù)量C1、物料價(jià)格C2、供料人員C3、物料質(zhì)量C4和運(yùn)輸距離C5五個(gè)方面考慮.其中，物料的價(jià)格是物料貴重程度的體現(xiàn)，價(jià)值度高的物料，供料風(fēng)險(xiǎn)較高，成本隨之增加；供料人員涉及到人員的數(shù)量與物流運(yùn)作能力，數(shù)量值較大，則物流成本越高，而物流運(yùn)作能力是指以物流操作能力為中心的各項(xiàng)實(shí)際作業(yè)能力，囊括多類別設(shè)備使用狀況及作業(yè)熟練度等多項(xiàng)因素，因此，該指標(biāo)以少量化、高能力為宜；物料質(zhì)量囊括了良品率，若不良品率較高，則導(dǎo)致退貨、補(bǔ)貨等不必要的資金輸出現(xiàn)象增加.

2)供料效率.這里的效率主要是單位時(shí)間內(nèi)有效完成供料的次數(shù).基于企業(yè)的層面，以企業(yè)物流管理能力C6、信息共享性C7、運(yùn)輸工具C8、企業(yè)文化C9為主.物流管理能力是企業(yè)運(yùn)作能力的總體反映，體制完善的企業(yè)管理較強(qiáng)，效率較高；信息共享指物流各節(jié)點(diǎn)間信息溝通與識(shí)別，是確保供料環(huán)節(jié)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提；企業(yè)文化體現(xiàn)的是企業(yè)整體的價(jià)值觀，通常會(huì)表現(xiàn)在工作的執(zhí)行力上，執(zhí)行力較強(qiáng)，員工工作效率較高.

3)供料可操作性.及時(shí)準(zhǔn)確供料不僅需要考慮出發(fā)點(diǎn)與終點(diǎn)，同時(shí)要對(duì)支撐供料行為的因素進(jìn)行分析，即供料的可操作性.供料需要有后備支撐體系，考慮公司的財(cái)務(wù)狀況C10、技術(shù)支持C11、物流運(yùn)作環(huán)境C12、領(lǐng)導(dǎo)重視程度C13，以及員工素養(yǎng)C14.技術(shù)包括科技創(chuàng)新水平、先進(jìn)設(shè)備采購(gòu)等，是影響供料及時(shí)性的重要因素之一；供料系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，具有開放性，而物流運(yùn)作環(huán)境中各外界因素對(duì)供料開始至結(jié)束階段產(chǎn)生不同程度的影響，該環(huán)境涉及到了多種干擾因子；員工的素養(yǎng)含蓋了人員的學(xué)習(xí)能力、文化水平等.

圖1 及時(shí)準(zhǔn)確供料評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 改進(jìn)層次分析法-云模型計(jì)算及實(shí)例應(yīng)用

3.1 問題描述

P產(chǎn)品是A公司生產(chǎn)的一款家用游戲機(jī)產(chǎn)品，具有黑、白、銀、粉等眾多顏色，版本繁多.如圖2所示，在過去的一年中，該產(chǎn)品的市場(chǎng)質(zhì)量投訴呈上升趨勢(shì)，嚴(yán)重影響到公司形象.通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)收集整理，經(jīng)采用柏拉圖統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)電源線用錯(cuò)是導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量受到影響的主要原因，其物料錯(cuò)料比例達(dá)到40%.

圖2 P產(chǎn)品市場(chǎng)質(zhì)量投訴統(tǒng)計(jì)

采用IE改善手法中的5W1H方法進(jìn)行問題源頭挖掘發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品零部件的料號(hào)多達(dá)22種；上料機(jī)版本的確認(rèn)都是采用人工作業(yè)，可靠度低；零數(shù)物料，使用易混料.針對(duì)上述問題，采用頭腦風(fēng)暴法，提出了以下4種改善方案：

方案1：E化電子看板方式；

方案2：信號(hào)燈呼叫方式；

方案3：采用定向物流方式；

方案4：運(yùn)用PDA遠(yuǎn)程語音提示.

3.2 使用改進(jìn)層次分析法確定權(quán)重

1)結(jié)合圖1所示的指標(biāo)體系，將方案層限定為上述4個(gè)備選方案.

2)構(gòu)建比較矩陣.見表1.選取3標(biāo)度法對(duì)同一層次中的各要素針對(duì)上一層次中的某一準(zhǔn)則判斷相對(duì)重要性程度，用uij表示，其中i,j=1,2,3,…，n.此處以供料成本B1為例，構(gòu)造的比較矩陣見表2.

表1 3標(biāo)度含義

表2 供料成本比較矩陣

依據(jù)專家打分，統(tǒng)計(jì)供料成本、供料效率、供料可操作性的比較矩陣U1、U2、U3分別為

3)計(jì)算重要性排序指數(shù).設(shè)各行排序指數(shù)為zi，則計(jì)算公式如下：

經(jīng)上式計(jì)算可知，U1、U2、U3中排序指數(shù)分別為{5,7,3,9,3}、{3,5,1,7}、{8,6,1,7,3}.

