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    雙層底分段裝配順序方案的模糊綜合評(píng)價(jià)研究

    2014-11-28 08:15:30李培勇畢洪坤
    關(guān)鍵詞:分值分段船舶

    崔 進(jìn) 李培勇 高 峰 畢洪坤)

    (武漢理工大學(xué)高性能船舶技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1) 武漢 430063)

    (武漢理工大學(xué)交通學(xué)院2) 武漢 430063)(大連船舶重工集團(tuán)有限公司3) 大連 116005)

    0 引 言

    船舶建造是一項(xiàng)復(fù)雜程度高、涉及范圍廣的綜合性生產(chǎn)活動(dòng),船舶由成千上萬的零件組裝而成,零件數(shù)目繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接工作量大,勞動(dòng)力成本高.據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì),船體裝配工時(shí)占總工時(shí)的40%~60%,裝配成本占總制造成本的30%~50%[1],因此,分段裝配是船體制造過程中一個(gè)基本環(huán)節(jié),而合理的分段裝配方案可以提高效率、降低成本、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高建造質(zhì)量.因此,對(duì)分段的裝配方案進(jìn)行優(yōu)劣性評(píng)價(jià)顯得尤為重要.在評(píng)價(jià)過程中,因?yàn)楹芏嘣u(píng)價(jià)指標(biāo)(如難度、質(zhì)量)具有較大的模糊性和不確定性,很大程度上依賴于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn).那么,將經(jīng)驗(yàn)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)解析和量化,從而科學(xué)合理地評(píng)價(jià)裝配順序,具有重要的實(shí)用價(jià)值.為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本文基于模糊理論,建立二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)一典型分段——散貨船雙層底分段的裝配順序方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究.

    1 分段概述

    本文選取的研究對(duì)象為27000DWT 散貨船貨艙區(qū)平行中體一雙層底分段,該散貨船的主尺度參數(shù)如表1所列.

    表1 散貨船的主尺度參數(shù)(m)

    該分段起止肋位為FR93+200~FR106+200,在FR95,F(xiàn)R98,F(xiàn)R101,F(xiàn)R104設(shè)有實(shí)肋板,分段長(zhǎng)度為9.75m,寬度為15.4m.該分段結(jié)構(gòu)的三維模型示意圖見圖1.由圖1 可見,該分段由18 個(gè)零部件組成.其中:1為內(nèi)底板部件;2~9為旁底桁部件;10~15為肋板部件;16為內(nèi)底橫骨;17為船底橫骨;18為船底板部件.

    圖1 雙層底分段結(jié)構(gòu)三維模型示意圖

    經(jīng)過分段各零件間幾何干涉關(guān)系的研究,以提高裝配效率和裝配質(zhì)量為原則,對(duì)影響裝配順序的因素(包括:零件重量、裝配長(zhǎng)度、焊接方式、貫入度、材料等)進(jìn)行重要性評(píng)估,分別計(jì)算各零件的因素加權(quán)分值,綜合考慮車間吊車的空走行程,按照分值大小排列得到該雙層底分段串行裝配方式下的裝配順序?yàn)椋毫慵?→零件12→零件13→零件7→零件4→零件11→零件14→零件6→零件5→零件3→零件8→零件15→零件10→零件17→零件16→零件2→零件9→零件18.

    通過CATIA 三維模型可以展示全部的裝配過程.

    2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

    模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法.該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià),即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià).它具有結(jié)果清晰,系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn),能較好地解決模糊的、難以量化的問題,適合各種非確定性問題的解決[2].

    在采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行決策時(shí),有幾個(gè)關(guān)鍵問題需要解決:評(píng)價(jià)因素的選擇、因素權(quán)重的確定、指標(biāo)等級(jí)分值的劃分和各項(xiàng)因素的專家評(píng)估值.同時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)原則:(1)根據(jù)最終的評(píng)價(jià)目標(biāo),盡可能全面的選取評(píng)價(jià)因素,保證選取的評(píng)價(jià)因素能夠真實(shí)反映出評(píng)價(jià)對(duì)象的合理程度;(2)合理分配權(quán)值.不同的評(píng)價(jià)因素在評(píng)價(jià)體系中具有不同的重要程度,所以應(yīng)該合理分配不同的權(quán)值,使重要的因素在評(píng)價(jià)過程中能夠重點(diǎn)突出,才能提高決策的科學(xué)性和針對(duì)性,從而保證最終評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性[3].

