雙層底分段裝配順序方案的模糊綜合評(píng)價(jià)研究

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.

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