4)構(gòu)造判斷矩陣.假設(shè)判斷矩陣中的元素為rij，則其值計(jì)算公式如下：

由此計(jì)算一級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的矩陣τ，此處由于篇幅原因，只用τ1作為計(jì)算展示：

5)求解最優(yōu)傳遞矩陣.假設(shè)最優(yōu)傳遞矩陣為M，其中元素計(jì)算公式為

依據(jù)上述公式，計(jì)算M1(M2、M3計(jì)算同M1)：

6)求解擬優(yōu)一致矩陣.設(shè)xij為該矩陣中的元素，則xij=10mij，計(jì)算出矩陣X1：

X1=

7)計(jì)算各因素的權(quán)重.依據(jù)上式求出的矩陣X，對(duì)求解出的最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理，即所求權(quán)重W1={0.1670,0.2507,0.1093,0.3637,0.1093}，同理，可求得權(quán)重W2、W3，以及一級(jí)指標(biāo)層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重W4.

W2={0.1178,0.2634,0.0550,0.5638}；

W3={0.4318,0.1836,0.0349,0.2832,

0.0665}；

W4={0.2222,0.2222,0.5556}.

通過求得的權(quán)重，求出相對(duì)于目標(biāo)層的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重集合：

W=(0.0371,0.0557,0.0243,0.0808,0.0243,

0.0262,0.0585,0.0122,0.1253,0.2399,

0.1020,0.0194,0.1573,0.0369)T.

3.3 運(yùn)用云模型選擇方案

云模型(cloud model)是解決定性概念與定量描述的不確定轉(zhuǎn)換模型，是對(duì)自然語言中概念的隨機(jī)性及模糊性的反映[8].通常云模型是用SC(Ex,En,He)表示，Ex是指在論域空間中云滴分布的期望；En表示熵，度量概念的不確定性，反映了能夠被概念接受的云滴的取值范圍；He稱為超熵，取決于熵的模糊性和隨機(jī)性[9].對(duì)本文中的問題，使用云模型解決步驟如下：

1)依據(jù)備選方案和指標(biāo)體系，構(gòu)建指標(biāo)集，記為U={U1,U2,U3,…，Un}.

2)集合上述步驟建立的指標(biāo)集，構(gòu)建評(píng)價(jià)集，記為P={P1,P2,P3…，Pm}.

3)權(quán)重確定.考慮到評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性，此處權(quán)重已用改進(jìn)的層次分析法確定完畢.

4)建立基本云模型及計(jì)算綜合云U(Ex,En,He).各計(jì)算公式如下：

He=(S2-En2)1/2其中，Ex為樣本均值，S2為樣本的方差.

按照云模型的計(jì)算步驟，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的物料問題，請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員、專家結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行分析，并結(jié)合圖1所示的層次指標(biāo)體系，對(duì)備選的4個(gè)方案進(jìn)行打分，并統(tǒng)計(jì)整理數(shù)據(jù)后代，形成決策矩陣，代入到步驟4中的公式，依次計(jì)算.結(jié)果見表3.

表3 各指標(biāo)的基本云模型特征值

注：14個(gè)指標(biāo)的基本云模型特征值需全部計(jì)算，但由于篇幅原因，此處只列出前5個(gè)

運(yùn)用計(jì)算所得的特征值與層次指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算綜合云模型特征值，計(jì)算公式如下[10]:

En=En1W1+En2W2+…+EnnWn

結(jié)果見表4.

表4 綜合云模型特征

5)計(jì)算后分析.將計(jì)算后各方案的綜合運(yùn)模型特征值代入正向云發(fā)生器，利用云發(fā)生器對(duì)所建立的云模型進(jìn)行模擬運(yùn)行.如圖3所示，結(jié)合上述U(Ex,En,He)可知，方案1評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)最高，即采用E化電子看板的方式對(duì)物料問題進(jìn)行改善.

圖3 綜合云模型特征圖

3.4 改善實(shí)施及效果

如圖4所示，通過E化電子看板，系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)物料的料號(hào)與版本，將零數(shù)物料封箱處理，并錄入信息系統(tǒng)；依據(jù)需求時(shí)間及需求量導(dǎo)入補(bǔ)料預(yù)知系統(tǒng)；上料后，可直接掃描物料條碼，系統(tǒng)自動(dòng)錄入信息.

圖4 E化系統(tǒng)導(dǎo)入模型

改善后，在有形績(jī)效方面，節(jié)約了物流人力，人均飽和度提升由原來的53.4%提升至76.8%，提升了人員作業(yè)價(jià)值度，減少了無謂損失時(shí)間，使物料能夠及時(shí)準(zhǔn)確的到達(dá)目標(biāo)位置；在無形績(jī)效方面，在一定程度上降低了生產(chǎn)線斷線的可能性和作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了改善活性.

4 結(jié)束語

本文采用了改進(jìn)層次分析法和云模型對(duì)物料的及時(shí)準(zhǔn)確供應(yīng)問題進(jìn)行了分析優(yōu)化.一方面是對(duì)改進(jìn)層次分析法與云模型在改善問題上的聯(lián)合運(yùn)用研究，結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了方法的可行性；另一方面是對(duì)解決物料及時(shí)準(zhǔn)確供應(yīng)問題的探索，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，可對(duì)實(shí)施精益生產(chǎn)的過程提供一定的參考借鑒.只有結(jié)合實(shí)際，綜合多種改善渠道及方法，才能推動(dòng)精益生產(chǎn)的應(yīng)用與發(fā)展.

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