    由于船體分段結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,需要考慮的因素很多,這些因素可能分屬于不同的層次,很多因素也還具有較大的模糊性.為了獲得比較合理的評(píng)價(jià)結(jié)果,本文綜合考慮船體分段裝配順序的實(shí)際情況,采用二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析.

    3 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)體系

    3.1 建立因素集

    在現(xiàn)代造船模式的背景下,船舶建造日益高效化和精益化.對(duì)于工藝路線的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,仍然是在滿足企業(yè)資源條件的基礎(chǔ)上,追求工藝路線的高效化、集成化和簡(jiǎn)便化,從而有利于實(shí)現(xiàn)敏捷造船和精益造船.本文在總結(jié)船廠實(shí)際建造經(jīng)驗(yàn)和以往相關(guān)文獻(xiàn)[4]的基礎(chǔ)上,提出船體分段裝配順序的二級(jí)綜合評(píng)價(jià)因素層次體系,具體見圖2.

    圖2 分段裝配順序的二級(jí)綜合評(píng)價(jià)因素層次體系

    在評(píng)價(jià)因素層次中,第一層次有4個(gè)評(píng)價(jià)因素,分別為:

    1)效率 船舶建造都有一定的進(jìn)度安排,每一處工序的拖延都會(huì)影響到之后工序的推遲,從而導(dǎo)致整船建造工期的延長(zhǎng).所以,每一處工序都應(yīng)該盡可能在短時(shí)間內(nèi)高效完成,從而為后續(xù)的工序做好準(zhǔn)備條件.在評(píng)價(jià)裝配效率高低時(shí),主要考慮以下幾個(gè)因素:裝配時(shí)間的長(zhǎng)短、自動(dòng)化程度高低和翻身次數(shù).

    2)成本 成本也是船廠在船舶建造時(shí)需要考慮的另外一個(gè)重要因素.降低成本可以增加企業(yè)利潤(rùn)、提高企業(yè)效益從而在一定程度上提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力.低成本主要靠以下幾個(gè)因素來體現(xiàn):設(shè)備利用率高、資源消耗量少和工人參與人數(shù)少.

    3)質(zhì)量 一個(gè)船廠裝配產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣能夠反映出該廠建造水平的高低,所以產(chǎn)品質(zhì)量也是重點(diǎn)考慮的評(píng)價(jià)因素.產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣由裝配精度和焊接質(zhì)量?jī)刹糠纸M成.

    4)難度 裝配難度在某種程度上會(huì)影響施工人員的操作,給正常工作帶去不便.裝配難度包括操作空間大小和裝配可操作度.

    確定好評(píng)價(jià)因素后,本文采用因素成對(duì)比較法計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)因素的權(quán)重,首先按照各個(gè)評(píng)價(jià)因素與其他因素的相對(duì)重要性建立排序矩陣,根據(jù)重要性分值大小進(jìn)行定性排序,然后取分值最小的評(píng)價(jià)因素為基準(zhǔn)因素,取原始權(quán)重為1,其他因素按照重要度累積得到各自的原始權(quán)重,最后通過歸一化處理,確定最終的權(quán)重大小.各評(píng)價(jià)因素的具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2.

    3.2 設(shè)定備擇集

    確定好評(píng)價(jià)因素后,可根據(jù)各種因素的不同要求設(shè)定評(píng)價(jià)等級(jí),評(píng)價(jià)等級(jí)通常可以分為5~7級(jí).本文根據(jù)實(shí)際情況,將裝配順序的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為7個(gè)模糊等級(jí),組成的備擇集為V={很好,較好,好,一般,差,較差,很差},記為{v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7};并對(duì)這些評(píng)級(jí)等級(jí)賦予分值,以便進(jìn)行定量分析和評(píng)價(jià),本文的評(píng)價(jià)等級(jí)分值表見表3.

