金 愷
模糊層次分析法在原料藥設(shè)備重要度評價的應(yīng)用研究
金 愷
(上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院,上海200030)
針對原料藥設(shè)備的特點,提出了基于模糊層次分析法的重要度評價數(shù)學(xué)模型及分析步驟。通過實例應(yīng)用表明,模糊層次分析法克服了傳統(tǒng)判定法主觀性強且側(cè)重點單一的缺陷,能更客觀地確定設(shè)備的重要度級別,對后續(xù)維修策略的選擇具有指導(dǎo)意義。
模糊層次分析法;原料藥設(shè)備;重要度評價;維修決策
設(shè)備管理與維修是原料藥企業(yè)的一項重要工作。優(yōu)良的設(shè)備管理與維修體系的運作,不僅有益于設(shè)備的正常運行,以保證藥品生產(chǎn)的連續(xù)性,還可以通過有計劃、周期性、針對性的維修活動來降低維修成本,延長設(shè)備和壽命,從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
設(shè)備重要度評價作為設(shè)備管理與維修的一項重要內(nèi)容,考察的是設(shè)備在其系統(tǒng)中的重要程度,是決策者對設(shè)備進行分類管理,并根據(jù)分類結(jié)果分別確定其維修策略的科學(xué)依據(jù)之一。在實際應(yīng)用中,設(shè)備重要度評價方法有很多,如經(jīng)驗判定法、ABC分類法、模糊層次分析法[1-2]、TOPSIS法[3]、蒙特卡洛模擬[4-5]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]等,這些方法的比較如表1所示。
表1 重要度評價方法比較
經(jīng)驗判定法是設(shè)備管理人員通常采用的方法。在原料藥企業(yè)中,設(shè)備管理人員一般根據(jù)與GMP的相關(guān)度對設(shè)備進行分類,列出主要關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備及一般設(shè)備清單,然后經(jīng)設(shè)備、生產(chǎn)分管領(lǐng)導(dǎo)復(fù)核,報質(zhì)量分管領(lǐng)導(dǎo)審批,通過審批的清單最終以SOP管理標(biāo)準(zhǔn)文件的形式加以管控、放行實施。實踐證明,這樣的分類方法雖然簡單方便,但存在明顯缺陷,即主觀性太強且側(cè)重點單一,缺乏可靠的量化數(shù)據(jù),評價結(jié)果容易造成偏差,從而影響維修策略的選擇。為了使評價結(jié)果更合理化、定量化、科學(xué)化,下面利用模糊層次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process,F(xiàn)AHP)來確定原料藥設(shè)備的重要度級別。
模糊層析分析法又稱不確定性層次分析法,是模糊理論的產(chǎn)物,該方法將層次分析法和模糊綜合評判結(jié)合起來,能夠在模糊的環(huán)境下對影響因素進行客觀量化分析,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于制造、建筑、安全、環(huán)保、金融、教育等行業(yè)。
基于該方法的原料藥設(shè)備重要度評價的大體步驟如下:
1.1 原則
模糊層次分析法的原則有:
(1)原料藥設(shè)備重要度評價具體到每臺設(shè)備而不是每條生產(chǎn)線。
(2)評價因素應(yīng)符合原料藥設(shè)備特點,各評價因素相對獨立。
1.2 建立因素集
設(shè)原料藥設(shè)備重要度評價因素集:
式中u1——關(guān)鍵影響因素;
u2——設(shè)備因素。
關(guān)鍵影響因素包括故障對GMP的影響、故障對EHS的影響、故障對利用率的影響及故障對生產(chǎn)的影響;設(shè)備因素包括故障頻率、可維修性、可檢測性及維修費用。
1.3 建立評價集
設(shè)原料藥設(shè)備重要度評價集:
Vi={v1,v2,v3}
式中v1——主要關(guān)鍵設(shè)備;
v2——重要設(shè)備;
v3——一般設(shè)備。
1.4 確定權(quán)重集
利用層次分析法確定各層影響因素的權(quán)重分配。
首先,建立層次結(jié)構(gòu)模型(圖1)。圖1模型中,GMP是藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的英文縮寫,EHS是環(huán)境、健康、安全的英文縮寫。
圖1 原料藥設(shè)備重要度評價層次結(jié)構(gòu)模型
其次,設(shè)原料藥設(shè)備重要度評價權(quán)重集:
式中,w1,w2,…,w8表示C層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重,且滿足
然后,構(gòu)造成對比較判斷矩陣,根據(jù)比例標(biāo)度“1~9”(表2),由方根法求出權(quán)重值,并需通過一致性檢驗(n為矩陣階數(shù)),RI的取值根據(jù)平均隨機一致性指標(biāo)(表3)查找。
表2 “1~9”標(biāo)度
表3 平均隨機一致性指標(biāo)
模糊一致判斷矩陣公式:
式中,rij表示第i個因素對應(yīng)評價集中第j個等級的隸屬度。
模糊綜合重要度評價模型公式:
式中Si——模糊綜合重要度評價向量;
Wi——權(quán)重向量;
Ri——模糊一致判斷矩陣。最終的評價結(jié)果則通過最大隸屬度原則確定,即把最大的Si相對應(yīng)的評價vi作為評價結(jié)果。本文中重要度S1對應(yīng)主要關(guān)鍵設(shè)備,重要度S2對應(yīng)重要
設(shè)備,重要度S3對應(yīng)一般設(shè)備。
本文以發(fā)酵罐為例,發(fā)酵罐屬于原料藥企業(yè)的生物制藥設(shè)備,用于母液發(fā)酵,其設(shè)備使用狀況影響后提取的質(zhì)量和收率。下面利用模糊層次分析法對其進行設(shè)備重要度評價。
首先應(yīng)用層次分析法確定圖1中B層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重?,F(xiàn)組織工程、質(zhì)量、生產(chǎn)部門共10位專家成立評估小組根據(jù)表2對B層各因素進行判定,其判定結(jié)果如表4所示。
表4 B層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重
同理可得,C層各因素相對B層的權(quán)重,如表5、表6所示。
計算得出C層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重,如表7所示。
針對C層各因素,評估小組成員對其逐一進行重要度隸屬度投票,投票結(jié)果如表8所示,并構(gòu)造模糊一致判斷矩陣:
表5 C1~C4相對B1的權(quán)重
表6 C5~C8相對B2的權(quán)重
表7 C層各因素相對目標(biāo)A的權(quán)重
表8 C層各因素的投票隸屬結(jié)果
由此,得到模糊綜合重要度評價:
因為0.739>0.248>0.013,所以由最大隸屬度原則可得出,發(fā)酵罐屬于該企業(yè)的主要關(guān)鍵設(shè)備。
本文針對原料藥設(shè)備的特點,提出了基于模糊層次分析法的重要度評價數(shù)學(xué)模型及分析步驟。通過實例應(yīng)用表明,與傳統(tǒng)判定法相比,該方法克服了傳統(tǒng)判定法主觀性強且側(cè)重點單一的缺陷,能更客觀地確定設(shè)備的重要度級別,對后續(xù)維修策略的選擇具有指導(dǎo)意義。但是,模糊層次分析法有其局限性,該方法不適用于數(shù)據(jù)計算量大需及時處理的情況。
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2014-10-10
金愷(1985—),男,江蘇無錫人,助理工程師,研究方向:工業(yè)工程、化工機械。