    表2 評(píng)價(jià)因素權(quán)重統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

    表3 評(píng)價(jià)等級(jí)分值表

    根據(jù)上面設(shè)定的評(píng)價(jià)等級(jí),各個(gè)評(píng)價(jià)因素按照評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度對(duì)應(yīng)的分為不同的等級(jí)[5].各評(píng)價(jià)因素的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依次為:裝配時(shí)間短、自動(dòng)化程度高、翻身次數(shù)少、設(shè)備利用率高、資源消耗率低、工人人數(shù)少、裝配精度高、焊接質(zhì)量高、操作空間大、裝配可操作度高,按照程度的高低分為不同的等級(jí).

    3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

    本文采用德爾菲法,結(jié)合評(píng)價(jià)因素等級(jí)對(duì)應(yīng)表設(shè)計(jì)專家評(píng)定意見表,分發(fā)給專家評(píng)估組(由各船廠工作人員組成),共發(fā)放10份,回收10份.由各專家對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因素進(jìn)行等級(jí)評(píng)定,并將評(píng)定意見進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表4.

    表4 裝配順序評(píng)價(jià)因素專家評(píng)定意見統(tǒng)計(jì)

    建立一級(jí)模糊關(guān)系矩陣

    式中:rijk(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;k=1,2,…,7)為第一層次評(píng)價(jià)因素uij被評(píng)為vk的隸屬度.rijk的計(jì)算公式為

    式中:dijk為對(duì)評(píng)價(jià)因素uij作出第k級(jí)評(píng)語的專家人數(shù);d為專家總?cè)藬?shù).

    根據(jù)表4數(shù)據(jù),可以計(jì)算得到本例中的一級(jí)模糊關(guān)系矩陣Ri(i=1,2,3,4).

    從而,得到一級(jí)模糊評(píng)價(jià)集Bi=Ai·Ri(i=1,2,3,4),如下式所示.

    二級(jí)模糊關(guān)系矩陣R′=[B1,B2,B3,B4]T,通過計(jì)算可以得到二級(jí)模糊評(píng)價(jià)集B′

    式中:A=(0.108 0.226 0.317 0.349)為第一層次評(píng)價(jià)因素的權(quán)重分配;

    3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

    本文將評(píng)語集V相應(yīng)等級(jí)的元素?cái)?shù)量化為V=(95,85,75,65,50,30,10),采用加權(quán)平均法對(duì)得到的判斷結(jié)果進(jìn)評(píng)價(jià).加權(quán)平均法把以各評(píng)價(jià)等級(jí)vk的隸屬度bk為權(quán)系數(shù),對(duì)備擇集元素vk進(jìn)行加權(quán)平均得到的值取為評(píng)價(jià)結(jié)果[6],即

    對(duì)照表3的評(píng)價(jià)等級(jí)分值,可判定本文所生成的裝配順序綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為“好”,說明該裝配順序?qū)τ陔p層底分段是較為合適的裝配順序.

    4 結(jié) 論

    1)綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)過程以及相關(guān)專家和工人的意見,確定了影響裝配順序優(yōu)劣的10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),比較客觀全面地覆蓋了所有范圍.

    2)采用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法評(píng)價(jià)裝配順序,并建立二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)體系,采用因素成對(duì)比較法計(jì)算得到權(quán)重向量.

    3)應(yīng)用加權(quán)平均法得到該裝配順序方案的評(píng)價(jià)結(jié)果,為實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo).

    本文的評(píng)價(jià)方法靈活方便,具有較大的應(yīng)用價(jià)值,今后應(yīng)該在經(jīng)驗(yàn)性評(píng)價(jià)因素的量化方面進(jìn)行進(jìn)一步研究,從而獲得更加準(zhǔn)確和可信的評(píng)價(jià)結(jié)果.

    [1]肖田元.虛擬制造[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

    [2]魯大鵬.船舶建造過程綠色度評(píng)價(jià)體系研究[D].大連:大連理工大學(xué),2009.

    [3]宋麗萍,范秀敏,馬登哲.虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下交互式船舶裝配序列規(guī)劃研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2006,12(6):862-867.

    [4]YAN Wei.Automatic generation of assembly sequence for the planning of outfitting processes in shipping[D].Delft:Delft University of Technology,2012.

    [5]李 磊.數(shù)字化產(chǎn)品預(yù)裝配序列生成、評(píng)價(jià)與優(yōu)化研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2002.

    [6]徐昌文.模糊數(shù)學(xué)在船舶工程中的應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1992.

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